国家公园生态环境敏感度及景观分布格局的时空演变特征分析——以神农架国家公园为例.pdf
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1、Vol.43 No.9Sep.2023第 43 卷 第 9 期2023 年 9 月中 南 林 业 科 技 大 学 学 报 Journal of Central South University of Forestry&Technologyhttp:/收稿日期:2022-10-28基金项目:国家自然科学基金项目(71863019)。第一作者:张奇(qiza_),高级工程师,硕士。引文格式:张奇,文威.国家公园生态环境敏感度及景观分布格局的时空演变特征分析以神农架国家公园为例 J.中南林业科技大学学报,2023,43(9):126-135,152.ZHANG Q,WEN W.Analysis on
2、 the spatial-temporal evolution characteristics of ecological environment sensitivity and landscape distribution pattern of national parks:take Shennongjia National Park as an exampleJ.Journal of Central South University of Forestry&Technology,2023,43(9):126-135,152.国家公园生态环境敏感度及景观分布格局的 时空演变特征分析以神农架国
3、家公园为例张 奇,文 威(中南安全环境技术研究院股份有限公司,湖北 武汉 430000)摘 要:【目的】促进风景资源可持续发展,增强国家公园景观建设成效,助力居民生活环境改善和提升,为我国生态文明建设贡献力量。【方法】基于神农架国家公园 2010 和 2020 年的遥感影像数据,选取聚集度、分维数倒数、斑块密度、植被覆盖指数、生态适宜度、生态环境类型敏感度为关键指标,利用指数模型和景观分布格局指数分析方法,实证分析神农架国家公园风景资源生态环境敏感度及景观分布现状。【结果】1)神农架国家公园风景资源生态环境敏感度排序由大至小依次为:人类活动、植被景观、地形条件、地表水系、综合生态环境、风景资源
4、。2)神农架国家公园风景资源生态环境敏感度整体呈中部高、四周低的空间分布格局,且敏感等级以轻度为主。3)神农架国家公园风景资源景观分布格局变化显著,其中斑块数量及 Shannons 多样性均出现显著缩小趋势,聚合度指数则呈上升态势。【结论】现阶段,我国神农架国家公园风景资源生态环境敏感度虽略有提升,但整体仍保持在轻度敏感状态。地势相对平坦、人类活动频繁是造成神农架国家公园风景资源生态环境敏感的主要原因。有关部门应注重搭建数字监管平台,创新生态产品体系,发挥要素引擎力量,持续践行可持续发展理念,以赋能区域生态优化和自然资源可持续,助力我国经济因绿而兴。关键词:神农架国家公园;生态环境敏感度指数;
5、景观分布格局;GIS;风景资源中图分类号:S759.93 文献标志码:A 文章编号:1673-923X(2023)09-0126-10Analysis on the spatial-temporal evolution characteristics of ecological environment sensitivity and landscape distribution pattern of national parks:take Shennongjia National Park as an exampleZHANG Qi,WEN Wei(Central-southern Safet
6、y&Environment Technology Institute Co.,Ltd,Wuhan 430000,Hubei,China)Abstract:【Objective】This study aimed to promote the sustainable development of landscape resources,enhance the effectiveness of national park landscape construction,improve and enhance the living environment of residents,and contrib
7、ute to the construction of ecological civilization in China.【Method】Based on the remote sensing image data of Shennongjia National Park in 2010 and 2020,the aggregation degree,inverse fractal dimension,patch density,vegetation coverage index,ecological suitability and ecological environment type sen
8、sitivity were selected as the key indicators.The index analysis method of landscape distribution pattern was used to empirically analyze the ecological environment sensitivity of landscape resources and landscape distribution in Shennongjia National Park.【Result】1)The ranking of the ecological envir
9、onment sensitivity of scenic resources in Shennongjia National Park was from large to small:human activities,vegetation landscape,topographic conditions,surface water system,comprehensive ecological environment and scenic resources.2)The overall sensitivity of scenic resources and ecological environ
10、ment of Shennongjia National Doi:10.14067/ki.1673-923x.2023.09.013127中 南 林 业 科 技 大 学 学 报第 43 卷生态环境即能够影响人类生活、生产活动的各种自然力量或作用的总和。生态环境敏感度可直观体现自然和人类活动对区域内生态环境的干扰程度1。国家公园是自然景观最独特、自然遗产最精华的区域,作为整个地域生态系统保持长久稳定的根基,已逐渐成为生态环境敏感度的集中呈现场所2。景观格局是长期自然形成或经由人类活动衍生的一系列景观要素集合3,可直接反映风景资源的分类、清查、监测与管理现状,呈现国家公园风景资源保育情况,为缓解生
11、态环境敏感度问题指明方向4。立足国家公园视域,探讨其内部风景资源生态环境敏感度和景观分布状况极具代表性意义和实践价值。鉴于此,文章将国家公园风景资源生态环境敏感度及景观分布纳入统一研究框架,并作出具体分析。目前,学术界针对生态环境敏感度与景观分布格局的研究已获得丰硕成果。就生态环境敏感度而言,既有文献主要集中于对某一特定景区或国家公园的探讨。彭春花等4充分考量景观功能与景观格局组成要素后,通过构建评价模型揭示 20022017 年间三峡库区重庆段景观生态状况,认为该地区东部景观生态敏感度等级表现为波动增强型、南部呈持续稳定型、西部和北部则呈持续弱化型。刘晓娜等5立足西藏色林错-普若岗日国家公园
12、视域,针对土地沙化、冻融侵蚀、土壤风蚀等方面的生态环境敏感度展开单因子评估,发现潜在建设区存在较为严重的生态环境问题,属于中度和高度敏感区。孟佩等6聚焦于京津冀地区国家公园,采用坡度、海拔、土地利用现状等指标因子探究该地区生态环境敏感度,得出高敏感和极敏感区域主要位于北部燕山和西部太行山。同时,也有学者对生态环境敏感度的影响因素展开深入剖析。杨艺苑 等7借助层次分析法和地理信息系统技术对东川区生态环境敏感度进行探查,认为影响各生态环境敏感度的因素由大到小分别为坡度、高程、土地利用、归一化植被指数(NDVI)及水域缓冲区。就景观分布格局而言,现有研究多侧重于某一类型自然资源或者某一领域的分析。王
13、璐等8选取重庆市石柱县三星乡石星村作为基本样区,采用 Logistic 逐步回归法研究发现,社区水平森林景观分布存有一定规律性,即退化原始林主要分布于中东部低山、深丘区,次生林、退化林地和人工林呈镶嵌格局且分散于主要基质性景观中。付扬军等9以遥感影像解译数据为基础,揭示流域景观分布格局的破碎化演化特征。黄孟勤等10以三峡库区腹地为切入点,实证检验山区农业的景观分布格局,指出不同发展阶段下山区农业景观分布格局均有所差异,集中表现为结果转换型、综合型、部分撂荒型和撂荒型4种模式。路娜等11运用GIS空间分析等方法,揭示了天津不同类型地名文化景观的分布格局,表示自然景观类地名受地形起伏度、河距以及植
14、被覆盖度的影响,总体呈现北密南疏的空间分布模式。现有研究为本文夯实了一定实证基础,但关于生态环境敏感度的研究主体多集中于单一环境分布类型或中小尺度保护地;研究内容多基于评估、规划或管理视角,并未对风景资源进行分类分级或价值评定,而且关于生态环境敏感度空间分布规律刻画存在局限;研究方法多局限于单影响因子评价,鲜少结合国家公园景观格局分布现状展开分析。另值得一提的是,刘思源等12以湖北神农架国家公园为例,基于生态敏感度评价及景观格局分析探察了国家公园风景资源保育情况,同本文研究主体存在一定相似之处。该研究为全文整体脉络走向与结论输出奠定了坚实理论基础,但其分析重点多集中于刻画和呈现神农架国家公园生
15、态敏感度与景观格局现状层面,并未对其长期时空演化特征展开深层次洞察。基于上述内容,文章选取拥有亚热带森林及泥炭藓湿地生态系统的湖北神农架公园作为研究对象,结合 2010、2015 和 2020 年遥感影像数据、GIS 技术和景观生Park showed a spatial distribution pattern of high in the middle and low in the surrounding areas,and the sensitivity level was mainly mild.3)The landscape distribution pattern of sceni
16、c resources in Shennongjia National Park had changed significantly,in which the number of patches and Shannons diversity decreased significantly,while the aggregation index increased.【Conclusion】At present,although the sensitivity of scenic resources and the ecological environment of Shennongjia Nat
17、ional Park in China has increased slightly,it still remains in a slightly sensitive state.The relatively flat terrain and frequent human activities are the main reasons for the sensitive ecological environment of scenic resources in Shennongjia National Park.Relevant departments should focus on buil
18、ding digital supervision platforms,innovating ecological product systems,leveraging the power of factor engines,and continuing to practice the concept of sustainable development to enable regional ecological optimization and the sustainability of natural resources,so as to help our economy grow gree
19、n.Keywords:Shennongjia National Park;ecological environment sensitivity index;landscape distribution pattern;GIS;landscape resources张 奇,等:国家公园生态环境敏感度及景观分布格局的时空演变特征分析以神农架国家公园为例128第 9 期态学理论,构建指数模型,探究国家公园风景资源生态环境敏感度的时空演化格局;从景观格局视角出发,利用景观分布格局指数分析方法揭示该地区的景观格局现状,提出相对应的保育路径,为国家公园风景资源生态环境修复及景观资源可持续利用提供理论依据。
20、1 研究区域及数据来源1.1 研究区域概况神农架国家公园位于湖北省神农架林区(31224.223313627.317N,109563.347 1103626.779E),总面积为 1 316 km2,同湖北省兴山县、巴东县、房县及竹山县相邻。其主要包括大九湖园区、神农顶园区、官门山园区、天燕园区、老君山园区五大园区,地势总体西南高东北低,是湖北省境内长江和汉江的分水岭,整条山脉近东西向横亘于公园西南部,峰顶海拔为 3 106.2 m。从气候来看,神农架国家公园地跨中亚热带和北亚热带,属北亚热带季风气候,且气候垂直分带与水平分带十分明显。青藏高原的隆起使神农架国家公园北坡存有全球同纬度最为完好的
21、地带性常绿落叶阔叶混交林带,形成神农架国家公园北坡的基带性植被类型。整个神农架国家公园森林覆盖率高达 96%以上,包含 5 个植被型组、15 个植被型和 75 个群系。神农架国家公园的基带性植被类型从低海拔至高海拔依次可分为:北亚热带常绿阔叶林带、常绿阔叶与落叶阔叶混交林带、落叶阔叶林带、暗针叶林带、高山灌丛与草甸等植被类型。此外,神农架国家公园的大九湖中发育出较大面积亚高山泥炭藓沼泽,平均海拔 1 730 m,面积 9 320 hm213。可以说,亚高山泥炭藓沼泽是北亚热带面积最大、海拔最高、保存最完好的湿地,也是神农架近 3万年来气候变迁的“自然样本”,在北亚热带湿地生态系统中极具典型性和
22、代表性。1.2 数据来源及处理1.2.1 数据来源以湖北省神农架国家公园作为研究样本,截 取 20102020 年 作 为 研 究 时 段。文 中 所涉 原 始 数 据 主 要 包 括 DEM 数 据(http:/ 家 公 园 自 然 资 源 本 底 数 据(https:/ 地 利 用数据和相关规划数据(https:/ 数据源自于地理空间数据云;河流和道路数据源自于 1100 万 成果数据;土地类型相关数据源自于清华大学 中国基本城市土地利用类型制图:2018 年初步结果;植被类型相关数据源自于11000000中国植被图集(2020 年)。1.2.2 数据处理基于 ENVI5.3HE(美国 E
23、VIS 公司,2015 年,https:/ ArcGIS10.3 软 件(Esri,2014 年,https:/ 择 2010 和2020 年神农架国家公园多光谱图像分辨率达 30 m的 GDEMDEM 数字高程数据,再经由几何与大气校正、图像增强及裁剪处理,获得神农架国家公园基础影像数据(DEM 数据)。进一步通过构建感兴趣区域,并实施分类监督,对遥感影像数据进行人机交互解译。结合神农架国家公园风景资源实际情况,梳理国家公园相关既有文献14-16,将研究区域生态环境划分为地形条件、地表水系、植被景观、风景资源、人类活动、综合生态环境 6 种类型。在此基础上,借助 ENVI5.3 软件对分类结
24、果展开精度评价,获得 2010 年和 2020 年解译精确度分别为 87.00%和 92.03%,Kappa 系数分别为 85.12%和 88.14%,与本研究需求相适配。将 Fragstats 3.3 软件(McGarigal,2021 年,https:/ 5 km5 km 的 52 个正方形评价单元,计算其生态环境敏感度指数。然后利用ArcGIS10.3 赋予各单元中心点,并进行普通克里格插值,最终经重新分类后得到其空间分布图。2 研究方法2.1 生态环境敏感度评价2.1.1 生态环境敏感度计算脆弱性指数包括聚集度、分维度倒数、斑块密度及植被覆盖指数。其中聚集度和斑块密度可体现生态环境的破
25、碎程度;分维度倒数能反映生态环境几何形状复杂度,以及人类生产生活行为对生态环境的影响。由于聚集度、分维度倒数、129中 南 林 业 科 技 大 学 学 报第 43 卷斑块密度等生态环境特征指数信息量无法充分说明生态环境敏感度,故选取植被覆盖率及生态适宜度作为补充,以反映国家公园当前面临的主要生态环境问题18。通过引入 Fragstats 3.3 软件,再结合遥感解译数据,计算聚集度、分维度倒数、斑块密度。不同生态环境在受到外界干扰时的脆弱程度及适应情况均有所差异,可能对生态环境稳定性产生不利影响。鉴于此,以脆弱性指数与适应性指数之比对生态环境敏感度加以衡量19,具体公式如下:()/iiiiii
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