李 云,崔曉偉*,陶江坤,劉志偉,邵 飛,張文昌,鄭 敏,王富海

（1.國(guó)家林業(yè)和草原局國(guó)家公園規(guī)劃研究中心,云南昆明650031;2.國(guó)家林業(yè)和草原局昆明勘察設(shè)計(jì)院,云南昆明650031;3.山東省林業(yè)保護(hù)和發(fā)展服務(wù)中心，山東濟(jì)南250014;4.山東泰和規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司,山東威海264209;5.同圓設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，山東濟(jì)南250014;6.濟(jì)南新綠豪設(shè)計(jì)有限公司,山東濟(jì)南250000）

我國(guó)自然保護(hù)地經(jīng)過60 多年的建設(shè)和管理，通過設(shè)立數(shù)量眾多、類型豐富、功能多樣的各類自然保護(hù)地，形成了以自然保護(hù)區(qū)為主體的自然保護(hù)地體系，對(duì)我國(guó)生物多樣性保護(hù)、自然遺產(chǎn)保存、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善以及維護(hù)國(guó)家生態(tài)安全方面發(fā)揮了至關(guān)重要作用[1-3]。但早期很多自然保護(hù)地的邊界劃定技術(shù)水平有限，加上經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷發(fā)展，導(dǎo)致很多城鎮(zhèn)建成區(qū)、村莊、永久基本農(nóng)田、礦業(yè)權(quán)甚至是城市開發(fā)區(qū)被劃入自然保護(hù)地，帶來大量的歷史遺留問題，造成部分地區(qū)生態(tài)保護(hù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展矛盾突出[4-5]。因此，根據(jù)2020年3月自然資源部國(guó)家林業(yè)和草原局聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于做好自然保護(hù)區(qū)范圍及功能分區(qū)優(yōu)化調(diào)整前期有關(guān)工作的函》（以下簡(jiǎn)稱“71 號(hào)函”）相關(guān)要求，開展自然保護(hù)地整合優(yōu)化工作，通過調(diào)整自然保護(hù)地的邊界范圍，重新劃定生態(tài)空間、生產(chǎn)空間和生活空間的范圍，將保護(hù)地價(jià)值低、對(duì)生態(tài)系統(tǒng)功能影響不大、人類活動(dòng)頻繁以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要的區(qū)域調(diào)出保護(hù)地，實(shí)現(xiàn)生態(tài)保護(hù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展目標(biāo)。

景觀格局指大小和形狀不同的景觀組分在空間上的排列組合，是各種自然因素和人為活動(dòng)在不同時(shí)空尺度上綜合作用的最終結(jié)果[6]。自然保護(hù)地整合優(yōu)化為解決歷史遺留問題，對(duì)原有自然保護(hù)地邊界范圍進(jìn)行調(diào)整導(dǎo)致保護(hù)地內(nèi)土地利用變化，土地利用變化則直接或間接地改變著景觀生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，進(jìn)而影響地表各種景觀過程[7-8]。通過對(duì)土地利用變化分析自然保護(hù)地景觀格局變化情況，有利于發(fā)現(xiàn)自然保護(hù)地景觀多樣化、聚集度、破碎度的時(shí)空變化情況[9]；同時(shí)，利用景觀格局指數(shù)還能衡量人類干擾強(qiáng)度，構(gòu)建人類干擾強(qiáng)度與生境質(zhì)量的時(shí)空變化關(guān)系[10]；此外，采用景觀格局指數(shù)和空間近鄰效應(yīng)評(píng)估技術(shù)相結(jié)合的方法，定量分析自然保護(hù)區(qū)的空間近鄰效應(yīng)變化趨勢(shì)[11]。近年來，有學(xué)者將景觀格局指數(shù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展指數(shù)構(gòu)建關(guān)系模型，定量化探討區(qū)域景觀格局變化的驅(qū)動(dòng)力。我國(guó)現(xiàn)有關(guān)于自然保護(hù)地景觀格局變化分析的研究都是基于長(zhǎng)時(shí)間土地利用變化為基礎(chǔ)的景觀格局變化分析，而在同一時(shí)期內(nèi)，對(duì)自然保護(hù)地內(nèi)矛盾沖突問題解決后造成的景觀格局變化的研究尚未開展。因此，本研究以山東省自然保護(hù)地整合優(yōu)化封庫(kù)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用2020年土地利用現(xiàn)狀為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過GIS疊置功能和Fragstats 4.1 景觀分析方法，對(duì)比分析全省自然保護(hù)地整合優(yōu)化前后景觀格局變化特征，構(gòu)建景觀格局指數(shù)與矛盾沖突問題的相關(guān)性模型，探討矛盾沖突問題調(diào)整對(duì)自然保護(hù)地景觀格局變化的貢獻(xiàn)率，以期為自然保護(hù)地建設(shè)管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

山東省地處黃河下游，是我國(guó)東部沿海省份之一，位于東經(jīng)114°36′-122°43′、北緯34°25′-38°23′之間，全省平均海拔57 m，氣候?qū)倥瘻貛Ъ撅L(fēng)氣候類型。降水集中，雨熱同季，春秋短暫，冬夏較長(zhǎng)。年平均氣溫11℃-14℃，全省氣溫地區(qū)差異東西大于南北。整合優(yōu)化前，山東省自然保護(hù)地共計(jì)488 個(gè)，凈占地面積166.42 萬hm2，自然保護(hù)地內(nèi)涉及城鎮(zhèn)建成區(qū)總面積3.68 萬hm2，永久基本農(nóng)田14.21 萬hm2，人工集體商品林總面積11.10 萬hm2，開發(fā)區(qū)總面積3.77 萬hm2，村莊總面積1.81 萬hm2，礦業(yè)權(quán)總面積78.91 萬hm2，生態(tài)保護(hù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展矛盾問題突出；整合優(yōu)化后，解決了全省自然保護(hù)地內(nèi)70.65%的城鎮(zhèn)建成區(qū)、95.00%的永久基本農(nóng)田、81.79%集體人工商品林、10.95%的礦業(yè)權(quán)和61.27%的開發(fā)區(qū)和91.77%的村莊等現(xiàn)實(shí)沖突問題，有利于促進(jìn)生態(tài)保護(hù)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展，但其自然保護(hù)地內(nèi)景觀格局變化情況尚待進(jìn)一步研究。

1.2 景觀格局指數(shù)選取

景觀格局指數(shù)是對(duì)景觀格局組成、分布破碎化程度的定量表現(xiàn)，是研究景觀格局動(dòng)態(tài)變化的重要參考之一。本研究從類型和景觀2 個(gè)層面選取景觀格局指數(shù)，描述景觀的連續(xù)性，景觀生態(tài)學(xué)中的景觀面積度量指標(biāo)、景觀形狀度量指標(biāo)、景觀聚集度量指標(biāo)和景觀多樣性度量等指標(biāo)研究山東省自然保護(hù)地整合優(yōu)化前后的動(dòng)態(tài)變化情況。本研究分別從類型和景觀2個(gè)水平上選擇景觀破碎度（patch density，PD）、景觀斑塊類型比（percentage of landscape，PLAND）、最大斑塊類型指數(shù)（largest patch index，LPI）、斑塊平均面積（mean patch space，MPS）、蔓延度指數(shù)（contagion index，CONTAG）、聚集度（aggregation index，AI）、景觀形狀指數(shù)（landscape shape index，LSI）、散布與并列指數(shù)（interspersion juxtaposition index，IJI）香農(nóng)多樣性指數(shù)（shannon′s diversity index，SHDI）等9 個(gè)指標(biāo)，各指數(shù)的計(jì)算公式和生態(tài)學(xué)意義參見文獻(xiàn)[8,12]。

1.3 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)預(yù)處理

本研究以山東省2019-2020年Landsat 8 OLI遙感影像為主要數(shù)據(jù)源，分辨率均為30 m，為保障數(shù)據(jù)質(zhì)量，下載使用云量在5%以內(nèi)的影像，數(shù)據(jù)下載自https://glovis.usgs.gov/。根據(jù)《第三次全國(guó)土地調(diào)查土地分類》的相關(guān)要求，為便于統(tǒng)計(jì)和計(jì)算景觀格局指數(shù)，本研究在12 個(gè)一級(jí)分類基礎(chǔ)上按照土地利用類型的相似性，將土地利用類型劃分為農(nóng)用地、林地、草地、建設(shè)用地、水利及水利設(shè)施用地以及其他用地等6 大類，在Ecognition 8.0 軟件分類的基礎(chǔ)上，根據(jù)“國(guó)土三調(diào)”的成果作為精度驗(yàn)證依據(jù)，如果精度較低，則重新調(diào)整分類規(guī)則和指標(biāo)閾值，直至滿足要求，通過Fragstats 4.1 軟件計(jì)算各景觀格局指數(shù)。在獲取景觀格局指數(shù)后，借鑒區(qū)域土地利用變化類型生態(tài)貢獻(xiàn)率的統(tǒng)計(jì)方法[13-15]，分析景觀格局指數(shù)與矛盾沖突數(shù)據(jù)（包括城鎮(zhèn)建成區(qū)、永久基本農(nóng)田、人工集體商品林、礦業(yè)權(quán)、開發(fā)區(qū)和村莊等）的關(guān)系，定量化分析自然保護(hù)地景觀格局變化的主要驅(qū)動(dòng)因子。貢獻(xiàn)率的具體計(jì)算公式如下：

CI=[(Lt+1-Lt)/Lt]*(Ci/Ta)

式中CI 為貢獻(xiàn)率，Lt代表整合優(yōu)化前景觀格局指數(shù)，Lt+1代表整合優(yōu)化后景觀格局指數(shù)，Ci為整合優(yōu)化前第i 種矛盾沖突的面積變化值，Ta為整合優(yōu)化前后矛盾沖突變化總面積。

2 結(jié)果與分析

2.1 景觀類型水平分析

景觀類型水平的指數(shù)變化情況反映了各景觀類型的空間分布特征，自然保護(hù)地整合優(yōu)化前后景觀類型變化，可反映出自然保護(hù)地整合優(yōu)化對(duì)自然資源的空間組合情況。結(jié)果表明，山東省自然保護(hù)地整合優(yōu)化后，從景觀類型面積上來看，景觀斑塊類型比 （PLAND）除水域及水利設(shè)施增加外（19.66%），其他類型都降低，尤其是農(nóng)用地（-71.65%）和建設(shè)用地（60.95%）下降最顯著；最大斑塊類型指數(shù)（LPI）顯示農(nóng)用地（80.33%）和建設(shè)用地（39.14%）顯著降低，水域及水利設(shè)施用地顯著增加（69.34%）；平均斑塊（MPS）結(jié)果顯示農(nóng)用地（-57.14%）和建設(shè)用地（-10.41%）降低外，其他類型均增加，其中水域及水利設(shè)施和林地增幅最大，分別增加203.99%和130.42%；從景觀類型的形狀和空間分別破碎度情況來看，景觀形狀指數(shù)（LSI）均呈下降趨勢(shì)，其中建設(shè)用地（47.53%）、水域及水利設(shè)施 （32.26%）和農(nóng)用地 （31.35%）和林地（26.48%）變化相對(duì)較大；所有景觀類型空間分布上破碎度（PD）都顯著降低，其中水域及水利設(shè)施用地和林地均顯示降低，分別降低60.64%和57.34%；空間聚集度（AI）除農(nóng)用地（-9.64%）外，其他景觀類型均有小幅增加，但各類的散布與并列指數(shù)（IJI）顯示林地（11.13%）和水域及水利設(shè)施用地（6.37%）有增加外，其他各類型的連接度都降低（見表1）。

表1 景觀類型水平指數(shù)變化特征

2.2 景觀格局水平分析

景觀格局水平指數(shù)主要反映景觀總體時(shí)空分布特征，本研究通過對(duì)比景觀破碎度（PD）、景觀最大斑塊類型指數(shù)（LPI）、景觀形狀指數(shù)（LSI）、蔓延度指數(shù)（CONTAG）、散布與并列指數(shù)（IJI）、聚集度（AI）和香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI）等指數(shù)變化特征，分析山東省自然保護(hù)地整合優(yōu)化前后的景觀變化情況。結(jié)果表明，自然保護(hù)地整合優(yōu)化后，全省自然保護(hù)地景觀格局的破碎度顯著降低，從7.97 下降到3.99，降低49.93%；景觀最大斑塊類型指數(shù)（LPI）顯著增加，從11.10 上升到18.79，增幅69.34%；景觀的空間連通度指數(shù)蔓延度指數(shù)（CONTAG）、散布與并列指數(shù)（IJI）均增加，分別增加22.71%和2.94%，同時(shí)景觀斑塊的空間聚集度 （AI）也從89.46 增加到93.71，增幅4.75%。然而，自然保護(hù)地的景觀形狀指數(shù)（LSI）顯著降低，從158.84 降低到111.78，降幅29.62%，同時(shí)香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI）也顯著降低，從1.16 降為0.88，降幅為24.06%（見表2）。

表2 景觀格局水平指數(shù)變化特征

2.3 景觀格局變化驅(qū)動(dòng)力分析

整合優(yōu)化前后景觀格局指數(shù)的變化反應(yīng)了自然保護(hù)地整合優(yōu)化后區(qū)域景觀的變化情況，不同矛盾沖突區(qū)域的調(diào)整對(duì)景觀的影響各異（表3）。景觀格局指數(shù)的變化主要受到永久基本農(nóng)田、人工集體商品林和礦業(yè)權(quán)的調(diào)整影響較大。具體指數(shù)來說，3類矛盾對(duì)景觀破碎度 （PD）變化的貢獻(xiàn)率分別為0.18、0.12 和0.11；景觀最大斑塊類型指數(shù)（LPI）變化的貢獻(xiàn)率分別為0.25、0.17 和0.16； 景觀形狀指數(shù)（LSI）變化的貢獻(xiàn)率分別為0.11、0.07 和0.07；蔓延度指數(shù)（CONTAG）變化的貢獻(xiàn)率為0.08、0.05 和0.05；散布與并列指數(shù)（IJI）變化貢獻(xiàn)率都是0.01；空間聚集度 （AI）的變化貢獻(xiàn)率為0.02、0.01 和0.01；香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI）變化的貢獻(xiàn)率分別為0.09、0.06 和0.06。其他3 類矛盾問題 （城鎮(zhèn)建成區(qū)、開發(fā)區(qū)和村莊）調(diào)整對(duì)景觀格局指數(shù)的影響相對(duì)較小。

表3 矛盾沖突面積對(duì)景觀格局變化貢獻(xiàn)率

3 討論

在自然保護(hù)地整合優(yōu)化過程中，解決歷史遺留問題及矛盾沖突是造成自然保護(hù)地內(nèi)土地利用變化的主要因素，土地利用類型的變化直接改變了景觀生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，進(jìn)而將影響自然保護(hù)地的景觀過程[12]。山東省自然保護(hù)地整合優(yōu)化工作一方面滿足 《關(guān)于在國(guó)土空間規(guī)劃中統(tǒng)籌劃定落實(shí)三條控制線的指導(dǎo)意見》（以下簡(jiǎn)稱 “指導(dǎo)意見”）的管控要求[16]，另一方面，也是緩解生態(tài)保護(hù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展矛盾問題和解決歷史遺留問題的需求。

根據(jù)“指導(dǎo)意見”基本原則中“科學(xué)劃定落實(shí)三條控制線，做到不交叉不重疊不沖突”的要求[16]，將山東省自然保護(hù)地與城鎮(zhèn)建成區(qū)、永久基本農(nóng)田等進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。山東省自然保護(hù)地整合優(yōu)化前后永久基本農(nóng)田面積變化約13 萬hm2，變化率為94.98%，自然保護(hù)地內(nèi)城鎮(zhèn)建成區(qū)調(diào)出2 萬多hm2，變化率70.42%。基本解決了自然保護(hù)地的生態(tài)保護(hù)紅線與永久基本農(nóng)田、城鎮(zhèn)建成區(qū)重疊問題；同時(shí)，從面積統(tǒng)計(jì)來看，永久基本農(nóng)田調(diào)出和因調(diào)整永久基本農(nóng)田導(dǎo)致的破碎化圖斑面積顯著大于城鎮(zhèn)建成區(qū)，因此也說明了永久基本農(nóng)田調(diào)整對(duì)自然保護(hù)地景觀格局變化貢獻(xiàn)率（0.18）顯著高于城鎮(zhèn)建成區(qū)（0.03）的貢獻(xiàn)率。

山東省自然保護(hù)地內(nèi)各類矛盾沖突問題中，影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要矛盾問題主要是人工集體商品林和礦業(yè)權(quán)，其中人工集體商品林和礦業(yè)權(quán)用地分別調(diào)出9 萬和8 萬多hm2，但人工集體商品林和礦業(yè)權(quán)調(diào)出面積的占比差異較大，分別為81.81%和10.49%。人工集體商品林和礦業(yè)權(quán)的調(diào)整對(duì)區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有促進(jìn)作用，有效緩解全省生態(tài)保護(hù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的矛盾沖突問題的同時(shí)，也對(duì)自然保護(hù)地景觀格局產(chǎn)生了較大影響，兩類矛盾調(diào)整對(duì)山東省自然保護(hù)地景觀格局變化的貢獻(xiàn)率分別為0.12 和0.11，說明影響自然保護(hù)地景觀格局變化的主要因素是人工集體商品林和礦業(yè)權(quán)調(diào)出面積的占比，而對(duì)原有矛盾問題變化率沒有顯著關(guān)系。

除了以上矛盾沖突外，自然保護(hù)地內(nèi)的開發(fā)區(qū)和村莊是其他歷史遺留問題，但是開發(fā)區(qū)僅存在部分自然保護(hù)地內(nèi)，其調(diào)整對(duì)自然保護(hù)地內(nèi)景觀格局和景觀指數(shù)變化貢獻(xiàn)率較小，對(duì)全省自然保護(hù)地景觀格局影響不明顯；村莊調(diào)出的面積雖然相對(duì)其他矛盾問題較小，但其對(duì)自然保護(hù)地景觀的破碎度影響（0.03）與城鎮(zhèn)建成區(qū)（0.03）和開發(fā)區(qū)（0.03）相當(dāng)，主要因?yàn)榇迩f相對(duì)城鎮(zhèn)建成區(qū)和開發(fā)區(qū)在自然保護(hù)地內(nèi)的分布更為分散，調(diào)出面積雖然不多但斑塊數(shù)量較多，進(jìn)而造成其對(duì)景觀破碎度影響較大的結(jié)果。

4 結(jié)論

山東省自然保護(hù)地矛盾沖突問題的調(diào)整是造成自然保護(hù)地景觀格局變化的重要驅(qū)動(dòng)因素。從景觀類型上看，由于永久基本農(nóng)田的調(diào)整，導(dǎo)致自然保護(hù)地內(nèi)農(nóng)用地的斑塊面積、空間連接度等顯著降低，但其景觀破碎度也降低；城鎮(zhèn)建成區(qū)、開發(fā)區(qū)、村莊等矛盾的調(diào)整，使自然保護(hù)地內(nèi)建設(shè)用地破碎度和連接度降低，但聚集度卻增加；人工集體商品林調(diào)整后，林地景觀類型破碎度降低，但最大斑塊面積及空間連通性和聚集度均增加；礦業(yè)權(quán)分布在林地、草地以及灘涂等區(qū)域，礦業(yè)權(quán)調(diào)整對(duì)景觀類型的是綜合性的，從單一的景觀類型角度沒有顯著的影響。景觀格局水平結(jié)果顯示，景觀格局的變化主要與各類矛盾沖突問題調(diào)出面積有關(guān)，調(diào)出面積較大的矛盾沖突對(duì)景觀格局變化的貢獻(xiàn)率則越大，村莊由于其零散分布的特征，調(diào)整面積雖然較小，但對(duì)景觀格局破碎度的貢獻(xiàn)率與城鎮(zhèn)建成區(qū)和開發(fā)區(qū)基本一致。研究結(jié)果表明，自然保護(hù)地內(nèi)的永久基本農(nóng)田、人工集體商品林和礦業(yè)權(quán)的調(diào)整是導(dǎo)致景觀格局變化的主要驅(qū)動(dòng)因素。