羅 紅,陳 磊,姜運(yùn)力,李從瑞,周鳳嬌,吳建普, *

1 貴州省林業(yè)科學(xué)研究院, 貴陽(yáng) 550005

2 思南縣林業(yè)局, 銅仁 565100

自然保護(hù)地整合優(yōu)化是我國(guó)建立科學(xué)合理的自然保護(hù)地體系的重要舉措之一,主要通過(guò)整合、歸并、優(yōu)化、轉(zhuǎn)化、補(bǔ)缺等任務(wù)解決自然保護(hù)地交叉重疊、多頭管理、生態(tài)系統(tǒng)破碎、區(qū)劃不合理等問(wèn)題[1]。我國(guó)自然保護(hù)地包括國(guó)家公園、自然保護(hù)區(qū)、自然公園3大類[2- 3],總面積約占陸地國(guó)土面積的18%,其中國(guó)家級(jí)自然保護(hù)地近3000處[4]。由于類型、數(shù)量多,管理部門及制度、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等不同,造成了管理措施混雜、“過(guò)度保護(hù)”和“過(guò)度利用”并存的現(xiàn)象[5],保護(hù)地范圍交叉重疊、自然生態(tài)區(qū)域被人為割裂,保護(hù)不足或保護(hù)過(guò)度、保護(hù)與發(fā)展不協(xié)調(diào)等多種矛盾并存[6]。建立全國(guó)層面的自然保護(hù)地體系,建立精簡(jiǎn)、高效、統(tǒng)一的管理體制并保護(hù)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的完整性,是解決自然保護(hù)地系列問(wèn)題的工作方向[4]?；谧匀槐Ｗo(hù)地現(xiàn)存的各類問(wèn)題,迫切需要對(duì)自然保護(hù)區(qū)范圍及功能分區(qū)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,同時(shí)對(duì)各類自然保護(hù)地進(jìn)行整合優(yōu)化。2019年,中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于建立以國(guó)家公園為主體的自然保護(hù)地體系的指導(dǎo)意見(jiàn)》[7],標(biāo)志著我國(guó)自然保護(hù)地進(jìn)入全了面深化改革的新階段,中國(guó)正在快速推進(jìn)自然保護(hù)地體系重構(gòu)[1]。而《關(guān)于在國(guó)土空間規(guī)劃中統(tǒng)籌劃定落實(shí)三條控制線的指導(dǎo)意見(jiàn)》[8]的印發(fā),則進(jìn)一步推動(dòng)了自然保護(hù)地內(nèi)永久基本農(nóng)田、城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)區(qū)及其邊界的調(diào)整。2020年2月,自然資源部國(guó)家林業(yè)和草原局下發(fā)了《關(guān)于做好自然保護(hù)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》,由此全國(guó)各地自然保護(hù)地整合優(yōu)化工作陸續(xù)啟動(dòng)。

自然保護(hù)地是景觀格局研究的重要研究對(duì)象[9],通過(guò)研究其景觀結(jié)構(gòu)、景觀格局變化及原因,可有效分析自然保護(hù)地的保護(hù)成效[10]、人為干擾影響[11],指導(dǎo)其科學(xué)管理和發(fā)展[12],并借助景觀指數(shù)來(lái)反映研究區(qū)景觀格局現(xiàn)狀及變化情況[13- 14],對(duì)景觀格局進(jìn)行定量分析[15- 16]。廬山風(fēng)景名勝區(qū)曾通過(guò)景觀指數(shù)分析發(fā)現(xiàn)景區(qū)景觀多樣性下降、景觀生態(tài)安全格局面臨危機(jī)[17]。張家界森林公園也曾通過(guò)景觀格局變化分析發(fā)現(xiàn)在1990—2000年間景區(qū)景觀格局結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定,景區(qū)執(zhí)行了一系列生態(tài)恢復(fù)政策[18]。黎聰?shù)妊芯恐泻馑?guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)隨著保護(hù)力度加大,濕地逐步恢復(fù),景觀破碎化程度降低[19]。若爾蓋濕地國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)的保護(hù)管理則減緩了邊界范圍內(nèi)景觀破碎化趨勢(shì)[10]。張宏靜等研究指出隨著保護(hù)區(qū)成立,管理和保護(hù)力度加大,黑龍江老爺嶺東北虎國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的林地得到了一定程度恢復(fù),景觀破碎化程度得到了有效改善[20]。整合優(yōu)化改變了自然保護(hù)地的范圍和土地組成,使自然保護(hù)地范圍內(nèi)的景觀格局發(fā)生了變化,這種調(diào)整不應(yīng)對(duì)自然保護(hù)地破碎化程度、景觀結(jié)構(gòu)、景觀異質(zhì)性、保護(hù)區(qū)管理等方面起負(fù)作用,整合優(yōu)化成果在景觀格局方面如何變化仍有待有研究。運(yùn)用景觀生態(tài)學(xué)景觀指數(shù)分析自然保護(hù)地整合優(yōu)化所產(chǎn)生的景觀格局變化,是試圖對(duì)自然保護(hù)地整合優(yōu)化成果、調(diào)整規(guī)則進(jìn)行評(píng)價(jià)的一種探索,探索整合優(yōu)化對(duì)自然保護(hù)地完整性、連通性的影響,對(duì)科學(xué)評(píng)估、及時(shí)調(diào)整“整合優(yōu)化”規(guī)則、確保建立切實(shí)有效的自然保護(hù)地體系具有一定指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。

1 研究區(qū)域概況

思南縣位于貴州省東北部,地處武陵山腹地,烏江流域的中心地帶,地理坐標(biāo)為107°52′—108°28′E,27°32′—28°10′N,屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候,年平均溫度17.3℃,全縣呈東南和西北邊緣高、中部烏江河谷低的“V”字型基本輪廓,最高海拔1481 m,最低海拔388 m,境內(nèi)峰叢山地、緩丘谷地、河谷、石林等多種地貌形態(tài),全縣總面積2230.50 km2,轄6個(gè)不同類型的自然保護(hù)地6個(gè),其中國(guó)家級(jí)3個(gè)、省級(jí)3個(gè),自然保護(hù)地批復(fù)總面積408.88 km2,由于多個(gè)自然保護(hù)地之間存在交叉重疊(圖1),實(shí)際自然保護(hù)地總面積338.61 km2。思南縣6個(gè)自然保護(hù)地分別為：貴州思南烏江喀斯特國(guó)家地質(zhì)公園(地質(zhì)公園)；思南縣龍底江河流黃顙魚、大口鲇國(guó)家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)(水產(chǎn)保護(hù)區(qū))；貴州思南白鷺湖國(guó)家濕地公園(濕地公園)；思南縣四野屯省級(jí)自然保護(hù)區(qū)(自然保護(hù)區(qū))；思南萬(wàn)圣山省級(jí)森林公園(森林公園),思南烏江白鷺洲省級(jí)風(fēng)景名勝區(qū)(風(fēng)景名勝區(qū))。

圖1 研究區(qū)地理位置Fig.1 Location of the study area

思南縣自然保護(hù)地整合優(yōu)化先后經(jīng)歷3個(gè)階段：(1)整合歸并,解決保護(hù)地之間的交叉重疊、區(qū)劃不合理問(wèn)題,風(fēng)景名勝區(qū)整合歸并到其他自然保護(hù)地中,各保護(hù)地邊界根據(jù)交叉重疊情況重新劃定；(2)優(yōu)化調(diào)整,解決自然保護(hù)地的錯(cuò)誤區(qū)劃和矛盾問(wèn)題,將符合調(diào)整規(guī)則的矛盾區(qū)域調(diào)出自然保護(hù)地范圍；(3)新增補(bǔ)劃,增加具備保護(hù)價(jià)值而未納入自然保護(hù)地范圍的地塊,以保障縣域自然保護(hù)地面積不減少。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

自然保護(hù)地?cái)?shù)據(jù)來(lái)源于貴州省思南縣自然保護(hù)地整合優(yōu)化工作初步成果,包括各自然保護(hù)地原始范圍、整合歸并后范圍、優(yōu)化調(diào)整后范圍、新增補(bǔ)劃后范圍數(shù)據(jù),土地利用/覆蓋數(shù)據(jù)來(lái)源于思南縣第三次全國(guó)土地調(diào)查(國(guó)土三調(diào))初步成果數(shù)據(jù),均以Personal Database形式存儲(chǔ)。利用ArcGIS10.5提取自然保護(hù)地范圍內(nèi)不同工作階段的國(guó)土三調(diào)數(shù)據(jù),根據(jù)國(guó)土三調(diào)的土地利用/覆蓋分類體系《土地利用現(xiàn)狀分類GB/T21010- 2017》[21]和實(shí)際利用情況將思南縣自然保護(hù)地內(nèi)的土地覆蓋類型劃分為7個(gè)一級(jí)景觀類型：耕地、園地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地和15個(gè)二級(jí)景觀類型。所提取的土地利用/覆蓋數(shù)據(jù)在ArcGIS10.5中轉(zhuǎn)為4m分辨率的柵格文件格式,并在Fragstats4.2.1軟件中進(jìn)行景觀指數(shù)計(jì)算。

2.2 景觀格局指數(shù)

為了衡量自然保護(hù)地整合優(yōu)化帶來(lái)的景觀格局變化,分別按照思南縣自然保護(hù)地中的自然保護(hù)區(qū)、地質(zhì)公園、森林公園、濕地公園、水產(chǎn)保護(hù)區(qū)范圍,分不同階段在景觀、類型水平選取以下景觀指數(shù)：斑塊類型面積、斑塊數(shù)量、斑塊密度、平均斑塊面積、邊緣密度指數(shù)、景觀形狀指數(shù)、連接度指數(shù)、聚合度指數(shù)和Shannon多樣性指數(shù)(Shannon′s Diversity Index, SHDI),分析自然保護(hù)地景觀優(yōu)勢(shì)度、破碎化、異質(zhì)性等變化,所有指數(shù)單位與Fragstats軟件一致。

2.3 自然保護(hù)地邊界變化指數(shù)

為了衡量整合優(yōu)化帶來(lái)的自然保護(hù)地邊界變化情況,將整個(gè)思南縣自然保護(hù)地及各自然保護(hù)地分別視為獨(dú)立系統(tǒng)或單一類型斑塊,如自然保護(hù)區(qū)按一個(gè)斑塊類型進(jìn)行景觀指數(shù)計(jì)算,參照景觀指數(shù)的計(jì)算方法,計(jì)算以下幾個(gè)指數(shù)：獨(dú)立區(qū)域數(shù)量〗、邊界周長(zhǎng)、邊界密度指數(shù)、保護(hù)地形狀指數(shù)、平均孤島面積,指數(shù)單位與Fragstats軟件中對(duì)應(yīng)指數(shù)單位一致。

3 結(jié)果與分析

3.1 整合優(yōu)化后自然保護(hù)地土地利用/覆蓋變化

由圖2和表1可知,思南縣原自然保護(hù)地范圍內(nèi)優(yōu)勢(shì)景觀類型為林地,其次為耕地、水域。整合優(yōu)化后,思南縣自然保護(hù)地內(nèi)土地利用/覆蓋發(fā)生了顯著變化,除林地面積增加14.36 km2(增幅7.8%)外,其他土地利用類型面積均減少,建設(shè)用地、未利用地、耕地、園地減幅較大。其中：建設(shè)用地減幅最大(-57.0%),減少9.25 km2；耕地面積減少最多(-35.36 km2),減幅39.9%；園地面積減少4.82 km2,減少42.4%；未利用地面積減少0.11 km2,減少55.0%；草地面積減少0.07 km2,減少24.1%；水域減少幅度最小,減少0.52 km2,減幅1.7%。

從圖2和表1中可知,整合優(yōu)化后,受干擾程度較少的林地、水域所占比例提高,受干擾程度較高、矛盾和問(wèn)題集中的建設(shè)用地、耕地、園地占比降低,優(yōu)化調(diào)整階段導(dǎo)致土地利用覆蓋面積減少,新增補(bǔ)劃使優(yōu)勢(shì)景觀林地面積增加,且面積占比不斷提高。表明整合優(yōu)化以調(diào)出矛盾和問(wèn)題集中地類為主,并增強(qiáng)了優(yōu)勢(shì)景觀的占比,與自然保護(hù)地整合優(yōu)化目的“強(qiáng)化保護(hù),解決矛盾和歷史問(wèn)題”相符合。

表1 思南縣自然保護(hù)地整合優(yōu)化各階段景觀組成/km2Table 1 The landscape composition for the integration and optimization of Sinan County′s natural protected areas in each period

圖2 思南縣自然保護(hù)地整合優(yōu)化的土地利用/覆蓋變化Fig.2 The land use/cover change for the integration and optimization of Sinan County′s natural protected areas

3.2 整合優(yōu)化后自然保護(hù)地景觀水平景觀指數(shù)的變化

斑塊密度(PD)、景觀平均斑塊面積(MPS)可綜合反映景觀總體破碎化程度,PD越高、MPS越小,破碎化程度越高。景觀形狀指數(shù)(LSI)、邊緣密度指數(shù)(ED)可反映景觀形狀、邊界的復(fù)雜程度,LSI、ED越高,景觀形狀、邊界越復(fù)雜。連接度指數(shù)(CONNECT)可反映景觀、斑塊之間的連接程度,值越高,連接程度越高。聚合度指數(shù)(AI)可反映景觀要素空間配置特征,AI越小,景觀要素分布越離散。Shannon多樣性指數(shù)(SHDI)可反映景觀異質(zhì)性和類型豐富度,SHDI越小,景觀異質(zhì)性越小,景觀類型越簡(jiǎn)單。

表2顯示：思南縣自然保護(hù)地在經(jīng)過(guò)優(yōu)化調(diào)整后斑塊數(shù)量(NP)減少6.4%,PD增加17.7%,MPS縮小15.0%,表明優(yōu)化調(diào)整措施將部分斑塊調(diào)出自然保護(hù)地后,留下更多細(xì)碎斑塊,使景觀水平上破碎化程度增加。而新增補(bǔ)劃后PD降低9.6%、MPS升高10.8%,表明新增納入自然保護(hù)地的斑塊平均面積大、破碎化程度低。經(jīng)過(guò)優(yōu)化調(diào)整、新增補(bǔ)劃兩階段,LSI、ED持續(xù)降低,表明景觀形狀復(fù)雜程度不斷降低。CONNECT在優(yōu)化調(diào)整后稍有降低,表明優(yōu)化調(diào)整削弱了景觀連通性。SHDI持續(xù)降低,AI呈持續(xù)升高,表明兩階段工作使景觀異質(zhì)性不斷降低、優(yōu)勢(shì)度不斷增強(qiáng),景觀類型豐富度降低。綜合來(lái)看：整合優(yōu)化后景觀水平上自然保護(hù)地破碎化程度增加,自然保護(hù)地經(jīng)營(yíng)管理難度將增大；但景觀形狀復(fù)雜度、景觀異質(zhì)性降低、優(yōu)勢(shì)度增強(qiáng),表明景觀主體優(yōu)勢(shì)增強(qiáng)、并未弱化和復(fù)雜化。

表2 思南縣自然保護(hù)地整合優(yōu)化各階段景觀水平的景觀指數(shù)Table 2 The landscape-levels′ index of each period for the integration and optimization of Sinan County′s protected areas

3.3 類型水平景觀指數(shù)的變化

優(yōu)化調(diào)整后：從圖3可知,思南縣自然保護(hù)地斑塊類型水平上耕地和園地的NP、PD大幅增加,MPS大幅降低,表明耕地、園地在優(yōu)化調(diào)整后破碎化程度大幅增加,是前述3.2中景觀破碎化的主要景觀類型,其具體調(diào)整方式或規(guī)則上還有待改進(jìn)。林地和水域MPS增加,其他地類均降低,表明林地、水域調(diào)出圖斑以破碎化小斑塊為主,調(diào)整合理,使林地、水域在景觀中優(yōu)勢(shì)度增強(qiáng),符合自然保護(hù)地保護(hù)生態(tài)的原則。各斑塊類型ED、 LSI均降低,表明優(yōu)化調(diào)整并未造成各景觀類型形狀復(fù)雜化,而是使各景觀類型異質(zhì)性降低,保障了各景觀類型的功能發(fā)揮。林地、水域在調(diào)整后CONNECT提高,而耕地的大幅降低,表明優(yōu)化調(diào)整增強(qiáng)了自然景觀(林地、水域)的連接性,其連通性未削弱,結(jié)合前述3.2景觀水平連接度降低分析,景觀水平連接度降低主要由耕地景觀調(diào)出引起,與其在自然保護(hù)地內(nèi)分布廣、調(diào)出面積大、調(diào)出數(shù)量多有關(guān),優(yōu)化調(diào)整符合“保持自然生態(tài)系統(tǒng)完整性和生態(tài)廊道連通性”的原則。未利用地CONNECT變幅最大,與該景觀類型斑塊數(shù)量少、面積小、剩余斑塊相對(duì)集中有關(guān)。

圖3 思南縣自然保護(hù)地整合優(yōu)化各階段類型水平景觀指數(shù)變幅Fig.3 The class-levels′ index of each period for the integration and optimization of Sinan County′s natural protected areasNP：斑塊數(shù)量 Number of patches；PD：斑塊密度 Patch density；MPS：平均斑塊面積 Mean patch size；ED：邊緣密度 Edge density；LSI：景觀形狀指數(shù) Landscape shape index；CONNECT：連接度指數(shù) Connectance index；AI：聚合度指數(shù) Aggregation index

新增補(bǔ)劃后：圖3中,各景觀類型PD均降低,僅林地MPS大幅升高,表明新增補(bǔ)劃未造成各景觀類型的破碎化,新納入自然保護(hù)地的林地平均斑塊面積大,與整合優(yōu)化“應(yīng)劃盡劃、應(yīng)保盡?！钡幕驹瓌t一致。各斑塊類型ED均降低,LSI變幅小,僅林地LSI小幅降低、斑塊形狀趨于簡(jiǎn)化,表明新增補(bǔ)劃未造成優(yōu)勢(shì)景觀形狀復(fù)雜化,有助于增強(qiáng)林地景觀優(yōu)勢(shì)度、降低其異質(zhì)性,新增林地斑塊景觀分析上合適。綜合來(lái)看：新增補(bǔ)劃未造成景觀破碎度增加,并降低了優(yōu)勢(shì)景觀異質(zhì)性和復(fù)雜性、增加了主體景觀優(yōu)勢(shì)度,表明新增補(bǔ)劃工作可行合理。

3.4 自然保護(hù)地邊界變化

據(jù)表3,優(yōu)化調(diào)整后,思南縣自然保護(hù)地由3個(gè)獨(dú)立區(qū)域變?yōu)?1個(gè),多個(gè)獨(dú)立區(qū)域形成,平均孤島面積顯著減??；保護(hù)地邊界周長(zhǎng)、邊界密度、形狀指數(shù)優(yōu)化調(diào)整后分別增加182%、259%、212%,且新增補(bǔ)劃后變幅小,表明優(yōu)化調(diào)整后保護(hù)地形狀、邊界變得非常復(fù)雜,優(yōu)化調(diào)整是邊界變復(fù)雜的主要原因,該階段調(diào)整措施還有待優(yōu)化。

表3 自然保護(hù)地邊界變化Table 3 The changement of natural protected areas′ edge

森林公園不涉及整合歸并、風(fēng)景名勝區(qū)完全整合到其他自然保護(hù)地中,其他自然保護(hù)地整合歸并后：保護(hù)地形狀指數(shù)〗均降低,保護(hù)地邊界總體形狀趨于簡(jiǎn)單,表明整合歸并未造成邊界復(fù)雜化,且有所優(yōu)化,整合歸并方式可行。

優(yōu)化調(diào)整后：水產(chǎn)保護(hù)區(qū)邊界密度〗和形狀指數(shù)〗基本無(wú)變化,地質(zhì)公園、濕地公園、森林公園、自然保護(hù)區(qū)邊界密度〗分別升高248.5%、28.2%、123.4%、653.3%,形狀指數(shù)分別升高189.8%、18.9%、109.6%、558.4%,自然保護(hù)區(qū)邊界變化最顯著、最復(fù)雜,其次是地質(zhì)公園、森林公園,濕地公園相對(duì)變化小。優(yōu)化調(diào)整對(duì)水產(chǎn)保護(hù)區(qū)、濕地公園邊界影響不大,對(duì)自然保護(hù)區(qū)和地質(zhì)公園邊界影響顯著,表明優(yōu)化調(diào)整主要集中在自然保護(hù)區(qū)和地質(zhì)公園并造成其邊界復(fù)雜化。

新增補(bǔ)劃(只涉及森林公園)后,森林公園邊界密度〗和形狀指數(shù)分別增加42.9%、358.5%,表明森林公園新增補(bǔ)劃后邊界趨于復(fù)雜,其新增區(qū)域?yàn)槎鄠€(gè)大而形狀更不規(guī)則的獨(dú)立區(qū)域。

3.5 自然保護(hù)地景觀格局變化的規(guī)則因素

自然保護(hù)地優(yōu)化調(diào)整規(guī)則中一般控制區(qū)可調(diào)出自然保護(hù)地的內(nèi)容包括城市建成區(qū)、鎮(zhèn)村、基本農(nóng)田、礦業(yè)權(quán)、集體人工商品林、自然保護(hù)地設(shè)立前存在的合法經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)、碎斑等內(nèi)容。從表4可知,優(yōu)化調(diào)整導(dǎo)致面積變化量最大的景觀類型為耕地、林地、建設(shè)用地,變幅最大的景觀類型為耕地、建設(shè)用地和未利用地上,而基本農(nóng)田調(diào)整可導(dǎo)致耕地景觀變化,城市建成區(qū)、鎮(zhèn)村等調(diào)整可導(dǎo)致建設(shè)用地變化,集體人工商品林調(diào)整可導(dǎo)致林地變化。由于新增補(bǔ)劃區(qū)域應(yīng)具備保護(hù)價(jià)值,此類區(qū)域多為生態(tài)、自然景觀,因而圖2可看出,新增補(bǔ)劃以林地為主導(dǎo),林地作為新增補(bǔ)劃區(qū)占明顯優(yōu)勢(shì),導(dǎo)致景觀格局變化。

表4 整合優(yōu)化各階段變化最大的景觀類型Table 4 The maximal changing classes in each period for the integration and optimization

表5調(diào)出區(qū)域平均斑塊面積小,景觀水平指數(shù)與表2原始狀況景觀水平指數(shù)比較,PD、ED顯著高于表2,MPS明顯小于表2,表明調(diào)出區(qū)域破碎化、異質(zhì)性程度高,景觀格局中人為活動(dòng)密集、干擾強(qiáng)烈區(qū)域的破碎化程度高,屬于矛盾、問(wèn)題集中區(qū),符合解決“現(xiàn)實(shí)矛盾沖突和歷史遺留問(wèn)題”的目的。據(jù)表5,優(yōu)化調(diào)整區(qū)域景觀組成主要為耕地、林地、建設(shè)用地,斑塊數(shù)量較多的二級(jí)景觀類型分別為喬木林地、城鎮(zhèn)住宅用地、水田、灌木林地、公路用地,其斑塊密度、邊緣密度、景觀形狀指數(shù)高于表中其他二級(jí)景觀類型,表明主要調(diào)出的二級(jí)景觀屬于破碎化程度更高、形狀更復(fù)雜的斑塊,調(diào)出區(qū)域的景觀格局與優(yōu)化調(diào)整規(guī)則目標(biāo)相適應(yīng)。表6思南縣上報(bào)的調(diào)整理由中,自然保護(hù)地矛盾主要集中在基本農(nóng)田、村寨、道路和公用設(shè)施、人工集體商品林、擬建項(xiàng)目等方面,且以基本農(nóng)田、村寨的面積、圖斑數(shù)量最多,可對(duì)應(yīng)表5中耕地、建設(shè)用地。由于表6人工集體商品林面積顯著小于表5中林地、園地面積,可知林地、園地調(diào)出的原因除少量源于人工集體商品林外,“碎斑和調(diào)出后剩余圖斑”應(yīng)是表5中林地、園地調(diào)出的主要原因。表5中林地景觀主體喬木林地和灌木林地的調(diào)出斑塊數(shù)量多、平均面積小、斑塊密度大、邊緣密度高、斑塊形狀指數(shù)高,表明調(diào)出斑塊破碎化和異質(zhì)性較高,與表6中大量細(xì)碎和調(diào)整后碎斑數(shù)量占比高、面積占比小的情況一致,除集體人工商品林以外的林地、園地調(diào)出,總體以碎斑形式調(diào)出,而非大斑塊。綜合表明：整合優(yōu)化調(diào)整規(guī)則控制了景觀格局變化,主要是耕地中水田、建設(shè)用地中城鎮(zhèn)住宅用地及公路用地等斑塊類型,均屬于人類干擾活動(dòng)強(qiáng)烈的斑塊類型,伴隨著這些矛盾的調(diào)整其周邊大量的破碎化林地景觀一并調(diào)出。

表5 思南縣自然保護(hù)地優(yōu)化調(diào)整區(qū)域景觀指數(shù)Table 5 The landscape index for the integration and adjustment area of Sinan County′s natural protected areas

表6 思南縣自然保護(hù)地調(diào)整理由Table 6 The adjustment reasons for Sinan County′s natural protected areas

4 研究結(jié)論和討論

4.1 研究結(jié)論

基于貴州思南縣自然保護(hù)地整合優(yōu)化工作,利用國(guó)土三調(diào)成果和整合優(yōu)化成果數(shù)據(jù)庫(kù),采用ArcGIS軟件和Fragstats軟件對(duì)自然保護(hù)地土地利用覆蓋、景觀格局、景觀指數(shù)、邊界的變化進(jìn)行分析,結(jié)論如下：

(1)思南縣自然保護(hù)地整合優(yōu)化后土地利用/覆蓋組成顯著變化,優(yōu)化調(diào)整階段耕地、建設(shè)用地面積顯著減少,減幅大,新增補(bǔ)劃階段增加區(qū)域主要為優(yōu)勢(shì)景觀林地。

(2)思南縣自然保護(hù)地整合優(yōu)化后景觀異質(zhì)性降低、優(yōu)勢(shì)度增強(qiáng)、破碎度增加,優(yōu)化調(diào)整階段、新增補(bǔ)劃階段表征異質(zhì)性、優(yōu)勢(shì)度的邊緣密度、景觀形狀指數(shù)、Shannon多樣性指數(shù)持續(xù)降低,聚合度指數(shù)持續(xù)升高,整合優(yōu)化成果的破碎度增加主要源于優(yōu)化調(diào)整階段。

(3)優(yōu)化調(diào)整階段,耕地、園地的斑塊密度和平均斑塊面積均分別大幅增加和減小,導(dǎo)致破碎度增加；各斑塊類型邊緣密度、景觀形狀指數(shù)均降低,斑塊異質(zhì)性降低；林地和水域連接度指數(shù)升高,連接性增強(qiáng),生態(tài)功能受影響較小。新增補(bǔ)劃階段,各斑塊類型斑塊密度、邊緣密度均降低,林地平均斑塊面積顯著增加,林地優(yōu)勢(shì)度增加,各斑塊類型的異質(zhì)性和復(fù)雜性降低。優(yōu)化調(diào)整、新增補(bǔ)劃兩階段未造成優(yōu)勢(shì)景觀林地的破碎化。

(4)整合優(yōu)化后思南縣自然保護(hù)地獨(dú)立區(qū)域數(shù)量、邊界周長(zhǎng)、邊界密度、形狀指數(shù)均大幅增加,保護(hù)地邊界形狀復(fù)雜化,優(yōu)化調(diào)整是造成自然保護(hù)地邊界復(fù)雜、區(qū)域分離的主要階段,并集中在地質(zhì)公園和自然保護(hù)區(qū),優(yōu)化調(diào)整將大大增加自然保護(hù)地勘界定樁難度。

(5)思南縣自然保護(hù)地整合優(yōu)化過(guò)程中耕地、林地、建設(shè)用地面積變化大,由思南縣自然保護(hù)地整合優(yōu)化規(guī)則主導(dǎo),分別占調(diào)出面積的51.57%、26.78%、13.50%,景觀格局的變化具體源于耕地中水田、建設(shè)用地中城鎮(zhèn)住宅用地及公路用地等斑塊類型的變化,伴隨此類矛盾調(diào)整其周邊大量破碎化林地一并調(diào)出。

4.2 討論

4.2.1基于景觀格局的整合優(yōu)化合理性

自然保護(hù)地整合優(yōu)化以解決“現(xiàn)實(shí)矛盾沖突和歷史遺留問(wèn)題”為目的,以“應(yīng)劃盡劃、應(yīng)保盡?！睘樵瓌t,以保持生態(tài)系統(tǒng)完整性、連通性為前提,而自然保護(hù)地設(shè)立的目的則是保護(hù)生態(tài)環(huán)境。矛盾和問(wèn)題一般集中在人為活動(dòng)頻繁的景觀類型上,人類主導(dǎo)的活動(dòng)對(duì)景觀格局具有重大影響[11, 22],張敏等研究中指出人口和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展是影響白洋淀景觀格局變化的主要因素[23],其驅(qū)動(dòng)因素均來(lái)自于人類活動(dòng)主導(dǎo),如要將矛盾調(diào)出自然保護(hù)地范圍,則變化的景觀類型應(yīng)以人為活動(dòng)多的景觀類型為主導(dǎo)；如要保持生態(tài)系統(tǒng)的完整性、連通性,則優(yōu)勢(shì)景觀優(yōu)勢(shì)度、連通性不應(yīng)明顯下降；如要補(bǔ)充保護(hù)區(qū)域,則變化的景觀類型應(yīng)以生態(tài)景觀類型(林地、草地、水域等)為主導(dǎo)。郭少壯[24]等研究中曾指出人為活動(dòng)的干擾表現(xiàn)為耕地和建設(shè)用地的增加,同時(shí)使優(yōu)勢(shì)景觀林地的減少,表明矛盾增加、優(yōu)勢(shì)景觀削弱,相反則矛盾減少、優(yōu)勢(shì)景觀增強(qiáng)。本研究景觀格局變化上,優(yōu)化調(diào)整階段減少的景觀類型以耕地和建設(shè)用地為主,符合解決“現(xiàn)實(shí)矛盾沖突和歷史遺留問(wèn)題”的目的,同時(shí)優(yōu)勢(shì)景觀林地的主體優(yōu)勢(shì)增強(qiáng)、連通性增強(qiáng)和異質(zhì)性降低,表明在保持生態(tài)系統(tǒng)的完整性和連通性上優(yōu)化調(diào)整措施可行；新增補(bǔ)劃階段,新增的景觀類型為優(yōu)勢(shì)景觀林地,屬于生態(tài)景觀,符合“應(yīng)保盡?！薄⒈Ｗo(hù)生態(tài)環(huán)境的原則和要求。綜合來(lái)看,自然保護(hù)地整合優(yōu)化方案總體可行、合理。

4.2.2整合優(yōu)化后的破碎化、異質(zhì)性和復(fù)雜度

一般情況下,景觀破碎化程度與空間異質(zhì)性和復(fù)雜性的變化趨勢(shì)一致[25- 26],如付剛等研究中北京市景觀破碎化程度的增加、空間異質(zhì)性增大表現(xiàn)為斑塊數(shù)量增加、平均斑塊面積減少、景觀形狀指數(shù)增加[27]。本研究中景觀水平破碎度增加的同時(shí),景觀異質(zhì)性和復(fù)雜性降低,與固定區(qū)域時(shí)空關(guān)聯(lián)的景觀格局研究不同,本研究屬范圍變化的景觀格局研究。從表5、圖2可知調(diào)出區(qū)域集中在耕地和建設(shè)用地,景觀格局上調(diào)出區(qū)域集中在破碎化、異質(zhì)性高的人為活動(dòng)密集區(qū)是合理的。但調(diào)整時(shí)邊界的機(jī)械分割造成邊緣斑塊破碎,尤其是異質(zhì)性較高、數(shù)量多、面積大的斑塊類型耕地,進(jìn)行了局部調(diào)出后(調(diào)整規(guī)則限定了耕地中只有基本農(nóng)田可調(diào)整),剩余非基本農(nóng)田則成為了邊緣破碎化的主要來(lái)源,也是造成景觀水平破碎化的主因,可見(jiàn)調(diào)整的具體規(guī)則還可進(jìn)一步優(yōu)化。由于部分調(diào)整依據(jù)如基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫(kù)、人工集體商品林?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的調(diào)查精度和時(shí)效均較國(guó)土三調(diào)低,導(dǎo)致整合優(yōu)化成果破碎化程度增加。調(diào)整規(guī)則可進(jìn)一步優(yōu)化,首先應(yīng)完善統(tǒng)一基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù),如基本農(nóng)田數(shù)據(jù)、人工集體商品林?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)均應(yīng)統(tǒng)一到國(guó)土三調(diào)數(shù)據(jù)庫(kù)中,完善國(guó)土資源“一張圖”；如暫時(shí)不能實(shí)現(xiàn),調(diào)整時(shí)則應(yīng)根據(jù)所涉斑塊情況整體調(diào)出或不調(diào)出,而非機(jī)械分割,例如有些耕地斑塊中基本農(nóng)田面積占比高時(shí),則所屬耕地斑塊整體調(diào)出,可避免一定的邊緣破碎化。

4.2.3自然保護(hù)地邊界復(fù)雜度的衡量

自然保護(hù)地整合優(yōu)化后,形成了新邊界,即將開(kāi)展勘界定標(biāo)[28]。從思南縣保護(hù)地邊界變化情況來(lái)看,其邊界周長(zhǎng)、自然保護(hù)地形狀、邊界密度的復(fù)雜度顯著增加,尤以自然保護(hù)區(qū)、地質(zhì)公園、森林公園邊界變化顯著,這將給下一步自然保護(hù)地的勘界定標(biāo)增加難度。這種情況源于調(diào)整規(guī)則所限定的調(diào)出景觀如耕地、建設(shè)用地等本身屬于破碎化、異質(zhì)性高、邊界復(fù)雜的斑塊有關(guān),則相反剩下區(qū)域所形成新的自然保護(hù)地邊界也同樣復(fù)雜。在自然保護(hù)地整合優(yōu)化中多位學(xué)者對(duì)保護(hù)地邊界的劃定提出了宏觀或政策上的意見(jiàn)[29- 30],但實(shí)際工作中仍缺乏定量的評(píng)價(jià)指標(biāo),尚無(wú)學(xué)者對(duì)自然保護(hù)地邊界復(fù)雜度展開(kāi)衡量。本研究嘗試參考景觀指數(shù)構(gòu)建用以評(píng)價(jià)自然保護(hù)地邊界變化的指數(shù),其指數(shù)所反映的邊界復(fù)雜化可由形成原因解釋,并可定量化衡量,可為自然保護(hù)地整合優(yōu)化后邊界變化的合理性評(píng)價(jià)提供一定參考。

4.2.4優(yōu)化調(diào)整的規(guī)則合理性

思南縣自然保護(hù)地調(diào)整理由集中在基本農(nóng)田、村寨、道路和公用設(shè)施等方面,均屬于人為活動(dòng)頻繁區(qū),屬于人類活動(dòng)與自然保護(hù)地之間的矛盾,景觀格局上耕地、建設(shè)用地為主要減少的景觀類型,表明調(diào)整規(guī)則符合解決“現(xiàn)實(shí)矛盾沖突和歷史遺留問(wèn)題”的目的。思南縣優(yōu)化調(diào)整區(qū)域?qū)儆谌丝诔砻?、耕地密集的農(nóng)村居民生活區(qū)。村寨、農(nóng)田、道路均為農(nóng)村基本生活場(chǎng)所,具有一定人類生活史,早于自然保護(hù)地建立,但受到各自然保護(hù)地管理?xiàng)l例等的限制,該區(qū)人們生產(chǎn)生活受到影響,形成了矛盾集中區(qū),故調(diào)整規(guī)則也圍繞亟需解決的問(wèn)題產(chǎn)生,限定可開(kāi)展基本農(nóng)田、鎮(zhèn)村、人工集體商品林調(diào)整等,表明調(diào)整規(guī)則的設(shè)定是合理的。由于景觀水平上破碎化增加、自然保護(hù)地邊界復(fù)雜化,管理和勘界定標(biāo)難度增加,調(diào)整的具體規(guī)則還可進(jìn)一步優(yōu)化。