丁山，林瑞秀，陈胜兰，李新建

1.国家林业和草原局中南调查规划院，湖南长沙 410014；

2.海南省林业科学研究院(海南省红树林研究院)，海南海口 571100

自然保护区作为脆弱生态系统和珍稀野生动植物的聚集地，受到自然和人为因素的多重作用，也深刻影响着保护区的景观格局及其生境质量状况。景观格局是由形状大小不同的景观斑块在景观空间上的排列，体现了景观的异质性，是诸多自然和人为因素在不同时空尺度上作用的最终结果[1-2]。生境质量是指生态系统提供适宜个体与种群持续发展生存条件的能力，可以在一定程度上反映区域生物多样性状况[3]。土地利用是人类活动的一种重要表现方式，土地利用改变造成生态系统内部结构、过程和功能发生巨大变化，是导致生境质量退化和丧失最主要的因子[4]。王耕等[5]以遥感影像为数据源，分析老铁山自然保护区景观格局变化趋势，并采用InVEST 模型计算生境质量，探讨了该地区20 年来人类干扰强度与生境质量的时空变化；
顾羊羊等[6]基于Landsat影像数据，在Fragstats 和InVEST 软件支持下分析了沅江源自然保护区土地利用变化与景观格局特征，探讨保护区生境质量变化规律。可见，科学评估区域景观格局和生境质量对于认识自然保护区生态系统状况具有重要意义。

2019 年6 月，中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于建立以国家公园为主体的自然保护地体系的指导意见》，提出建立以国家公园为主体的自然保护地体系，要求开展自然保护地整合优化，科学划定分类管控区域。因此，开展自然保护区生态系统格局和质量评估是科学划定功能分区、编制自然保护地发展规划的重要前提。

该文以海南省甘什岭自然保护区为研究对象，利用2020 年最新森林资源二类调查数据，评估保护区的景观格局与生境质量，分析其生态系统状况，以期为甘什岭自然保护区的功能区优化、生态修复和生物多样性保护提供数据支撑及科学参考。

海南甘什岭省级自然保护区地处海南岛南部（18°21′17″N～18°24′12″N，109°33′55″E～109°41′38″E），位于三亚与保亭交界处（见图1），属于热带海洋季风性气候。甘什岭地貌属低山丘陵地，为五指山脉南麓的延伸部分，地势自南向北依次升高。区内年平均温度24.5℃，太阳辐射年总量134 kcal/m2，平均年积温9254.5℃，年降雨量约1600mm，干湿季明显。保护区总面积1843.83 hm2，区划为核心区、缓冲区和实验区。距三亚市区约30 km，地跨罗蓬、大茅、沙姜园等村，海榆中线公路从保护区中部穿过，交通便利。保护区以珍稀野生动植物资源及其生境为主要对象，全面保护完整的自然生态系统以及丰富而珍贵的动、植物资源，保护区是世界唯一分布有珍稀濒危植物无翼坡垒的区域。据不完全统计，保护区内有维管植物181 科744 属1413种，记录有陆生脊椎动物70 科192 种，生物多样性十分丰富。

图1 研究区位置Fig. 1 The Location of the Research Area

2.1 数据来源

海南省甘什岭省级自然保护区边界矢量数据来源于海南省林业局，土地利用分类数据以2020 年三亚市森林资源二类调查数据为基础，结合2021 年林地变更数据进行对比修正，并以保护区范围为掩膜得到土地利用分类矢量数据。由于保护区内以森林生态系统为主，将其进一步细分，最终将保护区的土地利用类型划分为乔木林、灌木林、橡胶林、槟榔林、相思林、果树林、建设用地、水域共8 种景观类型（见图2）。

图2 甘什岭自然保护区土地利用分类Fig.2 Land Use Classification of Ganshiling Nature Reserve

2.2 研究方法

2.2.1 景观格局分析

根据相关研究成果，该研究中景观格局分析分别从类型水平和景观水平两个方面进行统计描述[7-8]，其中类型水平指数选取了景观面积（CA）、景观面积比例（PLAND）、斑块数量（NP）、平均斑块面积（MPS）、最大斑块指数（LPI）、边缘密度（ED）、景观形状指数（LSI）和聚集度指数（AI）等8 个，景观水平指数选取了景观面积（CA）、斑块数量（NP）、平均斑块面积（MPS）、最大斑块指数（LPI）、边缘密度（ED）、景观形状指数（LSI）、聚集度指数（AI）、香农多样性指数（SHDI） 和香农均度指数（SHEI） 等9 个。借助ArcGIS 10.3 将土地利用景观分类矢量图转换为5 m×5m 栅格格式，利用Fragstats 4.2 软件进行分析景观格局统计分析。

2.2.2 生境质量评估

生境质量评估采用InVEST 3.5.0 模型中的生境质量模块（Habitat Quality），定量评估保护区生境质量水平，以此反映保护区生态系统生物多样性状态及其能为物种提供生存繁衍条件的潜力水平[9]。计算公式如下：

式中，Qxj为第j 类土地利用类型中栅格x 的生境质量；
Hj为第j 类土地利用的生境适宜度；
Dxj为第j 类土地利用中栅格单元x 的生境退化程度；
k 为半饱和系数，模型默认值为0.5，z 为归一化常量，模型中设置为2.5。R 为威胁因子个数，wr为威胁因子r 的权重，y 为第r 类威胁因子的栅格数，Yr是威胁因子r 栅格单元的总数；
irxy为栅格y 的胁迫值ry对栅格x 的胁迫程度，可通过线性或指数衰减求取；
βx为各种威胁因子对栅格x 的可达性；
Sjr为第j 类土地利用类型对第r 类威胁因子的敏感度；
dxy为第r类威胁因子的最大威胁距离。

根据甘什岭自然保护区实际情况，在InVEST 模型推荐值的基础上，参考相关研究成果[10-11]，将建设用地土地利用类型作为威胁因子，影响距离为10 km，呈指数空间衰减类型，威胁因子对不同生境类型的敏感度见表1。生境质量取值在[0，1]之间，值越小表示生境质量越低，值越大表示生境质量越高。

表1 不同土地利用类型对生境威胁因子的敏感度Tab.1 Sensitivity of Different Land Use Types to Habitat Threat Factors

3.1 景观格局特征

3.1.1 类型水平

由表2 可知，总体上看，甘什岭自然保护区景观类型以林地为主，总面积达1788.78hm2，占总面积的97.01%，为优势景观类型；
其次为水域，面积为40.54hm2，占2.20%；
最少的为建设用地，面积为14.53hm2，占0.79%。从细分景观类型来看，林地景观类型中以乔木林为主，面积为1576.70hm2，占总面积的85.51%；
其次为果树林，面积为169.00hm2，占9.17%；
再次为灌木林，占1.78%；
橡胶林、槟榔林和相思林面积占比较少。

表2 甘什岭自然保护区类型水平上的景观格局特征Tab.2 Landscape Pattern Characteristics of Ganshiling Nature Reserve type level

从景观斑块数量（NP）来看，建设用地最多，达100 个；
其次为灌木林，为61 个；
其他景观类型的景观斑块数量相对较少。从平均斑块面积（MPS）来看，乔木林景观的平均斑块面积最大，达157.67hm2/个；
其次为果树林，为8.89hm2/个；
再次是水域2.90hm2/个。从最大斑块指数（LPI）来看，同样以乔木林、果树林的较大。从景观边缘密度（ED）来看，建设用地的边缘密度最高，达1374.87m/hm2；
其次相思林和槟榔林的也较大；
边缘密度最小的是乔木林，仅为37.34m/hm2。从景观形状指数（LSI）来看，以建设用地和灌木林较高，分别为14.15 和11.62。从景观聚集度指数（AI）来看，乔木林的景观聚集度较高，达99.48；
其次为果树林、水域和橡胶林，其他景观类型的聚集度较低。

从以上分析结果可以看出，甘什岭自然保护区以乔木林为主要景观类型，斑块数量少，平均斑块面积和最大斑块指数均为最大，景观聚集度也是最高，这表明乔木林景观呈集中连片分布，受人为干扰较低。而保护区内的建设用地景观由于斑块数量和斑块边缘密度最多，导致平均斑块面积最小且分散，斑块形状也较为复杂，聚集程度最低；
其次灌木林也呈现相似的分布状态。

3.1.2 景观水平

按照自然保护区功能分区划分为核心区、缓冲区和实验区3 个，从甘什岭自然保护区的景观水平上看（见表3），总体的斑块数量为226 个，其中核心区的景观斑块数量最少，仅有17 个；
实验区的景观斑块数量最多，达154 个；
缓冲区的景观斑块数量为94 个。在3 个功能分区中，核心区的景观斑块数量、边缘密度以及景观均匀度和景观多样性指数等各项指标均为最低，且要显著低于保护区总体水平，这表明甘什岭自然保护区核心区景观的聚集程度更高、完整性最好，斑块连通性更强，受人为干扰较弱，斑块呈聚集分布状态。虽然实验区的斑块数量要明显高于缓冲区，但是在平均斑块面积、边缘密度以及景观聚集度等指标上，实验区仅略高于缓冲区，这表明实验区在景观连通性上要好于缓冲区，这也说明保护区实验区和缓冲区2 个功能分区受人为干扰较强，造成不同类型景观的破碎化和形状的复杂化，斑块聚集程度和连通性都会受到不同程度破坏。

表3 甘什岭自然保护区景观水平上的景观格局特征Tab.3 Landscape Pattern Characteristics of Ganshiling Nature Reserve Landscape Level

3.2 生境质量空间分布特征

从空间上看（见图3），甘什岭自然保护区的生境质量呈现出中间区域高、两侧低的分布格局，总体生境质量指数为0.9669，这表明保护区的森林生态系统保存完整，物种资源和生物多样性丰富，受人类活动影响少，其生境质量相对较好。但中部区域由于海榆中线公路从保护区中部穿过，造成中部生境质量呈线性的低值区；
两侧主要是由于果树林和橡胶林成片分布，受一定人为活动影响，造成生境质量局部退化。

图3 甘什岭自然保护区生境质量空间分布Fig.3 Spatial Distribution of Habitat Quality of Ganshiling Nature Reserve

从保护区不同功能分区的生境质量均值和标准差上看（见表4），核心区的生境质量最高，均值为0.9978，标准差为0.0210，均要显著优于缓冲区和实验区，这表明核心区的生态系统质量更稳定，受干扰较小。而缓冲区和实验区的生境质量均值分别为0.9214 和0.9638，标准差为0.1177 和0.1387，反映出实验区的生境质量要高于缓冲区，且生境质量变化表现相对稳定。

表4 甘什岭自然保护区生境质量均值和标准差Tab.4 Mean and Standard Deviation Change of Habitat Quality of Ganshiling Nature Reserve

4.1 结论

该文基于最新森林资源调查数据，采用Fragstats工具和InVEST 模型分析了海南省甘什岭自然保护区的景观格局与生境质量状况，得出以下结论：

（1）甘什岭自然保护区景观类型以林地为主，其次为水域，最少的为建设用地。从细分景观类型来看，林地景观类型中以乔木林为主，占总面积的85.51%；
其次为果树林；
橡胶林、槟榔林和相思林面积占比较少。

（2）在景观格局上，保护区乔木林斑块数量较少，平均斑块面积和最大斑块指数均为最大，景观聚集度也是最高，这表明乔木林景观呈集中连片分布，受人为干扰较低。而保护区内的建设用地景观斑块数量最多，平均斑块面积最小，斑块形状也较为复杂，聚集程度最低。

（3）甘什岭自然保护区的生境质量呈现出中间区域高、两侧低的分布格局，总体生境质量指数为0.9669，其中核心区的生境质量最高、实验区次之、缓冲区最低，且核心区生境质量表现更稳定。

4.2 讨论

甘什岭自然保护区景观类型以林地为主，其中又以乔木林为优势景观类型，面积占比达85.51%，主要分布在保护区中部海拔较高区域，平均斑块面积和最大斑块指数均为最大，景观聚集度也是最高，受人为干扰较低，表现出优良的生境质量和生物多样性水平，这也与保护区以珍稀野生动植物资源及其生境为主要保护对象的目标相吻合。在保护区功能分区上，甘什岭自然保护区的核心区生境质量最高、实验区次之、缓冲区最低，其中实验区和缓冲区主要受到人口密度、土地利用强度等密集的社会经济活动影响，对生境质量产生了威胁，并导致生境的丧失和退化。具体来看，海榆中线公路从保护区实验区穿过，建设用地等人为景观斑块分布较多，人口活动密集，造成生境质量较低，因此建议在实验区合理规划建设范围，禁止建设用地随意扩大，避免生境破碎化加剧。在缓冲区，主要是在两侧的果树林和橡胶林成片分布，受一定人为活动影响，造成生境质量局部退化，因此建议在该区域考虑适当的生态修复措施，恢复自然植被，提升区域生境质量。

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