余建平，伊曉霞，余順海，徐誼明，米湘成，任海保

（1. 錢江源國家公園生態(tài)資源保護中心，浙江 開化 324300；2.中國科學院 植物研究所植被與環(huán)境變化國家重點實驗室，北京 100093；3.中國科學院大學，北京 100049）

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展和生態(tài)保護意識的提高，我國的自然保護得到快速發(fā)展，截至2016 年底，已建成包括自然保護區(qū)、風景名勝區(qū)等十類自然保護地，各類自然保護地已達1.15 萬處，占國土面積的18%以上[1]。但是，現(xiàn)有的自然保護地仍然存在碎片化、多頭管理、保護區(qū)域交叉重疊等問題，影響了生態(tài)系統(tǒng)服務功能的發(fā)揮，而建立以國家公園為主體的自然保護地體系為解決中國自然保護地發(fā)展中存在的問題提供了有效途徑[2-3]。我國對國家公園的定義是：“國家公園是指由國家批準設立并主導管理，邊界清晰，以保護具有國家代表性的大面積自然生態(tài)系統(tǒng)為主要目的，實現(xiàn)自然資源科學保護和合理利用的特定陸地或海洋區(qū)域”，國家公園的首要功能是保持自然生態(tài)系統(tǒng)的完整性和原真性[4-6]。從生態(tài)系統(tǒng)組成要素的角度來看，完整性是指生態(tài)系統(tǒng)具備區(qū)域自然生境所應包含的全部本土生物多樣性和生態(tài)學過程并保持結(jié)構(gòu)和功能未遭受損害，原真性則要求生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)過程處于高質(zhì)量的自然狀態(tài)，避免受人類活動的干擾[7]。保持國家公園生態(tài)系統(tǒng)完整性和原真性，對保護區(qū)域生物多樣性、穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)功能均具有重要作用[8]，因此評估國家公園的完整性顯得非常緊迫和重要。

目前，生態(tài)系統(tǒng)完整性評價方法多選取與生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和過程密切相關的生態(tài)指標，如生物多樣性、生境破碎化、生態(tài)系統(tǒng)服務等指標，用統(tǒng)計學的方法將其轉(zhuǎn)化成生態(tài)系統(tǒng)完整性指數(shù)，揭示生態(tài)系統(tǒng)完整性狀況[9]。如：李鑫等選取景觀優(yōu)勢度、植被生物量以及景觀多樣性等指數(shù)建立生態(tài)系統(tǒng)完整性評價體系，從結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性兩個方面評價了豐滿水電站周邊區(qū)域的生態(tài)完整性[10]；熊建新等從景觀生態(tài)學角度出發(fā)，用斑塊分維數(shù)、景觀多樣性指數(shù)、連接指數(shù)等景觀格局指數(shù)對東洞庭湖濕地景觀空間結(jié)構(gòu)進行了完整性分析[11]。景觀生態(tài)學為在景觀水平上分析國家公園的完整性和原真性提供了有效方法，通過數(shù)量化分析景觀組分的空間分布特征，揭示空間格局和生態(tài)過程之間的聯(lián)系[12-13]，作為景觀生態(tài)學的重要研究內(nèi)容，景觀破碎化通過改變生態(tài)系統(tǒng)組分、結(jié)構(gòu)影響生態(tài)過程和生態(tài)系統(tǒng)服務功能[14-15]。因此，景觀破碎化程度從一定的側(cè)面反映了生態(tài)系統(tǒng)完整性的破壞程度。

基于我國十大國家公園體制試點區(qū)尚未進行生態(tài)系統(tǒng)完整性評價，本文以錢江源國家公園體制試點區(qū)（以下簡稱錢江源國家公園）為樣本，應用景觀生態(tài)學原理，以浙江省開化縣2014 年二類資源調(diào)查的數(shù)據(jù)為基礎，選取斑塊密度、平均斑塊面積等景觀格局指數(shù)，從破碎度、形狀和聚集程度等角度對各景觀組分的特征進行分析，探討錢江源國家公園各功能區(qū)景觀構(gòu)成和破碎化程度以及各功能區(qū)內(nèi)重要森林類型的破碎化狀況，分析錢江源國家公園生態(tài)系統(tǒng)的完整性和原真性，為國家公園的生物多樣性保護提供管理對策，同時也為其他國家公園的完整性分析提供案例。我們試圖解決以下幾個問題：（1）各景觀類型在錢江源國家公園及其不同功能區(qū)中的分布；（2）錢江源國家公園各功能區(qū)景觀破碎化程度如何；（3）錢江源國家公園各功能區(qū)內(nèi)重要森林類型的破碎化程度如何。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

錢江源國家公園位于浙江省開化縣（118°03′58.90″～ 118°21′30.25″E，29°10′32.10″～ 29°26′44.27″N），地處浙、贛、皖三省交界處，由古田山國家級自然保護區(qū)、錢江源國家級森林公園以及連接這兩處之間的生態(tài)區(qū)域組成，面積為252 km2，海拔在170～ 1 260 m 之間，屬于中亞熱帶季風氣候，年均氣溫15.3℃，年降水量1 963.7 mm，四季變化明顯[16]，地帶性土壤為紅壤、黃紅壤、紅黃壤與部分沼澤土。植物區(qū)系成分以華東植物區(qū)系為主，植被分布垂直帶上涵蓋了常綠闊葉林、溫性針闊葉混交林、溫性針葉林以及山地和溝谷常綠落葉闊葉混交林等具有代表性的亞熱帶區(qū)域森林植被類型[16]，共有高等植物233 科939 屬2048 種，古老、孑遺、珍稀瀕危植物種類多，省級及省級以上珍稀瀕危保護野生植物有63 種，其中，國家級珍稀瀕危野生植物有50 種，是特色珍稀野生植物野含笑Michelia skinneriana，香果樹Emmenopterys henryi，尾葉紫薇Lagerstroemia caudata等種群的集中保留地。動物資源豐富，有國家級重點保護野生動物46 種，省級重點保護野生動物有38 種，是中國特有的世界珍稀瀕危物種、國家一級保護動物白頸長尾雉Syrmaticus ellioti，黑麂Muntiacus crinifrons的主要棲息地[17]。在行政區(qū)劃上包括蘇莊、長虹、何田、齊溪四個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)），共有21 個行政村、74 個自然村、9 744 人。

1.2 數(shù)據(jù)來源及預處理

1.2.1 數(shù)據(jù)來源 根據(jù)保護生態(tài)系統(tǒng)完整性、保障社區(qū)發(fā)展、適度游憩利用的原則，虞虎等將錢江源國家公園分為核心保護區(qū)、生態(tài)保育區(qū)、游憩展示區(qū)和傳統(tǒng)利用區(qū)四個功能區(qū)[18]（圖1）。以浙江省二類資源調(diào)查繪制的開化縣小班圖為基礎數(shù)據(jù)，利用ArcGIS10.2 空間分析平臺，剪裁出錢江源國家公園整體以及四個功能區(qū)的范圍。根據(jù)區(qū)域土地和植被類型的分布情況，對錢江源國家公園的植被進行分類，得到9 種土地覆蓋類型，其中，1 種類型為農(nóng)用地、居住地、交通用地等組成的非林地，其余8 種均為植被類型，分別為常綠闊葉林、針闊混交林、天然針葉林（主要指馬尾松Pinus massoniana林和黃山松P.taiwanensis林）、杉木Cunninghamia lanceolata林、竹林、茶Camellia sinensis園、油茶Camellia oleifera林、其他經(jīng)濟林或灌叢（圖2）。

錢江源國家公園海拔在170～ 1 260 m 之間，其中，170～ 800 m 為低海拔區(qū)域。自然度表示現(xiàn)實森林類型與地帶性頂極森林類型的差異程度，或次生森林類型位于演替中的階段，錢江源國家公園內(nèi)的植被可劃分為I，II，III 三個自然度，自然度I 代表原始或受人為影響很小的地帶性頂級群落的植被；自然度II 代表有明顯人為干擾的天然植被或處于演替中期或后期的次生群落；自然度III 代表人為干擾很大，演替逆行處于極為殘次的次生植被以及全部人工林[19]。為進一步了解國家公園內(nèi)典型地帶性植被常綠闊葉林的分布，結(jié)合自然度和海拔兩個因素，以海拔800 m 為界限，提取出各功能區(qū)內(nèi)海拔800 m 上、下以及三個自然度的常綠闊葉林。最后將得到的土地利用類型矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)格式，借助Fragstats 4.2 軟件完成相關景觀格局指數(shù)的計算。

1.2.2 景觀指數(shù)的選取 景觀格局指數(shù)能夠高度濃縮景觀格局的信息，反映景觀結(jié)構(gòu)組成以及空間配置方面的特征[20]，景觀空間結(jié)構(gòu)的完整性可以從斑塊特征指標、空間格局指標和景觀空間構(gòu)型指標中體現(xiàn)[11]。本文擬從破碎度、斑塊形狀和連通性等角度探討錢江源國家公園景觀生態(tài)特征，進而分析國家公園的完整性和原真性，選取的景觀格局指數(shù)包括以下三類：

（1）表征斑塊面積大小和破碎化的平均斑塊面積（MPS）、最大斑塊指數(shù)（LPI）、斑塊密度（PD）。PD是指景觀單位面積中的斑塊數(shù)，MPS指景觀中斑塊平均面積的大小，這兩個指標用于定量分析景觀的破碎化程度，PD與景觀破碎化程度成正比，MPS與景觀的破碎化程度呈反比；LPI指景觀中面積最大的斑塊占景觀總面積的百分比，有助于確定景觀的優(yōu)勢類型[21-22]。

圖1 錢江源國家公園體制試點區(qū)功能分區(qū)Figure 1 Functional zoning of Qianjiangyuan National Park pilot area

圖2 2014 年錢江源國家公園森林類型Figure 2 Land types of Qianjiangyuan National Park in 2014

式中，N為景觀中某類斑塊的數(shù)量，A為某類斑塊的總面積。

式中，aij為景觀類型i中斑塊j的面積。

（2）反映斑塊形狀特征的平均形狀指數(shù)（MSI）和面積加權(quán)的平均分維數(shù)（AWMPFD）。這兩個指標反映斑塊形狀的復雜程度，也在一定程度上反映出人類活動對景觀格局的影響[23-24]。

式中，m為景觀斑塊類型數(shù)，n為景觀中所有斑塊個數(shù)，pij為景觀類型i中斑塊j的周長。

（3）反映斑塊之間聚集程度的蔓延度指數(shù)（CONTAG）。CONTAG描述景觀斑塊的連通性程度，分析景觀的聚集和散布情況[21-23]。

2 結(jié)果與分析

錢江源國家公園不同功能區(qū)內(nèi)各景觀類型的面積如表1 所示。由表1 可知，錢江源國家公園植被類型以天然針葉林、常綠闊葉林和杉木林為主要類型，其中，常綠闊葉林有5 855.2 hm2，占整個國家公園面積的22.4%，主要分布在核心保護區(qū)和生態(tài)保育區(qū)。

表1 2014 年錢江源國家公園景觀類型面積Table 1 Area of different landscape types of Qianjiangyuan National Park in 2014

結(jié)合海拔（800 m）和自然度（I，II，III）對常綠闊葉林的分布和原真性作進一步分析（表2），結(jié)果表明，常綠闊葉林主要分布在800 m 以下的低海拔區(qū)域，其中，在核心保護區(qū)和生態(tài)保育區(qū)低海拔地區(qū)分布著大面積自然度I 的常綠闊葉林（由于自然度劃分精度的原因，有少部分區(qū)域自然度屬性為空值，導致劃分海拔和自然度后的常綠闊葉林面積和未劃分前的面積存在偏差），表明這兩個功能區(qū)內(nèi)的常綠闊葉林維持較好的原真性。

表2 錢江源國家公園各功能區(qū)中不同海拔和自然度的常綠闊葉林面積Table 2 Area of evergreen broad-leaved forest at different elevations with different naturalness in each functional zone of Qianjiangyuan National Park

天然針葉林面積為4 993.6 hm2，占整個國家公園面積的19.1%，集中分布在生態(tài)保育區(qū)內(nèi)，多為砍伐后次生的馬尾松林和黃山松林；杉木林、油茶林和茶園等屬于經(jīng)濟林，杉木林的面積為6 841.4 hm2，占26.1%，其中，人工純杉木林2 000.8 hm2（圖3），占7.6%，集中分布在生態(tài)保育區(qū)和傳統(tǒng)利用區(qū)，油茶林面積1 503.9 hm2，占5.7%，茶園577.1 hm2，占2.2%。非林地包括農(nóng)用地、居住地、交通用地和部分裸地，共2 785.2 hm2，占10.6%，主要分布在生態(tài)保育區(qū)和傳統(tǒng)利用區(qū)，在核心保護區(qū)也有少量分布。各功能區(qū)的景觀指數(shù)見表3。由表3 表明，（1）核心保護區(qū)的PD最小，MPS最大，LPI較高，表明該區(qū)內(nèi)存在明顯的主導景觀類型；MSI較高，受到的人為干擾較小；CONTAG較低，表明斑塊的分離程度高，不同景觀類型之間未能形成良好的連接性。（2）生態(tài)保育區(qū)的PD略高于核心保護區(qū)，MPS僅次于核心保護區(qū)，表明生態(tài)保育區(qū)的景觀破碎化低，斑塊平均面積較大；LPI最低，表明生態(tài)保育區(qū)內(nèi)各種類型的景觀斑塊分布均勻、優(yōu)勢度不明顯；MSI較高，受到的人為干擾較小；CONTAG較低，斑塊的分離程度高。（3）傳統(tǒng)利用區(qū)和游憩展示區(qū)的PD高，MPS小，表明游憩展示區(qū)和傳統(tǒng)利用區(qū)由較分散的小斑塊組成，破碎化程度較高；LPI較高，存在明顯的主導景觀類型；MSI較小，區(qū)域內(nèi)組成斑塊形狀較簡單，受到人為干擾的強度相對較大；CONTAG均較低，斑塊的分離程度高。

圖3 錢江源國家公園各功能區(qū)人工純杉木林的面積Figure 3 Area of C.lanceolata plantation in each functional zone of Qianjiangyuan National Park

表3 錢江源國家公園不同分區(qū)的景觀格局指數(shù)Table 3 Landscape pattern index of different functional zones of Qianjiangyuan National Park

對錢江源國家公園不同功能區(qū)內(nèi)重要森林類型天然針葉林、常綠闊葉林和針闊混交林的破碎化分析結(jié)果如表4。由表4 可知，（1）核心保護區(qū)中三種植被類型的PD均較小，其中，常綠闊葉林的MPS和LPI最大，表明常綠闊葉林分布集中，破碎化程度小，是核心保護區(qū)中的優(yōu)勢景觀類型。核心保護區(qū)三種植被類型的MSI均較大，表明這三種重要植被景觀斑塊形狀復雜，植被受到人為干擾程度較輕。（2）生態(tài)保育區(qū)中三種植被類型的PD均較小，其中，天然針葉林和常綠闊葉林的MPS和LPI較大，表明生態(tài)保育區(qū)植被破碎化程度較低，植被類型以天然針葉林和常綠闊葉林為主。（3）游憩展示區(qū)三種植被類型PD均較大，MPS和LPI均較小，表明游憩展示區(qū)整體景觀破碎化程度較大，天然針葉林和針闊混交林是此區(qū)域相對主要的植被類型。游憩展示區(qū)三種植被類型的MSI均較小，表明該區(qū)域景觀被分割成形狀簡單的小斑塊，植被受到較大程度的人為影響。（4）傳統(tǒng)利用區(qū)中天然針葉林的PD均較大，破碎化程度較大，常綠闊葉林和針闊混交林的PD均較小，常綠闊葉林的MPS和LPI較大，是傳統(tǒng)利用區(qū)中的優(yōu)勢景觀類型。

表4 錢江源國家公園不同分區(qū)重要森林類型的景觀格局指數(shù)Table 4 Landscape pattern index of main forest types in different functional zones of Qianjiangyuan National Park

3 結(jié)論與討論

國家公園的建設有利于保護我國大面積的自然生態(tài)系統(tǒng)，實現(xiàn)自然資源的科學保護與合理利用，保持中亞熱帶低海拔常綠闊葉林自然生態(tài)系統(tǒng)的完整性和原真性是錢江源國家公園的首要功能[9,18]。本文應用景觀生態(tài)學的原理，選取表征景觀破碎化、人為干擾程度和景觀連接程度的景觀格局指數(shù)對錢江源國家公園的景觀生態(tài)特征進行定量化研究，從景觀尺度分析其生態(tài)系統(tǒng)的完整性和原真性。結(jié)果表明，錢江源國家公園自然生態(tài)系統(tǒng)總體保持較好的完整性和原真性，各功能區(qū)的破碎化和人為干擾程度由大到小表現(xiàn)為：游憩展示區(qū)＞傳統(tǒng)利用區(qū)＞生態(tài)保育區(qū)＞核心保護區(qū)，與國家公園功能區(qū)的特點以及保護與利用要求基本一致。

核心保護區(qū)和生態(tài)保育區(qū)內(nèi)低海拔地區(qū)分布著大面積原始常綠闊葉林，斑塊面積大、景觀破碎化程度低，受到較小的人為干擾和破壞。該區(qū)域常綠闊葉林是典型的甜櫧Castanopsis eyrie-木荷Schima superba林，群落垂直結(jié)構(gòu)復雜，包括冠層、亞冠層、灌木層、草本層，生物多樣性高，稀有種豐富，生境異質(zhì)性高，是國家一級保護動物黑麂Muntiacus crinifrons棲息地集中分布的區(qū)域[25-26]。錢江源國家公園常綠闊葉林分布區(qū)包含了常綠闊葉林全部物理環(huán)境要素、完整的生境和動植物相互作用關系，能維持種群生存繁衍、生態(tài)功能穩(wěn)定和生態(tài)系統(tǒng)健康，整體保持較好的完整性和原真性。核心保護區(qū)內(nèi)仍有部分非林地（居住地）分布，不符合該區(qū)域零人為干擾的原則，應通過搬遷等措施盡量消除人類活動的影響。生態(tài)保育區(qū)是次生常綠闊葉林的最大分布區(qū)，同時也是人工種植的純杉木林的主要分布區(qū)之一，表明生態(tài)保育區(qū)內(nèi)部分植被的原真性遭到破壞，原始林被次生林和人工林代替，生態(tài)保育區(qū)是核心保護區(qū)的屏障，應作為國家公園的重點保護和恢復區(qū)域，在維持原生生境的同時實現(xiàn)已遭到不同程度破壞區(qū)域的自然恢復或人工干擾修復。傳統(tǒng)利用區(qū)和游憩展示區(qū)是自然資源利用程度相對較高的區(qū)域，組成斑塊面積小、破碎化程度較高，受人為活動影響較大，傳統(tǒng)利用區(qū)在保護生態(tài)環(huán)境的前提下發(fā)展農(nóng)林經(jīng)濟，該區(qū)內(nèi)無原始常綠闊葉林，取而代之的部分次生常綠闊葉林和大面積人工種植的純杉木林等經(jīng)濟林木，植被的原真性破壞較嚴重，游憩展示區(qū)主要承擔國家公園的生態(tài)旅游功能，是人類活動強度最大的功能區(qū)，也是破碎化程度最高、植被覆蓋率最低的區(qū)域，自然生態(tài)系統(tǒng)的完整性和原真性破壞相對其他功能區(qū)較嚴重。

錢江源國家公園四個功能區(qū)的蔓延度指數(shù)均較低，表明該國家公園整體景觀連通性較低，同種類型的斑塊之間聯(lián)系不足。連通性反映景觀元素在空間結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系，并通過影響生態(tài)系統(tǒng)過程的進行和功能的發(fā)揮影響生態(tài)系統(tǒng)完整性以及生物多樣性的維持[27-28]。因此，國家公園的管理應致力于提高景觀連通性，促進大面積次生林演替，促進人工林向天然林轉(zhuǎn)變，提高生態(tài)系統(tǒng)的完整性。