浏阳市自然保护地整合优化前后土地利用及景观格局变化分析

韦志飞，曹 慧

(1.湖南省国土资源规划院，湖南长沙 410007；2.湖南地科院规划设计有限公司，湖南长沙 410007)

我国自然保护地经过60多年的发展，产生了自然保护地边界范围交叉重叠、自然生态区域被人为割裂等问题，导致保护不足或保护过度、保护与发展不协调等矛盾[1-2]。《关于做好自然保护区范围及功能分区优化调整前期有关工作的函》下发后，自然保护地整合优化工作陆续启动。景观格局是指景观组成单元的类型、数量及空间分布与配置等空间结构特征[3]，反映景观空间异质性，在维持区域生态功能方面具有重要作用[4]。自然生态系统是许多景观生态学者感兴趣的研究对象，其中自然保护地是景观格局重要的研究对象[3]。尤其国家公园体制的建立，强调对自然生态系统原真性、完整性的保护，连通性在形成多类型保护地统筹和网络化管理中被频繁提及，其中景观连通性又可以通过分析景观格局来衡量[5]。自然保护地整合优化改变了原有自然保护地边界范围，土地利用类型组成和空间结构也随之发生变化，进而影响地表各种景观过程[6-7]。通过对自然保护地整合优化前后景观格局进行定量研究，能够及时发现景观破碎度、聚集度、异质性、连通性等变化[8-9]，为自然保护地整合优化成果评估以及整合优化后自然保护地的科学管理提供科学依据[10]。

1 资料与方法

1.1 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113°10′～114°15′E、27°51′～28°34′N，土地总面积4 998.74 km2。属中亚热带季风湿润气候，年平均气温17.4 ℃，平均降水量1 680.0 mm，海拔37.5～1 607.9 m。整合优化前共19处自然保护地，其中8处独立的县级自然保护区未落图，2处县级自然保护区完全重叠于大围山省级自然保护区，1处县级自然保护区完全重叠于浏阳河国家湿地公园和狮子山省级森林公园。整合优化后调整为7处自然保护地，包含1处自然保护区和6处自然公园。整合优化前后自然保护地见图1(不含未落图和完全重叠的11处县级自然保护区)、图2。

图1 整合优化前已落图自然保护地Fig.1 Natural protected areas that have been mapped before integration and optimization

图2 整合优化后自然保护地Fig.2 Natural protected areas after integration and optimization

1.2 数据来源及预处理自然保护地数据来源于浏阳市自然保护地整合优化成果，土地利用数据来源于浏阳市第三次全国土地调查(国土三调)成果数据。利用ArcGIS 10.2提取整合优化前后自然保护地范围内的国土三调数据，根据《土地利用现状分类》(GB/T 21010—2017)分别将整合优化前后自然保护地范围内的土地利用类型划分为耕地、园地、林地、草地、水域、建设用地和其他土地共7个土地利用类型。在ArcGIS 10.2中将整合优化前后自然保护地范围内土地利用矢量数据分别转为5、10、30、60、90、120、150、180、210、240、270、300 m分辨率的栅格数据，分析确定最佳研究粒度[11]，并在Fragstats 4.2中选择8邻规则计算各景观指数。

1.3 景观格局指数选取从景观尺度水平和斑块类型水平2个层面选取下述景观格局指数，其计算公式及生态学意义参见文献[12]：①景观破碎化程度，斑块数量(number of patches，NP)、斑块密度(patch density，PD)、平均斑块面积(mean patch area，MPA)；②景观形状、边界复杂程度，景观形状指数(landscape shape index，LSI)、边缘密度(edge density，ED)；③景观连通程度,连接度指数(connectance index，CONNECT)；④景观要素空间配置特征,聚合度指数(aggregation index，AI)；⑤景观异质性和类型丰富度,Shannon′s多样性指数(Shannon′s diversity index，SHDI)，仅适用于景观尺度水平。

2 结果与分析

2.1 土地利用类型组成变化由表1可知，整合优化前自然保护地范围内优势土地利用类型为林地，其次为水域、草地、耕地和建设用地，最后为园地和其他土地。整合优化后土地利用类型组成发生了显著变化，除林地面积增加994.566 4 hm2(增幅2.418%)外，其他土地利用类型面积均减少，耕地和建设用地减幅较大，其中，耕地减幅最大(-1.386%)，减少230.943 7 hm2；建设用地减少66.549 6 hm2，减幅 0.428%；水域减少6.787 4 hm2，减幅 0.377%；园地减少 22.982 8 hm2，减幅 0.148%；草地减少1.206 1 hm2，减幅 0.076%；其他土地减少幅度最小，减少0.436 7 hm2，减幅0.003%。

表1 整合优化前后土地利用类型组成及变化

整合优化后具有较高生态保护价值的林地面积占比提高，各种矛盾冲突问题较多的耕地、建设用地和园地面积占比降低。部分草地和水域穿插分布于耕地和建设用地周边，为了避免整合优化后自然保护地景观出现“孤岛”导致过度破碎化，这部分草地和水域随耕地和建设用地调出自然保护地范围。总体上，整合优化以调出矛盾和问题集中的土地利用类型为主，并增强了具有较高保护价值的林地优势景观占比，与“解决矛盾冲突，科学界定自然保护区范围”相符合。2.2 景观格局最佳研究粒度通过对“1.2”中所提及的不同粒度下自然保护地整合优化前后栅格数据与矢量数据面积绝对差进行对比分析，结果显示(图3)，粒度小于120 m的面积绝对差较为稳定，当粒度大于120 m面积绝对差波动剧烈。在面积绝对差较为稳定的各个粒度水平下，120 m粒度下的景观格局指数计算速度最快。因此，研究区景观格局分析最佳粒度为120 m。

图3 整合优化前后不同粒度下栅格数据与矢量数据面积绝对差Fig.3 Absolute difference of area between raster data and vector data at different granularities before and after integration optimization

2.3 景观尺度水平下景观指数变化由表2可知，在景观尺度水平下，整合优化后斑块数量(NP)减少24.67%，斑块密度(PD)降低26.55%，平均斑块面积(MPA)增加36.14%，表明整合优化后自然保护地景观的破碎化程度减轻，有利于自然保护地精细化管理。景观形状指数(LSI)和边缘密度(ED)分别降低了1.22%和27.52%，表明整合优化后自然保护地景观的形状、边界复杂程度降低。连接度指数(CONNECT)增加了11.77%，表明整合优化后自然保护地景观的连通性增强。聚合度指数(AI)增加了1.92%，Shannon’s多样性指数(SHDI)降低了17.75%，表明整合优化后自然保护地景观的聚集度和优势度增强，优势景观增强且更加集中，景观的异质性和类型丰富度降低，验证了整合优化工作严格遵循了“保持自然生态系统完整性和生态廊道连通性”原则。

表2 景观尺度水平下景观指数变化

2.4 斑块类型水平下景观指数变化由图4可知，在斑块类型水平下，整合优化后草地、耕地、建设用地、林地、水域、园地6类景观的NP和PD均降低，且耕地、园地、建设用地的NP和PD降幅较大；耕地和建设用地的MPA均降低，园地MPA增长幅度较小，这是由于耕地、建设用地和园地为主要调出矛盾景观类型，部分不可避免的矛盾小斑块导致其MPA降低或小幅增长；林地和水域的MPA增长较大，草地和园地的MPA有所增长。表明整合优化后林地、水域、草地及园地的破碎化程度均减轻。

图4 斑块类型水平下景观指数变化Fig.4 Landscape index changes at the patch type level

除林地景观外，其他5类景观的LSI和ED均降低，其中耕地、建设用地及园地的LSI和ED降幅较大，这是由于其为主要矛盾景观类型；林地的LIS增长了1.30%、ED降低达23.61%。这表明整合优化后除林地景观形状稍加复杂外，其他5类景观形状、边界复杂程度均降低。林地、水域及草地的CONNECT和AI有所增长；耕地CONNECT和AI降幅分别达38.02%和71.20%，这是由于耕地为自然保护地现实主要矛盾冲突，其调出范围广、数量多。这表明整合优化后林地、水域及草地等自然景观的聚集度和连通性增强，耕地优势度和连通性降低。建设用地的CONNECT和AI分别增长了1.54%和8.49%，表明其聚集度和连通性有所增强，这是由于建设用地为自然保护地现实主要矛盾冲突，多数细碎且分散的斑块如建筑物所在斑块等被调出自然保护地，保留的建设用地多为道路等不可避免的矛盾斑块。园地的CONNECT增长了8.79%，AI降低了2.61%，表明其连通性增强，聚集度有所下降。

3 结论与讨论

3.1 结论通过对研究区整合优化前后自然保护地范围内土地利用类型组成、景观尺度水平和斑块类型水平下景观指数的变化分析，得出结论如下：

(1)整合优化后土地利用类型组成发生了显著变化，优势景观林地面积增幅最大，草地、耕地、建设用地、水域、园地及其他土地面积均减少，其中耕地和建设用地面积减幅较大。

(2)整合优化后景观尺度水平下景观的破碎化程度均减轻，景观的形状、边界复杂度、异质性及类型丰富度降低，景观的聚集度、优势度及连通性增强。

(3)整合优化后斑块类型水平下林地、水域、草地及园地的破碎化程度均减轻；林地的景观形状更加复杂，草地、耕地、建设用地、水域及园地的形状、边界复杂程度均降低，其中耕地、建设用地及园地的降幅较明显；林地、水域、草地及建设用地的聚集度和连通性增强，耕地的优势度和连通性降低，园地的连通性增强、聚集度下降。

3.2 讨论从自然保护地整合优化的目的和原则出发，可从景观格局角度评价自然保护地整合优化成果的科学合理性。研究区自然保护地整合优化减少的主要土地利用类型为耕地和建设用地，同时优势景观林地增幅最大，景观的破碎化程度减轻，景观的形状、边界复杂度降低，景观的聚集度、优势度及连通性增强，与“解决矛盾冲突，保持自然生态系统完整性和生态廊道连通性”等目的原则相符。因此，景观格局角度下的浏阳市自然保护地整合优化方案总体上科学合理。

整合优化后建设用地的聚集度和连通性增强，园地的连通性增强，建议针对未调出自然保护地的建设用地和园地斑块深入调研，论证其是否可以进一步调出自然保护地，从而在保障生态系统完整性和连通性的前提下最大限度减少人为活动较多的土地利用类型。