陳繼龍，劉 洋，閔慶文，楊 倫，劉某承，張文林，劉榮高

(1.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3.寬城滿(mǎn)族自治縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，河北 寬城 067600)

農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)是農(nóng)村與其所處環(huán)境長(zhǎng)期協(xié)同進(jìn)化和動(dòng)態(tài)適應(yīng)下所形成的獨(dú)特的土地利用系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)景觀(guān)，這種系統(tǒng)與景觀(guān)具有豐富的生物多樣性, 可以滿(mǎn)足當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)與文化發(fā)展的需要, 有利于促進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展[1-3]。農(nóng)業(yè)景觀(guān)是農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)的重要組成部分，承載了遺產(chǎn)地糧食生產(chǎn)功能，并提供了多樣化的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)以及滿(mǎn)足當(dāng)?shù)鼐用竦纳钚枨骩4-5]。研究農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)的景觀(guān)特征和演變，能夠加深對(duì)遺產(chǎn)地各景觀(guān)要素的空間結(jié)構(gòu)和時(shí)間演化的理解，有助于農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)的保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展[6]。

農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)景觀(guān)研究主要從景觀(guān)資源現(xiàn)狀調(diào)查及稟賦評(píng)價(jià)[7]和景觀(guān)生態(tài)格局分析[8]兩個(gè)方面進(jìn)行。景觀(guān)資源現(xiàn)狀調(diào)查及稟賦評(píng)價(jià)通過(guò)文獻(xiàn)綜述、實(shí)地調(diào)研、政策資料審查等方式，從自然科學(xué)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、歷史文化角度研究農(nóng)業(yè)景觀(guān)的資源狀況，包括植物生產(chǎn)力、土壤肥力、微量氣體排放、生物多樣性、土地質(zhì)量等，并研究其歷史文化價(jià)值、保護(hù)與發(fā)展等[9-12]。景觀(guān)生態(tài)格局分析采用遙感、地理信息系統(tǒng)、景觀(guān)生態(tài)學(xué)等多種技術(shù)方法，重點(diǎn)關(guān)注農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)景觀(guān)的景觀(guān)結(jié)構(gòu)、演變特征及其影響因素和效應(yīng)[13-14]。例如胡偉芳等[15]使用國(guó)土資源調(diào)查土地利用數(shù)據(jù)結(jié)合景觀(guān)生態(tài)原理和方法,刻畫(huà)了聯(lián)合梯田的景觀(guān)空間格局和資源現(xiàn)狀。WEI等[16]利用多年Landsat衛(wèi)星影像分析了慶元香菇文化系統(tǒng)的景觀(guān)現(xiàn)狀、結(jié)構(gòu)、特征以及景觀(guān)類(lèi)型演變規(guī)律及驅(qū)動(dòng)要素。也有學(xué)者通過(guò)利用時(shí)間序列遙感數(shù)據(jù)和高分辨率土地利用數(shù)據(jù)模擬不同情景下景觀(guān)變化的生態(tài)效應(yīng)和農(nóng)業(yè)土地管理模式[17]。然而，這些研究多從土地利用或景觀(guān)格局指數(shù)的角度出發(fā)開(kāi)展景觀(guān)現(xiàn)狀研究，較少關(guān)注景觀(guān)要素變化對(duì)區(qū)域植被整體狀況的影響[18]。衛(wèi)星遙感能夠獲取地表大范圍長(zhǎng)時(shí)間序列的動(dòng)態(tài)觀(guān)測(cè), 是景觀(guān)狀況和地表動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的重要手段[19]，為研究農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)系統(tǒng)的景觀(guān)格局及其特征、景觀(guān)要素變化及其對(duì)區(qū)域植被整體狀況的貢獻(xiàn)提供了可能。

河北省寬城滿(mǎn)族自治縣板栗(Castaneamollissima)栽培歷史悠久，據(jù)考證至今已有3 000多 a[20]。寬城居民利用當(dāng)?shù)靥赜械淖匀画h(huán)境和悠久的栽培歷史，不斷完善板栗栽培技術(shù)體系，在板栗生產(chǎn)加工的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了板栗的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)和水土資源保護(hù)，形成了以板栗栽培為核心，以森林為主體，林下產(chǎn)業(yè)、板栗文化和地方民俗等特色綜合發(fā)展的農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)系統(tǒng)。全縣百年以上樹(shù)齡的板栗樹(shù)達(dá)到10萬(wàn)余株，現(xiàn)存最老的板栗樹(shù)樹(shù)齡達(dá)700余a, 被稱(chēng)為“中國(guó)板栗之王”[21]。當(dāng)?shù)匕謇跗焚|(zhì)優(yōu)良，有著“東方之珠”的稱(chēng)號(hào)[22]。2014年河北寬城傳統(tǒng)板栗栽培系統(tǒng)入選中國(guó)重要農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)，2019年入選全球重要農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)系統(tǒng)候選名錄[23]。

該文綜合采用Landsat土地利用分類(lèi)結(jié)果、MODIS衛(wèi)星數(shù)據(jù)、林業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù)，分析了河北寬城傳統(tǒng)板栗栽培系統(tǒng)遺產(chǎn)地的景觀(guān)分布現(xiàn)狀、結(jié)構(gòu)及其特征，研究了遺產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)板栗林景觀(guān)的演變特征及其對(duì)森林覆蓋和區(qū)域植被綠度的貢獻(xiàn)，可為寬城傳統(tǒng)板栗栽培系統(tǒng)的保護(hù)、傳承和可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

河北寬城傳統(tǒng)板栗栽培系統(tǒng)遺產(chǎn)地(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“遺產(chǎn)地”)位于河北省東北部(圖1)，在北緯40°17′～40°45′，東經(jīng)118°10′～118°50′之間，涵蓋寬城滿(mǎn)族自治縣西部的碾子峪鎮(zhèn)、松嶺鎮(zhèn)、鏵尖鄉(xiāng)、桲羅臺(tái)鎮(zhèn)、寬城鎮(zhèn)和塌山鄉(xiāng)6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，總面積547.22 km2，人口17.78萬(wàn)。該地隸屬于燕山山脈東南段，主要為山地地貌，包括中山、低山、河谷等類(lèi)型，海拔介于114～1 250 m，坡度最大達(dá)60.48°。遺產(chǎn)地為暖溫帶半干旱半濕潤(rùn)季風(fēng)性氣候區(qū)，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，年平均氣溫9.4 ℃，全年高于10 ℃ 的積溫3 600 ℃，年均降水量618 mm。

圖1 寬城傳統(tǒng)板栗栽培系統(tǒng)地理位置和高程

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

1.2.1土地利用數(shù)據(jù)

采用基于Landsat 8的寬城土地利用分類(lèi)結(jié)果分析遺產(chǎn)地的景觀(guān)分布與格局[19]。該數(shù)據(jù)空間分辨率為30 m，時(shí)間為2018年，包含了板栗林、落葉林(不包含板栗林)、常綠林、農(nóng)田、建設(shè)用地和水域6種景觀(guān)類(lèi)型。采用MODIS季節(jié)序列光譜觀(guān)測(cè)選擇板栗林分類(lèi)的關(guān)鍵物候期，并基于對(duì)應(yīng)時(shí)期的Landsat影像提取了板栗林與其他地類(lèi)高區(qū)分度分類(lèi)特征，包括1、6和9月的Landsat藍(lán)(Blue)、綠(Green)、紅(Red)、近紅外(NIR)和短波紅外(SWIR1)波段反射率以及比值短波紅外指數(shù)(RSI)、歸一化差值植被指數(shù)(NDVI)、歸一化差異指數(shù)(NDI)、歸一化水體指數(shù)(NDWI)和比值植被指數(shù)(RVI)。通過(guò)目視解譯Google Earth亞米級(jí)高分辨率影像和實(shí)地調(diào)研共選取寬城縣6種景觀(guān)類(lèi)型的典型樣本14 237個(gè)，隨機(jī)選取10 982個(gè)樣本用于訓(xùn)練支持向量機(jī)分類(lèi)器并完成分類(lèi)，剩余的 3 255個(gè)像元作為獨(dú)立驗(yàn)證樣本用于分類(lèi)精度驗(yàn)證。相對(duì)于驗(yàn)證樣本，該數(shù)據(jù)板栗林的制圖精度和用戶(hù)精度分別為89.90%和89.71%，總體精度達(dá)94.75%，Kappa系數(shù)為0.94(表1)。與2018年寬城林業(yè)局板栗林面積統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相比，精度可達(dá)93.45%。

表1 2018年寬城不同景觀(guān)類(lèi)型遙感分類(lèi)精度

1.2.2森林覆蓋度及植被指數(shù)數(shù)據(jù)

采用2000—2020年的森林覆蓋度和歸一化差值植被指數(shù)(normalized difference vegetation index, NDVI)分析遺產(chǎn)地森林覆蓋及植被綠度變化。森林覆蓋度數(shù)據(jù)是基于MODIS地表反射率自主生成的全球森林覆蓋度數(shù)據(jù)集(GLOBMAP Fractional Tree Cover)[24]，覆蓋全球2000—2020年，時(shí)空分辨率為250 m·a-1。該數(shù)據(jù)根據(jù)木本植被和禾本植被光譜季節(jié)曲線(xiàn)的形狀差別，基于MODIS時(shí)間序列地表反射率提取了9個(gè)高區(qū)分度特征。采用全球25～30 m分辨率的森林覆蓋產(chǎn)品GlobeLand 30和PALSAR FNF生成250 m亞像元訓(xùn)練樣本并訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，然后將訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于MODIS地表反射率生成全球森林覆蓋度產(chǎn)品。與1 140個(gè)Google Earth高分辨率影像目視解譯結(jié)果驗(yàn)證，R2為0.93，RMSE和MAE分別為11.78% 和7.39%。另外，基于MODIS地表反射率數(shù)據(jù)生成了2000—2020年每8 d 500 m分辨率的NDVI數(shù)據(jù)，進(jìn)行了精確的云檢測(cè)和時(shí)間序列插值，數(shù)據(jù)時(shí)空完整，可重建當(dāng)?shù)刂脖坏募竟?jié)和年際曲線(xiàn)。通過(guò)年最大合成獲得了每年的最大NDVI數(shù)據(jù)，來(lái)表征遺產(chǎn)地植被綠度。

1.2.3DEM數(shù)據(jù)

采用ASTER GDEM V2數(shù)字高程數(shù)據(jù)分析遺產(chǎn)地景觀(guān)要素分布的海拔和地形特征，數(shù)據(jù)空間分辨率為30 m，下載自地理空間數(shù)據(jù)云(http:∥www.gscloud.cn/)。

1.2.4統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

采用寬城林業(yè)局提供的2009和2016年2期各鄉(xiāng)鎮(zhèn)森林分樹(shù)種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析當(dāng)?shù)厣肿兓癄顩r，數(shù)據(jù)包括油松(Pinustabuliformis)、側(cè)柏(Platycladusorientalis)、華北落葉松(Larixprincipis-rupprechtii)等生態(tài)樹(shù)種和板栗、蘋(píng)果(Malusdomestica)、梨(Pyrus)等經(jīng)濟(jì)樹(shù)種2大類(lèi)型，涵蓋了遺產(chǎn)地的主要森林類(lèi)型。

1.3 研究方法

1.3.1實(shí)地調(diào)研

于2018年9月25至27日對(duì)遺產(chǎn)地進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，重點(diǎn)考察了寬城鎮(zhèn)、碾子峪鎮(zhèn)等遺產(chǎn)地代表性區(qū)域。通過(guò)野外調(diào)研、典型景觀(guān)定位、與專(zhuān)家和當(dāng)?shù)卮迕窠涣鞯确绞綄?duì)遺產(chǎn)地進(jìn)行調(diào)研，記錄了遺產(chǎn)地內(nèi)的景觀(guān)類(lèi)型、特征及結(jié)構(gòu)。當(dāng)?shù)刂饕坝^(guān)類(lèi)型包括板栗林，蒙古櫟(Quercusmongolica)、刺槐(Robiniapseudoacacia)、楊樹(shù)(Populus)、樺樹(shù)(Betula)、榆樹(shù)(Ulmuspumila)和柳樹(shù)(Salix)等其他落葉闊葉林、以油松為代表的人工針葉林、農(nóng)田、建設(shè)用地和水域6類(lèi)。各景觀(guān)類(lèi)型沿海拔規(guī)律性分布，呈現(xiàn)明顯的垂直空間結(jié)構(gòu)，在板栗林內(nèi)部形成了農(nóng)作物、藥材、菌類(lèi)、家禽等多樣化的林下復(fù)合農(nóng)業(yè)景觀(guān)。

1.3.2景觀(guān)分布及格局分析

從寬城全縣的Landsat土地利用分類(lèi)結(jié)果中提取遺產(chǎn)地內(nèi)的土地利用圖進(jìn)行景觀(guān)分布及格局分析。通過(guò)繪制分類(lèi)結(jié)果圖直觀(guān)地呈現(xiàn)板栗林、落葉林、常綠林、農(nóng)田、建設(shè)用地和水域 6大景觀(guān)要素的空間分布。統(tǒng)計(jì)不同景觀(guān)要素的面積及占比，分析優(yōu)勢(shì)景觀(guān)。結(jié)合數(shù)字高程數(shù)據(jù)分析不同景觀(guān)的空間結(jié)構(gòu)特征，并提取不同要素的海拔和坡度，定量表征景觀(guān)要素分布格局。

1.3.3景觀(guān)格局指數(shù)計(jì)算

采用景觀(guān)格局指數(shù)描述遺產(chǎn)地的景觀(guān)格局特征[25]?；贚andsat土地利用數(shù)據(jù)，利用Fragstats軟件計(jì)算遺產(chǎn)地景觀(guān)格局指數(shù)，分析各類(lèi)景觀(guān)要素的數(shù)量形狀、破碎化和規(guī)則程度以及延展趨勢(shì)等，并揭示遺產(chǎn)地板栗栽培系統(tǒng)景觀(guān)的空間特征。選取8個(gè)常用的景觀(guān)格局指數(shù)[26]，包括景觀(guān)類(lèi)型和整體景觀(guān)2個(gè)層次[27]。景觀(guān)類(lèi)型層面的有斑塊密度(PD)、斑塊破碎度指數(shù)(SPLIT)、平均斑塊面積(MPS)、景觀(guān)形狀指數(shù)(LSI)和最大斑塊面積指數(shù)(LPI)，用來(lái)表征景觀(guān)要素的破碎化、集聚程度、斑塊形狀以及優(yōu)勢(shì)景觀(guān)；整體景觀(guān)層面的有香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)、香農(nóng)均勻度指數(shù)(SHEI)和蔓延度指數(shù)(CONTAG)，分別表征景觀(guān)的異質(zhì)性、多樣性和團(tuán)聚程度。

1.3.4景觀(guān)演變分析

通過(guò)整合寬城林業(yè)局提供的2009和2016年森林分樹(shù)種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分析遺產(chǎn)地森林和板栗林2大景觀(guān)要素的面積變化。將生態(tài)樹(shù)種和經(jīng)濟(jì)樹(shù)種面積之和作為森林面積，計(jì)算板栗、蘋(píng)果、梨、山楂(Crataeguspinnatifida)等經(jīng)濟(jì)樹(shù)種總面積為果園面積，分析這8 a間遺產(chǎn)地森林和板栗林景觀(guān)的演變。并利用基于MODIS數(shù)據(jù)得到2000—2020年森林覆蓋度及NDVI數(shù)據(jù)，逐像元計(jì)算遺產(chǎn)地森林覆蓋度及植被綠度線(xiàn)性變化斜率，評(píng)估遺產(chǎn)地森林覆蓋度及植被綠度的變化特征。

2 結(jié)果與分析

2.1 景觀(guān)分布現(xiàn)狀

2018年Landsat 8遙感影像分類(lèi)結(jié)果(圖2)顯示，河北寬城傳統(tǒng)板栗栽培系統(tǒng)遺產(chǎn)地內(nèi)主要有板栗林、落葉林、常綠林、農(nóng)田、建設(shè)用地和水域6類(lèi)景觀(guān)。區(qū)內(nèi)森林資源豐富，總森林覆蓋度高達(dá)84.72%。其中以落葉林為主的森林是優(yōu)勢(shì)景觀(guān)類(lèi)型，廣泛分布于遺產(chǎn)地內(nèi)，總面積達(dá)277.57 km2，占遺產(chǎn)地總面積的50.72%。遺產(chǎn)地板栗林栽培規(guī)模大，面積達(dá)151.60 km2，分別占森林和遺產(chǎn)地總面積的32.70%和27.70%，在長(zhǎng)城沿線(xiàn)的鏵尖鄉(xiāng)、松嶺、碾子峪和桲羅臺(tái)鎮(zhèn)分布最為密集。根據(jù)實(shí)地調(diào)研，板栗林樹(shù)齡結(jié)構(gòu)配置合理，按照產(chǎn)量可分為產(chǎn)前、初產(chǎn)、盛產(chǎn)和衰產(chǎn)4種類(lèi)型，其中盛產(chǎn)板栗林占主導(dǎo)地位。遺產(chǎn)地內(nèi)常綠林分布相對(duì)板栗林和其他落葉林較少，總面積34.44 km2，占遺產(chǎn)地總面積的6.29%。常綠林以人工種植的油松為主，多分布于海拔較高的山頂和坡度較大的陰坡區(qū)域。農(nóng)田、建設(shè)用地和水域3類(lèi)非森林景觀(guān)總面積達(dá)83.62 km2，占遺產(chǎn)系統(tǒng)總面積的15.28%。建設(shè)用地是主要的非森林景觀(guān)類(lèi)型，分布在遺產(chǎn)地的中部，面積達(dá)36.56 km2，占遺產(chǎn)地總面積的6.68%，包括城鎮(zhèn)、村莊、交通用地等。農(nóng)田多沿山谷分布，面積達(dá)24.32 km2，占遺產(chǎn)區(qū)面積的4.44%，包括水田、旱地和水澆地3大類(lèi)型。遺產(chǎn)地水域較豐富，包括瀑河、灤河和長(zhǎng)河等河流、零散分布的水庫(kù)和坑塘，面積達(dá)22.74 km2，占遺產(chǎn)系統(tǒng)總面積的4.15%。

圖2 2018年遺產(chǎn)系統(tǒng)和寬城縣土地利用類(lèi)型

2.2 景觀(guān)格局及其特征

2.2.1宏觀(guān)景觀(guān)空間結(jié)構(gòu)

遺產(chǎn)地內(nèi)地勢(shì)起伏大，隨著海拔高度的變化，遺產(chǎn)系統(tǒng)沿山頂?shù)胶庸刃纬闪恕傲值?板栗林-農(nóng)田-村落-水域”依次分布的山地景觀(guān)空間結(jié)構(gòu)(圖3)。這里的“林地”指的是除板栗林之外的落葉闊葉林和常綠針葉林。山坡上部土層較薄，肥力低，水分條件差，分布著以槲樹(shù)(Quercusdentata)、蒙古櫟為主要建群種的天然次生林和人工種植的油松林，發(fā)揮水土保持及水源涵養(yǎng)作用，平均海拔分別為530.58和445.94 m，坡度分別為19.67°和18.74°(表2)。山坡的中下部土層深厚、肥沃且水分條件較好，區(qū)內(nèi)村民通過(guò)修筑石砌坎壁和土壁梯田開(kāi)發(fā)坡地空間，栽植以板栗林為主，蘋(píng)果、棗(Ziziphus)、山楂等為輔的果樹(shù)，平均海拔414.45 m，坡度11.88°，最高可至海拔大于1 100 m、坡度大于25°的區(qū)域。山下的溝谷地帶地形平坦，土壤深厚，水肥條件最好，用來(lái)種植玉米(Zeamays)、大豆(Glycinemax)、谷子(Setariaitalica)等糧食作物。同時(shí)，在溝谷修建水庫(kù)、池塘以匯集山坡來(lái)水，調(diào)蓄水流，為板栗林、農(nóng)田灌溉和生活用水提供水源。水域、村落和農(nóng)田的平均海拔分別為223.56 、343.42 和359.06 m，平均坡度分別為7.31°、7.69°和8.60°。

圖3 遺產(chǎn)系統(tǒng)宏觀(guān)空間景觀(guān)結(jié)構(gòu)

2.2.2板栗林復(fù)合農(nóng)業(yè)景觀(guān)

遺產(chǎn)地大力栽培板栗樹(shù)，逐漸形成了以板栗栽培為核心，林下作物、藥材、家禽等多樣化復(fù)合農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，為全球半干旱半濕潤(rùn)山地生態(tài)農(nóng)業(yè)景觀(guān)。主要包括4種復(fù)合農(nóng)業(yè)景觀(guān)(圖4)：(1)板栗林-農(nóng)作物間作復(fù)合景觀(guān)。林下間作的玉米、大豆、紅豆(Vignaangularis)、大蔥(Alliumfistulosum)、蘿卜(Raphanussativus)、窩瓜(Sechiumedule)等農(nóng)作物，填補(bǔ)了林下生態(tài)位，實(shí)現(xiàn)空間資源及林分環(huán)境的充分利用。(2)板栗林下菌類(lèi)養(yǎng)殖復(fù)合景觀(guān)。養(yǎng)殖栗蘑(Grifolafrondosa)等菌類(lèi)，充分利用板栗修剪下的枝條作為生長(zhǎng)的基質(zhì)，基質(zhì)利用完后又作為有機(jī)肥增加板栗林的土壤肥力。(3)板栗林下家禽飼養(yǎng)復(fù)合景觀(guān)。雞、鵝、兔等家禽以板栗林中的昆蟲(chóng)和枯枝落葉為食，其糞便也可作為有機(jī)肥培肥土壤。(4)板栗林下藥材種植復(fù)合景觀(guān)。種植黃芩(Scutellariabaicalensis)等中藥材，用來(lái)保持水土和涵養(yǎng)水源。

表2 遺產(chǎn)系統(tǒng)景觀(guān)類(lèi)型海拔和坡度分布

2.2.3景觀(guān)指數(shù)特征

實(shí)地調(diào)研和景觀(guān)指數(shù)結(jié)果(表3)顯示，板栗林栽培區(qū)域形狀復(fù)雜且栽培較為集中，景觀(guān)形狀指數(shù)最大，平均斑塊面積、最大斑塊和斑塊破碎度指數(shù)值相對(duì)其他景觀(guān)類(lèi)型居于中間水平。遺產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)落葉林分布廣泛且聚集程度高，最大斑塊指數(shù)最大，景觀(guān)破碎度指數(shù)最小，最大斑塊指數(shù)僅次于水域。常綠林和農(nóng)田2種景觀(guān)類(lèi)型呈小斑塊狀離散分布，破碎程度高，斑塊密度、景觀(guān)破碎度指數(shù)高居前2，平均斑塊面積和最大斑塊指數(shù)相反，景觀(guān)形狀指數(shù)僅次于最大的板栗林。建設(shè)用地分布較為集中且規(guī)整，斑塊密度、景觀(guān)形狀指數(shù)較小，斑塊平均面積和最大斑塊指數(shù)值居于中間。大部分水域集中分布，其他坑塘水域形狀接近正方形，斑塊密度和景觀(guān)形狀指數(shù)最小，最大斑塊指數(shù)最大。總體而言，遺產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)多種景觀(guān)要素密集，整體景觀(guān)分布較為破碎，不同景觀(guān)類(lèi)型局部連通度較好，香農(nóng)多樣性指數(shù)、香農(nóng)均勻度指數(shù)和蔓延度指數(shù)分別為1.33、0.74和43.99。

表3 遺產(chǎn)地景觀(guān)指數(shù)結(jié)果

遺產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)森林增加在空間上與板栗林分布較為吻合，主要分布在遺產(chǎn)地北部塌山鄉(xiāng)和寬城鎮(zhèn)2個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，增長(zhǎng)率超過(guò)2% ·a-1，桲羅臺(tái)鎮(zhèn)北部和鏵尖鄉(xiāng)南部的森林也有少量增加，碾子峪鎮(zhèn)和松嶺鎮(zhèn)部分區(qū)域森林有所減少(圖5)。隨著森林的增加，2000—2020年間年最大NDVI總體上也呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，增加區(qū)域零碎地分布在北部的塌山鄉(xiāng)和寬城鎮(zhèn)2個(gè)區(qū)域，指示遺產(chǎn)地在變綠。

2.3 森林景觀(guān)演變特征

GLOBMAP森林覆蓋度產(chǎn)品顯示，2000年以來(lái)遺產(chǎn)地森林覆蓋度增加明顯，林冠總面積增速達(dá)8.18 km2·a-1(P<0.01，圖5)。

圖4 板栗林下復(fù)合種植結(jié)構(gòu)

圖5 2000—2020年遺產(chǎn)地森林覆蓋度和年最大NDVI變化

寬城林業(yè)局森林分樹(shù)種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(圖6)顯示，2009—2016年遺產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)森林面積由311.91增加至367.36 km2，增加了17.78%(55.45 km2)。其中面積增加最為顯著的是板栗林，由76.13擴(kuò)張到122.31 km2，擴(kuò)大了60.66%(46.18 km2)。油松和板栗外的其他果樹(shù)面積略有下降，分別由32.95和10.47 km2縮減為30.16和7.94 km2。其他森林面積略有擴(kuò)大，由192.36增加為206.95 km2。2009—2016年板栗林增長(zhǎng)面積達(dá)到了森林增長(zhǎng)總面積的83.28%，這說(shuō)明板栗林在遺產(chǎn)地的景觀(guān)優(yōu)勢(shì)度顯著提升，并為區(qū)域植被綠度增長(zhǎng)做出了貢獻(xiàn)。

圖6 2009和2016年遺產(chǎn)地板栗林及其他森林面積變化

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

研究基于多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)和林業(yè)局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)獲得了河北寬城傳統(tǒng)板栗栽培系統(tǒng)景觀(guān)的分布和空間結(jié)構(gòu)，分析了板栗林景觀(guān)的變化及其對(duì)當(dāng)?shù)厣指采w和植被綠度變化的貢獻(xiàn)，有助于深入理解遺產(chǎn)地景觀(guān)特征及其效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，板栗栽培系統(tǒng)具有“林地-板栗林-農(nóng)田-村落-水域”依次分布的宏觀(guān)景觀(guān)結(jié)構(gòu)以及板栗林與農(nóng)作物、菌類(lèi)、家禽和藥材等多樣化的林下間作復(fù)合農(nóng)業(yè)景觀(guān)結(jié)構(gòu)，這具有明顯的生態(tài)合理性，不僅擴(kuò)展了山區(qū)有限的水土資源，也減少了板栗樹(shù)病蟲(chóng)害、培肥地力，有利于維持板栗栽培系統(tǒng)的生物學(xué)穩(wěn)定性、抵抗力穩(wěn)定性和功能穩(wěn)定性[28]。此外，板栗林景觀(guān)優(yōu)勢(shì)度持續(xù)提升，截至2018年，板栗林面積占遺產(chǎn)地面積的27.70%，在提高遺產(chǎn)系統(tǒng)森林覆蓋度中發(fā)揮著重要作用，對(duì)區(qū)域植被綠度增加具有突出貢獻(xiàn)。板栗林面積的增長(zhǎng)得益于當(dāng)?shù)卣雠_(tái)的扶持政策和技術(shù)的進(jìn)步，也與當(dāng)?shù)剡m宜的氣候和土壤環(huán)境密不可分。增加的板栗林不僅有助于提高農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入，同時(shí)增加了河北寬城傳統(tǒng)板栗栽培系統(tǒng)景觀(guān)的穩(wěn)定性。

研究采用了Landsat、MODIS衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和林業(yè)局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)。Landsat土地利用數(shù)據(jù)已被證明具有良好的分類(lèi)精度[19]，能夠合理表征遺產(chǎn)地的景觀(guān)要素分布現(xiàn)狀及其格局特征。MODIS森林覆蓋度數(shù)據(jù)和植被指數(shù)(NDVI)數(shù)據(jù)用于遺產(chǎn)地森林覆蓋變化和綠度變化分析，該數(shù)據(jù)覆蓋2000—2020年，時(shí)空完整，年際序列穩(wěn)定，能夠表征遺產(chǎn)地的植被變化[24]。林業(yè)局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為寬城縣2009和2016年2期的森林?jǐn)?shù)據(jù)，記錄了遺產(chǎn)地內(nèi)所有鄉(xiāng)鎮(zhèn)不同樹(shù)種的面積，提供了高精度、分樹(shù)種的詳細(xì)森林?jǐn)?shù)據(jù)，有助于得到遺產(chǎn)地精細(xì)的板栗林和森林變化信息。這些數(shù)據(jù)能夠從不同角度刻畫(huà)板栗栽培系統(tǒng)景觀(guān)的分布格局、結(jié)構(gòu)特征和核心景觀(guān)要素的變化及其對(duì)遺產(chǎn)地森林增長(zhǎng)和植被綠度的貢獻(xiàn)。雖然不同數(shù)據(jù)的來(lái)源、分辨率、時(shí)相不同，但各種數(shù)據(jù)相互印證，共同證實(shí)了遺產(chǎn)地板栗林和森林增長(zhǎng)的趨勢(shì)。

研究區(qū)板栗栽培系統(tǒng)為高度的人工干預(yù)景觀(guān)，不同間作模式和林齡大小會(huì)導(dǎo)致板栗林光譜特征存在差異，這增加了遙感提取的不確定性。目前僅提取了遺產(chǎn)地2018年土地利用分布數(shù)據(jù)，不同時(shí)期的分類(lèi)需要分別獲得訓(xùn)練樣本來(lái)提高精度，而早期土地利用類(lèi)型訓(xùn)練樣本的缺乏也給景觀(guān)時(shí)間序列演變研究帶來(lái)挑戰(zhàn)。另外，Landsat 30 m分辨率的遙感數(shù)據(jù)難以表征林下間作等微觀(guān)的景觀(guān)特征，使得板栗林下復(fù)合間作等景觀(guān)難以量化，未來(lái)更高時(shí)空分辨率的衛(wèi)星觀(guān)測(cè)、歷史影響高質(zhì)量處理等將有助于提高遺產(chǎn)地板栗栽培系統(tǒng)景觀(guān)的精細(xì)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，開(kāi)展實(shí)地調(diào)研將能夠更好地表征微觀(guān)景觀(guān)特征。

3.2 結(jié)論

河北寬城傳統(tǒng)板栗栽培系統(tǒng)是我國(guó)重要的農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)。基于Landsat 8遙感影像獲得的土地利用分類(lèi)數(shù)據(jù)和MODIS觀(guān)測(cè)提取的森林覆蓋度和年最大NDVI數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)地調(diào)研分析了河北寬城傳統(tǒng)板栗栽培系統(tǒng)的景觀(guān)格局及森林景觀(guān)的演變特征。主要結(jié)論如下：

(1)遺產(chǎn)地森林資源豐富，占整個(gè)遺產(chǎn)地面積的84.72%，包括板栗林、落葉林和常綠林3大景觀(guān)類(lèi)型，其中落葉林是優(yōu)勢(shì)景觀(guān)類(lèi)型(50.72%)，板栗林次之(27.70%)。農(nóng)田、建設(shè)用地和水域3種非森林景觀(guān)也是遺產(chǎn)地景觀(guān)系統(tǒng)的重要組成部分。

(2)遺產(chǎn)地沿山頂?shù)胶庸刃纬闪恕傲值?板栗林-農(nóng)田-村落-水域”依次分布的宏觀(guān)景觀(guān)空間結(jié)構(gòu)，也形成了板栗林與農(nóng)作物、菌類(lèi)、家禽和藥材等多樣化的林下復(fù)合微觀(guān)景觀(guān)結(jié)構(gòu)。

(3)六大景觀(guān)類(lèi)型分布較為破碎，局部連通度較好。板栗林景觀(guān)形狀指數(shù)最大，平均斑塊面積、最大斑塊和斑塊破碎度指數(shù)值相對(duì)其他景觀(guān)類(lèi)型居于中間水平。

(4)2000年以來(lái)遺產(chǎn)地板栗林和森林面積均顯著增長(zhǎng)，其中板栗林?jǐn)U張對(duì)森林增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)達(dá)83.28%，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域植被的持續(xù)綠化。