老鐵山自然保護(hù)區(qū)景觀格局與生境質(zhì)量時(shí)空變化

王 耕, 常 暢, 韓冬雪, 白天驕

遼寧師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院, 大連 116029

景觀格局是由形狀大小不同的景觀斑塊在景觀空間上的排列,體現(xiàn)了景觀的異質(zhì)性,是諸多自然和人為因素在不同時(shí)空尺度上作用的最終結(jié)果[1- 2]。景觀指數(shù)數(shù)字化了景觀格局的信息,是反映其結(jié)構(gòu)和空間配置的定量指標(biāo)[3]。一些景觀指數(shù)能夠從一定程度上反映人類的干擾強(qiáng)度,景觀形狀越規(guī)則代表人類活動(dòng)的干擾越強(qiáng)烈。如張?jiān)碌萚4]選取了邊緣密度(Edge Density,ED)和面積加權(quán)平均斑塊分形指數(shù)(Area-Weighted Mean Patch Fractal Dimension,AWMPFD)分析了艾比湖濕地景觀格局對(duì)生態(tài)干擾類型的響應(yīng)。相關(guān)研究[5]中的香農(nóng)多樣性指數(shù)(Shannon′s Diversity Index,SHDI),景觀分裂指數(shù)(Landscape Division Index,DIVISION)等常用的景觀指數(shù),它們的生態(tài)意義更側(cè)重于景觀異質(zhì)性,而面積加權(quán)的平均形狀因子(Area-Weighted Mean Shape Index,AWMSI)和AWMPFD,是生態(tài)學(xué)意義上的形狀指標(biāo),ED屬于邊緣指標(biāo),它們都能夠從不同類型景觀形狀的規(guī)則程度上反映出人類干擾程度的強(qiáng)弱。生境質(zhì)量,又稱棲息地質(zhì)量,是指在一定的時(shí)空范圍內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)所能提供給個(gè)體和種群持續(xù)發(fā)展的能力,是所有生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的前提和基礎(chǔ),是生物多樣性的重要影響因素[6- 9]。城鎮(zhèn)化背景下,人類活動(dòng)導(dǎo)致的景觀格局變化將打破原有的生境格局,不僅會(huì)縮小生境面積,影響生物遷徙路徑,影響生境或生境內(nèi)部物質(zhì)、能量和信息的流動(dòng)、交換、遷移轉(zhuǎn)化[10],從而降低生境質(zhì)量。對(duì)于自然保護(hù)區(qū)生境而言,外圍地區(qū)的景觀格局演變必將深刻影響保護(hù)區(qū)內(nèi)的資源、環(huán)境和生態(tài)[11- 13],而將對(duì)生境質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響。

自然保護(hù)區(qū)作為脆弱生態(tài)系統(tǒng)和珍稀野生動(dòng)植物的聚集地,應(yīng)受到更多的關(guān)注與保護(hù)。國際上較早地以景觀生態(tài)學(xué)的視角關(guān)注了自然保護(hù)區(qū)[14],Emanuela和Corrado[15]基于物種保護(hù)對(duì)城市郊區(qū)森林景觀進(jìn)行保護(hù)區(qū)規(guī)劃。我國自然保護(hù)區(qū)的相關(guān)研究多以保護(hù)區(qū)內(nèi)某種稀有動(dòng)植物為依托[16],也有一些通過探究保護(hù)區(qū)內(nèi)生境質(zhì)量或景觀格局,以此判斷保護(hù)區(qū)內(nèi)的生態(tài)環(huán)境狀況[17]。為促進(jìn)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)生境的持續(xù)發(fā)展,為保護(hù)區(qū)內(nèi)動(dòng)植物提供良好的生態(tài)環(huán)境,有必要研究景觀格局的演變對(duì)生境的影響程度。

陳一萌等[18]分析了廣東潼湖濕地1965年以來的景觀格局對(duì)生境質(zhì)量的影響,褚琳等[19]基于景觀格局分析了生境質(zhì)量并對(duì)未來質(zhì)量狀況進(jìn)行模擬。目前關(guān)于生境質(zhì)量與景觀格局相的研究中,以流域和行政區(qū)界為案例的研究居多[20- 22],且它們多以不同景觀類型在時(shí)間上的面積變化作為依據(jù),分析其對(duì)生境質(zhì)量的影響。因此,本文以遼寧蛇島老鐵山自然保護(hù)區(qū)中的老鐵山部分為案例,對(duì)其1997—2017年的景觀格局與生境質(zhì)量時(shí)空變化特征進(jìn)行分析。為探明人類干擾強(qiáng)度對(duì)生境質(zhì)量的影響程度,引入了ED、AWMSI和AWMPFD三個(gè)景觀指數(shù)作為指標(biāo),旨在豐富自然保護(hù)區(qū)生境質(zhì)量評(píng)估與人類干擾強(qiáng)度關(guān)聯(lián)研究的案例,清楚地展現(xiàn)人類活動(dòng)對(duì)生境質(zhì)量的影響情況,從而便于指導(dǎo)保護(hù)區(qū)外圍區(qū)域土地規(guī)劃及城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè),維持保護(hù)區(qū)的生態(tài)環(huán)境,保護(hù)生物多樣性,促進(jìn)自然保護(hù)區(qū)的良好發(fā)展。

1 研究區(qū)概況

遼寧蛇島老鐵山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)(121°06′31″—121°12′24″E；38°43′02″—38°47′02″N)于1980年建立,地處遼東丘陵南端,大連市旅順口區(qū)西部(圖1)?？偯娣e72.35 km2,分為蛇島、老鐵山、老虎尾和九頭山四部分。共有鳥類20目63科340種；哺乳動(dòng)物2目9科16種；兩棲類動(dòng)物1目3科4種；爬行類動(dòng)物分布有2目5科10種；植物共108科703種。其中鳥類屬國家Ⅰ級(jí)保護(hù)鳥類的有9種,國家Ⅱ級(jí)保護(hù)鳥類49種[23]。老鐵山自然保護(hù)區(qū)動(dòng)植物資源豐富,素有“老鐵山鳥棧”的美譽(yù)。本文以保護(hù)區(qū)中的老鐵山部分為研究區(qū),老鐵山自然保護(hù)區(qū)位于遼東半島最南端,千山山脈余脈,與山東半島隔海相望,面積為38.2 km2。老鐵山具有重要的地理意義,它位于黃渤海交界處,它與山東蓬萊的理論對(duì)角線即為黃、渤海兩海分界線。老鐵山是東北亞大陸候鳥南北遷徙的主要通道之一,對(duì)于生物多樣性的保護(hù)具有重要意義。老鐵山自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部分為核心區(qū),緩沖區(qū)和試驗(yàn)區(qū)三部分,核心區(qū)位于研究區(qū)東南部,約占老鐵山自然保護(hù)區(qū)面積的一半,海拔高,植被覆蓋率高,生物種類豐富；試驗(yàn)區(qū)位于研究區(qū)的東部,人類活動(dòng)頻繁,大部分被村莊、農(nóng)田等景觀覆蓋；緩沖區(qū)位于核心區(qū)與試驗(yàn)區(qū)的交界處及核心區(qū)南部邊緣,景觀變更頻繁。該地區(qū)為溫帶半濕潤季風(fēng)氣候,年平均氣溫9—11°C,年平均降水量614.5 mm,風(fēng)力較強(qiáng),年均風(fēng)速達(dá)到6 m/s,以偏西風(fēng)和偏北風(fēng)為主,空氣濕潤溫和,降水比較集中,冬無嚴(yán)寒,夏無酷暑[24]。

圖1 研究區(qū)位置圖Fig.1 Location of the study area

2 數(shù)據(jù)來源研與究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

文章以1997年、2007年和2017年的老鐵山地區(qū)的Landsat系列遙感影像(分辨率30 m,行列號(hào)120033)為數(shù)據(jù)來源。選擇秋季無云或少云影像,基于ENVI5.1對(duì)三期影像進(jìn)行幾何校正、全色銳化、裁剪等預(yù)處理,并進(jìn)行監(jiān)督分類,再結(jié)合Google Earth電子地圖和實(shí)地考察樣點(diǎn)對(duì)軟件的解譯結(jié)果進(jìn)行精度檢驗(yàn),得出3期的解譯結(jié)果Kappa系數(shù)均大于85%,能夠滿足本研究對(duì)精度的要求。參照土地利用分類標(biāo)準(zhǔn)(GB/T21010—2007)將土地利用現(xiàn)狀分為7種一級(jí)景觀類型,在結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況分成15種二級(jí)景觀類型,最終得到老鐵山自然保護(hù)區(qū)景觀類型分布情況。

2.2 景觀格局變化網(wǎng)絡(luò)可視圖

基于1997年、2007年和2017年的7種一級(jí)景觀類型,得到各階段的景觀格局變化轉(zhuǎn)移矩陣,再利用社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析軟件Ucinet及可視化工具NetDraw,使得景觀格局變化情況得到清晰的展現(xiàn),有利于揭示一段時(shí)期內(nèi)景觀格局類型的轉(zhuǎn)移方向和空間演化過程[25]。為使網(wǎng)絡(luò)圖更加清晰明朗,本文采用7種一級(jí)景觀類型分析,而非使用15種二級(jí)景觀類型。

2.3 景觀指數(shù)

在眾多景觀指數(shù)中,能夠體現(xiàn)景觀形狀復(fù)雜程度的指數(shù)并不多,為探究人類活動(dòng)對(duì)景觀的干擾程度,結(jié)合景觀指數(shù)的生態(tài)學(xué)含義,文章僅選取三個(gè)景觀格指數(shù)如表1,作為衡量人類活動(dòng)干擾的指標(biāo)。利用Fragstats軟件分別計(jì)算三個(gè)時(shí)期的不同類型景觀及整個(gè)景觀的指數(shù),并對(duì)3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行極差標(biāo)準(zhǔn)化,采用AHP法確定三個(gè)指標(biāo)的權(quán)重,獲取三個(gè)時(shí)期的人類活動(dòng)強(qiáng)度信息,再基于ArcGIS創(chuàng)建50 m×50 m格網(wǎng),保留其中點(diǎn)要素,插值得到1997—2017年人類活動(dòng)對(duì)景觀的干擾強(qiáng)度空間分布。

表1 景觀指數(shù)的生態(tài)學(xué)含義及權(quán)重

2.4 InVEST模型生境質(zhì)量評(píng)估

InVEST模型是美國自然資本項(xiàng)目組開發(fā)的、用于評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能量及其經(jīng)濟(jì)價(jià)值、支持生態(tài)系統(tǒng)管理和決策的一套模型系統(tǒng),它包括陸地、淡水和海洋三大類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估模型,其中包括生境質(zhì)量、產(chǎn)水量、土壤保持等模塊[26- 29]。它能夠定量評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能,并將分析結(jié)果以柵格圖的形式直觀地呈現(xiàn)出來。InVEST模型中的生境質(zhì)量(Habitat Quality)模塊,基于LULC(Land Use and Land Cover)數(shù)據(jù),根據(jù)不同的土地利用類型的敏感度,不同威脅因子的位置、威脅強(qiáng)度、最大威脅距離計(jì)算出生境質(zhì)量、生境退化程度和生境稀缺性[30],生境質(zhì)量計(jì)算公式為：

式中,Qxj為第j類景觀類型中柵格x的生境質(zhì)量；Hj為第j類景觀的生境適宜度；Dxj為第j類景觀中柵格單元x的生境退化程度；k為半飽和系數(shù)模型默認(rèn)值為0.5,z為歸一化常量,模型中設(shè)置為2.5。R為威脅因子個(gè)數(shù),Wr為威脅因子r的權(quán)重,y為第r類威脅因子的柵格數(shù),Yr是威脅因子r柵格單元的總數(shù)；irxy為柵格y的脅迫值ry對(duì)柵格x的脅迫程度；βx為各種威脅因子對(duì)柵格x的可達(dá)性；Sjr為第j類景觀類型對(duì)第r類威脅因子的敏感度；dxy為第r類威脅因子的最大威脅距離。

為使模型中需要的相關(guān)參數(shù)包括威脅因子數(shù)據(jù)和生境敏感性參數(shù)盡可能復(fù)合研究區(qū)實(shí)際情況,采用了德爾菲法(Delphi)對(duì)威脅因子和生境的適宜性和敏感性相關(guān)參數(shù)進(jìn)行打分,最終確定參數(shù)值,得到威脅因子參數(shù)表(表2)和生境敏感性參數(shù)表(表3),使模型參數(shù)得到本土化,確保了研究的客觀性、可靠性。

表2 威脅因子參數(shù)表

表3 景觀類型分類體系及生境敏感性參數(shù)表

3 結(jié)果與討論

3.1 景觀格局變化分析

老鐵山自然保護(hù)區(qū)1997—2017年各景觀類型面積如表4所示。為清楚地探明各個(gè)景觀類型之間的相互轉(zhuǎn)化情況,繪制景觀類型變化可視圖如圖2。據(jù)圖2得出,1997—2007年中耕地向園地轉(zhuǎn)化面積最大達(dá)到50.9 hm2；其次是林地向草地轉(zhuǎn)移了32 hm2；2007—2017年林地向建筑用地轉(zhuǎn)移了54.3 hm2,耕地向園地轉(zhuǎn)移了45.6 hm2；整體來看,2007—2017年里耕地向園地,以及林地向建筑用地轉(zhuǎn)移的面積最大,這與當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展方式和人口數(shù)量增長有關(guān)。1997—2017年里老鐵山自然保護(hù)區(qū)林地、草地面積明顯減少,20年里林地減少了7.33%,草地減少了19.31%,而建筑用地增加明顯,20年中增加了37.52%,是由于人口數(shù)量增加,對(duì)居住用地和糧食產(chǎn)量的需求增加,使得林地和草地被開發(fā)利用。水域和未利用地的變化幅度不大,且基數(shù)較小,難以代表研究區(qū)內(nèi)的變化情況。耕地則出現(xiàn)先增后減的態(tài)勢(shì),先減少了7.15%又增加了4.14%,耕地面積的下降與國家“退耕還林”的政策息息相關(guān),后期的小幅增長說明當(dāng)?shù)厝丝诘脑黾訉?duì)糧食需求也隨之增加。所有用地類型中,園地變化幅度最大且保持持續(xù)增長,由1997年的192.97 hm2增長到2017年的334.89 hm2,增長率達(dá)73.54%,園地面積的大幅增加是由于該地適宜的氣候和土壤適合蘋果、櫻桃等果樹的生長,距離城鎮(zhèn)、港口碼頭較近,有著廣闊的市場,加之微商等網(wǎng)絡(luò)銷售模式影響力日漸加強(qiáng),當(dāng)?shù)厮闹蕊@著提高,當(dāng)?shù)剞r(nóng)民為增加收入,投入大量土地用以果樹種植,使得該地區(qū)園地占地面積與日俱增。數(shù)據(jù)顯示,1997年、2007年和2017年老鐵山自然保護(hù)區(qū)人口數(shù)分別為4822、4858、5650人,顯示出先低后高的增速,1997—2007年這一階段的較低的增長速度與當(dāng)?shù)貒?yán)格執(zhí)行計(jì)劃生育政策有關(guān),2007年以來,生活水平提高,加之“二胎”政策開放導(dǎo)致人口數(shù)的大幅增加。建筑用地的面積變化與當(dāng)?shù)厝丝跀?shù)的變動(dòng)有著必然的聯(lián)系,建筑用地20年來同人口數(shù)變化相似,呈現(xiàn)著先緩速增長,再快速增長的趨勢(shì),1997—2007年這一階段,增長率為10.74%,2007—2017年的增長率為24.18%(表4)。

通過分析7種一級(jí)景觀類型在20年里面積的相互轉(zhuǎn)化,可以看出以林地、草地為主的自然景觀類型面積呈下降趨勢(shì),而以園地、建筑用地為主的人文景觀類型面積大幅增加,展現(xiàn)出人類活動(dòng)在對(duì)該地區(qū)的干擾日益增強(qiáng)。

表4 1997—2017年景觀類型面積變化/hm2

圖2 景觀類型變化可視圖Fig.2 The views of landscape pattern changes圖中數(shù)據(jù)為景觀類型面積，單位:hm2

3.2 人類干擾強(qiáng)度時(shí)空變化分析

為探究人類活動(dòng)對(duì)老鐵山地區(qū)的干擾程度,本文基于15個(gè)二級(jí)景觀類型,計(jì)算整個(gè)景觀的景觀格局指數(shù)如表5,以及不同景觀類型的景觀格局指數(shù),并對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理并賦權(quán),為清楚地展現(xiàn)景觀格局層面人類干擾強(qiáng)度的空間差異,得出人類干擾強(qiáng)度空間分布如圖3。

表5 1997—2017年各景觀指數(shù)變化

圖3 老鐵山自然保護(hù)區(qū)1997—2017年人類干擾強(qiáng)度空間分布Fig.3 Spatial distribution of human disturbance intensity in Laotieshan Nature Reserve from 1997 to 2017

結(jié)合圖3,空間格局上看,保護(hù)區(qū)整體的人類干擾強(qiáng)度體現(xiàn)出中部和南部低、西部及東北部邊緣較強(qiáng)的態(tài)勢(shì)。人類干擾強(qiáng)度低的地區(qū)一直處在研究區(qū)的核心區(qū),強(qiáng)度高的地區(qū)分布于試驗(yàn)區(qū)和緩沖區(qū),這與生境質(zhì)量的空間分布有著一致性,主要是由于當(dāng)?shù)乇O(jiān)管部門對(duì)保護(hù)區(qū)核心區(qū)的重點(diǎn)保護(hù),以及核心區(qū)的地形地貌較為復(fù)雜,難以開發(fā),才使得人類干擾強(qiáng)度較低；試驗(yàn)區(qū)和核心區(qū)由于地形平坦,已經(jīng)得到大面積的開發(fā),村莊、耕地面積較大,人類足跡廣布,人類干擾強(qiáng)度偏高。

從時(shí)間上看,結(jié)合表5,邊緣密度ED、面積加權(quán)的平均形狀因子AWMSI和面積加權(quán)的平均斑塊分形指數(shù)AWMPFD三個(gè)指數(shù)大體上呈下降趨勢(shì),指標(biāo)數(shù)值降低說明景觀形狀的復(fù)雜程度降低,一定程度上說明了整體景觀受人類活動(dòng)的干擾程度在增加。圖5中高值區(qū)的面積在三個(gè)階段中依次增加,且每一時(shí)期的最高值和最低值都在保持穩(wěn)定上升的態(tài)勢(shì)。1997—2007年這一階段,雖然人口增長率較低,耕地面積先減后增,且波動(dòng)不大,但由于生活水平提高,人們對(duì)農(nóng)副產(chǎn)品的需求量激增,加之旅順新港的擴(kuò)建,擴(kuò)大了該地區(qū)特產(chǎn)水果的出口量,以果園為主的園地面積增加,使得試驗(yàn)區(qū)和緩沖區(qū)人類干擾強(qiáng)度大幅增強(qiáng)。增幅較大地區(qū)出現(xiàn)在保護(hù)區(qū)西北部和東部邊緣干擾強(qiáng)度,這兩部分均為沿海地勢(shì)平坦地區(qū),說明對(duì)沿海地區(qū)的開發(fā)強(qiáng)度在逐漸增加,愈加注重海洋資源的開發(fā)。但相比于1997年，2007年核心區(qū)內(nèi)部的高值區(qū)斑塊明顯減少或縮小,核心區(qū)的邊界也更加清晰,說明雖然試驗(yàn)區(qū)和緩沖區(qū)人類干擾強(qiáng)度大幅增強(qiáng),但當(dāng)?shù)貙?duì)核心區(qū)的管護(hù)較為完善,對(duì)核心區(qū)內(nèi)原本的植被覆蓋率低的土地或裸地進(jìn)行了修復(fù)。2007—2017年這一階段,相比于前一階段變化不大,但2017年核心區(qū)內(nèi)部相對(duì)高值區(qū)的斑塊大量增加,說明人類活動(dòng)已經(jīng)向核心區(qū)內(nèi)部滲透,可能由于近些年各種景點(diǎn)的開放,如老鐵山燈塔、黃渤海分界線、各種寺廟等,游客數(shù)量增加,加之景區(qū)的管理不當(dāng),使核心區(qū)內(nèi)部的人類干擾強(qiáng)度增加。這一階段試驗(yàn)區(qū)和緩沖區(qū)的干擾強(qiáng)度略有增強(qiáng),最明顯的地方出現(xiàn)在研究區(qū)西北部,主要是由于這一階段人口數(shù)量增加,建筑用地和耕地面積也隨之增加,增強(qiáng)了對(duì)地區(qū)的干擾強(qiáng)度。

為清楚探明1997—2017年老鐵山自然保護(hù)區(qū)人類干擾程度上的變化,將人類干擾強(qiáng)度劃分成3個(gè)等級(jí),重度干擾(1.0—7.5)、中度干擾(7.5—6.0)和輕度干擾(6.0—0),各年份各干擾程度面積占比如圖4。由圖4可以很清晰地看出,3個(gè)時(shí)期重度干擾和中度干擾的比重都在增加,而輕度干擾的比重一直在減少。這足以說明,整個(gè)保護(hù)區(qū)的人類干擾強(qiáng)度一直在升高,雖然2007年時(shí)核心區(qū)內(nèi)部干擾強(qiáng)度有降低的趨勢(shì),但試驗(yàn)區(qū)和緩沖區(qū)干擾強(qiáng)度的大幅增長,抵消了核心區(qū)的干擾度的降低,使得老鐵山自然保護(hù)區(qū)的人類干擾強(qiáng)度呈現(xiàn)逐步上升的趨勢(shì)。然而輕度干擾的面積在1997年為2908.75 hm2,2007年下降為2701.75 hm2,到了2017年則降到了2567.75 hm2,1997—2007年的減少率為7.12%,而2007—2017年的減少率為4.96%,由此說明,雖然輕度干擾的面積一直處于下降趨勢(shì),但第二階段下降幅度明顯要低于第一階段,說明當(dāng)?shù)貙?duì)保護(hù)區(qū)采取了一定的有效保護(hù)措施。

圖4 老鐵山自然保護(hù)區(qū)不同干擾強(qiáng)度面積占比Fig.4 Percentage of each disturbance level area in Laotieshan Nature Reserve圖中數(shù)據(jù)單位:hm2

表6展示了三種干擾程度20年來的面積轉(zhuǎn)移變化,由較高程度向較低程度的面積轉(zhuǎn)移,也就意味著人類干擾強(qiáng)度的降低,和生態(tài)環(huán)境向好的方向轉(zhuǎn)化,故稱為正向轉(zhuǎn)移；由較低程度向較高程度轉(zhuǎn)移,意味著人類干擾強(qiáng)度的提高,稱為負(fù)向轉(zhuǎn)移。由表6可知,(1)所有正向轉(zhuǎn)移面積之和為155.25 hm2,而所有負(fù)向轉(zhuǎn)移面積之和為555.25 hm2,正向轉(zhuǎn)移面積明顯小于負(fù)向轉(zhuǎn)移。(2)輕度轉(zhuǎn)中度這一轉(zhuǎn)移類型是6種轉(zhuǎn)移類型中面積變化最大的,不論是第一階段還是第二階段。(3)重度轉(zhuǎn)輕度這一轉(zhuǎn)移類型是6種轉(zhuǎn)移類型中面積變化最小的,其次是重度轉(zhuǎn)中度。(4)三種正向轉(zhuǎn)移類型的第二階段的轉(zhuǎn)移面積均大于第一階段,說明2007年以來的保護(hù)區(qū)監(jiān)管取得成效。以上結(jié)果均說明,整個(gè)保護(hù)區(qū)的人類干擾強(qiáng)度在增加,為維持原本良好的生態(tài)環(huán)境,仍需有關(guān)部門和廣大群眾的共同努力。

表6 各干擾類型轉(zhuǎn)移面積/hm2

3.3 生境質(zhì)量時(shí)空變化分析

1997—2017年老鐵山自然保護(hù)區(qū)的生境質(zhì)量空間分布情況,如圖5,根據(jù)Natural Breaks(Jenks)自然斷點(diǎn)法將生境質(zhì)量劃分成1、2、3、4四個(gè)等級(jí),各個(gè)等級(jí)的分值區(qū)間、各年份在每個(gè)等級(jí)的土地面積比重及生境質(zhì)量均值見表7。

表7 1997—2017年老鐵山自然保護(hù)區(qū)生境質(zhì)量分級(jí)表

圖5 老鐵山自然保護(hù)區(qū)1997—2017年生境質(zhì)量空間分布Fig.5 Spatial distribution of habitat quality in Laotieshan Nature Reserve from 1997 to 2017

通過圖5可以看出,在空間上,生境質(zhì)量的空間分異基本與土地利用狀況基本吻合,整體上體現(xiàn)出中部和南部偏高,西部及東北部邊緣較低的特點(diǎn),有林地的生境質(zhì)量較高,而裸地、建筑用地等景觀類型生境質(zhì)量偏低。生境質(zhì)量為1級(jí)、2級(jí)的低值區(qū)多出現(xiàn)研究區(qū)西部及東北部邊緣地帶,也就是保護(hù)區(qū)的緩沖區(qū)和試驗(yàn)區(qū),這里地勢(shì)平坦,人類活動(dòng)頻繁,大部分被村莊、耕地、園地等景觀占用,人類足跡廣布不適宜生物生存,生境質(zhì)量偏低。生境質(zhì)量等級(jí)達(dá)到4級(jí)的地區(qū)占保護(hù)區(qū)的大部分,集中出現(xiàn)在中部和南部,也就是老鐵山自然保護(hù)區(qū)的生境質(zhì)量的核心區(qū),除此之外還有保護(hù)區(qū)西北部的一小部分地區(qū),均是由于這些地區(qū)海拔較高,地形以丘陵為主,相比于研究區(qū)西部起伏較大,不容易被人類所利用,使得這里樹木茂盛,郁閉度高,植被覆蓋度高,才成為諸多種鳥類、昆蟲等生物的棲息地。生境質(zhì)量為4級(jí)的地區(qū)內(nèi)部出現(xiàn)一些面積小的低值區(qū)斑塊,推測(cè)是由于保護(hù)區(qū)內(nèi)部的風(fēng)景名勝用地和一些由于自然或人為原因造成的植被退化而產(chǎn)生的裸地。

結(jié)合表7和圖5,從時(shí)間上看,老鐵山自然保護(hù)區(qū)生境總體質(zhì)量從1997年的0.6682到2007年的0.6511,再到2017年0.6386,整體上呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。1997—2007年里,1級(jí)、2級(jí)質(zhì)量地的面積比重均出現(xiàn)不同程度的上升,分別增長了1.24%和1.85%,3級(jí)質(zhì)量地面積比重降低了0.79%,而4級(jí)質(zhì)量地比重下降了2.30%。結(jié)合上文,這一時(shí)期由于園地、建筑用地面積增加,對(duì)生境的威脅程度也隨之增加,部分林地向草地轉(zhuǎn)移,使得生境適宜度較高的景觀類型面積減少。主要根源在于,這一時(shí)期正值我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的加速期,追求經(jīng)濟(jì)而忽略環(huán)境保護(hù),導(dǎo)致了生境質(zhì)量的惡化。2007—2017年這一時(shí)期,雖然1級(jí)、2級(jí)質(zhì)量地的面積比重也有所增加,分別為1.42%和0.34%,2級(jí)質(zhì)量地增幅明顯小于上一階段,3級(jí)質(zhì)量地面積變化不大,4級(jí)質(zhì)量地面積比重縮減了1.77%,但減幅小于上一階段。這一時(shí)期,由于人口增長,建筑面積增加,對(duì)周邊生境的質(zhì)量產(chǎn)生了威脅,故而生境質(zhì)量整體下滑。但相比于上一階段生境質(zhì)量的惡化速度,有明顯有減緩的趨勢(shì),究其根源,主要是由于2012年11月,黨的十八大提出了“大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)”的戰(zhàn)略決策,近幾年來各地方政府積極貫徹落實(shí)這一政策,保護(hù)區(qū)作為生態(tài)系統(tǒng)的外在體現(xiàn)得到了更多的關(guān)注與管理。這一時(shí)期人們對(duì)核心區(qū)周邊的開發(fā)比較頻繁,核心區(qū)和緩沖區(qū)交界部分土地被村莊、耕地占用,且核心區(qū)內(nèi)部的低值區(qū)斑塊的增加是由于近幾年游客大量增加,景區(qū)得到了開發(fā),以簡易停車場為主的裸地面積增加,以及游客的不文明行為對(duì)植被造成了破壞,降低了核心區(qū)的生境質(zhì)量。

圖6 老鐵山自然保護(hù)區(qū)1997—2017年生境質(zhì)量變化冷熱點(diǎn)分布Fig.6 Cold-hot spot distribution of habitat quality change in Laotieshan Nature Reserve from 1997 to 2017

為了更加清晰明確地了解老鐵山自然保護(hù)區(qū)生境質(zhì)量的時(shí)空變化特征,繪制了1997—2017年生境質(zhì)量時(shí)空變化圖,并進(jìn)行冷熱點(diǎn)分析,得出分布情況如圖6。冷熱點(diǎn)分析能夠清楚地識(shí)別要素集聚分散的位置和程度,根據(jù)圖6可以看出熱點(diǎn)、次熱點(diǎn)集中在研內(nèi)部究區(qū)的西北、南部和東部的小部分地區(qū),幾乎是保護(hù)區(qū)核心區(qū)的外圍地帶。熱點(diǎn)在西北部和東部,說明該地區(qū)在20年中相比于其他地區(qū)生境質(zhì)量變化較大,推測(cè)是原本植被覆蓋較高的地區(qū)被人們開發(fā)利用轉(zhuǎn)變成了村莊或農(nóng)田,使得生境質(zhì)量出現(xiàn)了較大幅度的轉(zhuǎn)變。南部地區(qū)的熱點(diǎn)可能是由于近些年沿海旅游景點(diǎn)的開發(fā),游客量增加,加之丘陵阻擋,位置偏遠(yuǎn),不便于有關(guān)部門管理,導(dǎo)致植被退化嚴(yán)重,生境質(zhì)量降低。冷點(diǎn)、次冷點(diǎn)分布主要在研究區(qū)中部,也就是試驗(yàn)區(qū)和緩沖區(qū)交界處,以及核心區(qū)東部。冷點(diǎn)、次冷點(diǎn)代表該地區(qū)20年來生境質(zhì)量變化不大,結(jié)合生境質(zhì)量空間變化圖,發(fā)現(xiàn)冷點(diǎn)、次冷點(diǎn)區(qū)生境質(zhì)量在三個(gè)時(shí)期里都屬于1級(jí)或2級(jí),可能是一直處于被開發(fā)狀態(tài),土地利用變更不頻繁。

3.4 景觀格局與生境質(zhì)量相關(guān)性分析

結(jié)合圖7和上文可知,1997—2017年林地面積減少了7.33%,園地和建筑面積分別增加了73.54%和37.52%,說明人文景觀用地侵占了自然景觀用地,使得自然景觀面積減少,且前一階段的干擾強(qiáng)度漲幅要大于后一階段；通過圖8和上文得出,生境質(zhì)量1級(jí)和2級(jí)質(zhì)量用地面積分別增加2.65%和2.19%,3級(jí)質(zhì)量用地變化不大,比重下降了0.77%,而4級(jí)質(zhì)量用地面積減少4.07%,前一階段的生境質(zhì)量下降速度要大于后一階段。結(jié)合兩個(gè)階段的干擾程度和生境質(zhì)量的空間分異與變化幅度得出,人為因素對(duì)生境的影響不容忽視。

圖7 老鐵山自然保護(hù)區(qū)各景觀類型所占面積Fig.7 Area of each landscape pattern in Laotieshan Nature Reserve

圖8 老鐵山自然保護(hù)區(qū)各質(zhì)量等級(jí)生境面積所占比例 Fig.8 Proportions of area of each habitat quality level in Laotieshan Nature Reserve

為探明景觀格局變化對(duì)生境質(zhì)量的的影響程度,本文基于景觀類型變化生成景觀格局指數(shù)時(shí)空分布圖和生境質(zhì)量時(shí)空變化圖,雖然二者均來源于景觀類型的劃分,但本質(zhì)卻存在差異。本文代表人類干擾強(qiáng)度的景觀格局指數(shù)是基于不同景觀類型及其斑塊的外部形狀特征,而生境質(zhì)量是基于景觀類型內(nèi)部屬性的差異及不同種景觀之間的實(shí)際距離,因此二者存在質(zhì)上的區(qū)別。本研究中結(jié)合圖3、圖4發(fā)現(xiàn)景觀格局指數(shù)所代表的人類干擾強(qiáng)度與生境質(zhì)量變化又存在著相似性。為證實(shí)這一觀點(diǎn),利用Pearson指數(shù)對(duì)1997—2017年的人類干擾強(qiáng)度與生境質(zhì)量進(jìn)行相關(guān)性分析,得出1997年、2007年和2017年的相關(guān)性在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)指數(shù)分別為-0.812、-0.738和-0.732,說明該地區(qū)人類干擾強(qiáng)度與生境質(zhì)量呈負(fù)相關(guān),表明人類干擾強(qiáng)度對(duì)生境質(zhì)量的負(fù)面影響。由此說明,人類干擾對(duì)生境質(zhì)量的影響較大,可視為生境質(zhì)量的驅(qū)動(dòng)因子。雖然生境退化并不一定完全來源于人類活動(dòng)的干擾,仍有自然原因的作用,比如強(qiáng)對(duì)流天氣對(duì)植被的破壞,海岸侵蝕造成的地表裸露等,但不可否認(rèn)人類活動(dòng)干擾是造成生境退化的主要原因。人類往往在尋求切身利益時(shí)忽視了對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響,一味地改造自然,因此在以后的管理中人類的活動(dòng)范圍與開發(fā)強(qiáng)度需要嚴(yán)格控制,務(wù)必遵循“尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)自然”的原則。

4 結(jié)論

老鐵山自然保護(hù)區(qū)不僅在生物多樣性的保護(hù)方面著重要的生態(tài)意義,而且其特殊的地理位置使它具有較高的旅游經(jīng)濟(jì)價(jià)值。基于以上分析結(jié)果,可以看出：

(1)1997—2017年,老鐵山自然保護(hù)區(qū)的景觀格局變化中建筑用地、園地面積增加最多,林地、草地略有減少,耕地向園地的轉(zhuǎn)移面積最大,整體上看,人為景觀面積增加,自然景觀面積減少。

(2)人類干擾強(qiáng)度方面該地區(qū)核心區(qū)有著先減弱再增強(qiáng)的態(tài)勢(shì),而試驗(yàn)區(qū)和緩沖區(qū)則一直呈現(xiàn)出增強(qiáng)的態(tài)勢(shì)。研究區(qū)總體上還是呈現(xiàn)出干擾強(qiáng)度不斷升高,后一階段幅度的干擾強(qiáng)度漲幅要低于上前一階段。

(3)1997—2017年,由于建筑用地等威脅因子面積的增加,老鐵山地區(qū)核心區(qū)生境質(zhì)量略有下降,低值區(qū)斑塊數(shù)量增加,面積增大,緩沖區(qū)和試驗(yàn)區(qū)人類活動(dòng)較為頻繁,生境質(zhì)量下降幅度較大。但后一階段的生境質(zhì)量下降幅度要明顯低于前一階段。生境質(zhì)量變化的熱點(diǎn)、次熱點(diǎn)多集中在核心區(qū)邊緣,而冷點(diǎn)、次冷點(diǎn)集中在試驗(yàn)區(qū)與緩沖區(qū)交界處。

(4)相關(guān)性分析得出,人類干擾強(qiáng)度對(duì)生境質(zhì)量有著極大的負(fù)面影響,需要嚴(yán)格控制人類在保護(hù)區(qū)的活動(dòng)范圍。此外,研究還發(fā)現(xiàn),20年以來緩沖區(qū)與試驗(yàn)區(qū)之間的界限一直不夠清晰,這將對(duì)保護(hù)區(qū)的監(jiān)管產(chǎn)生不利影響。

本文仍存在不足之處：(1)威脅因子參數(shù)和生境敏感性參數(shù)存在一定的主觀性。(2)有關(guān)3個(gè)景觀指數(shù)的選取,主要是通過相關(guān)文獻(xiàn)和對(duì)景觀指數(shù)生態(tài)學(xué)含義的理解而進(jìn)行選取,也存在一定的主觀性。以上均有待后期研究進(jìn)一步深入探討。

因此,自然保護(hù)區(qū)的監(jiān)管部門應(yīng)加大對(duì)保護(hù)區(qū)內(nèi)試驗(yàn)區(qū)和緩沖區(qū)的管理,加強(qiáng)對(duì)核心區(qū)林地的保育工作；將整個(gè)保護(hù)區(qū)劃定生態(tài)保護(hù)紅線,以減小城鎮(zhèn)擴(kuò)張對(duì)保護(hù)區(qū)內(nèi)生境的影響；旅游景點(diǎn)的管理力度也應(yīng)加強(qiáng),明確劃定景區(qū)界限,禁止游客無故翻越界限,防止其對(duì)林區(qū)造成一定破壞；保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)增加管理站,增設(shè)管理崗位,責(zé)任到人加強(qiáng)管束力度；加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)的宣傳,讓周邊居民意識(shí)到老鐵山自然保護(hù)區(qū)的重要意義,從根源上杜絕對(duì)保護(hù)區(qū)生境的破壞。