韋志飛，曹 慧

(1.湖南省國土資源規(guī)劃院，湖南長沙 410007；2.湖南地科院規(guī)劃設(shè)計有限公司，湖南長沙 410007)

我國自然保護地經(jīng)過60多年的發(fā)展，產(chǎn)生了自然保護地邊界范圍交叉重疊、自然生態(tài)區(qū)域被人為割裂等問題，導(dǎo)致保護不足或保護過度、保護與發(fā)展不協(xié)調(diào)等矛盾[1-2]。《關(guān)于做好自然保護區(qū)范圍及功能分區(qū)優(yōu)化調(diào)整前期有關(guān)工作的函》下發(fā)后，自然保護地整合優(yōu)化工作陸續(xù)啟動。景觀格局是指景觀組成單元的類型、數(shù)量及空間分布與配置等空間結(jié)構(gòu)特征[3]，反映景觀空間異質(zhì)性，在維持區(qū)域生態(tài)功能方面具有重要作用[4]。自然生態(tài)系統(tǒng)是許多景觀生態(tài)學(xué)者感興趣的研究對象，其中自然保護地是景觀格局重要的研究對象[3]。尤其國家公園體制的建立，強調(diào)對自然生態(tài)系統(tǒng)原真性、完整性的保護，連通性在形成多類型保護地統(tǒng)籌和網(wǎng)絡(luò)化管理中被頻繁提及，其中景觀連通性又可以通過分析景觀格局來衡量[5]。自然保護地整合優(yōu)化改變了原有自然保護地邊界范圍，土地利用類型組成和空間結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生變化，進(jìn)而影響地表各種景觀過程[6-7]。通過對自然保護地整合優(yōu)化前后景觀格局進(jìn)行定量研究，能夠及時發(fā)現(xiàn)景觀破碎度、聚集度、異質(zhì)性、連通性等變化[8-9]，為自然保護地整合優(yōu)化成果評估以及整合優(yōu)化后自然保護地的科學(xué)管理提供科學(xué)依據(jù)[10]。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況瀏陽市位于湖南省東部的湘贛交界地帶，地處幕阜—羅霄山系北段，地理坐標(biāo)為113°10′～114°15′E、27°51′～28°34′N，土地總面積4 998.74 km2。屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，年平均氣溫17.4 ℃，平均降水量1 680.0 mm，海拔37.5～1 607.9 m。整合優(yōu)化前共19處自然保護地，其中8處獨立的縣級自然保護區(qū)未落圖，2處縣級自然保護區(qū)完全重疊于大圍山省級自然保護區(qū)，1處縣級自然保護區(qū)完全重疊于瀏陽河國家濕地公園和獅子山省級森林公園。整合優(yōu)化后調(diào)整為7處自然保護地，包含1處自然保護區(qū)和6處自然公園。整合優(yōu)化前后自然保護地見圖1(不含未落圖和完全重疊的11處縣級自然保護區(qū))、圖2。

圖1 整合優(yōu)化前已落圖自然保護地Fig.1 Natural protected areas that have been mapped before integration and optimization

圖2 整合優(yōu)化后自然保護地Fig.2 Natural protected areas after integration and optimization

1.2 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理自然保護地數(shù)據(jù)來源于瀏陽市自然保護地整合優(yōu)化成果，土地利用數(shù)據(jù)來源于瀏陽市第三次全國土地調(diào)查(國土三調(diào))成果數(shù)據(jù)。利用ArcGIS 10.2提取整合優(yōu)化前后自然保護地范圍內(nèi)的國土三調(diào)數(shù)據(jù)，根據(jù)《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T 21010—2017)分別將整合優(yōu)化前后自然保護地范圍內(nèi)的土地利用類型劃分為耕地、園地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和其他土地共7個土地利用類型。在ArcGIS 10.2中將整合優(yōu)化前后自然保護地范圍內(nèi)土地利用矢量數(shù)據(jù)分別轉(zhuǎn)為5、10、30、60、90、120、150、180、210、240、270、300 m分辨率的柵格數(shù)據(jù)，分析確定最佳研究粒度[11]，并在Fragstats 4.2中選擇8鄰規(guī)則計算各景觀指數(shù)。

1.3 景觀格局指數(shù)選取從景觀尺度水平和斑塊類型水平2個層面選取下述景觀格局指數(shù)，其計算公式及生態(tài)學(xué)意義參見文獻(xiàn)[12]：①景觀破碎化程度，斑塊數(shù)量(number of patches，NP)、斑塊密度(patch density，PD)、平均斑塊面積(mean patch area，MPA)；②景觀形狀、邊界復(fù)雜程度，景觀形狀指數(shù)(landscape shape index，LSI)、邊緣密度(edge density，ED)；③景觀連通程度,連接度指數(shù)(connectance index，CONNECT)；④景觀要素空間配置特征,聚合度指數(shù)(aggregation index，AI)；⑤景觀異質(zhì)性和類型豐富度,Shannon′s多樣性指數(shù)(Shannon′s diversity index，SHDI)，僅適用于景觀尺度水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用類型組成變化由表1可知，整合優(yōu)化前自然保護地范圍內(nèi)優(yōu)勢土地利用類型為林地，其次為水域、草地、耕地和建設(shè)用地，最后為園地和其他土地。整合優(yōu)化后土地利用類型組成發(fā)生了顯著變化，除林地面積增加994.566 4 hm2(增幅2.418%)外，其他土地利用類型面積均減少，耕地和建設(shè)用地減幅較大，其中，耕地減幅最大(-1.386%)，減少230.943 7 hm2；建設(shè)用地減少66.549 6 hm2，減幅 0.428%；水域減少6.787 4 hm2，減幅 0.377%；園地減少 22.982 8 hm2，減幅 0.148%；草地減少1.206 1 hm2，減幅 0.076%；其他土地減少幅度最小，減少0.436 7 hm2，減幅0.003%。

表1 整合優(yōu)化前后土地利用類型組成及變化

整合優(yōu)化后具有較高生態(tài)保護價值的林地面積占比提高，各種矛盾沖突問題較多的耕地、建設(shè)用地和園地面積占比降低。部分草地和水域穿插分布于耕地和建設(shè)用地周邊，為了避免整合優(yōu)化后自然保護地景觀出現(xiàn)“孤島”導(dǎo)致過度破碎化，這部分草地和水域隨耕地和建設(shè)用地調(diào)出自然保護地范圍。總體上，整合優(yōu)化以調(diào)出矛盾和問題集中的土地利用類型為主，并增強了具有較高保護價值的林地優(yōu)勢景觀占比，與“解決矛盾沖突，科學(xué)界定自然保護區(qū)范圍”相符合。2.2 景觀格局最佳研究粒度通過對“1.2”中所提及的不同粒度下自然保護地整合優(yōu)化前后柵格數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)面積絕對差進(jìn)行對比分析，結(jié)果顯示(圖3)，粒度小于120 m的面積絕對差較為穩(wěn)定，當(dāng)粒度大于120 m面積絕對差波動劇烈。在面積絕對差較為穩(wěn)定的各個粒度水平下，120 m粒度下的景觀格局指數(shù)計算速度最快。因此，研究區(qū)景觀格局分析最佳粒度為120 m。

圖3 整合優(yōu)化前后不同粒度下柵格數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)面積絕對差Fig.3 Absolute difference of area between raster data and vector data at different granularities before and after integration optimization

2.3 景觀尺度水平下景觀指數(shù)變化由表2可知，在景觀尺度水平下，整合優(yōu)化后斑塊數(shù)量(NP)減少24.67%，斑塊密度(PD)降低26.55%，平均斑塊面積(MPA)增加36.14%，表明整合優(yōu)化后自然保護地景觀的破碎化程度減輕，有利于自然保護地精細(xì)化管理。景觀形狀指數(shù)(LSI)和邊緣密度(ED)分別降低了1.22%和27.52%，表明整合優(yōu)化后自然保護地景觀的形狀、邊界復(fù)雜程度降低。連接度指數(shù)(CONNECT)增加了11.77%，表明整合優(yōu)化后自然保護地景觀的連通性增強。聚合度指數(shù)(AI)增加了1.92%，Shannon’s多樣性指數(shù)(SHDI)降低了17.75%，表明整合優(yōu)化后自然保護地景觀的聚集度和優(yōu)勢度增強，優(yōu)勢景觀增強且更加集中，景觀的異質(zhì)性和類型豐富度降低，驗證了整合優(yōu)化工作嚴(yán)格遵循了“保持自然生態(tài)系統(tǒng)完整性和生態(tài)廊道連通性”原則。

表2 景觀尺度水平下景觀指數(shù)變化

2.4 斑塊類型水平下景觀指數(shù)變化由圖4可知，在斑塊類型水平下，整合優(yōu)化后草地、耕地、建設(shè)用地、林地、水域、園地6類景觀的NP和PD均降低，且耕地、園地、建設(shè)用地的NP和PD降幅較大；耕地和建設(shè)用地的MPA均降低，園地MPA增長幅度較小，這是由于耕地、建設(shè)用地和園地為主要調(diào)出矛盾景觀類型，部分不可避免的矛盾小斑塊導(dǎo)致其MPA降低或小幅增長；林地和水域的MPA增長較大，草地和園地的MPA有所增長。表明整合優(yōu)化后林地、水域、草地及園地的破碎化程度均減輕。

圖4 斑塊類型水平下景觀指數(shù)變化Fig.4 Landscape index changes at the patch type level

除林地景觀外，其他5類景觀的LSI和ED均降低，其中耕地、建設(shè)用地及園地的LSI和ED降幅較大，這是由于其為主要矛盾景觀類型；林地的LIS增長了1.30%、ED降低達(dá)23.61%。這表明整合優(yōu)化后除林地景觀形狀稍加復(fù)雜外，其他5類景觀形狀、邊界復(fù)雜程度均降低。林地、水域及草地的CONNECT和AI有所增長；耕地CONNECT和AI降幅分別達(dá)38.02%和71.20%，這是由于耕地為自然保護地現(xiàn)實主要矛盾沖突，其調(diào)出范圍廣、數(shù)量多。這表明整合優(yōu)化后林地、水域及草地等自然景觀的聚集度和連通性增強，耕地優(yōu)勢度和連通性降低。建設(shè)用地的CONNECT和AI分別增長了1.54%和8.49%，表明其聚集度和連通性有所增強，這是由于建設(shè)用地為自然保護地現(xiàn)實主要矛盾沖突，多數(shù)細(xì)碎且分散的斑塊如建筑物所在斑塊等被調(diào)出自然保護地，保留的建設(shè)用地多為道路等不可避免的矛盾斑塊。園地的CONNECT增長了8.79%，AI降低了2.61%，表明其連通性增強，聚集度有所下降。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論通過對研究區(qū)整合優(yōu)化前后自然保護地范圍內(nèi)土地利用類型組成、景觀尺度水平和斑塊類型水平下景觀指數(shù)的變化分析，得出結(jié)論如下：

(1)整合優(yōu)化后土地利用類型組成發(fā)生了顯著變化，優(yōu)勢景觀林地面積增幅最大，草地、耕地、建設(shè)用地、水域、園地及其他土地面積均減少，其中耕地和建設(shè)用地面積減幅較大。

(2)整合優(yōu)化后景觀尺度水平下景觀的破碎化程度均減輕，景觀的形狀、邊界復(fù)雜度、異質(zhì)性及類型豐富度降低，景觀的聚集度、優(yōu)勢度及連通性增強。

(3)整合優(yōu)化后斑塊類型水平下林地、水域、草地及園地的破碎化程度均減輕；林地的景觀形狀更加復(fù)雜，草地、耕地、建設(shè)用地、水域及園地的形狀、邊界復(fù)雜程度均降低，其中耕地、建設(shè)用地及園地的降幅較明顯；林地、水域、草地及建設(shè)用地的聚集度和連通性增強，耕地的優(yōu)勢度和連通性降低，園地的連通性增強、聚集度下降。

3.2 討論從自然保護地整合優(yōu)化的目的和原則出發(fā)，可從景觀格局角度評價自然保護地整合優(yōu)化成果的科學(xué)合理性。研究區(qū)自然保護地整合優(yōu)化減少的主要土地利用類型為耕地和建設(shè)用地，同時優(yōu)勢景觀林地增幅最大，景觀的破碎化程度減輕，景觀的形狀、邊界復(fù)雜度降低，景觀的聚集度、優(yōu)勢度及連通性增強，與“解決矛盾沖突，保持自然生態(tài)系統(tǒng)完整性和生態(tài)廊道連通性”等目的原則相符。因此，景觀格局角度下的瀏陽市自然保護地整合優(yōu)化方案總體上科學(xué)合理。

整合優(yōu)化后建設(shè)用地的聚集度和連通性增強，園地的連通性增強，建議針對未調(diào)出自然保護地的建設(shè)用地和園地斑塊深入調(diào)研，論證其是否可以進(jìn)一步調(diào)出自然保護地，從而在保障生態(tài)系統(tǒng)完整性和連通性的前提下最大限度減少人為活動較多的土地利用類型。