红树林景观空间结构分析方法

第４０卷　第２期２０１６年３月

／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－２００６．２０１６．０２．０１７

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓＥｄｉｔｉｏｎ）

南京林业大学学报（自然科学版）

Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．２Ｍａｒ．，２０１６

红树林景观空间结构分析方法

李春干，夏阳丽

（广西大学林学院，广西　南宁　５３０００４）

摘要：红树林是一种分布于潮间带的特殊森林，其生态系统与陆地生态系统无论在功能、作用，还是在物质和能量交换机制等方面都存在着很大的差异。为了探讨更适用于红树林景观空间结构的分析方法，笔者从红树林功能和作用方面，尤其是其消浪护岸作用的角度，讨论了海湾内理想的红树林空间分布，在此基础上定义了红树林丰度、空间分布均匀度、红树林岸线长度比例、高效护岸红树林面积比例４个红树林景观空间结构分析指标，介绍了根据红树林和海岸线空间分布图通过空间叠置分析计算这些指标的方法，并利用此方法对广西珍珠港、茅尾海和铁山港的红树林空间结构进行了分析。结果表明：这４个指标不但与红树林数量有关，也与其空间分布状态（斑块位置、形状、大小）以及与海岸线长度和空间位置有关，反映了红树林在海湾内的空间结构状态，既可用于同一时期不同海湾红树林数量的比较分析，也可用于同一海湾不同年度红树林数量的比较分析，并可对红树林景观空间结构进行优化。

关键词：红树林景观；空间结构；红树林丰度；空间分布均匀度；红树林岸线长度比例；高效护岸红树林面积比例中图分类号：Ｓ７１８；Ｐ９６６　　　　　　　文献标志码：Ａ文章编号：１０００－２００６（２０１６）０２－０１００－０７

Ａｎａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｆｏｒｌａｎｄｓｃａｐｅｓｐａｔｉａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｍａｎｇｒｏｖｅｆｏｒｅｓｔ

ＬＩＣｈｕｎｇａｎ，ＸＩＡＹａｎｇｌｉ

（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙ，ＧｕａｎｇｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｎｉｎｇ５３０００４，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｌａｎｄｓｃａｐｅｐａｔｔｅｒｎｉｎｄｅｘｅｓｗｅｒｅｕｓｕａｌｌｙｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｓｐａｔｉａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｍａｎｇｒｏｖｅｍｕｃｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｏｍｔｈｅｌａｎｄｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｉｎｔｅｒｍｓｏｆｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｒｏｌｅ，ｔｈｅｅｘｃｈａｎｇｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｍａｔｔｅｒａｎｄｅｎｅｒ⁃ｇｙ，ａｎｄｓｏｏｎ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｄｅｖｅｌｏｐａｓｕｉｔａｂｌｅｍｅｔｈｏｄｆｏｒａｎａｌｙｚｉｎｇｉｔｓｓｐａｔｉａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｌａｎｄｓｃａｐｅｌｅｖ⁃ｅｌ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅＰｅａｒｌｂａｙ，ＭａｏｗｅｉｈａｉｂａｙａｎｄＴｉｅｓｈａｎｇａｎｇｂａｙｉｎＧｕａｎｇｘｉｗｅｒｅｕｓｅｄａｓｔｈｅｓｔｕｄｙｓｉｔｅｓ．Ｗｅｄｉｓ⁃ｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｗａｖｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｃｏａｓｔａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ．Ｆｏｕｒｉｎｄｅｘｅｓｗｅｒｅｄｅｆｉｎｅｄｆｏｒａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｉｒｓｐａｔｉａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｌａｎｄ⁃ｍａｎｇｒｏｖｅｃｏａｓｔｌｉｎｅｌｅｎｇｔｈｔｏｔｈｅｔｏｔａｌｃｏａｓｔｌｉｎｅｌｅｎｇｔｈ（ＲＭＣＬ，ｒＲＭＣＬ），ａｎｄｒａｔｉｏｏｆａｒｅａｏｆｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｃｏａｓｔａｌｐｒｏｔｅｃ⁃ｎｕｍｂｅｒｏｆｍａｎｇｒｏｖｅ，ｂｕｔａｌｓｏｔｏｔｈｅｉｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｔａｔｅ（ｐａｔｃｈｌｏｃａｔｉｏｎ，ｓｈａｐｅａｎｄｓｉｚｅ）ａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｌｅｎｇｔｈａｎｄｓｐａ⁃ｃｕｓｓｅｄｔｈｅｉｄｅａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｍａｎｇｒｏｖｅｗｉｔｈｉｎａｂａｙｏｒｇｕｌｆｂｙｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｉｒｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｒｏｌｅ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｔｈｅｉｒｓｃａｐｅｌｅｖｅｌ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇａｂｕｎｄａｎｃｅｏｆｍａｎｇｒｏｖｅ（ＡＭ，ｃＡＭ），ｅｖｅｎｎｅｓｓｏｆｍａｎｇｒｏｖｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ（ＥＭＤ，ｃＥＭＤ），ｒａｔｉｏｏｆｔｉｏｎｍａｎｇｒｏｖｅｔｏｔｈｅｔｏｔａｌａｒｅａｏｆｍａｎｇｒｏｖｅ（ＲＡＨＰ，ｒＲＡＨＰ）．Ｔｈｅｎｔｈｅｉｒｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｗｅｒｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｉａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｃｏａｓｔｌｉｎｅ．Ｗｉｔｈｅｘｐｌｉｃｉｔｐｈｙｓｉｃａｌｍｅａｎｉｎｇｓ，ｔｈｅｙｒｅｆｌｅｃｔｅｄｔｈｅｓｐａｔｉａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｍａｎｇｒｏｖｅｓｉｎａｇｕｌｆｏｒｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｅｒｉｏｄ，ａｎｄｗｏｕｌｄｂｅｈｅｌｐｆｕｌｆｏｒｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｔｈｅｓｐａｔｉａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｍａｎｇｒｏｖｅｌａｎｄｓｃａｐｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅＰｅａｒｌｂａｙ，ＭａｏｗｅｉｈａｉｂａｙａｎｄＴｉｅｓｈａｎｇａｎｇｂａｙｉｎＧｕａｎｇｘｉｗｅｒｅｕｓｅｄａｓｔｈｅｓｔｕｄｙｓｉｔｅｓｆｏｒａｎｅｍｐｉｒｉｃａｌｒｅｓｅａｒｃｈ．ｃｏａｓｔａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｍａｎｇｒｏｖｅｔｏｔｈｅｔｏｔａｌａｒｅａｏｆｍａｎｇｒｏｖｅ（ＲＡＨＰ）

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｎｇｒｏｖｅｌａｎｄｓｃａｐｅ；ｓｐａｔｉａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ａｂｕｎｄａｎｃｅｏｆｍａｎｇｒｏｖｅ（ＡＭ）；ｅｖｅｎｎｅｓｓｏｆｍａｎｇｒｏｖｅｓｐａｔｉａｌｄｉｓｔｒｉ⁃ｓｐａｔｉａｌｏｖｅｒｌａｙｏｆｍａｐｓｏｆｍａｎｇｒｏｖｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｃｏａｓｔｌｉｎｅ．Ｔｈｅｓｅｆｏｕｒｉｎｄｅｘｅｓｒｅｌａｔｅｄｎｏｔｏｎｌｙｔｏｔｈｅａｒｅａａｎｄｐａｔｃｈ⁃ｂａｙ．Ｔｈｅｓｅｆｏｕｒｉｎｄｅｘｅｓｃｏｕｌｄｎｏｔｏｎｌｙｂｅｕｓｅｄｆｏｒｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｓｐａｔｉａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｍａｎｇｒｏｖｅｌａｎｄｓｃａｐｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂａｙｓｉｎｔｈｅｓａｍｅｐｅｒｉｏｄ，ｂｕｔａｌｓｏｂｅｕｓｅｄｆｏｒａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｏｆｓｐａｔｉａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｍａｎｇｒｏｖｅｌａｎｄｓｃａｐｅｏｆｔｈｅｓａｍｅｂａｙｌａｎｄｓｃａｐｅ，ａｓｔｈｅｍａｎｇｒｏｖｅｉｓａｋｉｎｄｏｆｓｐｅｃｉａｌｆｏｒｅｓｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｎｇｏｎｌｙｉｎｔｈｅｉｎｔｅｒｔｉｄａｌｚｏｎｅ．Ｉｔｓｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｉｓ

ｂｕｔｉｏｎ（ＥＭＤ）；ｒａｔｉｏｏｆｍａｎｇｒｏｖｅｃｏａｓｔｌｉｎｅｌｅｎｇｔｈｔｏｔｈｅｔｏｔａｌｃｏａｓｔｌｉｎｅｌｅｎｇｔｈ（ＲＭＣＬ）；ｒａｔｉｏｏｆａｒｅａｏｆｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ

　收稿日期：２０１５－０５－１０　　　　修回日期：２０１５－０９－２３　第一作者：李春干（ｇｘａｌｉ＠１２６．ｃｏｍ），研究员，博士。

　基金项目：国家自然科学基金项目（４１１６６００１）；中央财政林业科技推广示范资金项目（ＧＸＴＧ２００９０４）

　引文格式：李春干，夏阳丽．红树林景观空间结构分析方法［Ｊ］．南京林业大学学报（自然科学版），２０１６，４０（２）：１００－１０６．

第２期李春干，等：红树林景观空间结构分析方法

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　　红树林是分布于热带和亚热带受庇护的海岸线、浅水潟湖、河口、河流和三角洲的耐盐常绿海岸森林，在全球１２４个国家和地区有分布，具有重要的生态价值和经济社会功能［１］。深入研究红树林景观空间结构，对于优化林分结构和空间分布，提高红树林生态和经济社会功能及作用具有重要意义。

林分空间结构和空间分布结构［２］。林分（或生态１　理想的红树林景观空间结构

在全球尺度上，温度、盐度和降雨量是决定红树林分布和发展最重要的因素，对红树林生长、生存和分布产生重要影响，其中海面温度和大气温度决定了红树林分布的纬度界限［２６］。在地方尺度上，土壤、潮汐、地形、矿物质、土壤通气性、风、波浪状态和人为活动等很多因素影响红树林的分布，其中人为活动是当前最重要的单一因素，在各个尺度红树林空间结构包含林分和景观两个尺度，即

系统（水平排列林木）尺度上的红树林空间结构是指红树林个体）的分布格局及在空间上的排列方式（林木水平分布）和垂直排列（林木分层，包括现象），林分空间结构是红树林林木之间的竞争势及其空间生态位的决定因素，对红树林林分的稳定性、扩展性和经营空间的大小具有决定性影响［２］景观尺度上的红树林空间结构是指红树林斑块在。

区域（如海湾等）的空间分布状态，是不同大小、形状、属性的红树林斑块在空间上的分布与组合规律［３］在长期的历史演变过程中。受自然过程和人为活动干扰的双重影响，红树林在空间上表现为，

不同的排列形式。景观尺度上的红树林空间结构是自然过程和人为干扰下的产物，不但决定着自然状态下红树林的发生、发展方向，也决定着红树林的生态价值、环境保护价值、社区价值、学术教育价值及经济价值。红树林保护管理和经营的主要目标是培育良好的空间结构，实现其最大的综合价值。

国内外学者对林分尺度红树林空间结构进行了大量研究，涉及红树林空间结构分析方法、影响因素、空间结构优化与理想模式、优，研究红树

化模型等

［２，４－１３］

林湿地的土地类型。很多学者从景观格局的角度（通常包含红树林、滩涂、水体和其他土地利用／覆盖类型）变化及景观空间格局的时空演变［１４－２４］

景观而言释

［２５］

。笔者从红树林功能和作用的角度，景观格局方法缺乏明确的物理意义解，但对于红树林这个独特的单一

理想的红树林空间分布结构，并在此基础上提出了，讨论了

红树林丰度、空间分布均匀度、红树林岸线长度比例、高效护岸红树林面积比例４个分析指标［３］图为景观尺度红树林空间结构提供一种新的分析，试方法。在此，对上述４个指标的定义、计算方法作进一步阐述和分析，对其中一些计算方法作了修正，并对广西珍珠港、茅尾海和铁山港的红树林空间结构进行了实例分析。

上都影响红树林的空间分布。现有红树林空间分布是历史上（包括当前）各种因素综合作用的结果。

在热带地区，红树林可长成高达３０～４０ｍ的乔木，构成茂盛的森林，除具有强大的生态价值，还具有生产木材、薪柴、木炭等诸多经济价值。我国属红树林分布北缘，不仅红树林面积少，而且绝大部分为低矮的灌木，直接经济价值不高，最重要的价值是其生态价值，包括：①近海生态系统初级生产力的价值；②海洋生物栖息地和繁育地价值；③干扰调节价值，即红树林在抵抗风暴潮、护岸护堤和保护沿海居民生命、财产安全的价值；④水体净化价值，红树林可过滤陆地径流和内陆流出的有机物质和污染物，降解污染物，净化水体。

食物和栖息环境是近海生物分布的重要基础，只要存在足够的食物来源和适宜的栖息环境，近海生物则可以广布于整个潮间带。沿海地区地势平坦开阔，自然条件优越，经济发达，人口稠密，开发程度远高于内陆地区，城市、城镇、村庄、港口、工业区、道路、养殖塘、盐田等密布在海岸带上。因此，无论是从近海生态系统初级生产者、栖息地、护岸护堤的角度考虑，还是从降解污染物的角度考虑，要实现其最大的生态价值，则理想的红树林空间结构是：沿着潮间带紧贴海岸线以足够的宽度均匀分布。在这种状态下，红树林不仅能够为海洋生物提供广阔的栖息环境和充足的食物来源，还能够有效地抵御风暴潮，维护沿海地区生态安全。理想的红树林空间结构状态的基本要求是：①红树林斑块在潮间带上沿海岸线均匀分布；②斑块之间的距离足够小（潮沟不能太宽），一般应小于３０ｍ；③斑块构成的红树林带由海岸线沿滩涂向海扩展较长距离，一般应大于１００ｍ。

十分理想的红树林空间结构是很少的，尤其是在海岸线较长的较大区域，空间结构理想的红树林所占比例很少。一般情况下，只是在一个海湾的局部区域出现较为理想的红树林空间结构（图１），而

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更多的海岸段，要么红树林斑块少，要么斑块小且分布不连续、不均匀

。

图１　较为理想的红树林空间结构

Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｉｄｅａｌｓｐａｔｉａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｍａｎｇｒｏｖｅｌａｎｄｓｃａｐｅ

　　注：Ａ．斑块面积大且紧贴海岸线分布（北岸）；Ｂ．斑块在海湾内基本均匀分布（西侧海岸线红树林斑块小，属缺陷）；Ｃ．斑块沿海岸线ｔｈｅｂａｙ（Ｉｔｗａｓｄｉｓｆｉｇｕｒｅｍｅｎｔｆｏｒｓｍａｌｌｐａｔｃｈｅｓｌｏｃａｔｅｄｏｎｔｈｅｗｅｓｔｏｆｔｈｅｂａｙ）．Ｃ．Ｐａｔｃｈｅｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｅｖｅｎｅｓｓａｌｏｎｇｔｈｅｃｏａｓｔｌｉｎｅ（Ｉｔｗａｓｄｉｓｆｉｇｕｒｅ⁃ｍｅｎｔｆｏｒｎｏｍｏｎｇｒｏｖｅｄｉｓｉｔｒｉｂｕｔｅｄｉｎｍｉｄｅａｓｔｓｉｄｅ）．

较均匀分布（中东侧少红树林，属缺陷）。Ａ．Ｌａｒｇｅｐａｔｃｈｅｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅａｌｏｎｇｔｈｅｃｏａｓｔｌｉｎｅ（ｎｏｒｔｈｓｈｏｒｅ）．Ｂ．Ｐａｔｃｈｅｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｒｅｌａｔｉｖｅｅｖｅｎｅｓｓｉｎ

２　红树林景观空间结构分析指标

２．１　红树林丰度

红树林丰度（ａｂｕｎｄａｎｃｅｏｆｍａｎｇｒｏｖｅ，ＡＭ）即红树林的丰富程度，指一个海湾或一个区域内单位长度海岸线占有的红树林面积。

图２示一个很小海湾的红树林分布，设该海湾的海岸线ａｌ长度为Ｌ（ｋｍ），有７个红树林斑块（Ｍ１，Ｍ２，．．．，Ｍ７），总面积为Ｓ（ｈｍ２），则定义该海ｈｍ２／ｋｍ）为：

ｃ

＝Ｓ／Ｌ。

（１）

湾的红树林丰度（ＡＭ，公式中记为ｃＡＭ，

ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ＥＭＤ）指红树林沿海岸线分布的均匀程度。以海湾（或研究区）为单位，通过滩涂带段累计曲线计算红树林空间分布均匀度，方法如下：

１）对海岸线以一定的宽度作缓冲区分析，并

以海岸线为中线切除向陆一侧的缓冲区域后，得到一条滩涂带。缓冲区宽度以包含绝大部分红树林为宜。在该研究中，缓冲区宽度取４００ｍ，包含了研究区９０％以上的红树林面积（未包含的红树林中，一部分位于海岸线靠向陆一侧，另一部分分布于远离岸线的滩涂上）。

２）以一定的长度（研究中为５００ｍ）将滩涂带

截断，得到ｎ段滩涂带，并按一定的顺序逐一进行该段滩涂带的红树林面积值为１，否则记为０。

编号（图３），若某段滩涂带内有红树林分布，则记

图２　海岸线红树林分布

Ｆｉｇ．２　Ｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｍａｎｇｒｏｖｅａｌｏｎｇｔｈｅｃｏａｓｔｌｉｎｅ

２．２　红树林空间分布均匀度

红树林空间分布均匀度（ｅｖｅｎｎｅｓｓｏｆｍａｎｇｒｏｖｅ

图３　４００ｍ宽海岸线缓冲带按长５００ｍ分段示意Ｆｉｇ．３　Ｃｏａｓｔｌｉｎｅｗａｓｂｕｆｆｅｒｅｄｗｉｔｈ４００ｍａｎｄｔｈｅｎ

ｗａｓｓｅｇｍｅｎｔｅｄｂｙｅｖｅｒｙ５００ｍｉｎｌｅｎｇｔｈ

第２期李春干，等：红树林景观空间结构分析方法

１０３

究为２０组），统计每组中红树林滩涂带面积值，并将这Ｎ组数据按面积值由小至大排列，同时统计该海湾滩涂带红树林面积值比例的累计值（％）和滩涂带段数比例的累计值（％）。

４）以滩涂带段数比例累计值为横坐标，红树

３）将ｎ段滩涂带按编号顺序分为Ｎ组（该研

贴岸还是属于离岸红树林。显然，斑块Ｍ７属明显的离岸红树林。当斑块为贴岸红树林时，其相应的岸线为红树林海岸。若两个贴岸斑块之间的距离小于３０ｍ时，可以认为这两个斑块之间的海岸也得到了红树林的庇护，这段海岸也属红树林海岸；若大于３０ｍ，则认为该岸段不受红树林有效保护，不属于红树林海岸。当海岸线前无红树林分布时，该段岸线为裸岸。根据红树林空间分布的位置，将海岸线截断，并计算各段海岸线的长度，很容易判林滩涂带面积值累计比例为纵坐标作散点图，并作曲线拟合，得到滩涂带红树林面积值累计曲线，见图

４。

图４　滩涂带红树林面积值比例累计曲线（铁山港，２０１０）Ｆｉｇ．４　Ｃａｖｅｏｆａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｐｅｒｃｅｎｔｏｆｔｈｅｖａｌｕｅｏｆ

ｍａｎｇｒｏｖｅａｒｅａｉｎｔｉｄｅｌｆｌａｔｏｆＴｉｅｓｈａｎｇａｎｇｂａｙｉｎ２０１０

ｆ（ｘ）５），定义红树林空间分布均匀度将滩涂带红树林面积值累计曲线记为（ＥＭＤ，公式中ｙ＝

记为ｃ积之比ＥＭＤ，有

）为图４中曲线下部面积与三角形ＯＰＪ面ｃＥＭＤ＝２

１式中：ｃ０

ｆ（ｘ）ｄｘ。

（２）

越接近ＥＭＤ，表明红树林在滩涂带上分布越均匀∈［０，１］，ｃＥＭＤ∫越大，ｙ＝ｆ（ｘ）与斜线ＯＪ

，反之ｃ（ＥＭＤ越小，说明红树林分布越集中。当ｃＥＭＤ＝１时

０根据研究区红树林空间分布状况时ｙ＝（ｆｙ（ｘ＝）ｆ与直线（ｘ）与折线ＯＪ重叠ＯＰＪ）表示绝对均匀重叠），，当ｃＥＭＤ＝，将红树林空间分表示绝对集中。布均匀度划分为５个等级，标准为：１