四川岷山山系大熊猫栖息地景观格局特征及保护策略研究

唐明坤, 许戈, 冯涌, 刘亮, 周大松, 陈治兴, 杨静, 王恋, 王新

四川省林业科学研究院，四川 成都 610081

景观格局指空间格局，即大小和形状各异的景观要素在空间上的排列和组合，包括景观组成单元的类型、数目及空间分布与配置模式，景观格局是景观异质性的体现，又是各种生态过程在不同尺度上作用的结果。景观空间格局研究是进行景观功能和动态研究的基础，它影响着生物动态和物质交换等多方面的生态过程[1]。随着GIS技术和景观结构分析软件Fragstats的应用，以此为手段开展的景观空间结构及其动态变化研究覆盖到建设规划[2,3]、物种栖息地质量及生境利用[4-7]、区域景观质量[8,9]等众多研究领域，为研究者从大尺度掌握区域生态质量、制定宏观管理策略提供了有力的技术手段。

大熊猫是全球生物多样性保护的旗舰物种，目前只分布于我国的四川、陕西、甘肃部分地区[10]。景观格局对大熊猫种群的生存繁衍影响重大，随着社会化进程加快导致大熊猫栖息地景观格局改变，结合景观生态学原理的栖息地景观格局研究受到关注[10]，如白文科等人将家域模型与景观格局分析结合，以大熊猫生物学特性评估栖息地的空间格局变化特征[11]。目前大熊猫栖息地景观格局研究方法侧重于景观与“3S”技术相结合，用景观格局指数进行定量化分析，研究集中于秦岭、卧龙等区域[10]。

岷山山系是四川省大熊猫种群及栖息地的主要分布区，目前关于岷山山系大熊猫栖息地的研究很少，陈家德等采用景观生态学的斑块理论分析了土地岭大熊猫栖息地走廊带的植被分布格局、斑块结构、廊道特征及主要影响因素，提出建立土地岭走廊带的关键措施[12]；张超基于“3S”技术完成了平武县小河沟自然保护区潜在栖息地的判别与预测，圈定该保护区的扩建范围[13]；余翔等对岷山山系南端大熊猫栖息地的研究认为龙溪虹口-白水河-九顶山一线的大熊猫栖息地存在破碎化现象，建议继续加强大熊猫栖息地保护，增进各相邻保护区的交流和数据共享[14]。目前尚无针对岷山山系大熊猫栖息地景观格局方面的报道，本文以四川境内岷山山系大熊猫栖息地的景观格局为研究对象，利用Arc GIS和Fragstats软件对景观整体以及北段、中段、南段3个分区的景观格局进行分析，揭示大熊猫栖息地的景观格局特征并提出保护对策，对指导大熊猫国家公园建设实践和岷山山系大熊猫栖息地保护与质量提升具有重要意义。

1 研究区概况

岷山自甘肃南部延伸至四川西北部，全长约500 km，岷山主峰雪宝顶位于松潘县境内，海拔5 588 m。岷山是长江水系的岷江、涪江、白水河与黄河水系的黑水河的分水岭。大熊猫在四川境内岷山山系的分布范围包括平武、松潘、北川、青川、茂县、九寨沟、都江堰、安县、彭州、绵竹、什邡等13县（市）的55个乡镇，地理坐标介于东经103°32′—105°04′、北纬 31°06′—33°34′之间，其四至界线东起青川县蒿溪回族乡大马厂，西、南至都江堰市龙池镇火地塘，北至九寨沟县大录乡下支麻。四川省岷山山系区域分布野生大熊猫666只，大熊猫栖息地面积78.93万hm2，潜在栖息地面积8.54万hm2，大熊猫种群密度0.0844只·km−2，野生大熊猫主要分布在青川、平武、松潘、北川和茂县境内[15]。

四川境内的岷山山系大熊猫栖息地及潜在栖息地，总面积 87.48 万 hm2，海拔跨度 1100~5588 m。研究区属北亚热带、中亚热带和青藏高原3 个气候区的交汇过渡区；植被区系属于横断山脉区系地区向华中植物区系地区的过渡区[16]，区内分布有川西云杉、岷江冷杉、高山松、油松、铁杉、白桦、红桦、山杨、栎类等代表性乔木物种，海拔3800 m以上高山灌丛、草甸和流石滩稀疏植被广泛分布。

2 研究方法

2.1 研究分区

岷山山系大熊猫栖息地主要分布于四川境内，根据研究区的地形地貌划分为北段、中段、南段3个区域以开展景观格局整体特征和分区比较研究，分区结果见图1和表1。

表1 四川境内岷山山系大熊猫栖息地研究分区表Tab.1 Regionalization of giant panda habitats in the Minshan Mountains, Sichuan province

2.2 景观制图及建立分类体系

利用地理信息系统软件Arc GIS 10.5平台，以研究区各县（市）近年的林地变更、森林二调等数据为基础，结合野外调查和研究区2019年卫星影像对林地数据进行归类和校准。参考《土地利用现状分类》（GB/T21010-2017）分类体系，根据研究区土地利用现状、大熊猫栖息地植被类型的生态功能，将研究区景观划分为针叶林、阔叶林、人工经济林、灌丛、草地、湿地、耕地、建设用地8种类型，制作研究区景观格局分布现状图（见图1）。其中：针叶林包括云杉、冷杉、落叶松、高山松、圆柏、铁杉、柏木等针叶树种为优势形成的植被景观；阔叶林包括白桦、红桦、糙皮桦、川滇高山栎、槭树、山杨、椴树、鹅耳枥、黑壳楠、青冈等多种常绿、落叶阔叶树种为优势形成的植被景观；人工经济林包括柳杉、杉木、刺槐、辐射松、日本落叶松、水杉等人工起源的造林地、经济林木和果木林地；灌丛包括白夹竹、箭竹、珍珠梅、柳、沙棘、杜鹃、蔷薇、悬钩子、小檗、马桑、胡颓子、高山栎等为优势形成的常绿、落叶灌丛景观；草地包括禾本科、莎草科等为优势形成的高山草甸和次生草丛群落；湿地包括湖泊、河流、溪沟、沼泽地等湿地景观；耕地包括区内的旱地、水田农业种植区；建设用地包括城镇、村庄、聚居点、公路、工矿设施等人工建筑区域。上述各景观类型根据生境自然度、大熊猫利用度、受干扰程度等因子合理归类划分，代表了研究区不同的生态价值和服务功能，彼此镶嵌分布形成研究区的景观基本格局。经抽样评估，本研究景观格局分布图抽样精度达到80%以上，由于研究区范围广、面积大，这一精度基本满足研究要求。

图1 研究区分区及景观类型分布图Fig.1 Regionalization and landscape types distribution map of the study area

2.3 景观结构指数选取及计算

在Arc GIS 10.5中将shape格式景观图层转化成GeoTIFF Grid（.tif）格式数据（转化的栅格大小为12 m×12 m）并导入景观结构定量分析软件Fragstats（v4.2.1），在景观类型(Class Level)和景观(Landscape Level)两个尺度水平计算景观结构指数（部分指数计算的搜索阈值为2 000 m）。本研究选择的景观格局指数[18]、计算公式、单位及意义参见相关文献[3,17,18]及Fragstats软件手册[19]。

3 结果与分析

3.1 景观组成特征

研究区景观基本组成见表2，结果显示：（1）针叶林景观类型在研究区分布最广、面积最大，其AREA_MN（81.84 hm2·块−1）、ED（31.78 m·hm−2）和LPI（5.432%）3项指标与阔叶林相近，高于其他景观类型；PD（0.50个·km−2）处于中等偏低水平；阔叶林也是研究区的重要景观类型，除PLAND（32.41%）和NP（3453块）明显低于针叶林外，其他指标与针叶林基本相近，针叶林和阔叶林是研究区大熊猫栖息地的主体和主要活动区域。（2）人工经济林作为人工起源的景观类型在研究区PLAND仅4.22%，可见大熊猫栖息地内的人工林比例较低。（3）灌丛景观类型分布面积在研究区排第三位，PLAND为17.84%，但NP远高于其他景观类型，达15381块，导致PD和ED达研究区最高的1.76个·km−2和 33.13 m·hm−2。（4）草地和湿地景观在研究区PLAND分别为2.71%和1.10%，是分布面积最小的自然景观类型，它们的NP相对较大，导致PD、ED、LPI都偏低。（5）耕地和建设用地属于人工起源性质，PLAND<1%，其他各项指标计算值也偏低，表明大熊猫栖息地自然度较高。研究区大熊猫栖息地内的针叶林、阔叶林、灌丛、草地、湿地5类自然景观类型的PLAND之和达94.94%，表明自然景观类型在研究区优势明显，其中大熊猫利用度最高的针叶林和阔叶林景观的PLAND之和为73.30%。

表2 研究区景观组成分析表Tab.2 Analysis of landscape components of the study area

研究区北段、中段、南段的景观基本组成见表3，结果显示：（1）针叶林的 CA、PLAND、NP、AREA_MN在研究区北段达到最大值，在中段、南段依次递减，呈由北向南递减趋势；而PD、ED呈由北向南递增趋势，表明随着平均海拔的降低，针叶林景观的破碎化程度升高。（2）阔叶林在研究区北段、中段的CA、PLAND、AREA_MN和LPI相近；由于研究区南段的阔叶林分布面积大幅降低但斑块数量相对较多，导致南段分布的阔叶林AREA_MN明显降低，而PD和ED指标较研究区中北段明显上升。（3）北、中、南3区段的人工经济林AREA_MN相近，但研究区南段的人工经济林PLAND（7.85%）、PD（0.71 个·km−2）和ED（14.39 m·hm−2）有所升高。（4）灌丛景观由北向南PLAND、AREA_MN、PD、ED值呈上升趋势。（5）草地、湿地、耕地、建设用地由于分布面积很小，在北、中、南3区分布没有明显变化。综上，针叶林、阔叶林、人工经济林和灌丛这4类面积较大的景观类型表现出由北向南破碎度增加的趋势，这与研究区南段平均海拔更低、人为活动干扰更强有关。

表3 研究区北段、中段、南段景观组成分析表Tab.3 Analysis of landscape components in the north, middle and south section of the study area

3.2 类型水平的景观格局特征

研究区在景观类型水平的格局特征分析见表4。主要结果有：（1）从斑块形状和边缘褶皱程度综合分析，针叶林和阔叶林的斑块形状最复杂，其次为灌丛和人工经济林，建设用地SHAPE_MN和FRAC_MN值最低，表明其形状最简单规整，这与其人工起源性质有关。（2）针叶林（SPLIT=128.32）和阔叶林（SPLIT=110.74）的斑块分散程度最低；其次为灌丛、人工经济林、草地和湿地；建设用地分散程度最大（SPLIT=27363315.97）远高于其他景观类型，这与建设用地在研究区零散、孤立分布有关。由于研究区面积大，在设定阈值2 000 m时各景观类型的连接度指数都在1以内，连接度水平普遍偏低，与设定阈值较小有关。（3）针叶林和阔叶林的AREA_MN和PROX-MN均大于其他景观类型，表明它们的破碎化程度最低；其次是灌丛和人工经济林，破碎化程度处于中等水平；草地、湿地、耕地和建设用地的AREA_MN和PROX-MN都很小，表明它们的破碎化程度最高。（4）AI、IJI反映同类斑块聚集与分散的空间分布特征，针叶林、阔叶林、人工经济林、灌丛、草地的AI值均较高，表明这些景观类型的斑块分布相对集中；湿地、耕地、建设用地AI值较低、IJI值较高，表明这3类景观斑块在景观全域零散分布，且与其他景观的混合度较高。（5）由于湿地、耕地、建设用地斑块形状和边缘褶皱较简单，PAFRAC最接近1.5，表明这3类景观类型的稳定性较差，镶嵌结构简单；针叶林、阔叶林、人工经济林、灌丛、草地的PAFRAC值均远离1.5，表明这些景观类型的稳定性较高。

表4 研究区类型水平的景观格局指数分析表Tab.4 Analysis of landscape pattern index at type level of the study area

研究区的针叶林、阔叶林作为大熊猫栖息地的主体和大熊猫痕迹点的主要分布区，它们的斑块形状、边缘褶皱较复杂，斑块分散和破碎程度低、聚集程度高，功能优于其他景观类型，对研究区的景观格局总体特征具有决定性作用。

3.3 景观水平的景观格局特征

研究区整体及各分段景观水平的格局指数分析见表5。主要结果有：（1）由北向南的分段梯度上，AREA_MN和CONTAG指数呈下降趋势，表明随着平均海拔降低、干扰强度升高各景观类型整体的聚集度降低，景观中连通度极高的优势斑块数量减少，景观破碎化程度加剧；（2）研究区各分段景观斑块边缘的平均褶皱程度无明显变化，FRACMN值在1.098—1.111之间波动；（3）研究区北段IJI=73.07值最高，表明北段各景观类型间的相邻程度和混合程度最高；（4）研究区南段的SPLIT=51.223，表明景观中同类型斑块更加分散，景观破碎度高于北段和中段，与CONTAG指数分析结果一致；（5）由北向南SHDI和SHEI指数依次升高，表明南段景观中的优势控制性组分减弱，景观组分更趋均衡，因为人类活动影响下人工起源的景观组分增多，所以由北向南景观多样性和均匀度都增加。

表5 研究区景观水平的景观格局指数分析表Tab.5 Analysis of landscape pattern index at landscape level of the study area

4 讨论与小结

以近年研究区林地调查数据为基础对四川境内岷山山系大熊猫栖息地（含潜在栖息地）景观格局特征进行分区比较研究，结果表明：（1）研究区针叶林和阔叶林分布面积比分别为40.88%和32.41%，与第四次大熊猫调查发表的数据相近[15]；作为大熊猫活动痕迹点分布最多的景观类型，针叶林和阔叶林的破碎度最低、斑块形状最复杂，斑块聚集度和连通性高、稳定性强，从景观尺度判断目前研究区大熊猫栖息地质量良好、自然度高。（2）研究区人工性质景观组分（人工经济林、耕地和建设用地）仍有5%的面积占比，这些景观类型零散分布于研究区，区内人类活动强度大，给大熊猫栖息地带来持续干扰。（3）随着平均海拔降低、干扰强度升高，研究区景观格局由北向南表现出破碎度、混合度、多样性和均匀度升高，景观格局质量和功能下降的趋势。

岷山山系大熊猫栖息地干扰因子的遇见率从高到低依次为放牧、采药、狩猎、用火痕迹、交通道路、耕种、采矿、采伐、其他、砍柴、旅游休闲等[15]。根据本研究结果结合大熊猫国家公园规划建设和岷山山系大熊猫栖息地现状，提出如下保护对策：（1）落实退耕还林政策，逐步消除大熊猫栖息地内的农耕地。大熊猫栖息地内还分布有耕地5 504.83 hm2，耕地区农业种植活动产生持续干扰，可优先考虑对大熊猫栖息地内的耕地实施退耕还林。（2）改造人工经济林，提升大熊猫对人工经济林的生境选择和栖息利用率。研究区人工经济林分布面积36 921.92 hm2，占比达4.22%，人类经营和生产活动干扰频繁。在大熊猫国家公园框架下，按照自愿有偿原则优先通过租赁等方式规范流转人工经济林由国家公园统一管理；而后对人工经济林提质改造，如进行间伐调整郁闭度，探索在林下种植适生竹林资源，提高大熊猫的利用率。（3）控制大熊猫栖息地内建设用地规模。对研究区内的已建人工设施，已依法设立的不扩大生产规模、不新增生产设施，到期后有序退出；原住居民实施有序搬迁，暂时不能搬迁的设立过渡期，过渡期在不扩大现有建设用地和耕地规模的情况下允许修缮生产生活设施，保留生活必需的少量种植、放牧、捕捞、养殖等活动。对搬迁后空置区通过房屋拆除、耕地恢复、植树造林等措施开展生态恢复。（4）转变原住民生产生活方式，减轻对大熊猫栖息地自然资源的依赖。以大熊猫国家公园建设为契机，推动区内原住民生产生活方式转型，合理设置国家公园的生态岗位，使其在参与大熊猫国家公园生态保护和运营管理中获益；鼓励原住民参与国家公园的特许经营项目，引导他们在国家公园周边开展家庭旅馆、农家乐和林特产品开发等经营活动；加强社区培训，引导原住民或企业在安全保障区发展第三产业，鼓励发展蜜蜂养殖、茶叶、中药材、菌类种养业和民族文化、生态体验、熊猫文化产品、特色农产品加工等具有当地特色的绿色产业。通过上述措施减轻或消除大熊猫栖息地内的人为干扰，逐步恢复提升大熊猫栖息地质量。