唐 利,邵景安,2,*,郭 躍,2,鄧 華,薛沛沛

1 重慶師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院, 重慶 400047 2 三峽庫(kù)區(qū)地表過(guò)程與環(huán)境遙感重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 400047 3 西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院, 重慶 400716 4 重慶市林業(yè)科學(xué)研究院, 重慶 400036

社區(qū)水平森林景觀格局動(dòng)態(tài)特征與驅(qū)動(dòng)因素

唐 利1,邵景安1,2,*,郭 躍1,2,鄧 華3,薛沛沛4

1 重慶師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院, 重慶 400047 2 三峽庫(kù)區(qū)地表過(guò)程與環(huán)境遙感重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 400047 3 西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院, 重慶 400716 4 重慶市林業(yè)科學(xué)研究院, 重慶 400036

基于高分辨率SPOT- 5影像、TM影像和農(nóng)戶調(diào)查數(shù)據(jù),以及相關(guān)輔助數(shù)據(jù),選取三峽庫(kù)區(qū)典型森林大縣石柱縣三星鄉(xiāng)石星村為樣區(qū),利用景觀格局指數(shù)與Logistic回歸分析法,對(duì)1994—2014年間的森林景觀格局的動(dòng)態(tài)特征及其影響因素進(jìn)行分析,旨在豐富人們對(duì)社區(qū)水平森林景觀格局動(dòng)態(tài)的理解和認(rèn)識(shí),為森林景觀恢復(fù)和可持續(xù)經(jīng)營(yíng)策略的制定提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)果表明：①樣區(qū)森林景觀一直占據(jù)20年間景觀基質(zhì)的主導(dǎo)地位,空間分布上退化原始林主要集中分布在中東部低山、深丘區(qū),次生林、退化林地和人工林呈鑲嵌格局,分散于主要基質(zhì)性景觀中；②20年間樣區(qū)森林景觀整體呈先減少后增加的“U”型格局,表現(xiàn)為1994—2004年間的退化與2004—2014年間的恢復(fù)兩個(gè)截然相反的過(guò)程,且這一過(guò)程主要發(fā)生在森林景觀與水田、旱地、居民點(diǎn)、道路等接壤區(qū)；③2004—2014年間森林景觀的演化趨勢(shì)與1994—2004年間整體上呈反向趨勢(shì),空間格局上,這一階段森林景觀的恢復(fù)主要出現(xiàn)在1994—2004年間森林景觀所發(fā)生退化的區(qū)域；④20年間樣區(qū)森林景觀在斑塊水平上呈明顯異質(zhì)性分布,3個(gè)截面年份不同森林景觀破碎化程度的總排序均為退化林地>人工林>次生林>退化原始林,且退化原始林、次生林和退化林地的破碎度變化趨勢(shì)相同,均為先增后減；⑤20年間樣區(qū)森林景觀在景觀水平上的破碎度呈現(xiàn)先增強(qiáng)后減弱趨勢(shì),且2014年的破碎化程度恢復(fù)至低于1994年的水平,進(jìn)一步說(shuō)明在退化后的森林景觀恢復(fù)過(guò)程中,生態(tài)完整性的恢復(fù)速度遠(yuǎn)低于破碎速度；⑥社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素對(duì)20年間樣區(qū)森林景觀變化的影響最突出,其中,最主要的影響因素是人口密度變化,先增后減的變化使生態(tài)壓力隨之增減,進(jìn)而導(dǎo)致森林景觀的退化與恢復(fù)。其次是農(nóng)民人均純收入變化,特別是2004—2014年農(nóng)民人均純收入的增加,促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型,減少了對(duì)森林景觀的依賴和干擾?？臻g距離對(duì)森林景觀的影響具有穩(wěn)定的持續(xù)作用,居民對(duì)森林景觀的干擾多經(jīng)由距離因素而實(shí)現(xiàn)。自然因素控制大地貌格局,中短時(shí)期內(nèi)對(duì)森林景觀變化影響不大,次生林和退化林地因處于適宜開(kāi)發(fā)的邊緣地帶,受自然環(huán)境影響較大。

社區(qū)水平；森林景觀；動(dòng)態(tài)演化；驅(qū)動(dòng)因素；山區(qū)

森林碳匯管理是人類應(yīng)對(duì)或減緩全球氣候變化的主要關(guān)注對(duì)象和關(guān)鍵途徑[1],而要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)就必須查明或弄清現(xiàn)在及過(guò)去某一區(qū)域森林格局的演變及其背后驅(qū)動(dòng)因素[2]。當(dāng)然,為有效保護(hù)森林資源,摸清森林碳匯的現(xiàn)狀與未來(lái)碳增匯潛力,了解森林景觀格局的變化、原因及未來(lái)情景,國(guó)內(nèi)外學(xué)者、政府決策者與實(shí)踐層面已開(kāi)展了大量研究與探索。歸納起來(lái),國(guó)外注重將景觀生態(tài)學(xué)原理運(yùn)用于森林景觀的格局演化、形成過(guò)程與驅(qū)動(dòng)因素分析中,尤其重視模型發(fā)展,并在森林景觀生態(tài)研究成果的基礎(chǔ)上不斷發(fā)展新的思想、觀點(diǎn)和方法[3],特別是北美和歐洲學(xué)派已在相關(guān)領(lǐng)域取得較多科學(xué)發(fā)現(xiàn)[4- 8]；國(guó)內(nèi)更多根據(jù)中國(guó)國(guó)情開(kāi)展多尺度、多樣化、多情景典型區(qū)案例研究[9- 13],且在研究過(guò)程中與生態(tài)學(xué)的結(jié)合日益緊密[14- 15],研究方法也更加豐富[9,11,16- 17]。

然而,盡管在森林景觀的研究過(guò)程中涉及尺度在不斷豐富(呈多樣化趨勢(shì)),甚至部分研究在探索尺度間的轉(zhuǎn)換效應(yīng)與過(guò)程,但目前研究主要集中于城市森林、景區(qū)(點(diǎn))森林等[13],而單純地以農(nóng)村社區(qū)為水平開(kāi)展森林景觀格局與過(guò)程的研究相對(duì)較少。社區(qū)水平是森林保育政策的基本實(shí)踐層面,既承載著居民對(duì)散布森林景觀干擾行為的直接作用,又是國(guó)家及區(qū)域森林保育政策執(zhí)行的落腳點(diǎn)[18- 19],且中觀乃至宏觀尺度的森林景觀也是由無(wú)數(shù)微觀小尺度景觀累積而成。而且,在目前工業(yè)化、城鎮(zhèn)化背景下,山區(qū)社區(qū)逐漸表現(xiàn)為衰敗現(xiàn)象,如大量青壯年勞動(dòng)力“析出”進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)森林景觀的擾動(dòng)減少,有助于森林景觀的恢復(fù),這一結(jié)果與上世紀(jì)90年代前正好相反。

因此,基于森林景觀的已有研究基礎(chǔ)和現(xiàn)實(shí)需求,開(kāi)展社區(qū)水平森林景觀格局的動(dòng)態(tài)研究不僅可了解基本實(shí)踐層面的森林景觀格局的動(dòng)態(tài)變化及背后驅(qū)動(dòng)因素,而且可越發(fā)豐富關(guān)于森林景觀格局研究的尺度范圍,更好地服務(wù)于森林景觀格局的恢復(fù)、管理與效應(yīng)提升。

重慶石柱縣是三峽庫(kù)區(qū)與武陵山區(qū)重要的森林大縣,該縣兼具生態(tài)環(huán)境脆弱、少數(shù)民族聚集、經(jīng)濟(jì)社會(huì)欠發(fā)達(dá)的特點(diǎn),而森林景觀作為其區(qū)域內(nèi)的基質(zhì)性景觀對(duì)當(dāng)?shù)鼐用裆a(chǎn)、生活和生態(tài)具有重要作用。基于此,本文選取其區(qū)內(nèi)的三星鄉(xiāng)石星村為樣區(qū),利用景觀格局指數(shù)和Logistic回歸分析法,開(kāi)展近20年社區(qū)水平森林景觀格局的時(shí)空演變特征分析,并從自然、空間距離和社會(huì)經(jīng)濟(jì)三方面定量分析驅(qū)動(dòng)其格局變化的影響因素,以期揭示樣區(qū)森林景觀格局的動(dòng)態(tài)變化特征與驅(qū)動(dòng)因素,為未來(lái)社區(qū)水平森林景觀可持續(xù)發(fā)展策略的制定提供科學(xué)依據(jù)和理論支撐。

1 材料與方法

1.1 區(qū)域概況

圖1 樣區(qū)地理位置和DEMFig.1 Location and topography in the study site

樣區(qū)石星村位于重慶石柱縣三星鄉(xiāng)中東部(108°04′34″—108°09′43″E,29°52′00″—29°54′00″N),幅員1172.46hm2。地勢(shì)東高西低,地貌以低山淺丘為主,兼具山地與丘陵地貌景觀,海拔630—1380m。氣候?qū)賮啛釒駶?rùn)季風(fēng)氣候,年均溫17.6℃；土壤以黃壤為主；植被以亞熱帶常綠闊葉林和落葉闊葉林為主,2014年森林覆蓋率達(dá)60.71%。按照國(guó)際熱帶木材組織(ITTO)的分類標(biāo)準(zhǔn)[19- 20],樣區(qū)有退化原始林454.97hm2,次生林121.79hm2,退化林地72.95hm2和人工林62.09hm2。2014年底,樣區(qū)轄7個(gè)村民小組,總?cè)丝?452人,其中常年外出務(wù)工勞動(dòng)力1379人。鄉(xiāng)村道路29.57km；4條河流流經(jīng)該村,均屬南濱河三級(jí)支流；坑塘水庫(kù)24個(gè),面積達(dá)2.99hm2。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文所用的數(shù)據(jù)主要涉及兩部分：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和調(diào)研數(shù)據(jù)。①基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：樣區(qū)2004年和2014年2.5m分辨率SPOT- 5影像來(lái)源于重慶市林業(yè)規(guī)劃院；2002年森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)來(lái)源于石柱縣林業(yè)局；2010年1∶1萬(wàn)國(guó)土第二次調(diào)查數(shù)據(jù)、1∶1萬(wàn)分幅地形圖、1∶1萬(wàn)村組級(jí)行政界線及道路分布圖來(lái)源于石柱縣國(guó)土資源局；30m分辨率DEM來(lái)源于中國(guó)西部數(shù)據(jù)中心；1994年30m分辨率TM影像來(lái)源于中科院地理所資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心；樣區(qū)2004—2014年農(nóng)經(jīng)報(bào)表來(lái)源于三星鄉(xiāng)政府及相關(guān)職能部門。②調(diào)研數(shù)據(jù)：作者所在課題組8人于2015年2月20日至3月5日,到樣區(qū)進(jìn)行實(shí)地調(diào)查和參與式農(nóng)戶訪談。隨機(jī)抽取175戶農(nóng)戶進(jìn)行參與式訪談,問(wèn)卷內(nèi)容涉及人口、經(jīng)濟(jì)收入、人均耕地面積、撂荒土地面積、薪材需求量及對(duì)土地利用的意愿、對(duì)森林變化的感知等。

1.3 數(shù)據(jù)處理

對(duì)2004和2014年森林景觀格局的提取主要過(guò)程如下：首先,對(duì)2004、2014年SPOT- 5遙感影像進(jìn)行幾何校正、圖像鑲嵌與裁剪,并在ENVI軟件的支持下進(jìn)行312波段的圖像融合；其次,將其與輔助解譯數(shù)據(jù)(2002年森林資源二調(diào)數(shù)據(jù)、2010年國(guó)土二調(diào)數(shù)據(jù)、1∶1萬(wàn)分幅地形圖和行政邊界矢量圖)統(tǒng)一投影到西安80坐標(biāo)下；再次,使用ITTO的分類標(biāo)準(zhǔn)[19- 20],結(jié)合實(shí)地踏勘和農(nóng)戶訪談,建立樣區(qū)森林景觀要素分類的解譯標(biāo)志(表1),開(kāi)展人機(jī)交互解譯與小班區(qū)劃；最后,參考相關(guān)文獻(xiàn)[19]和2002年森林二類調(diào)查小班圖及解譯的森林景觀圖,以室內(nèi)解譯或區(qū)劃的小班為底圖,開(kāi)展以小班為單元的實(shí)地核查和驗(yàn)證,對(duì)2004和2014年解譯出的森林景觀格局圖予以修正。

表1 ITTO退化森林景觀分類系統(tǒng)及樣區(qū)景觀要素遙感解譯標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)1994年森林景觀格局的提取采取參與式農(nóng)戶訪談與TM影像驗(yàn)證相結(jié)合的方法進(jìn)行：因?yàn)楸疚牡难芯砍叨仁巧鐓^(qū)水平,如果全部使用1994年30m分辨率的TM影像進(jìn)行解譯獲得,則解譯結(jié)果的相對(duì)誤差定會(huì)較大,更何況本文要將森林景觀格局的演化落實(shí)在具體的地塊上,因此單獨(dú)使用TM影像進(jìn)行1994年的數(shù)據(jù)獲取粒度較粗。然而,如僅僅以2004年的解譯驗(yàn)證后的結(jié)果為底圖,在此基礎(chǔ)上,通過(guò)參與式農(nóng)戶訪談讓當(dāng)?shù)鼐用襁M(jìn)行逐一小班的追溯,又很難把森林景觀的追溯結(jié)果精確到年,具有較大的不確定性。即很難保證非遙感輔助數(shù)據(jù)來(lái)源正確性(居民回憶),這樣,更不能保證所得到的1994年森林景觀格局具有較高的準(zhǔn)確性。為此,本文使用兩者相結(jié)合的方法進(jìn)行1994年樣區(qū)森林景觀格局信息的獲取,具體過(guò)程是：首先,使用通常的遙感影像處理方法對(duì)1994年TM影像進(jìn)行幾何校正、投影校正與432波段合成,并將其與其他圖像數(shù)據(jù)一起作為1994年森林景觀格局信息提取的輔助數(shù)據(jù)；其次,以2004年的森林景觀格局圖為底圖讓當(dāng)?shù)鼐用襁M(jìn)行逐一小班的追溯反演,并參照1994年TM影像對(duì)追溯結(jié)果進(jìn)行核對(duì)與驗(yàn)證,以提高追溯結(jié)果的正確性。

對(duì)解譯和追溯結(jié)果分森林景觀類型隨機(jī)抽取小班進(jìn)行實(shí)地驗(yàn)證,2004和2014年的退化原始林、次生林、退化林地和人工林分別抽取13、27、19和7個(gè)小班,正確率分別為95.5%、89.7%、91.3%和93.9%,1994年的相應(yīng)小班分別抽取9、21、24和5個(gè),正確率分別91.6%、88.3%、95.1%和90.9%。正確率均達(dá)到本文研究的精度要求,三期森林景觀格局解譯結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 樣區(qū)不同年份景觀要素格局與分布Fig.2 The distribution of landscape elements patterns in the study site during different years

1.4 研究方法

1.4.1 景觀格局分析

景觀格局指數(shù)是反映景觀空間配置特征和景觀格局構(gòu)成的簡(jiǎn)單量化指標(biāo),是表征景觀格局特征與構(gòu)成最常用的靜態(tài)定量方法[21],分為斑塊水平、類型斑塊水平和景觀水平3個(gè)層次。

為研究樣區(qū)1994—2014年間森林景觀格局對(duì)自然環(huán)境、人類活動(dòng)干擾及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展變化的響應(yīng),本文從類型斑塊水平和景觀水平兩個(gè)層次上選擇8個(gè)景觀格局指數(shù)[22- 23],分別是：斑塊密度(PD)、邊緣密度(ED)、平均斑塊面積(MPS)、最大斑塊指數(shù)(LPI)、加權(quán)平均形狀指數(shù)(AWMSI)、蔓延度(CONTAG)、聚合度(AI)和Shannon多樣性指數(shù)(SHDI)。其中,斑塊密度(PD)、邊緣密度(ED)值越高,且平均斑塊面積(MPS)越低,表明景觀越破碎化,即異質(zhì)性程度越高；最大斑塊指數(shù)(LPI)越大,表明該類型斑塊或景觀最大面積斑塊所占比例越大,受干擾強(qiáng)度和頻數(shù)越?。患訖?quán)平均指數(shù)(AWMSI)與Shannon多樣性指數(shù)(SHDI)越高,景觀空間格局越復(fù)雜多樣,越破碎；聚合度(AI)和蔓延度(CONTAG)越低,各種要素的密集程度越高,越破碎。

景觀格局指數(shù)計(jì)算以ARCGIS軟件為數(shù)據(jù)輸入平臺(tái),使用Fragstats 3.3軟件實(shí)現(xiàn)。

1.4.2 Logistic回歸分析

使用Logistic回歸模型進(jìn)行影響樣區(qū)森林景觀格局演化的驅(qū)動(dòng)因素識(shí)別[24- 25],具體在SPSS 17軟件支持下實(shí)現(xiàn)回歸計(jì)算,同時(shí),對(duì)回歸模型的預(yù)測(cè)能力使用最大似然估計(jì)進(jìn)行評(píng)價(jià),如回歸系數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)誤差、Wald統(tǒng)計(jì)量、顯著性水平和發(fā)生比率。當(dāng)回歸系數(shù)為正時(shí),隨解釋變量的增加,被解釋變量發(fā)生的概率會(huì)相應(yīng)增加,反之則減少。Wald統(tǒng)計(jì)量表示每個(gè)解釋變量的相對(duì)權(quán)重,用于評(píng)價(jià)每個(gè)解釋變量對(duì)事件的貢獻(xiàn)力[26]。選擇Homsmer-Lemeshow指標(biāo)(HL)進(jìn)行模型擬合優(yōu)度的檢驗(yàn)[26- 27],當(dāng)HL指標(biāo)對(duì)應(yīng)P值>0.05,統(tǒng)計(jì)不顯著,表示模型擬合度好；取顯著性水平為0.05,當(dāng)解釋變量的顯著性水平小于0.05時(shí)應(yīng)保留在方程中,反之則去除。

(1)因變量指標(biāo)構(gòu)建

為分析各類森林景觀發(fā)生動(dòng)態(tài)變化的影響因素,本文分別選擇退化原始林、次生林、退化林地和人工林的變化情況作為因變量,用編碼“1”或“0”表示各類森林景觀發(fā)生變化的概率?！?”表示森林景觀發(fā)生變化,即其他景觀類型轉(zhuǎn)化為該類型森林景觀或該類型森林景觀轉(zhuǎn)化為其他類型景觀；“0”表示森林景觀未發(fā)生變化。研究時(shí)段為1994—2004年和2004—2014年。在ARCGIS軟件支持下將相鄰兩時(shí)段的森林景觀解譯矢量圖進(jìn)行空間疊加,即得到樣區(qū)1994—2004和2004—2014年兩個(gè)時(shí)段森林景觀格局動(dòng)態(tài)變化矢量圖,再在此基礎(chǔ)上將其按編碼值分別轉(zhuǎn)換為分辨率為10m的柵格圖。

(2)自變量指標(biāo)構(gòu)建

20年來(lái),樣區(qū)森林景觀格局在自然與人文因素的共同驅(qū)動(dòng)下發(fā)生較大變化,考慮數(shù)據(jù)科學(xué)性和可獲取性,本文在自然本底、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和空間距離3方面共選取9個(gè)與樣區(qū)森林景觀時(shí)空變化密切相關(guān)的影響因素(表2),它們總體上可代表自然本底和人文因素對(duì)樣區(qū)森林景觀動(dòng)態(tài)變化的直接和間接的影響。其中,海拔、坡度作為自然本底解釋變量；常住人口密度變化、薪材需求變化、勞均耕地變化及農(nóng)民純收入變化則是考慮農(nóng)村地區(qū)特點(diǎn)而選用的社會(huì)經(jīng)濟(jì)解釋變量；小班距道路、居民點(diǎn)和水域的距離可體現(xiàn)空間人為活動(dòng)對(duì)森林景觀的空間距離影響?？紤]到不同道路、居民點(diǎn)和水域的影響力不同,以及樣區(qū)地勢(shì)相對(duì)高差大的特點(diǎn),參考相關(guān)研究[28]對(duì)道路影響指數(shù)的計(jì)算,對(duì)小班距道路的距離予以修正,并將修正思路推廣至居民點(diǎn)和水域的距離計(jì)算中,公式如下：

式中,D為小班距道路、居民點(diǎn)和水域的修正距離,i=1,2,3分別代表道路、居民點(diǎn)和水域；j=1,2,3分別表示道路、居民點(diǎn)和水域等級(jí)；L表示不同道路、居民點(diǎn)或水域等級(jí)的影響系數(shù)。因道路寬度、質(zhì)量、人流量等屬性與道路等級(jí)存在正相關(guān)關(guān)系,因此可用道路等級(jí)代表道路屬性,其中鄉(xiāng)道及以上為1級(jí)L1，1=1,村公路為2級(jí)L1,2=2,生產(chǎn)便道為3級(jí)L1,3=3。居民點(diǎn)規(guī)模越大人口越多,對(duì)周圍的干擾越強(qiáng),根據(jù)樣區(qū)居民點(diǎn)基本情況,設(shè)連片居住面積≥0.5hm2的為1級(jí)L2,1=1,<0.5的設(shè)為2級(jí)L2,2=2,散居點(diǎn)設(shè)為3級(jí)L2,3=3。水域灌溉能力與種類有關(guān),設(shè)河流為1級(jí)L3,1=1,水庫(kù)為2級(jí)L3,2=2,坑塘為3級(jí)L3,3=3。E為小班距道路、居民點(diǎn)或水域的最小直線距離,H為小班與道路、居民點(diǎn)或水域間的相對(duì)高程差。式中,修正距離D值大于0,且值越小,表明道路、居民點(diǎn)或水域的等級(jí)越高或小班越靠近道路、居民點(diǎn)或水域,則受干擾程度越強(qiáng)。

(3)數(shù)據(jù)提取與分析

海拔、坡度由DEM提?。恍“嗑嗑用顸c(diǎn)、道路和水域的距離使用上述公式在柵格計(jì)算器中計(jì)算,得到距離柵格圖,分辨率均為10m,社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)則以村民小組為單位予以空間化。

空間自相關(guān)檢驗(yàn),利用隨機(jī)抽樣方法選擇均勻分布于樣區(qū)的n個(gè)隨機(jī)點(diǎn)以避免數(shù)據(jù)的空間自相關(guān)性。先利用ARCGIS軟件的CreateRandomPoint工具創(chuàng)造n個(gè)隨機(jī)點(diǎn),然后利用Join和ExtractValuetoPoint工具分別將因變量的屬性值賦值到點(diǎn)屬性中,并在每個(gè)Logistic回歸模型中隨機(jī)選取因變量為“1”和“0”值的點(diǎn)各200個(gè),將選出點(diǎn)的自變量值進(jìn)行均值化處理,這樣,既保留原始數(shù)據(jù)的信息,又消除量綱的影響。將得到的自變量和因變量數(shù)據(jù)利用SPSS17軟件進(jìn)行二元Logistic回歸分析,其中解釋變量篩選按0.05顯著性水平采用正向逐步回歸方法進(jìn)行。

表2 樣區(qū)驅(qū)動(dòng)森林景觀格局演化的因素指標(biāo)體系

2 結(jié)果與分析

2.1 森林景觀的總體動(dòng)態(tài)變化

2.1.1 景觀格局

表3可知,樣區(qū)森林景觀一直占據(jù)近20年景觀基質(zhì)的主導(dǎo)地位。在1994、2004和2014的3個(gè)截面年份中,森林景觀面積均超過(guò)樣區(qū)總面積的50%,分別為59.06%、52.05%和60.71%。而且,所有景觀類型中,退化原始林均占據(jù)樣區(qū)3個(gè)截面年份的優(yōu)勢(shì)景觀位置,占比分別達(dá)總面積的41.90%、33.46%和38.80%,其次是旱地、水田,其累計(jì)占比與退化原始林基本相當(dāng),分別為39.48%、45.90%和36.46%。在空間分布上,退化原始林、水田和旱地的分布較為集中,退化原始林主要分布在樣區(qū)中東部低山、深丘區(qū),而水田、旱地則大多出現(xiàn)在樣區(qū)中西部淺丘區(qū),其他景觀類型呈鑲嵌格局,分散于樣區(qū)主要基質(zhì)性景觀中(圖2)。在分布形態(tài)上,退化原始林、水田、旱地呈面狀連片分布,居民點(diǎn)、坑塘、水庫(kù)、人工林呈點(diǎn)狀分布,河流、次生林、退化林地呈帶狀分布。

2.1.2 轉(zhuǎn)換動(dòng)態(tài)

(1)總體格局轉(zhuǎn)換

20年間樣區(qū)森林景觀整體呈先減少后增加的“U”型格局,總體凈增加19.39hm2。1994—2004年森林景觀凈減少82.18hm2,其占樣區(qū)總面積比重由1994年的59.06%降低為2004年的52.05%,而2004—2014年的凈增加101.57hm2,結(jié)果使得2014年的這一比重又提升為60.71%(表3)?？傮w上看,20年間樣區(qū)森林景觀表現(xiàn)為前期的退化與后期的恢復(fù)兩個(gè)截然相反的過(guò)程。在森林景觀類型演化趨勢(shì)上,不同時(shí)段退化原始林、次生林的變化趨勢(shì)與森林景觀的整體演化格局是一致的,而退化林地、人工林則一直呈增加趨勢(shì)。而且,在變化強(qiáng)度上,退化原始林在20年間凈減少36.33hm2,次生林、退化林地、人工林分別凈增加12.31、18.25、25.16hm2。在不同時(shí)段上,不同森林景觀類型在兩階段的變化幅度均較為顯著：退化原始林在1994—2004年間凈減少99.02hm2,在2004—2014年凈增加62.69hm2；次生林、退化林地和人工林在1994—2004和2004—2014年間的凈變化量分別為(-17.06、29.12、4.78hm2)和(29.37、-10.87、20.38hm2)。

在轉(zhuǎn)換的空間格局上,樣區(qū)森林景觀格局的演化主要發(fā)生在森林景觀與人為活動(dòng)可觸及的區(qū)域,尤其是森林景觀與水田、旱地、居民點(diǎn)、道路等接壤區(qū)最易受到人為活動(dòng)的干擾,當(dāng)然,這一區(qū)域的人為活動(dòng)也常常受到區(qū)域內(nèi)外經(jīng)濟(jì)發(fā)展環(huán)境的影響而展現(xiàn)為加重或減緩的態(tài)勢(shì)。對(duì)比圖2發(fā)現(xiàn),1994—2004年樣區(qū)森林景觀格局的減少主要發(fā)生在中部退化原始林與水田、旱地和居民點(diǎn)接壤區(qū)、東部鑲嵌于退化原始林內(nèi)部的水田、旱地和居民點(diǎn)周圍及中西部環(huán)樣區(qū)的退化原始林區(qū),這一區(qū)域在1994—2004年間受林區(qū)居民追求經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動(dòng),大量森林景觀被轉(zhuǎn)換為旱地、次生林、退化林地或人工林。但是,在2004年以后,伴隨工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速提升及戶籍制度的松動(dòng),尤其是非農(nóng)務(wù)工工資的攀升和務(wù)農(nóng)機(jī)會(huì)成本的不斷提高,使得大量青壯年勞動(dòng)力從農(nóng)村“析出”,特別是山區(qū)林區(qū)的這一現(xiàn)象更為顯著。人退的結(jié)果必然導(dǎo)致人為擾動(dòng)程度的降低或減輕,從而有助于樣區(qū)森林景觀的恢復(fù),當(dāng)然,森林景觀最先恢復(fù)的區(qū)域正是最后人為擾動(dòng)所波及的區(qū)域。

另外,與森林景觀的變化相反,樣區(qū)其他景觀類型在20年間凈減少19.39hm2。特別地,旱地在1994—2004年間增加76.60hm2,在2004—2014年間減少52.15hm2,凈增加24.45hm2。旱地的這一轉(zhuǎn)換格局恰好與退化原始林相反,當(dāng)然,這并是不說(shuō)由退化原始林直接被開(kāi)發(fā)為旱地,而是退化原始林大多先被擾動(dòng)為次生林、退化林地,再由次生林、退化林地開(kāi)發(fā)為旱地。

表3 樣區(qū)景觀格局構(gòu)成及其面積變化

(2)格局轉(zhuǎn)換軌跡

表4可知,1994—2004年間樣區(qū)森林景觀轉(zhuǎn)換的主要類型體現(xiàn)為：退化原始林向次生林、退化林地和旱地的轉(zhuǎn)換,面積分別為70.43、17.76、11.10hm2；次生林向退化林地和旱地的轉(zhuǎn)換,面積分別為48.00hm2和32.86hm2；退化林地向旱地轉(zhuǎn)換,面積為34.21hm2。僅就退化原始林的轉(zhuǎn)換看,在這一階段主要轉(zhuǎn)換為次生林,其次是轉(zhuǎn)換為退化林地,僅少部分直接被開(kāi)發(fā)為旱地。類似地,次生林轉(zhuǎn)換為退化林地的面積也多于旱地,而退化林地則基本被開(kāi)發(fā)為旱地。因此,這一階段旱地的增加主要來(lái)源于次生林、退化林地的開(kāi)發(fā),而次生林的增加分別來(lái)源于退化原始林的進(jìn)一步退化,退化林地的增加不僅來(lái)源于退化原始林的進(jìn)一步退化,更主要來(lái)源于次生林生態(tài)完整性的進(jìn)一步下降。當(dāng)然,倘若沒(méi)有分階段的轉(zhuǎn)移矩陣,樣區(qū)在這一階段的景觀格局轉(zhuǎn)換表面上體現(xiàn)為退化原始林的減少和旱地的增加,但使用轉(zhuǎn)移矩陣后樣區(qū)景觀格局的演化軌跡就變得較為復(fù)雜。即是說(shuō),樣區(qū)旱地的增加并不是主要來(lái)源于退化原始林的開(kāi)發(fā),次生林、退化林地的凈面積變化強(qiáng)度弱于退化原始林也并不是說(shuō)次生林、退化林地的實(shí)際發(fā)生變化的小班面積小,而是次生林、退化林地一方面被開(kāi)發(fā)為旱地,另一方面又有部分退化原始林被擾動(dòng)退化為次生林和退化林地。

在空間格局上,退化原始林轉(zhuǎn)換為次生林、退化林地、旱地主要發(fā)生在靠近居民點(diǎn)或已有旱地的林緣,且距居民點(diǎn)、道路或水域的距離越近這一轉(zhuǎn)換的速度更為迅速(圖2)。其中被擾動(dòng)為次生林或退化林地的原因主要受林區(qū)居民生產(chǎn)和生活需求所驅(qū)動(dòng),如用作薪柴、制作家具和生產(chǎn)工具、木材出售等；被開(kāi)發(fā)為旱地的原因則是受林區(qū)居民短期經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動(dòng)所影響,在農(nóng)戶生計(jì)來(lái)源較為單一的情況下,為獲得更多的農(nóng)業(yè)產(chǎn)出,必然會(huì)從擴(kuò)大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的角度向林業(yè)要地(由地形決定的林區(qū)人均耕地相對(duì)較少),從而促使部分退化原始林在被取得林產(chǎn)品后又被開(kāi)發(fā)為旱地。

次生林轉(zhuǎn)換為退化林地和旱地、退化林地轉(zhuǎn)換為旱地均主要發(fā)生于中西部區(qū)的居民點(diǎn)或旱地、水田周圍的靠近次生林或退化林地的下緣區(qū),且也呈現(xiàn)與上述距離呈反向變化的態(tài)勢(shì)。次生林轉(zhuǎn)換為退化林地的原因也主要受林區(qū)居民生產(chǎn)和生活的需求所驅(qū)動(dòng),如用于薪柴、制作家具和生產(chǎn)工具等,促使次生林生態(tài)完整性的降低,從而退化為退化林地；次生林和退化林地被開(kāi)發(fā)為旱地的原因則與上述是一致的,只是次生林和退化林地距離上述景觀的距離更近(可達(dá)性好),開(kāi)發(fā)難度更小,且開(kāi)發(fā)后的利用效果更好,致使樣區(qū)次生林和退化林地被快速開(kāi)發(fā)為旱地。

表4 1994—2004年樣區(qū)景觀要素轉(zhuǎn)移矩陣

表5可知,2004—2014年間樣區(qū)森林景觀的演化趨勢(shì)與1994—2004年間整體上呈反向趨勢(shì),主要表現(xiàn)為：次生林生態(tài)完整性提至退化原始林,面積為62.69hm2；退化林地恢復(fù)為次生林和用作人工林,面積分別為47.27、7.60hm2；旱地被撂荒為次生林、退化林地或改用作人工林,面積分別為63.11、25.68、12.78hm2。而且,與前一階段不同的是,這一階段還出現(xiàn)大量的水田改用為旱地,面積達(dá)50.89hm2。在2004—2014年間樣區(qū)森林景觀不再由退化格局所主導(dǎo),而是朝著更為健康的方向恢復(fù),即不僅森林景觀的面積在大幅增加,且生態(tài)完整性也在強(qiáng)力提高。在空間格局上,如前所述,2004—2014年間的森林景觀恢復(fù),如退化原始林、次生林、退化林地等增加也主要出現(xiàn)在1994—2004年間樣區(qū)森林景觀所發(fā)生退化的區(qū)域,即是說(shuō),森林景觀退化或轉(zhuǎn)換為其他景觀類型常常由山下向山上、由近距離朝遠(yuǎn)距離延伸,而森林景觀的恢復(fù)則相反(圖2)。

樣區(qū)2004—2014年間的森林景觀恢復(fù)主要由山區(qū)林區(qū)居民的退縮所驅(qū)動(dòng),在工業(yè)化、城鎮(zhèn)化快速提升的背景下,非農(nóng)務(wù)工工資自2003年起迅速攀升(路易斯拐點(diǎn)),務(wù)農(nóng)機(jī)會(huì)成本增加,從而導(dǎo)致大量山區(qū)林區(qū)勞動(dòng)力從農(nóng)村“析出”,當(dāng)然在比較利益的驅(qū)動(dòng)下,山區(qū)林區(qū)居民不但把優(yōu)質(zhì)勞動(dòng)力配置于非農(nóng)產(chǎn)業(yè),而且將農(nóng)業(yè)土地利用方式朝著更為省工的方向轉(zhuǎn)換(如陡坡旱地用于人工林、水田改為旱地等)。這樣,勞動(dòng)力配置于非農(nóng)產(chǎn)業(yè)的結(jié)果導(dǎo)致勞均耕地大大增加,留守勞動(dòng)力的老齡化又促使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的耕作半徑大大縮小,致使在機(jī)械不能替代的陡坡耕地或距離居民點(diǎn)、道路等較遠(yuǎn)的耕地出現(xiàn)撂荒,而這部分耕地也正是在1994—2004年間由樣區(qū)森林景觀所開(kāi)發(fā)出來(lái)的。樣區(qū)地處亞熱帶濕潤(rùn)氣候區(qū),水熱條件較好,且林區(qū)種子資源豐富,耕地撂荒3—5年即可自行演化為退化林地乃至次生林。加之,在這一階段,樣區(qū)人口大幅減少、生計(jì)來(lái)源渠道多樣等,如替代能源的出現(xiàn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工具的鐵器化等,都驅(qū)使樣區(qū)居民對(duì)森林景觀的擾動(dòng)程度大大降低,進(jìn)而有助于生態(tài)完整性的提高,如次生林恢復(fù)為退化原始林、退化林地恢復(fù)為次生林等。

表5 2004—2014年樣區(qū)景觀要素轉(zhuǎn)移矩陣

2.2 森林景觀的斑塊水平特征

圖2可知,樣區(qū)森林景觀在斑塊水平上呈明顯異質(zhì)性分布。盡管森林景觀的不同類型在3個(gè)年份均遍及整個(gè)樣區(qū),但不同類型所呈現(xiàn)的分布特點(diǎn)各異。在所有年份,退化原始林主要分布在樣區(qū)的中東部地區(qū),中西部環(huán)樣區(qū)周邊僅有零星分布；次生林零星分布于樣區(qū)中西部區(qū)(鑲嵌于水田和旱地中)和中東部區(qū)(環(huán)退化原始林下緣),擁有“大分散小聚集”的特點(diǎn)；退化林地的分布與退化原始林相反,其主要分布于樣區(qū)中西部區(qū),其余小部分零星“點(diǎn)綴”于中東部區(qū)；人工林則主要靠近居住用地分布,便于經(jīng)營(yíng)與管理。從其分布的地區(qū)及連片程度看,對(duì)照?qǐng)D1和圖2可知,退化原始林、次生林隨海拔升高而增多,且森林景觀的連片分布集中于海拔高且地形起伏大的中東部山地區(qū)；退化林地則集中分布在由低山向丘陵、由林向農(nóng)或由地勢(shì)起伏向地勢(shì)平緩的過(guò)渡區(qū)；旱地、水田和居住用地則多集中連片分布于海拔較低且地勢(shì)相對(duì)平緩的中西部丘陵地區(qū)。

從破碎度看,樣區(qū)森林景觀不同類型在斑塊水平上的變化表現(xiàn)為：3個(gè)截面年份不同森林景觀破碎化程度的總排序均為退化林地>人工林>次生林>退化原始林(圖3)。退化林地的斑塊密度(PD)和邊緣密度(ED)均較大,而平均斑塊面積(MPS)較小且變化不顯著。這表明其破碎化程度最高,受人為干擾最頻繁,產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因與旱地呈鑲嵌分布有很大關(guān)系；人工林因靠近居民點(diǎn)分布,破碎化嚴(yán)重,常呈“點(diǎn)狀”,具有居民點(diǎn)的斑塊水平特點(diǎn)；次生林在3個(gè)截面年份的斑塊密度(PD)>退化原始林,而邊緣密度(ED)<退化原始林,且平均斑塊面積(MPS)遠(yuǎn)<退化原始林,這說(shuō)明次生林的破碎化程度遠(yuǎn)>退化原始林；退化原始林平均斑塊面積(MPS)遠(yuǎn)>其他森林景觀類型,且其斑塊密度(PD)與邊緣密度(ED)均相對(duì)較小,表明其破碎化程度最低。此外,退化原始林的優(yōu)勢(shì)度(LPI)占絕對(duì)性優(yōu)勢(shì),說(shuō)明其受人為的干擾相對(duì)較少,分布較為集中。

圖3 樣區(qū)森林景觀格局的斑塊水平指數(shù)變化圖Fig.3 The index evolution of forest landscape patterns at the patch level in the study site

從破碎度的變化趨勢(shì)看,退化原始林、次生林和退化林地的破碎度變化趨勢(shì)相同,均為先增后減,說(shuō)明上述3類森林景觀在3個(gè)截面年份受人為的干擾程度均是先增后減。1994—2004年間樣區(qū)居民高強(qiáng)度開(kāi)發(fā)退化林地和次生林為旱地以彌補(bǔ)其對(duì)耕地的需求,而2004—2014年間則放棄對(duì)前一時(shí)期開(kāi)發(fā)旱地的利用甚至放棄一些立地條件較差的陡坡旱地,從而使其自然恢復(fù)為退化林地或次生林,或人為恢復(fù)為人工林。退化原始林是退化林地和次生林自然演化的“源”與“匯”,人為對(duì)次生林和退化林地的干擾必然會(huì)直接或間接影響退化原始林的演化,然而,在“開(kāi)發(fā)-耕種-撂荒”的土地利用方式作用下,定會(huì)使得樣區(qū)上述3類森林景觀的破碎度出現(xiàn)相似的變化趨勢(shì)；人工林的變化趨勢(shì)與其他森林景觀相反,先減后增,表明樣區(qū)居民后一時(shí)段對(duì)人工林的干擾高于前一時(shí)段。受習(xí)俗影響,村民一般不會(huì)開(kāi)發(fā)“房邊林”,且為滿足日常生活需要及房屋安全,會(huì)種植一些人工林(如竹林,果樹(shù)等),而這部分面積變化不大且這類人工林一般在原有的基礎(chǔ)上增加,使得斑塊密度(PD)和邊緣密度(ED)降低,從而破碎度降低。而后一時(shí)期,勞動(dòng)力減少,一些耕地種植為經(jīng)濟(jì)林,使人工林面積和斑塊明顯增多,由于山區(qū)地勢(shì)崎嶇,使得人工林破碎度提高。

2.3 森林景觀的景觀水平特征

1994—2004年間,樣區(qū)景觀水平的破碎化程度呈增強(qiáng)趨勢(shì)。表6可知,1994—2004年,景觀水平森林景觀的斑塊密度(PD)、邊緣密度(ED)分別從58.94個(gè)/100hm2和170.27m/hm2增至63.29個(gè)/100hm2和179.62m/hm2,平均斑塊面積(MPS) 則從1.70hm2下降至1.58hm2,說(shuō)明這一時(shí)段樣區(qū)景觀水平森林景觀的破碎程度在增加；最大斑塊指數(shù)(LPI)從35.27%下降至32.08%,表明優(yōu)勢(shì)景觀趨于破碎化,優(yōu)勢(shì)度下降；加權(quán)平均形狀指數(shù)(AWMSI)也從4.15增加到4.63,表明景觀形狀復(fù)雜程度增加,景觀的邊緣效應(yīng)增強(qiáng)；蔓延度(CONTAG)與集聚度(AI)則均有所下降,表明更加破碎化；Shannon多樣性指數(shù)(SHDI)有所上升,說(shuō)明景觀多樣性有所上升。

表6 1994—2014年樣區(qū)森林景觀格局的景觀水平變化

PD：斑塊密度，path density；ED：邊緣密度，edge density；MPS：平均斑塊面積，mean patch size；LPI：最大斑塊指數(shù)，largest patch index；AWMSI：加權(quán)平均形狀指數(shù)，area-weighted mean shape index；CONTAG：蔓延度指數(shù)，contagion index；AI：聚合度，aggregation index；香濃多樣性指數(shù)：shannon′s diversity index

2004—2014年間,樣區(qū)景觀水平的破碎化程度表現(xiàn)為減弱趨勢(shì)。表6可知,2004—2014年間景觀水平的斑塊密度(PD)和邊緣密度(ED)分別從2004年的63.29個(gè)/100hm2和179.62m/hm2分別下降到56.90個(gè)/100hm2和161.45m/hm2,平均斑塊面積(MPS)則有所上升(1.76hm2),表明景觀破碎化程度降低,景觀異質(zhì)性下降,這一結(jié)果也可從蔓延度(CONTAG)和集聚度(AI)的上升、加權(quán)斑塊形狀指數(shù)(AWMSI)與Shannon多樣性指數(shù)(SHDI)的下降得到明顯反映。

1994—2004年、2004—2014年兩時(shí)段,樣區(qū)景觀水平各景觀指數(shù)的不同變化趨勢(shì)表明森林景觀的演化軌跡為先退化后恢復(fù),且2014年的破碎化程度恢復(fù)至低于1994年的水平,即人為干擾程度降低。但是,因退化原始林面積仍低于1994年的水平(表3),故樣區(qū)森林景觀總體上仍處于退化態(tài)勢(shì),這也進(jìn)一步說(shuō)明在退化后的森林景觀恢復(fù)過(guò)程中,生態(tài)完整性的恢復(fù)速度遠(yuǎn)低于破碎度的恢復(fù),要提高森林景觀的生態(tài)完整性需要較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)減少對(duì)優(yōu)質(zhì)森林資源的干擾。

2.4 森林景觀格局演化的驅(qū)動(dòng)因素

(1)退化林地

在退化林地變化Logistic回歸模型中,第一階段(1994—2004年)和第二階段(2004—2014年)的HL指標(biāo)分別為10.667和7.323,對(duì)應(yīng)P值0.221和0.502均大于0.05,模擬效果較好。

社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素對(duì)退化林地的影響較為顯著,但重要性降低。第一階段(表7),進(jìn)入模型的社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素為人口密度變化和勞均耕地變化,其中人口密度變化為最重要的影響因素,wald統(tǒng)計(jì)量大于其他因素之和,回歸系數(shù)為2.83,人口密度越大,退化林地發(fā)生變化的概率越大。訪談發(fā)現(xiàn),擁有少數(shù)民族特性的樣區(qū)地處偏遠(yuǎn)山區(qū),受傳統(tǒng)習(xí)俗的影響,人口自然增長(zhǎng)率相對(duì)較高,加之,1994—2004年樣區(qū)居民機(jī)械遷移人數(shù)較少,使得人口密度在這一時(shí)段呈連續(xù)增加態(tài)勢(shì)。這樣,在人口密度增加的驅(qū)動(dòng)下,糧食和能源需求的增加定會(huì)依托于耕地面積的擴(kuò)大和薪柴的增加,而耕地面積增加主要來(lái)自于退化林地的開(kāi)發(fā),薪柴的增加主要來(lái)源于對(duì)退化林地的采伐,從而導(dǎo)致樣區(qū)生態(tài)壓力增大,退化林地的破碎化程度加重,生態(tài)完整性降低。勞均耕地變化是居于第二位的影響因素,回歸系數(shù)為-0.26,勞均耕地變化與退化林地變化的發(fā)生概率呈反比關(guān)系。伴隨人口的增加勞均耕地減少,而為使勞動(dòng)力獲得較為充分的利用,大量退化林地被開(kāi)發(fā)為耕地。

表7 樣區(qū)退化林地變化的驅(qū)動(dòng)因素分析

第二階段(表7),社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素中僅有勞均耕地變化進(jìn)入模型,wald統(tǒng)計(jì)量最小,為15.26,回歸系數(shù)為1.14,勞均耕地變化與退化林地呈正比關(guān)系。2004—2014年間勞均耕地變化量呈上升趨勢(shì),主要原因是,這一階段受非農(nóng)務(wù)工工資提升的影響,大量青壯年勞動(dòng)力從農(nóng)村“析出”,耕地?cái)?shù)量相對(duì)于勞動(dòng)力而言處于過(guò)飽和狀態(tài),且因?yàn)榱羰卦诖宓亩酁槔夏耆?婦女和兒童,耕作半徑大大萎縮,致使超過(guò)留守勞動(dòng)力所能承受能力之外的耕地或可及性差、立地條件差的耕地被撂荒,自然恢復(fù)為退化林地或次生林,而它們大多是前一階段被開(kāi)發(fā)為耕地的退化林地。

空間距離因素是退化林地變化的持續(xù)重要因素。第一階段(表7),進(jìn)入模型的空間距離因素為距居民點(diǎn)和道路距離,回歸系數(shù)分別為-2.13和-0.51,這表明退化林地發(fā)生變化的概率與其距居民點(diǎn)和道路的距離成反比,其中,距居民點(diǎn)的距離對(duì)退化林地變化的影響大于距道路的距離。距離越短,可達(dá)性越高,處于這樣距離條件下的退化林地越易受人為干擾而退化。

第二階段(表7),進(jìn)入模型的空間距離因素僅有距水域距離,回歸系數(shù)為1.13,退化林地變化發(fā)生的概率隨距水域距離的增加而增加,耕地撂荒與開(kāi)發(fā)是一相反過(guò)程,在對(duì)耕地需求減少的情況下,離水域越遠(yuǎn)干擾越少,耕地越易恢復(fù)為退化林地,退化林地則易恢復(fù)為次生林。

自然因素對(duì)退化林地的變化影響顯著增加。自然因素(海拔)僅在第二階段進(jìn)入模型,且為第一解釋變量,回歸系數(shù)為-3.90,這表明退化林地變化的發(fā)生概率隨海拔的降低而增加,海拔越低,立地條件和便捷性越好,這些地區(qū)的退化林地在前一階段多易被開(kāi)發(fā)為耕地。但是,在2004—2014年間因留守樣區(qū)人口數(shù)量的減少、勞動(dòng)力勞動(dòng)強(qiáng)度的降低,致使森林景觀受干擾的程度降低,所以被開(kāi)發(fā)為耕地的退化林地又恢復(fù)為退化林地,而較低海拔處的退化林地恢復(fù)為次生林。

(2)人工林

因人工林在1994—2004年間發(fā)生變化的面積較小,提取不到足夠的隨機(jī)點(diǎn),所以人工林變化的模型僅研究2004—2014年間的變化。在2004—2014年間人工林變化的Logistic回歸模型中,HL值為14.798,對(duì)應(yīng)P值0.063大于0.05,模型估計(jì)可在接受水平上擬合。

表8可知,在人工林變化的模型中僅有兩個(gè)因素進(jìn)入模型：空間距離因素中距居民點(diǎn)距離為人工林最重要的因素,回歸系數(shù)為-1.63,人工林發(fā)生變化的概率隨距居民點(diǎn)距離的減小而增大。為方便生活與管理,人工林的種植多分布在離居民點(diǎn)近的地方；社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素中人口密度變化是影響人工林變化的第二位影響因素,回歸系數(shù)為-0.96,人工林發(fā)生變化與人口密度呈反比,人口密度的降低導(dǎo)致勞動(dòng)力減少,居民更愿種植勞動(dòng)力需求低且具有一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值的人工林。

表8 樣區(qū)人工林變化的驅(qū)動(dòng)因素分析

(3)次生林

在次生林的Logistic回歸模型中,第一階段和第二階段的HL值分別為8.987和7.172,對(duì)應(yīng)P值分別為0.343和0.518,均大于0.05,模型擬合效果較好(表9)。

社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素對(duì)樣區(qū)次生林變化的影響較為突出,兩個(gè)時(shí)段的第一影響因素均為社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素。第一階段(表9),第一影響因素是常住人口密度變化,回歸系數(shù)為2.90,人口密度變化與次生林變化呈正比,Wald統(tǒng)計(jì)量高達(dá)60.58,解釋能力約50%。人口密度的增加,會(huì)直接或間接地加劇對(duì)次生林的擾動(dòng),致使次生林發(fā)生退化(生態(tài)完整性降低)或類型轉(zhuǎn)換(退化林地或耕地)。

第二階段(表9),第一影響因素為農(nóng)民人均純收入變化,回歸系數(shù)為1.80,農(nóng)民人均純收入與次生林變化呈正比。訪談發(fā)現(xiàn),樣區(qū)不同村民小組農(nóng)民人均純收入在2004—2014年間呈不同幅度的增加趨勢(shì),收入的提高改善了農(nóng)民的生活條件,農(nóng)村能源利用從以薪柴為主逐漸轉(zhuǎn)向以煤、電、氣為主,這樣,不僅對(duì)耕地的依賴程度降低,而且,從山場(chǎng)索取薪柴的需求也大大降低,進(jìn)而使得人為干擾減少,其結(jié)果是部分距居民點(diǎn)和道路較遠(yuǎn)的耕地和退化林地恢復(fù)為次生林,現(xiàn)有次生林因受干擾少而自然恢復(fù)為退化原始林,所以出現(xiàn)收入增加越大的地方次生林變化越大。

空間距離對(duì)次生林變化的影響具有兩向性。第一階段(表9),空間距離因素對(duì)模型的解釋能力按其解釋程度排序?yàn)榫嗑用顸c(diǎn)、水域和道路的距離,回歸系數(shù)分別為-1.45、-1.08和-0.73,距離越近,次生林發(fā)生變化的概率越高。距居民點(diǎn)的距離越近,人為干擾施加的可及性越好,次生林越易被干擾,越易退化甚至被開(kāi)發(fā)為耕地。第二階段(表9),進(jìn)入模型的空間距離因素為距居民點(diǎn)和道路的距離,回歸系數(shù)符號(hào)與前一階段相反,分別為0.82和0.39,而這一階段次生林的增加主要來(lái)源于退化林地或耕地的恢復(fù),說(shuō)明次生林的恢復(fù)順序與干擾相反,由遠(yuǎn)及近。

自然因素對(duì)次生林的影響具有明顯階段性。第一階段自然因素未進(jìn)入模型(表9),原因在于,在1994—2004年間,樣區(qū)居民要解決吃飯和生活能源問(wèn)題,不僅僅是自然條件好地方受到人為干擾,就是相對(duì)惡劣的地方也同樣遭受較大程度的影響,致使自然因素在第一階段的影響不顯著。第二階段(表9),自然因素(坡度)進(jìn)入模型,并為第三解釋變量,回歸系數(shù)為-0.4,坡度越小,次生林發(fā)生變化概率越大。次生林多分布于坡度陡或海拔高的困難立地條件下,坡度越小,次生林的可達(dá)性相對(duì)較大,則越易在前一階段受到干擾而退化為退化林地或被開(kāi)發(fā)為耕地,而在后一階段則越易得到恢復(fù)。

表9 樣區(qū)次生林變化的驅(qū)動(dòng)因素分析

(4)退化原始林

在退化原始林的Logistic回歸模型中,第一階段和第二階段的HL值分別為6.919和3.089,對(duì)應(yīng)P值分別為0.36和0.378,均大于0.05,模型擬合效果較好(表10)。

社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素對(duì)退化原始林變化的影響顯著,且由第一至第二階段重要性上升。其中,常住人口密度變化是兩時(shí)段最重要的解釋變量,回歸系數(shù)分別為6.76和1.75,這說(shuō)明退化原始林發(fā)生變化的概率隨樣區(qū)人口密度變化的增大而增大。樣區(qū)人口密度在1994—2004年間呈現(xiàn)出連續(xù)增加的態(tài)勢(shì),而在2004—2014年間因受工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的影響及非農(nóng)務(wù)工高收入的誘惑,大量青壯年勞動(dòng)力外出務(wù)工及部分居民就近遷移至鄉(xiāng)(鎮(zhèn))乃至縣城,致使常住人口密度急劇減少,常住人口密度的先增后減的變化趨勢(shì),傳遞到對(duì)退化原始林的干擾也是先增后減。與第一階段(表10)相比,第二階段(表10),有且僅有社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素進(jìn)入模型,表明社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素對(duì)退化原始林的變化影響越發(fā)顯著。除常住人口密度變化外,另一個(gè)解釋變量為農(nóng)民村純收入的變化,樣區(qū)各村民小組在2004—2014年間的人均純收入均有不同幅度的增加,收入的增多不僅減輕對(duì)山場(chǎng)的依賴,且為使用替代能源提供可能,從而驅(qū)使對(duì)退化原始林?jǐn)_動(dòng)的減少,有助于其生態(tài)完整性的提高和恢復(fù)。

空間距離因素對(duì)退化原始林的影響具有明顯階段性。第一階段(表10),進(jìn)入模型的空間距離因素有距水域和居民點(diǎn)的距離,是影響退化原始林變化的重要因素,回歸系數(shù)分別為-2.07和-1.64,退化原始林的變化概率與距離呈負(fù)相關(guān),距居民點(diǎn)和水域越近的退化原始林易受干擾而發(fā)生退化。然而,第二階段(表10),空間距離因素卻被排除在模型外,原因是距居民點(diǎn)和水域近的退化原始林已在第一階段開(kāi)發(fā)殆盡,距離越遠(yuǎn)的退化原始林因可達(dá)性低而不易被開(kāi)發(fā)。所以,空間距離因素僅對(duì)第一階段退化原始林的變化影響較大而對(duì)第二階段的影響不顯著。

表10 樣區(qū)退化原始林變化的驅(qū)動(dòng)因素分析

3 結(jié)語(yǔ)

(1)樣區(qū)森林景觀一直占據(jù)20年間景觀基質(zhì)的主導(dǎo)地位,為主導(dǎo)性基質(zhì)景觀,且退化原始林均占據(jù)3個(gè)截面年份的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)位置。空間分布上,退化原始林主要集中分布在中東部低山、深丘區(qū),次生林、退化林地和人工林呈鑲嵌格局,分散于主要基質(zhì)性景觀中。分布形態(tài)上,退化原始林呈面狀連片分布,人工林呈點(diǎn)狀分布,次生林、退化林地呈帶狀分布。

(2)20年間樣區(qū)森林景觀整體呈先減少后增加的“U”型格局,表現(xiàn)為1994—2004年間的退化與2004—2014年間的恢復(fù)兩個(gè)截然相反的過(guò)程。轉(zhuǎn)換的空間格局上,森林景觀格局的演化主要發(fā)生在森林景觀與水田、旱地、居民點(diǎn)、道路等接壤區(qū),最易受到人為活動(dòng)的干擾,當(dāng)然,這一區(qū)域的人為活動(dòng)也常常受到區(qū)域內(nèi)外經(jīng)濟(jì)發(fā)展環(huán)境的影響而展現(xiàn)為加重或減緩的態(tài)勢(shì)。

(3)1994—2004年間樣區(qū)森林景觀轉(zhuǎn)換的主要類型體現(xiàn)為：退化原始林向次生林、退化林地和旱地的轉(zhuǎn)換,次生林向退化林地和旱地的轉(zhuǎn)換,退化林地向旱地轉(zhuǎn)換?？臻g格局上,森林景觀的這一轉(zhuǎn)換主要發(fā)生在靠近居民點(diǎn)或已有旱地的林緣,且距居民點(diǎn)、道路或水域的距離越近轉(zhuǎn)換的速度越快；2004—2014年間森林景觀的演化趨勢(shì)與1994—2004年間整體上呈反向趨勢(shì),空間格局上,這一階段森林景觀的恢復(fù)主要出現(xiàn)在1994—2004年間森林景觀所發(fā)生退化的區(qū)域。

(4)20年間樣區(qū)森林景觀在斑塊水平上呈明顯異質(zhì)性分布,3個(gè)截面年份不同森林景觀破碎化程度的總排序均為退化林地>人工林>次生林>退化原始林,且退化原始林、次生林和退化林地的破碎度變化趨勢(shì)相同,均為先增后減,說(shuō)明它們受人為的干擾程度均是先增后減。

(5)20年間樣區(qū)森林景觀在景觀水平上的破碎度呈先增強(qiáng)后減弱趨勢(shì),且2014年的破碎化程度恢復(fù)至低于1994年的水平,進(jìn)一步說(shuō)明在退化后的森林景觀恢復(fù)過(guò)程中,生態(tài)完整性的恢復(fù)速度遠(yuǎn)低于破碎度的恢復(fù),要提高森林景觀的生態(tài)完整性需要較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)減少對(duì)優(yōu)質(zhì)森林資源的干擾。

(6)社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素對(duì)20年間樣區(qū)森林景觀變化的影響最突出,其中,最主要的影響因素是常住人口密度變化,其先增后減的變化使生態(tài)壓力隨之增減,進(jìn)而導(dǎo)致森林景觀的退化與恢復(fù)；其次是農(nóng)民人均純收入變化,特別是2004—2014年農(nóng)民人均純收入的增加,促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型,減少了對(duì)森林景觀的依賴和干擾；空間距離對(duì)森林景觀的影響具有穩(wěn)定的持續(xù)作用,居民對(duì)森林景觀的干擾多經(jīng)由距離因素而實(shí)現(xiàn)；自然因素控制大的地貌格局,中短時(shí)期內(nèi)對(duì)森林景觀變化的影響不大,次生林和退化林地因處于適宜開(kāi)發(fā)的邊緣地帶,受自然環(huán)境影響較大。

樣區(qū)的上述研究結(jié)果與同時(shí)期石柱縣的西北部西沱鎮(zhèn)的森林景觀格局演化較為一致[10],這不僅僅說(shuō)明本文結(jié)果的正確性,而且更重要的表明自20世紀(jì)90年代中期至今,我國(guó)的重點(diǎn)林區(qū)的森林景觀都經(jīng)歷2000年之前的開(kāi)發(fā)與2000年之后的恢復(fù)過(guò)程,驅(qū)動(dòng)這一過(guò)程動(dòng)因也較為相似[31- 33],即2000年林區(qū)居民生計(jì)來(lái)源單一,人均耕地面積較少,且生活對(duì)耕地的依賴又較強(qiáng),如吃飯、能源等,這樣,為改善或提高家庭福祉,提高農(nóng)業(yè)收入,林區(qū)居民勢(shì)必要向森林景觀要耕地、要林產(chǎn)品(木材、薪柴、林下產(chǎn)品等),從而促使森林景觀被開(kāi)發(fā)為耕地,或向退化的方向演化(退化原始林→次生林→退化林地)。然而,2000年后伴隨我國(guó)工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展,非農(nóng)務(wù)工工資顯著提升(特別是2003年后),務(wù)農(nóng)機(jī)會(huì)成本的提高,在比較優(yōu)勢(shì)的驅(qū)使下,林區(qū)居民必然會(huì)對(duì)其所擁有的土地資源和勞動(dòng)力資源予以再配置或再優(yōu)化,其結(jié)果出現(xiàn)大量青壯年勞動(dòng)力從農(nóng)村“析出”、農(nóng)村留守勞動(dòng)力的老齡化嚴(yán)重、生計(jì)來(lái)源多樣化且以非農(nóng)為主、替代能源多樣等,這不僅使得林區(qū)居民對(duì)山場(chǎng)森林景觀的擾動(dòng)程度降低,有助于生態(tài)恢復(fù)或生態(tài)完整性的提高,如部分退化林地恢復(fù)為次生林,部分次生林演化為退化原始林,而且又出現(xiàn)2000年前被開(kāi)發(fā)出的耕地因外出后勞均耕地較多、耕作半徑萎縮等而導(dǎo)致部分不能機(jī)械替代人力的陡坡耕地被撂荒,3—5a后自然演化為退化林地或次生林,且部分耕地被用作更為省工的人工林種植。加之,留守人員的減少、替代能源的出現(xiàn)等也大大降低林區(qū)居民生活用能對(duì)山場(chǎng)的索取,也有助于森林景觀的恢復(fù)。

但是,與一些大尺度的研究結(jié)果相比[34-35],本文自然因素的影響程度相對(duì)較低,而“以農(nóng)為本”的社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的重要性較為突出,這說(shuō)明林區(qū)居民福祉及區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平是社區(qū)水平森林景觀變化的關(guān)鍵影響因素,也只有從社區(qū)水平才能查明林區(qū)森林景觀演化的機(jī)理,也才能制定出有助于林區(qū)森林景觀恢復(fù)和經(jīng)營(yíng)的可持續(xù)方略。當(dāng)然,本文在影響因素的選取上,限于數(shù)據(jù)的可獲取性與可量化性(如政策、習(xí)俗等),僅選取了易于獲得和量化上述因素,這也是本文作者未來(lái)進(jìn)一步深入開(kāi)展研究的努力之處。另外,盡管氣象因子也是影響森林景觀格局演變的主要因素[36-37],但因本文的研究尺度是社區(qū)水平而非區(qū)域尺度,氣象因子的影響不會(huì)展現(xiàn)出顯著的空間一致性,即在社區(qū)水平氣象因子本身的均質(zhì)性較強(qiáng),因此,未將氣象因子納入影響因素分析中。

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Forest landscape pattern dynamic and its driving factors at the community level

TANG Li1, SHAO Jing′an1,2,*, GUO Yue1,2, DENG Hua3, XUE Peipei4

1CollegeofGeographyandTourism,ChongqingNormalUniversity,Chongqing400047,China2KeyLaboratoryofSurfaceProcessandEnvironmentRemoteSensingintheThreeGorgesReservoirArea,Chongqing400047,China3ColloegofResourcesandEnvironment,SouthwestUniversity,Chongqing400716,China4ChongqingForestryAcademy,Chongqing400036,China

In order to gain a better understanding of the dynamic characteristics of forest landscapes and provide scientific bases for forest landscape restoration and its sustainable development at the community level, we analyzed dynamic characteristics and effect factors of forest landscapes from 1994 to 2014 using the methods of landscape indices and logistic regression analysis. The process was based on the use of high-resolution SPOT- 5 images, TM images, household survey data, and some related auxiliary data. Shixing village, Shizhu County, located in the Three Gorges Reservoir Area, was selected as the forest sampling site. The results revealed the following: Forest landscape has been the main landscape type in the sampling area for the past two decades. The degraded primary forest mainly distributed in hills and low hills in the central and east part of the study site, while the secondary forest, degraded forest land, and plantations, which were distributed in the matrix of the major landscape, showed a mosaic pattern. The forest dynamics characteristics in these two decades reflected that the forest area reduced first, and followed by an increase, thus constituting a U-shaped trend. The dynamic evolution of the landscape in the period from 1994 to 2004 showed an inverse process to the period from 2004 to 2014. This process occurred mainly in the contiguous areas between forest landscape and paddy fields, dryland, human settlements, and roads. In terms of the spatial pattern, the recovery area in the period of 2004—2014 was almost the same as the degraded area in the period of 1994—2004. At patch level, the forest landscape was significantly heterogeneously distributed in the study site and has been for the past 20 years. The total ranking of forest landscape fragmentation in three different years was degraded forest land>plantation>secondary forest>degraded primary forest. In addition, the degraded primary forest, secondary forest, and degraded forest land had the same fragmentation tendency of arising first and reducing later. At the landscape level, the forest landscape fragmentation tendency was the same as that at the patch level, and the degree of fragmentation in 2014 was lower than that in 1994, which indicated that the speed of ecological integrity recovery was slower than the speed of degradation. Socio-economic factors had a significant influence on forest dynamics from 1994 to 2014. First, the most important factor was the change of residential population density. The fluctuation of the population density directly affected ecological pressure and led to the degradation and recovery of the forest landscape. The second critical factor was the change in the net income of farmers, especially the increase from 2004 to 2014, which resulted in the transformation of the energy structure and the reduction of dependence and interference in the forest landscape. The spatial distance factor had a steady effect on forest landscape dynamics, as human disturbance factors affected forest landscape via accessibility based on spatial distance. Overall, natural factors control the entire landscape pattern of the forest, but only slightly affected forest landscape in the short term. Secondary forest and degraded forest land were influenced by the natural environment owing to their location in the developing suburban area.

community level; forest landscape; dynamic evolution; driving factors; mountain area

科技部林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)項(xiàng)目(201204101-12)；國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2015BAD07B04)

2015- 11- 02;

日期:2016- 08- 02

10.5846/stxb201511022215

*通訊作者Corresponding author.E-mail: shao_ja2003@sohu.com

唐利,邵景安,郭躍,鄧華,薛沛沛.社區(qū)水平森林景觀格局動(dòng)態(tài)特征與驅(qū)動(dòng)因素.生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(6):2101- 2117.

Tang L, Shao J A, Guo Y, Deng H, Xue P P.Forest landscape pattern dynamic and its driving factors at the community level.Acta Ecologica Sinica,2017,37(6):2101- 2117.