瀏陽市自然保護地整合優化前后土地利用及景觀格局變化分析

韋志飛，曹 慧

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

我國自然保護地經過60多年的發展，產生了自然保護地邊界范圍交叉重疊、自然生態區域被人為割裂等問題，導致保護不足或保護過度、保護與發展不協調等矛盾[1-2]。《關于做好自然保護區范圍及功能分區優化調整前期有關工作的函》下發后，自然保護地整合優化工作陸續啟動。景觀格局是指景觀組成單元的類型、數量及空間分布與配置等空間結構特征[3]，反映景觀空間異質性，在維持區域生態功能方面具有重要作用[4]。自然生態系統是許多景觀生態學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，強調對自然生態系統原真性、完整性的保護，連通性在形成多類型保護地統籌和網絡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構也隨之發生變化，進而影響地表各種景觀過程[6-7]。通過對自然保護地整合優化前后景觀格局進行定量研究，能夠及時發現景觀破碎度、聚集度、異質性、連通性等變化[8-9]，為自然保護地整合優化成果評估以及整合優化后自然保護地的科學管理提供科學依據[10]。

1 資料與方法

1.1 研究區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。整合優化前共19處自然保護地，其中8處獨立的縣級自然保護區未落圖，2處縣級自然保護區完全重疊于大圍山省級自然保護區，1處縣級自然保護區完全重疊于瀏陽河國家濕地公園和獅子山省級森林公園。整合優化后調整為7處自然保護地，包含1處自然保護區和6處自然公園。整合優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)、圖2。

圖1 整合優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 整合優化后自然保護地Fig.2 Natural protected areas after integration and optimization

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

1.3 景觀格局指數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，其計算公式及生態學意義參見文獻[12]：①景觀破碎化程度，斑塊數量(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、邊界復雜程度，景觀形狀指數(landscape shape index，LSI)、邊緣密度(edge density，ED)；③景觀連通程度,連接度指數(connectance index，CONNECT)；④景觀要素空間配置特征,聚合度指數(aggregation index，AI)；⑤景觀異質性和類型豐富度,Shannon′s多樣性指數(Shannon′s diversity index，SHDI)，僅適用于景觀尺度水平。

2 結果與分析

2.1 土地利用類型組成變化由表1可知，整合優化前自然保護地范圍內優勢土地利用類型為林地，其次為水域、草地、耕地和建設用地，最后為園地和其他土地。整合優化后土地利用類型組成發生了顯著變化，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，耕地和建設用地減幅較大，其中，耕地減幅最大(-1.386%)，減少230.943 7 hm2；建設用地減少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 整合優化前后土地利用類型組成及變化

整合優化后具有較高生態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用地周邊，為了避免整合優化后自然保護地景觀出現“孤島”導致過度破碎化，這部分草地和水域隨耕地和建設用地調出自然保護地范圍。總體上，整合優化以調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勢景觀占比，與“解決矛盾沖突，科學界定自然保護區范圍”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化前后柵格數據與矢量數據面積絕對差進行對比分析，結果顯示(圖3)，粒度小于120 m的面積絕對差較為穩定，當粒度大于120 m面積絕對差波動劇烈。在面積絕對差較為穩定的各個粒度水平下，120 m粒度下的景觀格局指數計算速度最快。因此，研究區景觀格局分析最佳粒度為120 m。

圖3 整合優化前后不同粒度下柵格數據與矢量數據面積絕對差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變化由表2可知，在景觀尺度水平下，整合優化后斑塊數量(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化管理。景觀形狀指數(LSI)和邊緣密度(ED)分別降低了1.22%和27.52%，表明整合優化后自然保護地景觀的形狀、邊界復雜程度降低。連接度指數(CONNECT)增加了11.77%，表明整合優化后自然保護地景觀的連通性增強。聚合度指數(AI)增加了1.92%，Shannon’s多樣性指數(SHDI)降低了17.75%，表明整合優化后自然保護地景觀的聚集度和優勢度增強，優勢景觀增強且更加集中，景觀的異質性和類型豐富度降低，驗證了整合優化工作嚴格遵循了“保持自然生態系統完整性和生態廊道連通性”原則。

表2 景觀尺度水平下景觀指數變化

2.4 斑塊類型水平下景觀指數變化由圖4可知，在斑塊類型水平下，整合優化后草地、耕地、建設用地、林地、水域、園地6類景觀的NP和PD均降低，且耕地、園地、建設用地的NP和PD降幅較大；耕地和建設用地的MPA均降低，園地MPA增長幅度較小，這是由于耕地、建設用地和園地為主要調出矛盾景觀類型，部分不可避免的矛盾小斑塊導致其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23.61%。這表明整合優化后除林地景觀形狀稍加復雜外，其他5類景觀形狀、邊界復雜程度均降低。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38.02%和71.20%，這是由于耕地為自然保護地現實主要矛盾沖突，其調出范圍廣、數量多。這表明整合優化后林地、水域及草地等自然景觀的聚集度和連通性增強，耕地優勢度和連通性降低。建設用地的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，這是由于建設用地為自然保護地現實主要矛盾沖突，多數細碎且分散的斑塊如建筑物所在斑塊等被調出自然保護地，保留的建設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 結論與討論

3.1 結論通過對研究區整合優化前后自然保護地范圍內土地利用類型組成、景觀尺度水平和斑塊類型水平下景觀指數的變化分析，得出結論如下：

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

(2)整合優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、邊界復雜度、異質性及類型豐富度降低，景觀的聚集度、優勢度及連通性增強。

(3)整合優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雜，草地、耕地、建設用地、水域及園地的形狀、邊界復雜程度均降低，其中耕地、建設用地及園地的降幅較明顯；林地、水域、草地及建設用地的聚集度和連通性增強，耕地的優勢度和連通性降低，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化的目的和原則出發，可從景觀格局角度評價自然保護地整合優化成果的科學合理性。研究區自然保護地整合優化減少的主要土地利用類型為耕地和建設用地，同時優勢景觀林地增幅最大，景觀的破碎化程度減輕，景觀的形狀、邊界復雜度降低，景觀的聚集度、優勢度及連通性增強，與“解決矛盾沖突，保持自然生態系統完整性和生態廊道連通性”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化方案總體上科學合理。

整合優化后建設用地的聚集度和連通性增強，園地的連通性增強，建議針對未調出自然保護地的建設用地和園地斑塊深入調研，論證其是否可以進一步調出自然保護地，從而在保障生態系統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。