廖芳均，陳志明，劉宗君 ，謝 勇

(1.中山大學 地理科學與規(guī)劃學院，廣東 廣州 510275；2.廣東南嶺國家級自然保護區(qū)管理局，廣東 韶關 512727)

南嶺自然保護區(qū)各功能區(qū)景觀格局研究

廖芳均1，陳志明2，劉宗君2，謝 勇2

(1.中山大學 地理科學與規(guī)劃學院，廣東 廣州 510275；2.廣東南嶺國家級自然保護區(qū)管理局，廣東 韶關 512727)

以廣東南嶺國家級自然保護區(qū)森林資源小班數(shù)據(jù)以及1988、1999和2009年3期遙感影像為基礎數(shù)據(jù)，基于eCogntion、ArcGIS 和IDRISI 軟件，對保護區(qū)各功能區(qū)20年間景觀格局的動態(tài)變化進行定量分析。結果表明：1）各功能區(qū)景觀以森林為主，其中實驗區(qū)針葉林和常綠闊葉林約為77%，緩沖區(qū)常綠闊葉林約為56%，核心區(qū)則以常綠闊葉林為主，約為78%；2）各功能區(qū)景觀類型斑塊面積呈波動趨勢，斑塊數(shù)量、邊緣密度和斑塊密度增加，景觀破碎化程度隨時間的推移呈上升趨勢；3）各功能區(qū)森林景觀類型之間轉化頻繁，非森林景觀類型建設用地和水域面積變化明顯增加；4）各功能區(qū)景觀類型最大斑塊指數(shù)呈波動趨勢，景觀結構隨時間變化更加豐富和復雜；5）研究期間各功能區(qū)景觀連通性增強，景觀多樣性基本維持穩(wěn)定水平，有效維護了生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

自然保護區(qū)；景觀格局；景觀指數(shù)；功能區(qū)；廣東南嶺

景觀格局是指大小和形狀各異的景觀要素的空間分布與組合特征[1]，景觀格局及其變化是自然、社會和生物要素相互作用的結果[2]，景觀格局分析可以量化地分析景觀要素的結構特征及其相互之間的空間分布關系，在看似簡單無序的斑塊鑲嵌景觀上，發(fā)現(xiàn)潛在的、有意義的規(guī)律性及其形成機制，從而成為進一步研究景觀功能和動態(tài)的基礎[3-4]。近年來，國內許多學者對流域景觀[5-6]、濕地景觀[7-8]、城鄉(xiāng)景觀[9-10]、山地景觀[11-13]等的景觀格局及其動態(tài)進行了研究報道，對景觀生態(tài)學的理論研究和景觀生態(tài)學在實踐應用上的發(fā)展起到了積極的推動作用[14]。

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，森林景觀格局及其變化不僅對森林生態(tài)系統(tǒng)內的物質循環(huán)和能量流動產生影響，制約生態(tài)過程，進而影響森林的演替，如斑塊的大小和形狀會影響種群的生存能力和抗干擾能力[15-16]，還會對全球生態(tài)系統(tǒng)平衡起著直接作用。森林生態(tài)系統(tǒng)類型自然保護區(qū)是人為劃分的物種保護中心，隨著人類對環(huán)境保護意識的逐步增加，對此類景觀的研究也日漸深入，但目前的景觀研究大多從整個保護區(qū)的角度來進行的[17-19]，對各功能區(qū)（核心區(qū)、緩沖區(qū)、實驗區(qū)）的分區(qū)景觀結構研究較少。廣東南嶺國家級自然保護區(qū)位于南嶺山脈中段南麓，其森林景觀既有亞熱帶特色，又顯露出熱帶的某些特點，具有明顯的過渡性，是生物基因交流的紐帶[20]，南嶺中亞熱帶常綠闊葉林在生物進化史中具有特殊的地位[21]。而其植被類型的多樣性和動植物種類的豐富性反映了其區(qū)系成分的復雜性和過渡性的特點，是其所屬生物地理區(qū)的最好代表。本研究基于景觀生態(tài)學原理，以RS和GIS為技術支持，以森林資源小班數(shù)據(jù)（2007年）和3期遙感影像為基礎，對近20年保護區(qū)內各功能區(qū)森林景觀動態(tài)變化進行分析，以期對南嶺自然保護區(qū)景觀規(guī)劃和管理、 生物多樣性保育及森林資源的可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

廣東南嶺國家級自然保護區(qū)地處廣東省北部，南嶺山脈中段南麓。地理坐標為東經112°30′～113°04′，北緯 24°37′～ 24°57′，面積為 58 368.5 hm2。南嶺自然保護區(qū)所處的南嶺山地是我國亞熱帶常綠闊葉林的中心地帶，植被分布從下至上依次為：溝谷常綠季雨林或丘陵、低山常綠闊葉林→中山常綠闊葉林或中山常綠落葉闊葉混交林→中山常綠針闊葉混交林或中山常綠針葉林→山頂（常綠闊葉）苔蘚矮林→山頂灌叢草坡。南嶺國家級自然保護區(qū)主要保護對象為亞熱帶常綠闊葉林（原生的亞熱帶中山常綠闊葉林、原生的亞熱帶山地常綠闊葉矮林、保存較好的次生亞熱帶中山常綠闊葉林），珍稀、瀕危的野生動植物及其棲息環(huán)境，主要功能是保護南嶺獨特的自然資源和自然環(huán)境，使之免遭人為干擾和破壞；采取各種措施拯救瀕危物種，保持生物物種的多樣性；保護和擴大亞熱帶常綠闊葉林和現(xiàn)存的珍稀瀕危野生動植物的種群數(shù)量；建立科研、科普教育基地，珍稀野生動植物拯救中心。研究區(qū)位置見圖1。

圖1 研究區(qū)位置Fig.1 Location of Nanling National Nature Reserve

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

1）本研究中的基礎數(shù)據(jù)主要有1∶10 000地形圖，森林資源二類調查數(shù)據(jù)（2007），1988、1999和2009年Landsat5 30 m分辨率的3期遙感影像。對地形圖進行數(shù)字化，運用遙感圖像處理軟件ENVI 4.5對3期TM影像進行糾正、增強以及裁剪處理。根據(jù)森林資源二類調查數(shù)據(jù)，結合研究區(qū)遙感影像特點，并參照全國土地利用分類系統(tǒng)標準[22-23]進行分類，獲取針葉林、針闊混交林、常綠闊葉林、闊葉混交林、灌木林、其它林地、耕地、其它土地、建設用地和水域10類景觀類型，在eCogntion面向對象軟件下進行人工目視解譯。

2）根據(jù)我國自然保護區(qū)功能區(qū)劃采用的模式[24]，突出對亞熱帶常綠闊葉林及珍稀瀕危動植物的保護與研究，確保亞熱帶森林植物群落的生物多樣性和珍稀動植物的安全和生態(tài)環(huán)境，綜合研究區(qū)的自然生態(tài)條件、生物群落特征，從整體性和適宜性將南嶺保護區(qū)劃分為核心區(qū)、緩沖區(qū)和實驗區(qū)3個功能區(qū)，根據(jù)廣東省林業(yè)規(guī)劃體勘察設計院（1999）設計，具體分布見圖2。

圖2 研究區(qū)功能分區(qū)Fig.2 Functional zone division of Nanling National Nature Reserve

3）景觀格局指數(shù)是景觀生態(tài)學廣泛使用的定量研究方法，高度濃縮了景觀格局和景觀動態(tài)信息，能夠很好地了解景觀格局的組成成分、空間配置和動態(tài)變化過程。本研究在進行景觀格局分析時，選取生態(tài)學意義明確且公式計算簡單的指數(shù)：類型面積（CA）、斑塊個數(shù)（NP）、斑塊密度（PD）、邊緣密度（ED）、香農多樣性指數(shù)（SHDI）、Simpson指 數(shù)（SIDI）， 通 過 FRAGSTATS3.4和EXCEL軟件包分析統(tǒng)計，從不同角度對森林景觀進行定量分析。具體計算公式和計算方法都采用FRAGSTATS景觀格局計算分析軟件的表達方式[25]。

2 結果與分析

2.1 各功能區(qū)景觀格局

廣東南嶺國家自然保護區(qū)所處位置為粵北山區(qū)，其內部社區(qū)和周邊社區(qū)主要為國有林場職工及瑤族居民，長期的人為與自然相互作用，使得保護區(qū)內景觀斑塊呈現(xiàn)諸多差異，不同時期各功能區(qū)景觀格局分布見圖3。實驗區(qū)分布在人口分布相對密集的區(qū)域以及周邊零散地帶，區(qū)內景觀類型以針葉林為主，約為46%；常綠闊葉林也占一定比例，約為23%，而人為活動痕跡如建設用地和耕地也大部分分布在此功能區(qū)；緩沖區(qū)分布在保護區(qū)周邊及實驗區(qū)的周圍，景觀類型除了常綠闊葉林占據(jù)大比例外，約為56%，其它各景觀類型都分散分布在此區(qū)域；核心區(qū)在緩沖區(qū)的內部，保護區(qū)中間地帶，北邊與湖南莽山國家級自然保護區(qū)相連，區(qū)內景觀以常綠闊葉林為主，約為78%，針葉林和針闊混交林呈小片分布，而人類活動強烈的耕地在此功能區(qū)沒有分布，其它景觀類型如其它土地、其它林地、灌木林和水域在此功能區(qū)域呈零散分布。

圖3 1988～2009年各功能區(qū)景觀類型分布Fig.3 Landscape type distribution in each functional zone from 1988 to 2009

2.2 各功能區(qū)景觀類型變化

隨著時間的推移以及社會的發(fā)展，各功能區(qū)所受干擾強度不同，各景觀類型斑塊面積變化呈波動趨勢（見圖4），其中實驗區(qū)針葉林、灌木林面積持續(xù)減小，常綠闊葉林面積先減小后增大，闊葉混交林、耕地、其它土地、建設用地和水域面積持續(xù)增大，變化最大的為其它林地，在研究后期增長迅速；緩沖區(qū)主要景觀類型為常綠闊葉林，其它森林景觀類型占一定比例，針葉林、針闊混交林、常綠闊葉林和水域面積呈下降趨勢，其它景觀類型面積則持續(xù)增加，增長最快的為其它林地；核心區(qū)常綠闊葉林面積占絕對優(yōu)勢，研究期間除其它林地面積呈下降再上升趨勢外，其他景觀類型面積變化不大，較為穩(wěn)定。

從斑塊數(shù)量（見圖5）看，在各功能區(qū)面積不變的情況下，實驗區(qū)除闊葉混交林數(shù)量減少外，其它景觀類型斑塊數(shù)量均增加；緩沖區(qū)除水域外，其它景觀類型斑塊數(shù)量均增加；核心區(qū)則常綠闊葉林和闊葉混交林斑塊數(shù)量減少，其它景觀類型均增加。從整體景觀上來看，各功能區(qū)的斑塊數(shù)量變化呈現(xiàn)一定規(guī)律，在研究前期斑塊數(shù)量減少，而到了后期則增加顯著，其中增長最快為實驗區(qū)，其次為核心區(qū)，這也表明景觀受到外界干擾程度增強，破碎化程度增加，景觀格局明顯趨于復雜。

圖4 1988～2009年各功能區(qū)不同景觀類型斑塊面積變化Fig.4 Area changes of different landscape patterns in each functional zone from 1988 to 2009

圖5 1988～2009年各功能區(qū)不同景觀類型斑塊數(shù)變化Fig.5 Number changes of different landscape patterns in each functional zone from 1988 to 2009

2.3 各功能區(qū)景觀異質性變化

研究期間，實驗區(qū)各景觀類型斑塊密度除闊葉混交林和耕地減小外，其它均呈增大趨勢，其中針葉林、針闊混交林、常綠闊葉林和灌木林等森林景觀類型呈現(xiàn)波動現(xiàn)象，為先減小后增大，而其它土地、建設用地和水域等非森林景觀則持續(xù)增大；緩沖區(qū)在研究后期沒有水域，總體上斑塊密度呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，為增大趨勢，稍有不同的為耕地，為先增大后稍微減小，其它景觀類型則為先減小，后期增長迅速；核心區(qū)整個研究期間沒有耕地，其它各景觀類型最終都呈上升趨勢。邊緣密度指數(shù)則為，實驗區(qū)除灌木林，緩沖區(qū)除建設用地，核心區(qū)除其它林地外減小，各功能區(qū)景觀類型均增大。

從各功能區(qū)的整體上來看，斑塊密度指數(shù)呈波動現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為先減后增，最終為增加，實驗區(qū)各年份斑塊密度指數(shù)分別為5.09、4.24、6.52；緩沖區(qū)各年份斑塊密度指數(shù)分別為5.34、4.18、6.59；核心區(qū)各年份斑塊密度指數(shù)分別為4.05、2.73、4.46，反映了景觀結構隨時間變化更加豐富和復雜?？傮w上破碎化程度增大，表明景觀的抗干擾力增強，這主要是由于前期一直進行的生態(tài)公益林保護工作，以及后期的人工造林面積增大的原因。

2.4 各功能區(qū)景觀類型矩陣轉移

表2～表7為1988年至2009年各功能區(qū)景觀類型轉移矩陣，反映景觀類型之間相互轉移情況，研究前期（1988～1999年），實驗區(qū)耕地、建設用地、闊葉混交林和針闊混交林面積增加，并主要有常綠闊葉林和灌木林轉化而來，其它景觀類型面積變化不大，均稍有減少，表明在此期間，該區(qū)域受到強烈的外界干擾；緩沖區(qū)針葉林面積大量減少，主要轉化為常綠闊葉林和灌木林，其它林地和耕地內部相互轉化，建設用地轉化頻繁，水域和其它土地面積變化不大，表明該區(qū)域受自然和人為影響相互作用，人為活動基本在森林周邊；常綠闊葉林與其它景觀類型轉化頻繁，最終面積增加，且主要由闊葉混交林、針闊混交林和針葉林轉化而來，其它林地減少的面積也大部分轉化為常綠闊葉林。整體上核心區(qū)符合自然演替規(guī)律，實驗區(qū)人為活動急劇增加。

表1 1988～2009年各功能區(qū)各景觀類型斑塊密度和邊緣密度變化Table 1 Changes of PD and ED of each function zone in studying area from 1988 to 2009

圖6 1988～2009年各功能區(qū)景觀斑塊密度和邊緣密度指數(shù)變化Fig.6 Changes of ED and PD of each function zone in study area from 1988 to 2009

表2 1988～1999年實驗區(qū)景觀類型轉移矩陣Table 2 Transition matrix of landscape types of experimental zone in 1988～1999 hm2

表3 1988～1999緩沖區(qū)景觀類型轉移矩陣Table 3 Transition matrix of landscape pattern of buffer zone in 1988～1999 hm2

表4 1988～1999年核心區(qū)景觀類型轉移矩陣Table 4 Transition matrix of landscape pattern of core zone in 1988～1999 hm2

研究后期（1999～2009年）實驗區(qū)常綠闊葉林、闊葉混交林、針闊常綠混交林、其它林地和針葉林之間相互轉化，水域面積明顯增加，主要由針葉林、其它林地和常綠闊葉林轉化而來，耕地面積稍有減少，大多轉化其它林地，建設用地面積則持續(xù)增加，主要由針葉林轉化而來；緩沖區(qū)常綠闊葉林、灌木林、其它林地和針葉林之間轉化頻繁，建設用地和水域面積增加，主要由常綠闊葉林轉化而來，其它土地轉入轉出頻繁，面積增加，總體林地面積減少，這與正常演替規(guī)律相反，表明在此期間外界干擾增強；核心區(qū)森林景觀類型內部轉化頻繁，常綠闊葉林面積減少，轉化為建設用地和水域面積明顯增加，灌木林轉化頻繁，最終面積稍有增加。

整體上，整個研究區(qū)域以森林景觀類型為主體，研究期間面積波動不大，景觀類型之間相互轉化頻繁，非森林景觀類型（耕地、其它土地、建設用地和水域）面積在實驗區(qū)從急劇增加到稍有增加，表明研究期間該區(qū)域受外界干擾強度逐漸變輕，在緩沖區(qū)從稍有減少到大量增加，表明外界干擾明顯增強，在核心區(qū)沒有耕地，其它非森林景觀類型面積很小，所占比例也極小，但面積呈上升趨勢。其中，整個研究區(qū)域，水域和建設用地大量增加，表明人為活動強烈。

表5 1999～2009年實驗區(qū)景觀類型轉移矩陣Table 5 Transition matrix of landscape pattern o experimental zone in 1999～2009 hm2

表6 1999～2009年緩沖區(qū)景觀類型轉移矩陣Table 6 Transition matrix of landscape pattern of buffer zone in 1999～2009 hm2

表7 1999～2009年核心區(qū)景觀類型轉移矩陣Table 7 Transition matrix of landscape pattern o core zone in 1988～1999 hm2

2.5 各功能區(qū)景觀多樣性分析

南嶺國家級自然保護區(qū)景觀水平的香農多樣性指數(shù)在研究時期實驗區(qū)分別為1.31、1.32、1.38，緩沖區(qū)分別為1.27、1.27、1.33，核心區(qū)分別為0.92、0.83、0.87，表明實驗區(qū)斑塊豐富，景觀破碎化程度最高，而核心區(qū)斑塊則相對較為單一化，景觀連通性最強；各功能區(qū)的變化除核心區(qū)呈波動趨勢外，實驗區(qū)和緩沖區(qū)景觀破碎化程度均為增大。

圖7 1988～2009年各功能區(qū)景觀香農多樣性和Simpson指數(shù)變化Fig.7 Changes of SHDI and SIDI of each function zone in studying area from 1988 to 2009

Simpson指數(shù)在研究時期實驗區(qū)分別為0.66、0.62、0.42，緩沖區(qū)分別為 0.66、0.61、0.40，核心區(qū)分別為0.68、0.63、0.40，表明實驗區(qū)斑塊優(yōu)勢度最為明顯，而核心區(qū)斑塊則相對較為均勻；各功能區(qū)景觀連通性增強。整體上，研究期間景觀類型多樣性維持基本穩(wěn)定水平，破碎化程度較小，能夠有效地維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保護生物多樣性免受降低。

3 討 論

（1）各功能區(qū)景觀以森林為主導景觀，其它景觀類型鑲嵌在森林景觀中。各功能區(qū)景觀類型具體表現(xiàn)為實驗區(qū)以人為干擾強烈的針葉林為主，緩沖區(qū)常綠闊葉林占據(jù)大比例，而核心區(qū)則以常綠闊葉林為主， 這主要是由于保護區(qū)實驗區(qū)大部分在原國有林場轄區(qū)，而占主體部分的常綠闊葉林為保護對象。

（2）各功能區(qū)景觀類型斑塊面積呈波動趨勢，針葉林面積變小與保護區(qū)成立后采取的封山育林等保護措施有關，而其它林地面積增長迅速是由于2008年雨雪冰雪災害后其它森林景觀類型轉化而來，作為主要保護對象的常綠闊葉林在整個景觀類型中占絕對優(yōu)勢，并且面積穩(wěn)定。

（3）南嶺國家級自然保護區(qū)各功能森林景觀類型之間轉化頻繁，非森林景觀類型面積稍有增加，其中建設用地和水域變化明顯，受外界干擾強烈。

（4）南嶺國家級自然保護區(qū)各功能區(qū)間以實驗區(qū)斑塊數(shù)和斑塊密度最大，緩沖區(qū)次之，核心區(qū)最小，表明實驗區(qū)景觀破碎化程度最大，斑塊形狀更為復雜。平均斑塊面積則以核心區(qū)最大，緩沖區(qū)次之，實驗區(qū)最小，表明核心區(qū)景觀類型連通性好，破碎化程度低。

（5）南嶺國家級自然保護區(qū)各景觀指數(shù)隨時間的變化呈波動趨勢，形狀指數(shù)在研究時段持續(xù)增大，說明南嶺國家級自然保護區(qū)景觀斑塊的鑲嵌具有較強的不規(guī)則趨勢，斑塊形狀趨于復雜。景觀多樣性更加豐富，景觀多樣性的變化主要表現(xiàn)在實驗區(qū)，這也反映了人為干擾程度所造成的景觀異質性差異。

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Study on landscape patterns changes of each functional zone in Nanling National Nature Reserve in Guangdong province

LIAO Fang-jun1, CHEN Zhi-ming2, LIU Zong-jun2, XIE Yong2
(1.School of Geographic Science and Planning, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275, Guangdong, China; 2.Nanling National Nature Reserve Administration, Shaoguan 512727, Guangdong, China)

With 1∶10 000 topogaphic maps, updated Forest Resource Inventory Data in 1988, 1999 and 2009, based on the GIS platform and eCogntion, ArcGIS and IDRISI softwares, the dynamic changes of landscape patterns of natural-level nature reserve functional zones during the 20 years period in Nanling National Reserve in Guangdong province were quantificationally analyzed.The results show that (1) the landscape zone patterns mainly were the forests, of them, the coniferous and evergreen broad-leaved forest occupied large proportion (77%) in the experimental zone, the evergreen broad-leaved forest occupied 56% in the buffer zone and the evergreen broad-leaved forest occupied 78% in the core zone; (2) the numbers of patch, patch density and marginal density all increased,the areas of landscape type plaque fluctuated, the degree of landscape fragmentation raised with time passed in each functional zone; (3)the forest landscape types conversed frequently in each functional zone, the non-forest landscapes such as construction land and waters increased significantly; (4) Maximum plaque indexes of each landscape type showed fluctuation trends, the landscape structure changed more rich and complex with time went on; (5) Landscape connection enhanced in each functional zone during the studying period, and landscape diversity almost kept the maintenance level, which effectively maintained the stability of ecosystem in the studied region.

natural-level nature reserve; landscape pattern; landscape index; functional zone; Nanling region of Guangdong province

S759.92

A

1673-923X(2015)09-0113-08

10.14067/j.cnki.1673-923x.2015.09.020

2015-01-23

南嶺國家級自然保護區(qū)數(shù)字化監(jiān)測與管護平臺項目（GDHS13SGHG05025）；廣東省科技計劃項目“南嶺國家級自然保護區(qū)珍稀植物的種質資源收集、保護和利用”（2010B060200038）；廣東省林業(yè)科技創(chuàng)新專項資金項目“南嶺國家級自然保護區(qū)森林健康評與可持續(xù)經營關鍵技術研究”（2011KJCX020）

廖芳均，高級工程師；E-mail：blithe_fang@163.com

廖芳均,陳志明,劉宗君，等.南嶺自然保護區(qū)各功能區(qū)景觀格局研究[J].中南林業(yè)科技大學學報,2015, 35(9):113-120,138.

[本文編校：謝榮秀]