典型草原自然保護(hù)地景觀空間彈性GIS評(píng)價(jià)

趙方博 岳德鵬 楊曉瀟 于 強(qiáng) 蘇 凱 屈志強(qiáng)

(1.北京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院, 北京 100083； 2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院, 呼和浩特 010011)

0 引言

彈性是物體的一種特性，是指發(fā)生彈性變形后可以恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)的一種性質(zhì)(如物理學(xué)中的彈簧)。理論生態(tài)學(xué)家[1]最早將彈性引入生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性中，被定義為維持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能、反饋等不變情況下，通過(guò)調(diào)整系統(tǒng)狀態(tài)變量和驅(qū)動(dòng)變量等參數(shù)，系統(tǒng)能吸收的擾動(dòng)量[2-3]。彈性自從提出并引入生態(tài)學(xué)范疇以來(lái)，其概念得到了不斷發(fā)展。文獻(xiàn)[4]認(rèn)為，彈性是指一個(gè)系統(tǒng)在遭受擾動(dòng)時(shí)能吸收干擾和重組，并仍能保持基本相同的功能結(jié)構(gòu)、特性和反饋的能力。文獻(xiàn)[5]針對(duì)生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可持續(xù)性與彈性，認(rèn)為彈性是通過(guò)嘗試提高受到?jīng)_擊后恢復(fù)到理想狀態(tài)的能力而適應(yīng)變化，并與系統(tǒng)可持續(xù)性進(jìn)行了區(qū)分。文獻(xiàn)[6]認(rèn)為，彈性是生態(tài)系統(tǒng)在偏離平衡狀態(tài)以后恢復(fù)到初始狀態(tài)的自我調(diào)節(jié)能力?？梢哉f(shuō)，生態(tài)學(xué)的彈性是系統(tǒng)在保持關(guān)鍵閾值前提下對(duì)外在干擾的承受程度，強(qiáng)調(diào)“反抗和適應(yīng)能力”，具有恢復(fù)閾值、抵抗力等內(nèi)涵特點(diǎn)[7-8]。針對(duì)自然和人類(lèi)活動(dòng)雙重干擾下的生態(tài)保護(hù)區(qū)開(kāi)展生態(tài)系統(tǒng)彈性研究，對(duì)于了解特定生態(tài)系統(tǒng)組織、調(diào)節(jié)和自我恢復(fù)能力，深化認(rèn)識(shí)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能持久性、穩(wěn)定性具有重要意義。

作為生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性和穩(wěn)定性的重要測(cè)度指標(biāo)，對(duì)其準(zhǔn)確識(shí)別、評(píng)價(jià)和提升已成為生態(tài)保護(hù)、災(zāi)害防控、氣候變化適應(yīng)、景觀規(guī)劃等應(yīng)用領(lǐng)域研究關(guān)注的焦點(diǎn)之一，并快速成為理解自然、人類(lèi)系統(tǒng)及其相互關(guān)系的重要工具。文獻(xiàn)[9]運(yùn)用彈性思維對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)彈性進(jìn)行了概念化表達(dá)和理論分析。文獻(xiàn)[10]提出空間彈性的概念，重點(diǎn)關(guān)注生態(tài)敏感性、水質(zhì)和植被覆蓋等指標(biāo)建立彈性準(zhǔn)則，借助GIS技術(shù)對(duì)我國(guó)太湖流域城市濕地交界帶的空間彈性進(jìn)行了評(píng)價(jià)和區(qū)劃研究。文獻(xiàn)[11]綜合生態(tài)系統(tǒng)彈性強(qiáng)度系數(shù)與彈性限度因素，建立生態(tài)系統(tǒng)彈性力模型，并進(jìn)行了模型應(yīng)用和實(shí)地分析。文獻(xiàn)[12]通過(guò)利用景觀指標(biāo)和景觀變化空間模式比較，對(duì)自然保護(hù)區(qū)彈性退化進(jìn)行分析。綜合來(lái)看，有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)彈性針對(duì)特定對(duì)象、區(qū)域內(nèi)的研究成效顯著，但把生態(tài)系統(tǒng)作為一個(gè)整體，考慮不同干擾因素下的敏感性特征，并將其與景觀分布、生境連通性等空間要素結(jié)合，進(jìn)行彈性識(shí)別的研究還較少[13]。草原作為一種對(duì)氣候變化、人類(lèi)活動(dòng)較為敏感的生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型[14-15]，是自然和人文景觀融合共存的載體[16]，特別在我國(guó)北方草原區(qū)，受氣候變化、過(guò)度放牧和旅游開(kāi)發(fā)等影響，生物多樣性減少、草原退化的現(xiàn)狀令人堪憂(yōu)[17-18]。加強(qiáng)這一方面的研究，將有助于認(rèn)識(shí)草原生態(tài)系統(tǒng)脆弱性，進(jìn)一步促進(jìn)草地資源保護(hù)與合理利用。

本文以我國(guó)首個(gè)草原類(lèi)自然保護(hù)地——錫林郭勒草原國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)為對(duì)象，評(píng)價(jià)該地區(qū)景觀彈性強(qiáng)度及空間分布特征，提出植被恢復(fù)分區(qū)，從而為自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展的目標(biāo)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

錫林郭勒草原國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)位于內(nèi)蒙古高原東部，與大興安嶺西側(cè)低山丘陵接壤，總面積5 800 km2，地理坐標(biāo)為北緯43°26′～44°33′，東經(jīng)115°32′～117°12′，是我國(guó)建立的第一個(gè)草地類(lèi)自然保護(hù)區(qū)，是“國(guó)際生物圈保護(hù)區(qū)”網(wǎng)絡(luò)成員，主要保護(hù)對(duì)象為草甸草原、典型草原、沙地疏林草原和河谷濕地生態(tài)系統(tǒng)，見(jiàn)圖1、2。保護(hù)區(qū)地勢(shì)南高北低，錫林河從東向西橫穿保護(hù)區(qū)，沿岸東西綿延分布有風(fēng)積沙帶，沙丘起伏，以沙壟與新月形沙鏈波狀沙地為主。屬于溫帶半干旱區(qū)，由于受東部大興安嶺山地的影響，氣候具有由半濕潤(rùn)向半干旱地區(qū)過(guò)渡的特征，但是絕大部分為溫帶大陸性的半干旱氣候所控制，年均溫為-1～2℃，年降水量350～450 mm。保護(hù)區(qū)境內(nèi)及周?chē)饕恿饔绣a林河、浩來(lái)圖河，地帶性土壤為黑鈣土和暗栗鈣土。保護(hù)區(qū)天然植被類(lèi)型以森林、草原、濕地為主體，并有沙地疏林、灌叢、河漫灘草甸、沼澤。近年來(lái)，全盟多措并舉加強(qiáng)草原生態(tài)保護(hù)與建設(shè)，自然保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量逐漸好轉(zhuǎn)，但受氣候變化、過(guò)度開(kāi)發(fā)等不合理人類(lèi)活動(dòng)影響，退化沙化局面在一定區(qū)域內(nèi)并未得到根本性扭轉(zhuǎn)。

圖1 研究區(qū)位置圖Fig.1 Location map of research area

圖2 自然保護(hù)區(qū)功能分區(qū)圖Fig.2 Current functional zoning of nature reserves

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

數(shù)據(jù)包括：專(zhuān)題圖件(草原景觀類(lèi)型圖、植被類(lèi)型圖等)，來(lái)源于《內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒草原國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)總體規(guī)劃》圖集；DEM、Landsat8 OLI數(shù)據(jù)(2017年7月17日)，來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云(http:∥www.gscloud.cn)；氣候數(shù)據(jù)(年均降水量、年均氣溫)，來(lái)源于人地系統(tǒng)主題數(shù)據(jù)庫(kù)(http:∥www.data.ac.cn)。數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)空間校正、數(shù)據(jù)矢量化、數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)等處理過(guò)程，通過(guò)分析制圖得到研究所需的景觀類(lèi)型、坡度、高程、植被蓋度、河流洼地、人為干擾要素(道路、城鄉(xiāng)居民點(diǎn)、牧人之家等)等因子的空間分布信息(圖3～8)。數(shù)據(jù)處理軟件：ERDAS IMAGINE 9.2、ArcGIS 9.3等。

圖3 保護(hù)區(qū)草原景觀類(lèi)型Fig.3 Landscape types in research area

圖4 水土流失敏感性分布Fig.4 Sensitivity distribution of soil and water loss

圖5 氣候干濕變化敏感性分布Fig.5 Sensitivity distribution of climate dry and wet change

圖6 基于NDVI的土地沙化敏感性分布Fig.6 Sensitivity distribution of land desertification based on NDVI

圖7 洪澇災(zāi)害敏感性分布Fig.7 Sensitivity distribution of flood disasters

圖8 人類(lèi)活動(dòng)干擾強(qiáng)度分布Fig.8 Distribution of human disturbance intensity

1.3 景觀空間彈性評(píng)價(jià)方法

北方草原是我國(guó)重要生態(tài)安全屏障，結(jié)合草原分布及其防沙治沙生態(tài)服務(wù)功能特點(diǎn)，從景觀格局穩(wěn)定性、景觀空間生態(tài)敏感性、人類(lèi)活動(dòng)干擾程度3個(gè)因子刻畫(huà)景觀空間彈性(Landscape spatial resistance, LSR)，建立草原類(lèi)自然保護(hù)地景觀空間彈性概念框架。景觀空間彈性與景觀格局穩(wěn)定性成正比，與生態(tài)敏感性成反比，并與人類(lèi)活動(dòng)干擾及其影響下的生態(tài)敏感性有關(guān)，其模型可表示為

(1)

式中LSR——景觀空間彈性值，強(qiáng)度通過(guò)極差標(biāo)準(zhǔn)化法確定

LSS——景觀格局穩(wěn)定性值(Landscape pattern stability)

LES——景觀空間生態(tài)敏感性值(Landscape ecological sensitivity)

H——人為干擾因子，用人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度表示

LRC——景觀彈性調(diào)節(jié)系數(shù)，取0.01

a——干擾系數(shù)，與人類(lèi)活動(dòng)管控及與自然生態(tài)系統(tǒng)耦合作用有關(guān)，設(shè)定為0.05

0≤LSR≤100，為無(wú)量綱，數(shù)值越大，景觀空間彈性越高，景觀系統(tǒng)越穩(wěn)定。H介于0～100之間，與要素的像元敏感性值相對(duì)應(yīng)。

1.3.1景觀格局穩(wěn)定性

景觀穩(wěn)定性與內(nèi)部景觀斑塊類(lèi)型、形狀、數(shù)量及其空間連通有關(guān)[19-20]?？紤]自然保護(hù)地保護(hù)類(lèi)型和功能區(qū)劃特征，從景觀連通度、破碎度、分維度、核心區(qū)指標(biāo)4個(gè)因素刻畫(huà)景觀格局穩(wěn)定性(LSS)。結(jié)合景觀等級(jí)斑塊動(dòng)態(tài)理論及相關(guān)研究[21-22]，考慮景觀指數(shù)代表性和獨(dú)立性，景觀連通度用凝結(jié)度指數(shù)(COHESION)來(lái)表示，代表草原景觀空間聯(lián)通程度；景觀破碎度以散布與并列指數(shù)(IJI)來(lái)表示，代表草原斑塊空間分離與破碎化程度；斑塊景觀分維度用平均分維數(shù)指數(shù)(FRAC_MN)來(lái)表示，代表斑塊受干擾后的斑塊形狀的復(fù)雜性；景觀核心區(qū)指標(biāo)用最大斑塊指數(shù)(LPI)來(lái)表示，代表某種景觀類(lèi)型核心斑塊重要性。景觀格局穩(wěn)定性與景觀連通度、最大斑塊指數(shù)成正比，與破碎度、景觀分維數(shù)指數(shù)成反比，景觀格局穩(wěn)定性計(jì)算公式見(jiàn)文獻(xiàn)[20]。

FRAC_MN取值范圍為[1,2],COHESION、IJI、LPI取值范圍為[0,100]，均無(wú)量綱。理論上，景觀單元LSS介于0～100間，值越大，景觀格局穩(wěn)定性越高，景觀敏感性越低。

1.3.2景觀空間生態(tài)敏感性

綜合考慮水土流失敏感性、氣候干濕變化敏感性、土地沙化敏感性、洪澇災(zāi)害敏感性4個(gè)因子來(lái)表達(dá)景觀空間生態(tài)敏感性

(2)

式中Si——評(píng)價(jià)因子的強(qiáng)度

Wi——評(píng)價(jià)因子的權(quán)重

i——評(píng)價(jià)因子序號(hào)

考慮各因子對(duì)生態(tài)敏感性貢獻(xiàn)程度，結(jié)合相關(guān)研究和經(jīng)驗(yàn)分析，采用專(zhuān)家打分法進(jìn)行權(quán)重設(shè)定，水土流失、氣候干濕變化、土地沙化、洪澇災(zāi)害因子一級(jí)權(quán)重分別為0.20、0.30、0.35、0.15，其中水土流失因子中坡度二級(jí)權(quán)重設(shè)定0.65，高程二級(jí)權(quán)重為0.35。

(1)水土流失敏感性

地形地貌空間差異是決定水土流失過(guò)程和強(qiáng)度的重要因素。選取坡度和高程兩個(gè)指標(biāo)，按坡度、高程大小，采用中位數(shù)法將敏感性程度由弱到強(qiáng)分為5個(gè)等級(jí)，分值依次為1、2、3、4、5。

(2)氣候干濕變化敏感性

氣候干燥度是干旱預(yù)測(cè)中的關(guān)鍵參數(shù)，反映干旱成因和程度。利用溫度與降水兩個(gè)氣候因子計(jì)算de Martonne干燥度[23]，公式為

IdM=P/(T+10)

(3)

式中P——多年平均降水量，mm

T——多年平均氣溫，℃

IdM——?dú)夂蚋稍锒?/p>

降水量和溫度均采用多年降水量(1961—2000年)、溫度柵格數(shù)據(jù)(1961—1998年)。采用中位數(shù)法對(duì)氣候變化敏感性進(jìn)行分級(jí)，劃分為5個(gè)等級(jí)，分值同上。

(3)土地沙化敏感性

采用修正型土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)(MSAVI)確定草原沙化土地等級(jí)[24]。該指數(shù)是由遙感信息推算而獲得的反映地表植被分布的定量值，同步減弱大氣、土壤背景的影響，已在遼西草原沙地得到了驗(yàn)證，計(jì)算公式為

(4)

其中

MSAVIveg=0.352MSAVIsoil=0.259

式中Mfc——修正型植被蓋度

MSAVIsoil——裸土像元SAVI值

MSAVIveg——純植被覆蓋SAVI值

MSAVI——像元光譜信息

本文采用保護(hù)區(qū)沙區(qū)和植被區(qū)特征點(diǎn)平均值，敏感性分級(jí)及分值設(shè)定同上。

(4)洪澇災(zāi)害敏感性

基于 GIS路徑距離模塊進(jìn)行水流路徑距離提取，運(yùn)用柵格運(yùn)算器對(duì)水流路徑距離表面求倒數(shù)來(lái)確定研究區(qū)洪澇災(zāi)害敏感性分布。采用中位數(shù)法進(jìn)行敏感性等級(jí)劃分，等級(jí)數(shù)量和分值同上。

1.3.3人為干擾強(qiáng)度

影響草原生態(tài)系統(tǒng)的人為干擾因子有道路、居民點(diǎn)、旅游景點(diǎn)(牧人之家)等。結(jié)合人為干擾范圍和特點(diǎn)，設(shè)定最大影響距離為1 000 m，采用歐氏距離計(jì)算，參照極差標(biāo)準(zhǔn)化法將距離拉伸至0～1(100%)間，越靠近干擾源的景觀受干擾程度越大。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

基于ArcGIS 9.3軟件進(jìn)行空間疊加和統(tǒng)計(jì)分析，用于草原景觀格局穩(wěn)定性、像元生態(tài)敏感性和景觀空間彈性分布統(tǒng)計(jì)、評(píng)價(jià)與制圖。采用Microsoft Excel 2007軟件包進(jìn)行不同功能區(qū)面積占比統(tǒng)計(jì)分析與制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 草原景觀格局穩(wěn)定性

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，在類(lèi)型水平上草地景觀格局穩(wěn)定性最高，為36.72，主要由于保護(hù)區(qū)內(nèi)景觀凝結(jié)度、最大斑塊指數(shù)、散布與并列指數(shù)數(shù)值較高，林地景觀格局穩(wěn)定性次之，為21.42，其他用地的最低，僅為0.09，說(shuō)明居民點(diǎn)、牧人之家等開(kāi)發(fā)用地斑塊空間分布較為分散、形狀復(fù)雜(表1)。從景觀水平來(lái)看，保護(hù)區(qū)景觀格局穩(wěn)定性數(shù)值達(dá)到了46.87，明顯高于類(lèi)型水平景觀格局穩(wěn)定性。說(shuō)明景觀格局穩(wěn)定性取決于單一景觀類(lèi)型或組分作用，但結(jié)果遠(yuǎn)低于該指數(shù)理論最優(yōu)值，這意味著相對(duì)于最優(yōu)格局，區(qū)域整體和單一類(lèi)型景觀格局穩(wěn)定性還處于較低水平，未來(lái)還需要加強(qiáng)草原生態(tài)保護(hù)，有針對(duì)性地提升景觀穩(wěn)定性較低的組分或指標(biāo)。從分布來(lái)看，保護(hù)區(qū)內(nèi)高度、極高度穩(wěn)定區(qū)主要集中在中部地帶，保護(hù)區(qū)各核心區(qū)內(nèi)景觀格局穩(wěn)定性較高，但周邊低穩(wěn)定性區(qū)域較多(圖9)。

表1 類(lèi)型水平和景觀水平上草原景觀格局穩(wěn)定性關(guān)鍵指標(biāo)Tab.1 Key indicators for stability of grassland landscape structure at landscape and class level

圖9 草原景觀格局穩(wěn)定性分布Fig.9 Stability distribution of grassland landscape structure

2.2 草原景觀空間生態(tài)敏感性

草原景觀空間生態(tài)敏感性分析發(fā)現(xiàn)(表2)，保護(hù)區(qū)以中高度敏感性為主，面積占比均達(dá)到了20%以上，其中極高度敏感區(qū)達(dá)到18.63%。從不同功能分區(qū)看，保護(hù)區(qū)核心區(qū)高度敏感區(qū)面積占比最高，為28.48%，中度敏感性區(qū)次之，為24.90%，與緩沖區(qū)、實(shí)驗(yàn)區(qū)相比，核心區(qū)的極高度敏感地區(qū)面積占比最低，為10.38%，這說(shuō)明保護(hù)區(qū)核心區(qū)景觀生態(tài)敏感性處于一個(gè)高的水平；保護(hù)區(qū)緩沖區(qū)敏感性等級(jí)面積占比最高的是低度敏感區(qū)，其次為中度敏感區(qū)，面積占比分別為23.38%和21.08%，但緩沖區(qū)內(nèi)極高度敏感性區(qū)域比核心區(qū)高出近5個(gè)百分點(diǎn)，同時(shí)有20.30%的區(qū)域處于高度敏感狀態(tài)，這說(shuō)明緩沖區(qū)草原景觀高度敏感性區(qū)存在擴(kuò)大趨勢(shì)；保護(hù)區(qū)實(shí)驗(yàn)區(qū)面積占保護(hù)區(qū)總面積的82%以上，由于區(qū)域面積較大，各敏感性等級(jí)在實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)占比相對(duì)均衡，但與其他功能區(qū)比較，實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)有占比20.04%的極高度敏感性區(qū)域，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)高風(fēng)險(xiǎn)、脆弱性較強(qiáng)的景觀單元較多，受人類(lèi)活動(dòng)干擾影響的程度較嚴(yán)重。這一結(jié)果與該地區(qū)相關(guān)研究[14]基本一致，即區(qū)域內(nèi)絕大部分區(qū)域?qū)儆诖嗳鹾秃艽嗳跛?。從生態(tài)敏感性空間分布可以印證(圖10)，保護(hù)區(qū)敏感性程度從西北向東南方向呈降低趨勢(shì)，越靠近西北，敏感性程度越強(qiáng)，一方面這與保護(hù)區(qū)西北地區(qū)盟所在地強(qiáng)人為干擾有關(guān)，另一方面與區(qū)域氣候、水文等因素特殊性有關(guān)。

從不同草原保護(hù)類(lèi)型功能分區(qū)景觀空間生態(tài)敏感性面積占比來(lái)看(圖11，圖中橫坐標(biāo)A～F為核心區(qū)，A1～F1為A～F的緩沖區(qū)，G為實(shí)驗(yàn)區(qū)，下同)，希爾塔拉河流濕地核心區(qū)(B)全區(qū)均處于中高度敏感程度，其中，極高敏感區(qū)域面積占比最高，達(dá)到所在功能區(qū)面積的32.48%，中度和高度敏感面積總計(jì)達(dá)到了67.53%。伊和烏拉典型草原核心區(qū)(C)極高度敏感區(qū)域占比為14.02%，高度敏感面積占到43.17%，達(dá)到了相同等級(jí)中的最高占比。海流特典型草原核心區(qū)(E)大部分區(qū)域?yàn)榈兔舾蟹植紖^(qū)，極低度敏感面積占比達(dá)到了69.05%，低度敏感面積占比為30.09%，其次為平頂山山地草原核心區(qū)(A)，低度、極低度敏感范圍面積域總占比達(dá)到79.35%。希爾塔拉河流濕地緩沖區(qū)(B1)和伊和烏拉典型草原緩沖區(qū)(C1)與其核心區(qū)敏感性表現(xiàn)相似，均處于較高水平，而海流特典型草原緩沖區(qū)(E1)77.69%的區(qū)域?yàn)闃O低度敏感，不存在極高度敏感區(qū)域，說(shuō)明該功能區(qū)內(nèi)草原生態(tài)保護(hù)處于全保護(hù)區(qū)較高水平。整體來(lái)看，研究區(qū)不同類(lèi)型保護(hù)區(qū)景觀空間敏感性程度空間差異較大，絕大部分核心區(qū)和緩沖區(qū)草原景觀空間處于中高度敏感性水平，以西北-東南走廊為高生態(tài)敏感性空間集中分布區(qū)域，主要保護(hù)對(duì)象為河流濕地-草甸和典型草原，全區(qū)景觀空間敏感性程度以此為軸線(xiàn)向西南、東北兩側(cè)遞減。

表2 不同功能區(qū)草原景觀空間生態(tài)敏感性等級(jí)與面積占比Tab.2 Spatial ecological sensitivity grade and area ratio of grassland landscape in different functional areas

圖10 景觀空間生態(tài)敏感性分布Fig.10 Ecological sensitivity distribution of grassland landscape

圖11 不同保護(hù)類(lèi)型功能分區(qū)景觀生態(tài)敏感性 面積占比Fig.11 Ratio of landscape eco-sensitive areas in functional zones of different conservation types

圖12 不同保護(hù)類(lèi)型功能分區(qū)景觀空間彈性 面積占比Fig.12 Ratio of landscape spatial resistance in functional areas of different protection types

2.3 草原景觀空間彈性與植被恢復(fù)分區(qū)

自然保護(hù)區(qū)草原景觀空間敏感性不僅與自然環(huán)境本底脆弱性有關(guān)，同時(shí)與強(qiáng)人類(lèi)活動(dòng)分布有關(guān)。綜合考慮各因素影響作用，對(duì)不同功能區(qū)草原景觀空間彈性分析發(fā)現(xiàn)(圖12、表3)，自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)、緩沖區(qū)、實(shí)驗(yàn)區(qū)3個(gè)功能區(qū)中大部分區(qū)域草原景觀處于中、低度彈性，其中核心區(qū)內(nèi)低度彈性范圍最大，面積占比達(dá)到66.92%，其余功能區(qū)低度彈性區(qū)域均達(dá)到50%以上，整個(gè)自然保護(hù)區(qū)低彈性面積超70%，這與保護(hù)區(qū)景觀格局穩(wěn)定性低、生態(tài)脆弱區(qū)大、草原人類(lèi)活動(dòng)干擾強(qiáng)有關(guān)。從分布圖可以看出，高、極高彈性區(qū)域主要分布于西南伊和烏拉典型草原和東北部區(qū)域海流特典型草原區(qū)。

表3 不同功能區(qū)草原景觀空間彈性等級(jí)與面積占比Tab.3 Spatial resistance grade and area ratio of grassland landscape in different functional areas

從不同保護(hù)類(lèi)型功能分區(qū)角度分析發(fā)現(xiàn)(圖12)，保護(hù)區(qū)各核心區(qū)、緩沖區(qū)一半以上區(qū)域處于中、低度彈性水平，其中，阿布都爾圖沙地云杉林-山楊白樺林核心區(qū)(D)低度彈性區(qū)域面積占比達(dá)到了76.93%，平頂山山地草原(A)和伊和烏拉典型草原核心區(qū)(C)低度彈性區(qū)域面積占比均超過(guò)了70%，希爾塔拉河流濕地(B)、阿布都爾圖沙地云杉林-山楊白樺林核心區(qū)(D)、海流特典型草原核心區(qū)(F)3個(gè)功能區(qū)極度低彈性空間范圍較大，從核心區(qū)到緩沖區(qū)，極低敏感面積比例處于增大趨勢(shì)，說(shuō)明在保護(hù)區(qū)西北部地區(qū)，以林地、濕地和典型草原為保護(hù)對(duì)象的自然保護(hù)功能區(qū)景觀空間彈性不斷降低，且隨空間范圍增大呈不斷擴(kuò)大的發(fā)展格局(圖13)。

圖13 草原景觀空間彈性分布Fig.13 Spatial resistance distribution of grassland landscape

草原景觀空間彈性作為衡量草原景觀系統(tǒng)自適應(yīng)能力和受干擾后抵抗能力的重要指標(biāo)，是草原植被恢復(fù)建設(shè)的指導(dǎo)依據(jù)。對(duì)自然保護(hù)區(qū)景觀空間彈性評(píng)價(jià)及其不同保護(hù)類(lèi)型功能分區(qū)差異進(jìn)行分析，進(jìn)而確定草原植被恢復(fù)與保護(hù)分區(qū)：重點(diǎn)恢復(fù)區(qū)域面積占全保護(hù)區(qū)的15.49%，分布于保護(hù)區(qū)西部、北部地區(qū)和靠近錫林浩特市區(qū)的中部地區(qū)，包括希爾塔拉河流濕地核心區(qū)(B)、緩沖區(qū)(B1)、海流特典型草原核心區(qū)(F)與其緩沖區(qū)(F1)和保護(hù)區(qū)實(shí)驗(yàn)區(qū)中的部分區(qū)域，該區(qū)域耕種、放牧、旅游等人類(lèi)開(kāi)發(fā)活動(dòng)較多，人為干擾影響較大，造成草原景觀空間彈性較低，是植被恢復(fù)的重點(diǎn)區(qū)域；一般恢復(fù)區(qū)面積最大，約占保護(hù)區(qū)面積的44.75%，主要分布于盟所在地西北部和南部地區(qū)，是聯(lián)通各重點(diǎn)植被恢復(fù)區(qū)并向保護(hù)區(qū)過(guò)渡的關(guān)鍵區(qū)域；一般保護(hù)區(qū)面積為全保護(hù)區(qū)的29.23%，主要分布于南部伊和烏拉典型草原和東部海流特典型草原；重點(diǎn)保護(hù)區(qū)面積較小，占全區(qū)的10.53%，主要分布于阿布都爾圖沙地云杉林-山楊白樺林核心區(qū)(D)和海流特典型草原核心區(qū)(F)中間交匯地區(qū)、海流特典型草原核心區(qū)(F)西北部地區(qū)、伊和烏拉典型草原核心區(qū)(C)東部地區(qū)，該區(qū)域人類(lèi)活動(dòng)干擾影響小，生態(tài)敏感性程度較低，草地景觀格局相對(duì)穩(wěn)定，景觀彈性較高，是自然保護(hù)區(qū)重點(diǎn)保護(hù)地區(qū)，可作為未來(lái)功能區(qū)調(diào)整優(yōu)化的方向(圖14)。

圖14 草原植被恢復(fù)與保護(hù)分區(qū)Fig.14 Regionalization of grassland vegetation restoration and ecological protection

3 結(jié)論

(1)以錫林郭勒草原國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)景觀類(lèi)型為要素，從景觀連通度、破碎度、分維數(shù)和核心區(qū)指標(biāo)選取景觀指數(shù)，構(gòu)建景觀格局穩(wěn)定性評(píng)價(jià)模型，分析發(fā)現(xiàn)，保護(hù)區(qū)內(nèi)草地和林草地優(yōu)勢(shì)分布的核心區(qū)景觀穩(wěn)定性較高，道路等建設(shè)用地景觀穩(wěn)定性較低，但相比于模型的理論最優(yōu)值，保護(hù)區(qū)內(nèi)單一類(lèi)型和整體景觀格局穩(wěn)定性水平均處于較低水平。

(2)保護(hù)區(qū)近60%的區(qū)域敏感水平達(dá)到中度敏感，由于自然和人為活動(dòng)雙重作用，生態(tài)敏感性等級(jí)和面積比在不同功能分區(qū)差別較大。核心區(qū)內(nèi)高度敏感區(qū)占比最高，達(dá)到28.48%，高敏感區(qū)在緩沖區(qū)呈擴(kuò)大趨勢(shì)。絕大多數(shù)核心區(qū)及其緩沖區(qū)處于中高度敏感水平，特別是希爾塔拉河流濕地核心區(qū)(B)和緩沖區(qū)(B1)、伊和烏拉典型草原核心區(qū)(C)和緩沖區(qū)(C1)較為明顯，高度敏感性單元主要分布于西北-東南走廊地帶，強(qiáng)度向兩側(cè)遞減。

(3)整個(gè)自然保護(hù)區(qū)中度以下的低彈性區(qū)域范圍超70%以上，從核心區(qū)到實(shí)驗(yàn)區(qū)，隨著保護(hù)嚴(yán)格程度的降低，極低度彈性區(qū)面積不斷增大，保護(hù)區(qū)西北部、中部地區(qū)林地類(lèi)、濕地類(lèi)和典型草原類(lèi)保護(hù)功能區(qū)景觀彈性不斷降低，并呈現(xiàn)擴(kuò)大態(tài)勢(shì)。根據(jù)景觀空間彈性表現(xiàn)，保護(hù)區(qū)內(nèi)60%以上的區(qū)域應(yīng)加強(qiáng)植被恢復(fù)，其中15.49%的區(qū)域需重點(diǎn)恢復(fù)，44.75%的區(qū)域需一般恢復(fù)，全區(qū)重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域面積相對(duì)小，占總面積的10.53%，主要為保護(hù)功能區(qū)C區(qū)東部、E區(qū)西北部和D、E兩區(qū)交匯地帶。研究表明，概念化景觀空間彈性框架模型能夠從景觀穩(wěn)定性、生態(tài)敏感性角度很好地揭示景觀空間彈性的強(qiáng)弱及其分布特征，這對(duì)評(píng)價(jià)草原類(lèi)自然保護(hù)地景觀系統(tǒng)保護(hù)狀況、制定植被恢復(fù)格局、優(yōu)化自然保護(hù)區(qū)功能分區(qū)具有積極意義。