浏阳市森林破碎化动态变化分析

王植槐，胡运清

浏阳市林业局，湖南浏阳 410300

森林覆盖了近1/3 的陆地面积，其中包含超过80%的陆地生物多样性[1]，是陆地上分布面积最大、组成结构最复杂、生物多样性最为丰富的生态系统，在涵养水源、保持水土、防风固沙、调节气候、净化空气、消除污染等方面起着重要作用[2]，有“绿色水库”“地球之肺”之称，对支撑地球生命系统具有重要作用[3]。

森林破碎化是森林斑块被分割为较小独立斑块的过程，在景观尺度上表现为森林斑块数量的增加，内部生境面积缩小，形状趋于不规则，廊道被截断，斑块彼此隔离，是陆地生态系统的一个重要方面[4，5]。森林破碎化加剧了物种栖息地的隔离，增加了森林边缘，减少了核心区域，引起生物多样性下降，生态系统功能降低[6，7]。鉴于森林破碎化的重要影响。该研究以浏阳市为研究区，采用MSPA 方法和森林破碎化指数，对研究区2011 年、2014 年、2016年和2020 年4 个时期的森林破碎化空间分布及其动态变化状况进行分析，旨在客观揭示研究区森林破碎化的演变规律，为区域森林破碎化精准监测、森林资源保护修复以及有效提升森林生态功能提供参考。

1 研究区概况

浏阳市位于湖南省东部的湘赣交界地带，地处幕阜——罗霄山系北段，地理坐标为27°51′N～28°34′N，113°10′E～114°15′E，辖32 个乡镇(街道)，国土总面积5007km2。属幕阜——连云山丘区，由大围山、连云山、九岭山脉组成，海拔介于37.5m～1607.9m。地势自东北向西南倾斜，构成北东南西走向的雁行式背斜山地理地貌景观。系中亚热带季风湿润气候，年平均气温17.4℃，年平均降雨量1680.0mm。森林土壤类型多样，共划为8 个土类、12 个亚类、22 个土属、55 个土种，土壤垂直分布状况为：红壤分布在海拔800m 以下，山地黄壤分布在海拔800m～1100m 之间，山地黄棕壤分布在海拔1100m～1300m 之间，山地草甸土分布在海拔1300m 以上。属常绿阔叶林区，2018 年森林面积32.69 万hm2，森林总蓄积1461 万m3，森林覆盖率66.2%。

2 研究方法

2.1 数据来源及预处理

研究数据来源于浏阳市2011 年林地保护利用规划林地落界数据和2014 年、2016 年及2020 年3期林地年度更新数据，利用ArcGIS10.2 转换工具箱将矢量数据转化为30m×30m 像元大小的栅格数据，重分类为森林和非森林两类。

2.2 形态学空间格局分析

在Riiters[8]数学形态学研究的基础上，结合Soille[9]开发的数学形态学制图算法，Vogt 提出了形态空间格局分析方法(MSPA)。MSPA 是专门为几何描述和斑块关联而设计的，可以应用于任何尺度的数字图像分析，将目标像元集划分为核心、孤岛、穿孔、边缘、分支、连接桥以及环岛等7 种森林景观类型[10]。该研究基于研究区4 期30m×30m 像元大小的栅格数据，利用开源的Guidos Toolbox 软件，以森林为前景、非森林为背景，采用八邻域规则进行MSPA 处理，得到7 种不重叠的森林景观类型。边缘宽度的设置会影响定义为核心森林的数量，边缘宽度代表了斑块产生的边缘效应的大小，边缘效应是重要的生态过程，与物种栖息地保护、群落动态和生态恢复等密切相关[11]。参考前人研究成果[12]，按照廊道宽度在60m 及以上为适宜宽度的标准，经多次测试对比确定研究区森林边缘宽度取值为2 倍像元宽度，即60m。

2.3 森林破碎化指数

将MSPA 森林景观类型划分结果进行综合，形成森林破碎化指数[13]，可定量反映森林破碎化程度[14]，其公式如下：

式（1）中，F 为森林破碎化总值的百分比，C、I、P、E、B、R、L 分别代表核心、孤岛、穿孔、边缘、分支、连接桥以及环岛等7 种森林景观类型占森林总面积的百分比。值越高，表明森林破碎化程度越高。

3 结果与分析

3.1 MSPA 结果

研究区MSPA 各年度森林景观类型分布及所占比例见图1 和表1。2011 年、2014 年、2016 年和2020 年森林景观类型均以具有重要生态功能的核心森林为主，分别占当期森林总面积的66.0%、66.0%、68.0%和68.3%。2011 年、2014 年和2016年各类型森林景观面积占当期森林总面积的比例都为：核心＞边缘＞分支＞连接桥＞环岛＞穿孔＞孤岛，2020 年各森林景观类型占森林总面积比例为：核心＞边缘＞连接桥＞分支＞环岛＞穿孔＞孤岛。

图1 森林景观类型分布Fig.1 Distribution map of forest landscape types

表1 各森林景观类型所占比例Tab.1 Proportion of different forest landscape types

3.2 森林破碎化动态变化

（1）将研究区森林总面积、核心森林面积比及森林破碎化指数归一化，结果如图2 所示。2011 年至2020 年森林总面积及核心森林面积比都呈现增加趋势，森林破碎化指数呈现下降趋势。其中2016 年森林总面积及核心森林面积比增加最为明显，森林破碎化指数下降最为剧烈。结果表明，总体上研究区2011 年至2020 年随着森林面积的增加，核心森林面积比也呈增加趋势，森林破碎化程度逐渐减轻，2016 年森林破碎化程度减轻最为明显。

图2 森林总面积、核心森林面积比及森林破碎化指数归一化结果变化Fig.2 Change of normalized results of total forest area,core forest area ratio and forest fragmentation index

（2）2011 年至2020 年各乡镇（街道）森林面积、核心森林面积比及森林破碎化指数变化情况如图3和表2 所示。相较于2011 年，研究区2020 年26 个乡镇（街道）森林面积增长了0.2%～15.5%，占研究区乡镇（街道）总量的81.25%，其中淮川街道、永和镇、文家市镇及葛家镇森林面积增加了0.2%～8.3%，但其森林破碎化指数也增加了0.1%～6.1%，表明这4 个乡镇随着森林面积的增加，森林破碎化程度反而加剧，主要原因为其新增森林资源较大比例演变为非核心森林。柏加镇、永安镇、大围山镇、镇头镇、沿溪镇及北盛镇森林面积下降了0.3%～16.8%，其中北盛镇2011 年至2020 年森林面积下降幅度最大，达到了16.8%。

表2 各乡镇（街道）森林面积、核心森林面积比及森林破碎化指数变化统计Tab.2 Statistical table of changes in forest area, core forest area ratio and forest fragmentation index of each town (street)

图3 2011 年至2020 年森林面积和核心森林面积比变化率Fig.3 Change rate of forest area and core forest area ratio from 2011 to 2020

22 个乡镇(街道)核心森林面积比增长了0.1%～17.1%，森林破碎化指数下降了0.8%～22.7%，表明其森林破碎化程度减轻。其中中和镇森林破碎化指数下降幅度最大，达到了22.7%，其森林破碎化程度减轻最为明显。8 个乡镇核心森林面积下降了0.4%～14.6%，森林破碎化指数增加了0.5%～19.4%，表明其森林破碎化程度加剧。其中柏加镇、永安镇及沿溪镇森林破碎化指数增加幅度均超过了10%，分别达到19.4%、10.4%及19.2%，其森林破碎化加剧程度最为明显。大围山镇森林面积下降了2.1%，但其核心森林面积比没有发生变化，表明2011 年至2020 年大围山镇各森林景观类型面积下降较为均衡。文家市镇森林面积增长了6.7%，但其核心森林面积比没有发生变化，表明2011 年至2020 年文家市镇各森林景观类型面积增长较为均衡。

4 结论与讨论

4.1 结论

该研究基于MSPA 计算得到的森林破碎化指数，有效评估了研究区2011 年至2020 年森林破碎化动态变化状况。结果显示，研究区2011 年至2020 年以核心森林景观类型为主，森林总面积呈增加趋势，森林破碎化程度逐年减弱。26 个乡镇（街道）森林面积有所增加，6 个乡镇森林面积有所较少。22 个乡镇（街道）森林破碎化程度减轻，8 个乡镇森林破碎化程度加剧，大围山镇和文家市镇森林破碎化程度没有发生变化。

4.2 讨论

2011 年至2020 年北盛镇森林面积减少幅度最大，应重点开展北盛镇造林绿化工作，加强对现有森林资源的经营管理，加快促进后备森林资源向森林资源演变。加强对柏加镇、永安镇及沿溪镇森林破碎化监测，分类施策避免破坏核心森林景观。强化对淮川街道、永和镇、文家市镇及葛家镇森林经营管理，促进新增森林尽快形成核心森林景观。