唐明坤, 許戈, 馮涌, 劉亮, 周大松, 陳治興, 楊靜, 王戀, 王新

四川省林業(yè)科學(xué)研究院，四川 成都 610081

景觀格局指空間格局，即大小和形狀各異的景觀要素在空間上的排列和組合，包括景觀組成單元的類型、數(shù)目及空間分布與配置模式，景觀格局是景觀異質(zhì)性的體現(xiàn)，又是各種生態(tài)過程在不同尺度上作用的結(jié)果。景觀空間格局研究是進(jìn)行景觀功能和動態(tài)研究的基礎(chǔ)，它影響著生物動態(tài)和物質(zhì)交換等多方面的生態(tài)過程[1]。隨著GIS技術(shù)和景觀結(jié)構(gòu)分析軟件Fragstats的應(yīng)用，以此為手段開展的景觀空間結(jié)構(gòu)及其動態(tài)變化研究覆蓋到建設(shè)規(guī)劃[2,3]、物種棲息地質(zhì)量及生境利用[4-7]、區(qū)域景觀質(zhì)量[8,9]等眾多研究領(lǐng)域，為研究者從大尺度掌握區(qū)域生態(tài)質(zhì)量、制定宏觀管理策略提供了有力的技術(shù)手段。

大熊貓是全球生物多樣性保護(hù)的旗艦物種，目前只分布于我國的四川、陜西、甘肅部分地區(qū)[10]。景觀格局對大熊貓種群的生存繁衍影響重大，隨著社會化進(jìn)程加快導(dǎo)致大熊貓棲息地景觀格局改變，結(jié)合景觀生態(tài)學(xué)原理的棲息地景觀格局研究受到關(guān)注[10]，如白文科等人將家域模型與景觀格局分析結(jié)合，以大熊貓生物學(xué)特性評估棲息地的空間格局變化特征[11]。目前大熊貓棲息地景觀格局研究方法側(cè)重于景觀與“3S”技術(shù)相結(jié)合，用景觀格局指數(shù)進(jìn)行定量化分析，研究集中于秦嶺、臥龍等區(qū)域[10]。

岷山山系是四川省大熊貓種群及棲息地的主要分布區(qū)，目前關(guān)于岷山山系大熊貓棲息地的研究很少，陳家德等采用景觀生態(tài)學(xué)的斑塊理論分析了土地嶺大熊貓棲息地走廊帶的植被分布格局、斑塊結(jié)構(gòu)、廊道特征及主要影響因素，提出建立土地嶺走廊帶的關(guān)鍵措施[12]；張超基于“3S”技術(shù)完成了平武縣小河溝自然保護(hù)區(qū)潛在棲息地的判別與預(yù)測，圈定該保護(hù)區(qū)的擴(kuò)建范圍[13]；余翔等對岷山山系南端大熊貓棲息地的研究認(rèn)為龍溪虹口-白水河-九頂山一線的大熊貓棲息地存在破碎化現(xiàn)象，建議繼續(xù)加強(qiáng)大熊貓棲息地保護(hù)，增進(jìn)各相鄰保護(hù)區(qū)的交流和數(shù)據(jù)共享[14]。目前尚無針對岷山山系大熊貓棲息地景觀格局方面的報(bào)道，本文以四川境內(nèi)岷山山系大熊貓棲息地的景觀格局為研究對象，利用Arc GIS和Fragstats軟件對景觀整體以及北段、中段、南段3個分區(qū)的景觀格局進(jìn)行分析，揭示大熊貓棲息地的景觀格局特征并提出保護(hù)對策，對指導(dǎo)大熊貓國家公園建設(shè)實(shí)踐和岷山山系大熊貓棲息地保護(hù)與質(zhì)量提升具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

岷山自甘肅南部延伸至四川西北部，全長約500 km，岷山主峰雪寶頂位于松潘縣境內(nèi)，海拔5 588 m。岷山是長江水系的岷江、涪江、白水河與黃河水系的黑水河的分水嶺。大熊貓?jiān)谒拇ň硟?nèi)岷山山系的分布范圍包括平武、松潘、北川、青川、茂縣、九寨溝、都江堰、安縣、彭州、綿竹、什邡等13縣（市）的55個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，地理坐標(biāo)介于東經(jīng)103°32′—105°04′、北緯 31°06′—33°34′之間，其四至界線東起青川縣蒿溪回族鄉(xiāng)大馬廠，西、南至都江堰市龍池鎮(zhèn)火地塘，北至九寨溝縣大錄鄉(xiāng)下支麻。四川省岷山山系區(qū)域分布野生大熊貓666只，大熊貓棲息地面積78.93萬hm2，潛在棲息地面積8.54萬hm2，大熊貓種群密度0.0844只·km?2，野生大熊貓主要分布在青川、平武、松潘、北川和茂縣境內(nèi)[15]。

四川境內(nèi)的岷山山系大熊貓棲息地及潛在棲息地，總面積 87.48 萬 hm2，海拔跨度 1100~5588 m。研究區(qū)屬北亞熱帶、中亞熱帶和青藏高原3 個氣候區(qū)的交匯過渡區(qū)；植被區(qū)系屬于橫斷山脈區(qū)系地區(qū)向華中植物區(qū)系地區(qū)的過渡區(qū)[16]，區(qū)內(nèi)分布有川西云杉、岷江冷杉、高山松、油松、鐵杉、白樺、紅樺、山楊、櫟類等代表性喬木物種，海拔3800 m以上高山灌叢、草甸和流石灘稀疏植被廣泛分布。

2 研究方法

2.1 研究分區(qū)

岷山山系大熊貓棲息地主要分布于四川境內(nèi)，根據(jù)研究區(qū)的地形地貌劃分為北段、中段、南段3個區(qū)域以開展景觀格局整體特征和分區(qū)比較研究，分區(qū)結(jié)果見圖1和表1。

表1 四川境內(nèi)岷山山系大熊貓棲息地研究分區(qū)表Tab.1 Regionalization of giant panda habitats in the Minshan Mountains, Sichuan province

2.2 景觀制圖及建立分類體系

利用地理信息系統(tǒng)軟件Arc GIS 10.5平臺，以研究區(qū)各縣（市）近年的林地變更、森林二調(diào)等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合野外調(diào)查和研究區(qū)2019年衛(wèi)星影像對林地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行歸類和校準(zhǔn)。參考《土地利用現(xiàn)狀分類》（GB/T21010-2017）分類體系，根據(jù)研究區(qū)土地利用現(xiàn)狀、大熊貓棲息地植被類型的生態(tài)功能，將研究區(qū)景觀劃分為針葉林、闊葉林、人工經(jīng)濟(jì)林、灌叢、草地、濕地、耕地、建設(shè)用地8種類型，制作研究區(qū)景觀格局分布現(xiàn)狀圖（見圖1）。其中：針葉林包括云杉、冷杉、落葉松、高山松、圓柏、鐵杉、柏木等針葉樹種為優(yōu)勢形成的植被景觀；闊葉林包括白樺、紅樺、糙皮樺、川滇高山櫟、槭樹、山楊、椴樹、鵝耳櫪、黑殼楠、青岡等多種常綠、落葉闊葉樹種為優(yōu)勢形成的植被景觀；人工經(jīng)濟(jì)林包括柳杉、杉木、刺槐、輻射松、日本落葉松、水杉等人工起源的造林地、經(jīng)濟(jì)林木和果木林地；灌叢包括白夾竹、箭竹、珍珠梅、柳、沙棘、杜鵑、薔薇、懸鉤子、小檗、馬桑、胡頹子、高山櫟等為優(yōu)勢形成的常綠、落葉灌叢景觀；草地包括禾本科、莎草科等為優(yōu)勢形成的高山草甸和次生草叢群落；濕地包括湖泊、河流、溪溝、沼澤地等濕地景觀；耕地包括區(qū)內(nèi)的旱地、水田農(nóng)業(yè)種植區(qū)；建設(shè)用地包括城鎮(zhèn)、村莊、聚居點(diǎn)、公路、工礦設(shè)施等人工建筑區(qū)域。上述各景觀類型根據(jù)生境自然度、大熊貓利用度、受干擾程度等因子合理歸類劃分，代表了研究區(qū)不同的生態(tài)價(jià)值和服務(wù)功能，彼此鑲嵌分布形成研究區(qū)的景觀基本格局。經(jīng)抽樣評估，本研究景觀格局分布圖抽樣精度達(dá)到80%以上，由于研究區(qū)范圍廣、面積大，這一精度基本滿足研究要求。

圖1 研究區(qū)分區(qū)及景觀類型分布圖Fig.1 Regionalization and landscape types distribution map of the study area

2.3 景觀結(jié)構(gòu)指數(shù)選取及計(jì)算

在Arc GIS 10.5中將shape格式景觀圖層轉(zhuǎn)化成GeoTIFF Grid（.tif）格式數(shù)據(jù)（轉(zhuǎn)化的柵格大小為12 m×12 m）并導(dǎo)入景觀結(jié)構(gòu)定量分析軟件Fragstats（v4.2.1），在景觀類型(Class Level)和景觀(Landscape Level)兩個尺度水平計(jì)算景觀結(jié)構(gòu)指數(shù)（部分指數(shù)計(jì)算的搜索閾值為2 000 m）。本研究選擇的景觀格局指數(shù)[18]、計(jì)算公式、單位及意義參見相關(guān)文獻(xiàn)[3,17,18]及Fragstats軟件手冊[19]。

3 結(jié)果與分析

3.1 景觀組成特征

研究區(qū)景觀基本組成見表2，結(jié)果顯示：（1）針葉林景觀類型在研究區(qū)分布最廣、面積最大，其AREA_MN（81.84 hm2·塊?1）、ED（31.78 m·hm?2）和LPI（5.432%）3項(xiàng)指標(biāo)與闊葉林相近，高于其他景觀類型；PD（0.50個·km?2）處于中等偏低水平；闊葉林也是研究區(qū)的重要景觀類型，除PLAND（32.41%）和NP（3453塊）明顯低于針葉林外，其他指標(biāo)與針葉林基本相近，針葉林和闊葉林是研究區(qū)大熊貓棲息地的主體和主要活動區(qū)域。（2）人工經(jīng)濟(jì)林作為人工起源的景觀類型在研究區(qū)PLAND僅4.22%，可見大熊貓棲息地內(nèi)的人工林比例較低。（3）灌叢景觀類型分布面積在研究區(qū)排第三位，PLAND為17.84%，但NP遠(yuǎn)高于其他景觀類型，達(dá)15381塊，導(dǎo)致PD和ED達(dá)研究區(qū)最高的1.76個·km?2和 33.13 m·hm?2。（4）草地和濕地景觀在研究區(qū)PLAND分別為2.71%和1.10%，是分布面積最小的自然景觀類型，它們的NP相對較大，導(dǎo)致PD、ED、LPI都偏低。（5）耕地和建設(shè)用地屬于人工起源性質(zhì)，PLAND<1%，其他各項(xiàng)指標(biāo)計(jì)算值也偏低，表明大熊貓棲息地自然度較高。研究區(qū)大熊貓棲息地內(nèi)的針葉林、闊葉林、灌叢、草地、濕地5類自然景觀類型的PLAND之和達(dá)94.94%，表明自然景觀類型在研究區(qū)優(yōu)勢明顯，其中大熊貓利用度最高的針葉林和闊葉林景觀的PLAND之和為73.30%。

表2 研究區(qū)景觀組成分析表Tab.2 Analysis of landscape components of the study area

研究區(qū)北段、中段、南段的景觀基本組成見表3，結(jié)果顯示：（1）針葉林的 CA、PLAND、NP、AREA_MN在研究區(qū)北段達(dá)到最大值，在中段、南段依次遞減，呈由北向南遞減趨勢；而PD、ED呈由北向南遞增趨勢，表明隨著平均海拔的降低，針葉林景觀的破碎化程度升高。（2）闊葉林在研究區(qū)北段、中段的CA、PLAND、AREA_MN和LPI相近；由于研究區(qū)南段的闊葉林分布面積大幅降低但斑塊數(shù)量相對較多，導(dǎo)致南段分布的闊葉林AREA_MN明顯降低，而PD和ED指標(biāo)較研究區(qū)中北段明顯上升。（3）北、中、南3區(qū)段的人工經(jīng)濟(jì)林AREA_MN相近，但研究區(qū)南段的人工經(jīng)濟(jì)林PLAND（7.85%）、PD（0.71 個·km?2）和ED（14.39 m·hm?2）有所升高。（4）灌叢景觀由北向南PLAND、AREA_MN、PD、ED值呈上升趨勢。（5）草地、濕地、耕地、建設(shè)用地由于分布面積很小，在北、中、南3區(qū)分布沒有明顯變化。綜上，針葉林、闊葉林、人工經(jīng)濟(jì)林和灌叢這4類面積較大的景觀類型表現(xiàn)出由北向南破碎度增加的趨勢，這與研究區(qū)南段平均海拔更低、人為活動干擾更強(qiáng)有關(guān)。

表3 研究區(qū)北段、中段、南段景觀組成分析表Tab.3 Analysis of landscape components in the north, middle and south section of the study area

3.2 類型水平的景觀格局特征

研究區(qū)在景觀類型水平的格局特征分析見表4。主要結(jié)果有：（1）從斑塊形狀和邊緣褶皺程度綜合分析，針葉林和闊葉林的斑塊形狀最復(fù)雜，其次為灌叢和人工經(jīng)濟(jì)林，建設(shè)用地SHAPE_MN和FRAC_MN值最低，表明其形狀最簡單規(guī)整，這與其人工起源性質(zhì)有關(guān)。（2）針葉林（SPLIT=128.32）和闊葉林（SPLIT=110.74）的斑塊分散程度最低；其次為灌叢、人工經(jīng)濟(jì)林、草地和濕地；建設(shè)用地分散程度最大（SPLIT=27363315.97）遠(yuǎn)高于其他景觀類型，這與建設(shè)用地在研究區(qū)零散、孤立分布有關(guān)。由于研究區(qū)面積大，在設(shè)定閾值2 000 m時各景觀類型的連接度指數(shù)都在1以內(nèi)，連接度水平普遍偏低，與設(shè)定閾值較小有關(guān)。（3）針葉林和闊葉林的AREA_MN和PROX-MN均大于其他景觀類型，表明它們的破碎化程度最低；其次是灌叢和人工經(jīng)濟(jì)林，破碎化程度處于中等水平；草地、濕地、耕地和建設(shè)用地的AREA_MN和PROX-MN都很小，表明它們的破碎化程度最高。（4）AI、IJI反映同類斑塊聚集與分散的空間分布特征，針葉林、闊葉林、人工經(jīng)濟(jì)林、灌叢、草地的AI值均較高，表明這些景觀類型的斑塊分布相對集中；濕地、耕地、建設(shè)用地AI值較低、IJI值較高，表明這3類景觀斑塊在景觀全域零散分布，且與其他景觀的混合度較高。（5）由于濕地、耕地、建設(shè)用地斑塊形狀和邊緣褶皺較簡單，PAFRAC最接近1.5，表明這3類景觀類型的穩(wěn)定性較差，鑲嵌結(jié)構(gòu)簡單；針葉林、闊葉林、人工經(jīng)濟(jì)林、灌叢、草地的PAFRAC值均遠(yuǎn)離1.5，表明這些景觀類型的穩(wěn)定性較高。

表4 研究區(qū)類型水平的景觀格局指數(shù)分析表Tab.4 Analysis of landscape pattern index at type level of the study area

研究區(qū)的針葉林、闊葉林作為大熊貓棲息地的主體和大熊貓痕跡點(diǎn)的主要分布區(qū)，它們的斑塊形狀、邊緣褶皺較復(fù)雜，斑塊分散和破碎程度低、聚集程度高，功能優(yōu)于其他景觀類型，對研究區(qū)的景觀格局總體特征具有決定性作用。

3.3 景觀水平的景觀格局特征

研究區(qū)整體及各分段景觀水平的格局指數(shù)分析見表5。主要結(jié)果有：（1）由北向南的分段梯度上，AREA_MN和CONTAG指數(shù)呈下降趨勢，表明隨著平均海拔降低、干擾強(qiáng)度升高各景觀類型整體的聚集度降低，景觀中連通度極高的優(yōu)勢斑塊數(shù)量減少，景觀破碎化程度加劇；（2）研究區(qū)各分段景觀斑塊邊緣的平均褶皺程度無明顯變化，F(xiàn)RACMN值在1.098—1.111之間波動；（3）研究區(qū)北段IJI=73.07值最高，表明北段各景觀類型間的相鄰程度和混合程度最高；（4）研究區(qū)南段的SPLIT=51.223，表明景觀中同類型斑塊更加分散，景觀破碎度高于北段和中段，與CONTAG指數(shù)分析結(jié)果一致；（5）由北向南SHDI和SHEI指數(shù)依次升高，表明南段景觀中的優(yōu)勢控制性組分減弱，景觀組分更趨均衡，因?yàn)槿祟惢顒佑绊懴氯斯て鹪吹木坝^組分增多，所以由北向南景觀多樣性和均勻度都增加。

表5 研究區(qū)景觀水平的景觀格局指數(shù)分析表Tab.5 Analysis of landscape pattern index at landscape level of the study area

4 討論與小結(jié)

以近年研究區(qū)林地調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)對四川境內(nèi)岷山山系大熊貓棲息地（含潛在棲息地）景觀格局特征進(jìn)行分區(qū)比較研究，結(jié)果表明：（1）研究區(qū)針葉林和闊葉林分布面積比分別為40.88%和32.41%，與第四次大熊貓調(diào)查發(fā)表的數(shù)據(jù)相近[15]；作為大熊貓活動痕跡點(diǎn)分布最多的景觀類型，針葉林和闊葉林的破碎度最低、斑塊形狀最復(fù)雜，斑塊聚集度和連通性高、穩(wěn)定性強(qiáng)，從景觀尺度判斷目前研究區(qū)大熊貓棲息地質(zhì)量良好、自然度高。（2）研究區(qū)人工性質(zhì)景觀組分（人工經(jīng)濟(jì)林、耕地和建設(shè)用地）仍有5%的面積占比，這些景觀類型零散分布于研究區(qū)，區(qū)內(nèi)人類活動強(qiáng)度大，給大熊貓棲息地帶來持續(xù)干擾。（3）隨著平均海拔降低、干擾強(qiáng)度升高，研究區(qū)景觀格局由北向南表現(xiàn)出破碎度、混合度、多樣性和均勻度升高，景觀格局質(zhì)量和功能下降的趨勢。

岷山山系大熊貓棲息地干擾因子的遇見率從高到低依次為放牧、采藥、狩獵、用火痕跡、交通道路、耕種、采礦、采伐、其他、砍柴、旅游休閑等[15]。根據(jù)本研究結(jié)果結(jié)合大熊貓國家公園規(guī)劃建設(shè)和岷山山系大熊貓棲息地現(xiàn)狀，提出如下保護(hù)對策：（1）落實(shí)退耕還林政策，逐步消除大熊貓棲息地內(nèi)的農(nóng)耕地。大熊貓棲息地內(nèi)還分布有耕地5 504.83 hm2，耕地區(qū)農(nóng)業(yè)種植活動產(chǎn)生持續(xù)干擾，可優(yōu)先考慮對大熊貓棲息地內(nèi)的耕地實(shí)施退耕還林。（2）改造人工經(jīng)濟(jì)林，提升大熊貓對人工經(jīng)濟(jì)林的生境選擇和棲息利用率。研究區(qū)人工經(jīng)濟(jì)林分布面積36 921.92 hm2，占比達(dá)4.22%，人類經(jīng)營和生產(chǎn)活動干擾頻繁。在大熊貓國家公園框架下，按照自愿有償原則優(yōu)先通過租賃等方式規(guī)范流轉(zhuǎn)人工經(jīng)濟(jì)林由國家公園統(tǒng)一管理；而后對人工經(jīng)濟(jì)林提質(zhì)改造，如進(jìn)行間伐調(diào)整郁閉度，探索在林下種植適生竹林資源，提高大熊貓的利用率。（3）控制大熊貓棲息地內(nèi)建設(shè)用地規(guī)模。對研究區(qū)內(nèi)的已建人工設(shè)施，已依法設(shè)立的不擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模、不新增生產(chǎn)設(shè)施，到期后有序退出；原住居民實(shí)施有序搬遷，暫時不能搬遷的設(shè)立過渡期，過渡期在不擴(kuò)大現(xiàn)有建設(shè)用地和耕地規(guī)模的情況下允許修繕生產(chǎn)生活設(shè)施，保留生活必需的少量種植、放牧、捕撈、養(yǎng)殖等活動。對搬遷后空置區(qū)通過房屋拆除、耕地恢復(fù)、植樹造林等措施開展生態(tài)恢復(fù)。（4）轉(zhuǎn)變原住民生產(chǎn)生活方式，減輕對大熊貓棲息地自然資源的依賴。以大熊貓國家公園建設(shè)為契機(jī)，推動區(qū)內(nèi)原住民生產(chǎn)生活方式轉(zhuǎn)型，合理設(shè)置國家公園的生態(tài)崗位，使其在參與大熊貓國家公園生態(tài)保護(hù)和運(yùn)營管理中獲益；鼓勵原住民參與國家公園的特許經(jīng)營項(xiàng)目，引導(dǎo)他們在國家公園周邊開展家庭旅館、農(nóng)家樂和林特產(chǎn)品開發(fā)等經(jīng)營活動；加強(qiáng)社區(qū)培訓(xùn)，引導(dǎo)原住民或企業(yè)在安全保障區(qū)發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)，鼓勵發(fā)展蜜蜂養(yǎng)殖、茶葉、中藥材、菌類種養(yǎng)業(yè)和民族文化、生態(tài)體驗(yàn)、熊貓文化產(chǎn)品、特色農(nóng)產(chǎn)品加工等具有當(dāng)?shù)靥厣木G色產(chǎn)業(yè)。通過上述措施減輕或消除大熊貓棲息地內(nèi)的人為干擾，逐步恢復(fù)提升大熊貓棲息地質(zhì)量。