錢江源國(guó)家公園景觀格局變化探析

汪家軍，蘭朋濤，陶聰，金艷

（1.錢江源國(guó)家公園管理局，浙江 開(kāi)化 324399；2.浙江省測(cè)繪科學(xué)技術(shù)研究院，浙江 杭州 310030）

景觀格局是自然生態(tài)系統(tǒng)中大小、形狀、屬性不一的景觀要素（斑塊）在空間上的分布與組合的一種稱呼[1]，它決定著自然地理環(huán)境的形成、分布和組分，制約著各種生態(tài)過(guò)程，并與干擾能力、恢復(fù)能力、系統(tǒng)穩(wěn)定性和生物多樣性有著密切的關(guān)系[2-3]。景觀格局動(dòng)態(tài)變化分析是對(duì)景觀格局隨時(shí)間的變化在空間格局上發(fā)生的變化進(jìn)行研究的一種方法，是景觀生態(tài)學(xué)研究的核心內(nèi)容之一[3]。景觀格局動(dòng)態(tài)變化分析被廣泛應(yīng)用于自然生態(tài)格局變化的調(diào)查和研究中，在生態(tài)系統(tǒng)和人類游憩活動(dòng)中發(fā)揮著無(wú)可替代的作用，是景觀生態(tài)學(xué)研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)[4-13]。通過(guò)景觀格局動(dòng)態(tài)變化分析有助于發(fā)現(xiàn)景觀格局潛在的變化及演變規(guī)律，揭示景觀格局變化的影響機(jī)理，從而能夠?yàn)樽匀槐Ｗo(hù)區(qū)土地利用變化研究和未來(lái)土地合理利用提供基礎(chǔ)性的理論依據(jù)[12]。

本文以2019 年和2021 年錢江源國(guó)家公園地理國(guó)情相關(guān)成果為基礎(chǔ)，選取ArcGIS 10.2 和Fragstat 4.2 分析軟件及景觀指數(shù)分析法，分析園區(qū)的景觀空間分布特征及其動(dòng)態(tài)變化，旨在揭示其景觀空間結(jié)構(gòu)特征，為保護(hù)區(qū)的建設(shè)和后續(xù)的森林經(jīng)營(yíng)管理工作提供理論參考，對(duì)指導(dǎo)園區(qū)可持續(xù)經(jīng)營(yíng)、優(yōu)化園區(qū)景觀空間分布結(jié)構(gòu)以及合理發(fā)揮生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益具有重要的理論和實(shí)踐意義。

1 研究區(qū)概況

錢江源國(guó)家公園地處浙江省開(kāi)化縣，與江西省婺源縣、德興市，安徽省休寧縣相毗鄰，地理坐標(biāo)為28°54′30″～ 29°29′29″ N，118°01′15″～ 118°01′15″ E，面積約為252 km2，涉及齊溪鎮(zhèn)、何田鄉(xiāng)、長(zhǎng)虹鄉(xiāng)、蘇莊鎮(zhèn)4 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，共有人口9 744 人。2016 年，錢江源國(guó)家公園作為我國(guó)10 個(gè)國(guó)家公園體制試點(diǎn)區(qū)之一，是長(zhǎng)三角經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)唯一的試點(diǎn)區(qū)[15]。公園屬中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，雨水豐沛，光照適宜，具有較顯著的立體山地氣候特征。公園主要保護(hù)對(duì)象是大面積低海拔中亞熱帶原始常綠闊葉林，是浙江乃至華東地區(qū)的生態(tài)屏障和水源涵養(yǎng)區(qū)，且景觀資源豐富。

圖1 錢江源國(guó)家公園地理位置Fig.1 Geographic position of Qianjiangyuan National Park

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文以2019年和2021年開(kāi)化縣地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的土地覆被分類成果和錢江源國(guó)家公園保護(hù)區(qū)區(qū)劃數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用ARCGIS 10.2 軟件對(duì)開(kāi)化縣土地覆被分類成果與保護(hù)區(qū)范圍進(jìn)行疊加分析，得到2019 年和2021 年保護(hù)區(qū)的土地利用分類成果。

本文結(jié)合實(shí)際情況，將研究區(qū)土地利用類型分為耕地、園地、灌木林、喬木林、草地、房屋建筑區(qū)、道路、建設(shè)用地、工礦用地、裸地、水域共11 種地類。以2021 年為例，園區(qū)內(nèi)分布最廣的是喬木林，面積占園區(qū)總面積的75%以上；其次是灌木林和園地，在園區(qū)中部、南部區(qū)域都有大面積分布；耕地和建設(shè)用地集中分布于園區(qū)中部，同時(shí)在中部區(qū)域還有少量工礦倉(cāng)儲(chǔ)用地分布，具體如圖2 所示。

圖2 2021 年錢江源國(guó)家公園土地利用空間分布Fig.2 Spatial distribution of land use in Qianjiangyuan National Park in 2021

2.2 研究方法

對(duì)景觀格局進(jìn)行定量分析并研究其動(dòng)態(tài)特征，是理解景觀格局和生態(tài)過(guò)程相互關(guān)系的基礎(chǔ)。已有研究表明，不同景觀類型在維護(hù)自然生境、自然資源完整性、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能、生態(tài)系統(tǒng)演替等方面發(fā)揮著重要的作用[16]。為避免指標(biāo)選取過(guò)多帶來(lái)的重復(fù)性研究，根據(jù)以往學(xué)者的研究成果[4-17]，本研究從景觀水平和類型水平兩方面選取7 個(gè)景觀格局指數(shù)分析研究區(qū)景觀要素的數(shù)量、形狀和空間分布等特征（表1），采用Fragstats 4.2軟件展開(kāi)分析。

表1 景觀格局指數(shù)應(yīng)用尺度、生態(tài)學(xué)意義及計(jì)算方法Table 1 Application,ecological significance and calculation method of landscape pattern index

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用類型變化分析

由表2 可知，錢江源國(guó)家公園的基質(zhì)景觀為林地和園地，2019 年和2021 年這二種土地利用類型占總面積的比例分別為92.54%和92.97%。2021 年相比2019 年，研究區(qū)草地、耕地和其他土地面積變化呈減少趨勢(shì)，分別減少了0.26 km2、0.88 km2和0.05 km2；其余用地類型面積呈現(xiàn)不同程度的增加趨勢(shì)，其中林地面積增加了0.95 km2，工礦倉(cāng)儲(chǔ)用地增加了0.04 km2，不到林地面積增加量的5%，但因其2019 年面積總量?jī)H為0.01 km2，動(dòng)態(tài)度達(dá)到400%，遠(yuǎn)高于其他用地類型。

表2 2019 年和2021 年錢江源國(guó)家公園土地利用類型面積變化情況Tab.2 Changes of land use type and area in Qianjiangyuan National Park in 2019 and 2021

根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致土地利用發(fā)生變化的原因主要包括：（1）園區(qū)內(nèi)按管控辦法開(kāi)展棲息地生態(tài)修復(fù)和生態(tài)公益林管理，森林覆蓋率穩(wěn)步增加，在一定程度上反映了園區(qū)在林業(yè)生態(tài)建設(shè)上所取得的成效；（2）園內(nèi)興建公共管理、服務(wù)和交通、倉(cāng)儲(chǔ)和水利設(shè)施，導(dǎo)致公共管理與公共服務(wù)用地、交通設(shè)施用地、工礦倉(cāng)儲(chǔ)用地、水利設(shè)施用地和住宅用地等增加，這會(huì)對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境造成一定程度的破壞與污染。

3.2 景觀格局變化分析

土地利用景觀格局是指不同類型的大小、形狀不一的土地利用斑塊在空間上的排列，是景觀異質(zhì)性的具體表現(xiàn)[5]。本研究從類型水平和景觀水平兩方面對(duì)2019 年和2021 年錢江源國(guó)家公園土地利用景觀格局特征進(jìn)行分析，得出園區(qū)景觀類型尺度指數(shù)變化情況（表3）和景觀水平尺度指數(shù)變化情況（表4）。

表3 2019 年和2021 年錢江源國(guó)家公園景觀類型尺度的景觀格局指數(shù)變化情況Tab.3 Landscape pattern index changes in types in Qianjiangyuan National Park in 2019 and 2021

表4 2019 年和2021 年錢江源國(guó)家公園景觀水平尺度的景觀格局指數(shù)變化情況Tab.4 Landscape pattern index changes in level in Qianjiangyuan National Park in 2019 and 2021

3.2.1 景觀類型尺度分析 景觀基質(zhì)是景觀要素中范圍最大，連通性最好的斑塊要素，它對(duì)景觀動(dòng)態(tài)變化起著決定性作用。在錢江源國(guó)家公園內(nèi)，林地和園地是主要景觀類型，占研究區(qū)域總面積的92%以上；2021 年的斑塊數(shù)量（NP）和斑塊密度（PD）較2019 年分別減少了43 個(gè)和0.17，說(shuō)明園區(qū)景觀異質(zhì)性逐步降低，林地優(yōu)勢(shì)景觀明顯；2021 年的景觀形狀指數(shù)（LSI）較2019 年減少了0.48，表明林地景觀形狀趨于簡(jiǎn)單，反映了景觀形狀的變化，整個(gè)園區(qū)林地景觀持續(xù)向好。

園區(qū)內(nèi)耕地的所有景觀指數(shù)均呈現(xiàn)明顯減少趨勢(shì)，表明這幾年耕地?cái)?shù)量、破碎度均不斷下降，體現(xiàn)了生態(tài)修復(fù)和生態(tài)公益林界定實(shí)施后對(duì)園區(qū)景觀的正面促進(jìn)作用。

林地、草地、園地、建設(shè)用地等土地景觀類型的斑塊數(shù)量（NP）和斑塊密度（PD）均明顯增加，表明這幾類斑塊人為干擾增加，土地邊界破碎化程度和異質(zhì)性增強(qiáng)；從這些土地景觀類型的景觀形狀指數(shù)（LSI）表明，交通設(shè)施用地、耕地、園地、其他土地的平均復(fù)雜程度相對(duì)較高，除草地形狀趨于復(fù)雜外，其它景觀的形狀復(fù)雜程度均有所下降，反映了各類景觀異質(zhì)性趨緩，整個(gè)園區(qū)生態(tài)景觀趨于簡(jiǎn)單，各類景觀的交錯(cuò)分割現(xiàn)象得到一定程度的改善。

3.2.2 景觀水平尺度分析 由表4 可知，從2019 年到2021 年，香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI）減少了0.08，反映出園區(qū)景觀呈均衡性、景觀均質(zhì)化趨勢(shì)發(fā)展。最大斑塊指數(shù)（LPI）、景觀形狀指數(shù)（LSI）和蔓延度指數(shù)（CONTAG）等均有不同程度的增加，表明錢江源國(guó)家公園林地多樣化、破碎度、形態(tài)構(gòu)造逐漸向優(yōu)勢(shì)景觀均質(zhì)化、整體化發(fā)展，這也反映出園區(qū)近幾年在生態(tài)建設(shè)方面取得了明顯的進(jìn)步，尤其是與2019 年相比，園區(qū)2021 年的蔓延度指數(shù)（CONTAG）增加了0.59，說(shuō)明園區(qū)不同類型景觀的團(tuán)聚程度、延展性和連通性增強(qiáng)，景觀分布離散性減弱，有利于生態(tài)功能和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的發(fā)揮。

4 討論與結(jié)論

本文以2019 年和2021 年錢江源國(guó)家公園地理國(guó)情相關(guān)成果為基礎(chǔ)，選取ArcGIS 10.2 和Fragstat 4.2 分析軟件及景觀指數(shù)分析法，分析園區(qū)的景觀空間分布特征及其動(dòng)態(tài)變化，通過(guò)對(duì)錢江源國(guó)家公園2019 和2021 年的土地利用變化和景觀格局演變分析，得出結(jié)論如下：

（1）在土地利用變化方面，錢江源國(guó)家公園以林地和園地為主，占公園總面積的92%以上；與2019 年相比，2021 年各類土地利用類型變化不大，面積增加最多的是林地，面積減少最多的是耕地，森林覆蓋率穩(wěn)步增加，在一定程度上反映了園區(qū)在林業(yè)生態(tài)建設(shè)上所取得的成效。

（2）在景觀格局演變方面，2019 年和2021 年景觀類型尺度和景觀水平尺度的指數(shù)變化情況反映出園區(qū)內(nèi)景觀異質(zhì)性趨緩，逐漸向優(yōu)勢(shì)景觀均質(zhì)化、整體化發(fā)展。尤其是與2019 年相比，園區(qū)2021 年的蔓延度指數(shù)（CONTAG）增加了0.59，景觀形狀指數(shù)（LSI）增加了1.78，說(shuō)明不同類型景觀的團(tuán)聚程度、延展性和連通性增強(qiáng)，各類景觀的交錯(cuò)分割現(xiàn)象得到一定程度的改善，有利于生態(tài)功能和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的發(fā)揮。

本研究旨在揭示錢江源國(guó)家公園的景觀空間結(jié)構(gòu)特征，為公園的建設(shè)和后續(xù)的森林經(jīng)營(yíng)管理工作提供理論參考，對(duì)指導(dǎo)園區(qū)可持續(xù)經(jīng)營(yíng)、優(yōu)化園區(qū)景觀空間分布結(jié)構(gòu)以及合理發(fā)揮生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益具有重要的理論和實(shí)踐意義。文中僅分析了園區(qū)在2019 年和2021 年間的景觀格局變化，并未涉及園區(qū)生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)等其他領(lǐng)域，對(duì)園區(qū)景觀格局的分布規(guī)律與保護(hù)生物多樣性的關(guān)系問(wèn)題，處理好園區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系問(wèn)題，還有待進(jìn)一步研究。