在景观生态学研究中，如何准确把握景观要素空间分布的总体趋势和规律，是我们面临的一个突出问题(Forman，1995；Thomas et al., 1994)。趋势面分析(trend surface analysis)在植物生态研究中作为一种特殊的排序方法，用来研究植物群落或种群某一属性在一定范围内的地理分布趋势(阳含熙等，1983)，又被称为大规模格局分析(张金屯，1995)。由于环境因子控制作用的复杂性，群落或种群在地理空间中的分布规律并不总是很明确，通过建立趋势面模型去除局部因素影响，可以确立群落或种群地理分布受环境因子控制的系统变化趋势。因而在群落生态学和种群生态学研究中是一种有效的数量化分析方法(郭晋平等, 1999)。虽然有人提出将这种方法用于景观格局及其动态分析的前景(郭晋平, 2001)，但如何应用趋势面分析法，从复杂的现实景观中提示出景观要素空间分布的基本特征和变化规律，仍需要做进一步的研究和探索。

位于吉林省长白山林区的金沟岭林场，森林覆盖率达94%，天然林占森林面积的84%。云冷杉针阔混交林原是本区的优势林型，在森林生态系统演替中属顶极群落，具有巨大的生产力和稳定性，对于保持当地景观异质性和稳定性等方面起着不可替代的作用，同时也为社会提供了大量的林产品和其他服务功能。但现有云冷杉林生态系统是在原始林型经过2~3次较大强度的择伐(30%~50%)后，经过十几或二十几年的恢复形成的，由于地形复杂多变，人为活动频繁，森林景观表现为复杂的斑块镶嵌格局。在生态演替和干扰共同控制下，景观生态过程极为活跃，景观格局的变化也十分复杂，很难直观地把握景观要素的空间分布趋势和规律。采用科学、有效的方法，提示森林景观空间格局的基本特征和变化规律，将有助于推动这一地区森林资源的可持续经营利用，促进区域经济社会可持续发展。

1 研究地区概况

金沟岭林场属吉林省汪清林业局，位于东经130°10′, 北纬43°22′，长白山系老爷岭山脉雪岭支脉。林区地貌属低山丘陵，海拔为300~1 200 m，坡度10~25°, 个别陡坡在25°以上。本区属季风型气候，全年平均气温为4 ℃左右。1月份气温最低, 平均为零下32 ℃左右；7月份气温最高，平均为22 ℃左右。年降水量600~700 mm，多集中在7月份。土壤为中低山灰化土灰棕壤区，在海拔800~1 000 m为针叶林灰棕壤，沟谷是草甸土、泥炭土、沼泽土或冲积土，质地一般为粘壤，粒状结构，湿松，平均厚度40 cm左右。

2 研究方法 2.1 基础资料

以1997年金沟岭林场1:5万的地形林相图为基本图件，相应的森林经理调查数据为辅助数据，建立以树种组成为主要依据的景观要素分类系统，见表 1。利用GIS软件，将上述地形林相图经“扫描—细化—编辑—建立拓扑关系—属性数据录入”的程序，建立研究地区的地形图和景观数字化图层。

2.2 演替状态的确定

为揭示景观要素沿环境梯度空间分布趋势，本文采用群落连续带指数CI(continuum index)来定量确定群落的演替状态(Curtis et al., 1951；孟庆繁等，1999)：CI＝∑IV*CAN。式中:CI为连续带指数，IV为各乔木树种的重要值，CAN为各乔木树种的顶级适应值。由于CI值较小，不便于拟合和比较，为了便于进行研究比较，进一步区分景观要素所属分类单元，在式中加入一级分类代码因子：SI=∑IV*CAN+n*10。SI为演替指数，n为一级分类代码，见表 1。

2.3 格网图层的建立

在arcinfo的支持下，以相同的TIC点建立研究地区的统一格网图层。本研究采用12 hm²的正文形网格，首先确定网格中心点，用研究地区的边界图层进行剪切，删除边界以外的网格，建成网格样点图层。本研究共有1 986个样点。

2.4 网格样点的取样和数据库的建立

将网格图层和地形图图层叠加，利用arcinfo的TIN功能，取得各样点的地理属性数据；将网格图层和景观图层叠加，取得各样点的景观属性数据。用这两组数据建立景观要素空间分布趋势分析数据库，包括样点号、横坐标、纵坐标、坡度、坡向、海拔、演替指数等数据项。

2.5 趋势面模型的建立与分析

本研究以SI为拟合模型的趋势值，以南北方向和东西方向地理位置、海拔、坡向和坡度为自变量，选用二元三次多项式进行趋势面分析。为便于分析，并建立直观的趋势面立体模型，按水平方向和海拔、坡向、坡度两两分别建模。模型通式为：。式中：a₀~a₉为二元三次多项式系数；X，为模型拟合变量。

模型参数估计采用最小二乘法，在机算机上通过样点数据库，利用MATLAB统计软件建立正规方程，求解正规方程系数估计模型参数，并做出趋势面模型图，结合专业知识，对趋势面模型综合分析。

3 结果分析 3.1 景观要素水平空间分布格局

以样点的横坐标和纵坐标为自变量，以样点景观要素的演替指数为因变量，建立景观要素水平空间分布现状模型(图 1)，并同时以样点景观要素的演替指数建立景观要素水平空间分布趋势面模型(图 2)。

比较图 1和图 2可知，趋势面模型基本反映了金沟岭林场景观要素的分布情况，但二者的局部区别还是很明显的，说明研究地区景观异质性特征极明显，局部地形在控制景观要素空间分布趋势中发挥了明显的作用。因此水平位置的变化对景观格局没有显著的系统影响，景观要素水平分布趋势实质上反映了研究地区地形地势对景观格局的控制作用。需进一步分析地形特征对景观格局的影响。

3.2 海拔和坡向对景观要素分布格局的控制作用

以海拔和坡向为自变量，以演替指数为因变量，建立景观要素沿海拔和坡向梯度分布的趋势面模型(图 3)。为了便于分析比较选取南北两个坡向上不同海拔的趋势面拟合值制成图 4。

由图 3和图 4可见，景观要素沿海拔梯度带状分布的总趋势明显，在1 000 m以上海拔带上，随着海拔的升高不同海拔之间的差异缩小，且不同坡向之间的差异也很小。而小于1 000 m以下的，随着海拔的升高不同海拔之间的差异较大，而且不同坡向之间的差异也明显大于高海拔带，显然这是由于在低海拔带人为活动干扰所造成的。

从不同海拔带上的演替指数分析，在低海拔带上，阴坡上演替指数较低，且变化剧烈，主要是由于从1954年以后的一个时期内，该林场采用皆伐主伐方式，从1958年以后，在这些采伐迹地上营造以落叶松(Larix olgensis var. changpaiensis)为主森林所造成的，目前主要以落叶松纯林和落叶松相对纯林为主。阳坡变化相对较小，主要以混交林为主，小于400 m以下，主要以枫桦(Betula costata)、椴树(Tilla amurensis)、杨树(Populus ussuriensis)、白桦(Betlula platyphylla)、云杉(Picea jezoensis)、冷杉(Abies nephrolepis)组成的枫椴杨白云冷针阔混交林和阔叶混交林为主，400~1 000 m之间主要以云冷杉针阔混交林和落枫椴云冷针阔混交林为主。在高海拔地区，坡向差异不大，演替指数趋于平缓，主要以云冷杉针阔混交林和落枫椴云冷针阔混交林为主。

选取8个不同坡向的演替指数进行比较，不同坡向之间差异明显，其中以西北坡最高，北坡最低。景观要素沿坡向梯度分布的总体趋势明确。各坡向景观要素的演替指数依次为西北坡→西坡→西南坡→南坡→东南坡→东坡→东北坡→北坡。

3.3 坡度对景观要素空间分布格局的影响

由图 5、6可见，研究地区坡度在0~45°范围内。坡度低于18°时，演替指数较低，主要分布有枫椴杨白云冷针阔混交林和阔叶混交林；而在大于18°时，随着坡度的增加演替指数呈上升趋势，主要分布为混交林。出现这种格局受两个因素的制约：一是坡度较小的地段常位于山脊、沟谷部位，由于地形部位特殊和人类活动沿沟谷扩展的影响，森林分布受到一定限制；其次是随着海拔的降低，坡度较小的地段受人为采伐和其他人为活动的影响较大，使其演替指数较低，从而使模型表现出上述趋势。

总之，坡度对景观要素的空间分布的作用，通过加强坡向对改善立地水分条件的效应发挥出来，因此，研究范围内由于坡度不同而引起立地条件的改变没有成为整个景观范围内影响森林类型空间分布趋势的重要因子，而仅具局部影响作用。

4 结论

1) 趋势面分析法可以有效地用于分析复杂异质景观中景观要素空间分布的总体趋势，借以把握景观格局的总体特征，提示景观要素空间分布规律和控制因素。

2) 在金沟岭林场范围内，水平地理位置对景观要素空间分布的影响极为有限。

3) 景观要素空间格局更多地受地形特征和干扰格局的综合控制。研究结果表明，研究地区海拔、坡向和坡度是控制景观要素空间分布格局的主要因素。

4) 在不同海拔带上，坡向和坡度对景观要素空间分布的作用在方向和强度上都有明显差别。