俞 飞 ，李智勇

（1.中国林业科学研究院 林业科技信息研究所，北京 100091；2.浙江农林大学 林业与生物技术学院，浙江 临安 311300 ）

当前的森林景观主要研究内容包括：森林景观空间格局分析及影响因素，森林景观生态评价、规划及改造研究，森林边际效应及动态，森林景观水平上的生物多样性保护，森林景观动态模型的构建等内容，而这些内容必须以森林景观格局研究为基础。Raposo等分析了景观异质性对低密度环境中生物非定向运动和随机扩散的效率的影响，揭示了景观结构与最大扩散的耦合机制，并预测扩散的增强有利于各生物在异质景观中的相遇[1]。Jesse等利用植被和火灾的历史数据构建了环境干扰和变化的模型，分析了美国犹他州中部亚高山带的云杉林景观变化情况[2]。Guirado等人为了弄清邻接土地利用方式、距森林边缘距离、森林缀块大小以及由此产生的交互作用对于城市森林植物物种丰度和构成的影响，以西班牙的巴塞罗那为研究对象，选用多维尺度排序方法来探测物种聚类变化的模型，并研究这些模型与物种丰富度和人为因子的关系[3]。从目前的总体趋势可以发现，越来越多的森林景观格局研究考虑了森林和人类的相互关系，这正是当代景观生态学研究的重要方向之一：将人类和人类活动整合到景观生态学研究之中，最终实现人类与自然的和谐共处[4-5]。这一观点在2017年的美国景观生态学年会中作为会议主题得到了重点关注[6]。森林景观不仅具有独立的完整结构及相应的生态学、经济学和社会学功能，又有明显的视觉特征和美学价值[7]。目前的人类与森林景观的研究还是以生态价值和经济价值为主导，但是随着人们森林文化价值意识的觉醒，以美学为目的的森林景观研究也越来越多。

目前国际上公认的景观美学评价有四大学派：专家学派、认知学派、心理物理学派和经验学派[8]。其中，心理物理学派的美景度评价法（Scenic beauty estimation, SBE）应用最广。国外学者通过分析美景度与斑块数量、异质性指数等指数之间的相关性，发现景观格局指数对美学质量有较高的影响[9]。国内学者利用SBE法对北京山区黄栌针叶树混交林秋季景观[10]，长白山地区金沟岭林场森林景观质量[11]等开展了相关研究，但是大多研究的是林内景观（群落结构）尺度的美学质量，对于景观格局尺度的研究相对缺乏。

天目山国家级自然保护区拥有大面积典型的中亚热带森林生态系统和森林景观，以“高、大、古、稀、美”的特点成为了长三角地区重要的旅游景点。纵观天目山森林景观相关研究，主要集中在景观格局分析[12]、种群空间分布格局[13]、种群空间结构[14]等生态学内容的研究，尚无森林景观格局与美学质量关系的研究，因此本论文从美学角度出发，对天目山自然保护区30年来的森林景观结构动态变化特征进行了定量和定性分析，初步探讨了保护区景观格局与美学质量的关系及动态变化特征，为森林景观美学资源的有效保护、管理及生态旅游规划等提供依据。

1 研究区概况

天目山国家级自然保护区位于浙江省杭州市临安区境内（119°23′47″～ 119°28′27″E，30°18′30″～ 30°24′55″N），具 有中亚热带向北亚热带过渡的气候特征，并深受海洋暖湿气流的影响，季风强盛、四季分明、雨水充沛，自海拔200～1 500 m区域中，根据气候分布规律和森林植被垂直带谱、地形等差异，可分为丘陵温和层、山地温凉层、山地温冷层和山地温寒层4个森林生态垂直气候层，在4 284 hm2面积的区域中，汇集了2 160种高等植物，4716种野生动物，常绿阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、落叶阔叶林、落叶矮林等6个植被型和30个群系组。天目山水系属于钱塘江流域，是长江和钱塘江的分水岭。保护区内有东关溪、西关溪、双清溪、正清溪等溪流。除了丰富的森林资源，天目山还拥有悠久的宗教文化，是集儒、道、佛等文化于一体的名山。地理区位上邻近上海、苏州、南京、宁波等城市，是长三角地区著名的旅游和避暑胜地。

2 研究方法

2.1 数据来源与处理

数据来源于天目山植被格局、过程和动态[15]。该文献利用Landsat遥感影像提取1984、1994、2004和2015年4个时段的森林信息。并根据野外调查与遥感影像的目视解释，将天目山保护区的土地类型划分为常绿阔叶林、落叶阔叶林、针叶林、竹林、水域和其它6 种景观类型（表1），然后利用Fragstats软件进行景观空间格局定量分析。

2.2 景观格局指标选择

本研究从类型水平和景观水平两个层次选取指标进行分析，以全面反映保护区森林景观的结构特征与美学质量的时空变化特征[16-18]。选取了斑块面积、斑块面积比例、斑块数量和最大斑块指数用于研究景观类型组成情况和优势景观类型，确定形成保护区优美景观的主要元素。选取了平均斑块面积、景观破碎度、斑块形状指数、边界密度、斑块结合度和聚集度指数用于研究各景观类型的破碎状况和连接状况，确定各景观体现的美学类型。选取了景观多样性指数、景观均匀度指数、散布与并列指数、蔓延度和斑块结合度，从景观水平研究保护区景观空间结构的丰富度、景观类型比例之间的均衡度，确定保护区景观的整体美学质量。景观格局指标及公式描述，见表2。

表1 天目山自然保护区景观类型植被组成Table 1 Vegetation composition of landscape patterns in Tianmu mountain nature reserve

表2 景观格局指标及公式描述Table 2 Landscape pattern indicators and formula description

3 结果与分析

3.1 景观总体结构特征的时空变化

由表3可知，近30 a间常绿阔叶林和落叶阔叶林景观面积比例在80%以上，竹林为3.36～9.32%，针叶林为0.54～2.35%，裸地和其他为3.15～7.25%，水域为0.3～1.56%。结合图1还可以发现，阔叶林的斑块数量和平均斑块面积也是最大的，说明阔叶林景观是当地气候条件下的典型森林景观类型，是构成保护区优美景观的最重要因素，对游客的视觉冲击力最强。另一方面，虽然阔叶林景观在整体景观中具有优势地位，但是植物种类丰富，而且斑块数量多，具有较高的色彩多样性和明显的厚度对比度[19]，所以并不会造成枯燥单一的视觉效果。

从1984—2004年，常绿阔叶林景观面积比例减少了19.43%，平均斑块面积下降；而落叶阔叶林景观面积比例增加了9.45%，平均斑块面积上升，至2015年已显著超过常绿阔叶林。而且最大斑块指数变化也显示常绿阔叶林整体呈现下降趋势，落叶阔叶整体呈现上升趋势，并与2004年起显著高于常绿落叶。可见经过30 a的演替，落叶阔叶林面积已显著高于常绿阔叶林，成为了保护区森林景观的主导类型。前人研究表明落叶林面积比例高的森林景观秋季美景度高[11]，因此落叶阔叶林面积的提升有助于提升保护区秋季美学质量。

但是近30 a景观格局变化显示，阔叶林景观面积比例从1984年的90.86%下降到了2015年的80.88%，虽然仍旧占据优势地位，但是保护区景观整体的相似程度有所下降，这主要是因为道路和建筑物用地、竹林面积扩张导致的。竹林主要由分布在海拔350～900 m的毛竹林和1 200～1 500 m的箬竹林组成。其中毛竹林扩散能力非常强，面积逐年增加，并对阔叶林和针叶林群落造成了入侵。竹林景观的外观特征与阔叶林存在显著差异，入侵后会造成保护区的典型景观类型欣赏价值的下降。因此2004年后对毛竹林进行了砍伐以控制其自然扩张，2015年竹林面积、斑块数量和最大斑块指数的下降就是人为控制毛竹林扩张的效果。

针叶林虽然面积比例非常小，却是天目山自然保护区的特色植被，构成壮观的林海，有着极其重要的地位。主要有柳杉林、金钱松林、马尾松林、黄山松林、杉木林、柏树林共6个群系组。从表3可知，针叶林的面积逐年增长，至2004年达到了最大值，而且平均面积不断增大，这可以进一步提高针叶林景观的壮观度。有研究指出，森林景观中针阔面积比小于30%时美景度最高[11]，保护区内针阔面积比在30年间一直维持在2%以下，因此美学质量较高。

有研究发现景观美景度与水域面积成正比，与建筑物面积成反比[20]。天目山自然保护区近20年间水域面积逐年扩大，可以在一定程度上提升保护区的美景度。裸地和建筑物的面积也基本呈现逐年增加趋势，2015年所占面积比1982年增加了50.39%，主要是由于景区旅游道路、旅游基础设施、景区内农家乐面积扩张等因素导致的。这些建筑采用的基本都是现代设计风格，缺少地方特色，而且农家乐建设没有统一规划，从美学角度来看，建筑物景观与当地的森林景观类型没有形成很好的融合。

表3 天目山自然保护区斑块类型面积和比例变化Table 3 Changes of class area and percent of landscape in Tianmu mountain nature reserve

图1 天目山自然保护区斑块数量和最大斑块指数变化特征Fig.1 Change dynamics of number of patches and largest patch index in Tianmu mountain nature reserve

3.2 景观美学类型的时空变化

常绿阔叶林在面积逐年减小的情况下，平均斑块面积不断缩小，斑块破碎度不断增大，到2004年到达顶点，说明这20 a间该景观类型受到干扰较大，产生了一定的破碎化和空间异质性，这对维持生物多样性和生态系统功能有一定负面影响。而且斑块边界密度显著小于竹林和针叶林景观类型，可见常绿阔叶林的斑块融合性偏低。同时期的斑块结合度和聚集度也有所下降，说明斑块之间的连片程度降低，导致常绿阔叶林景观的规模美和宏观美亦有所下降[16-17]。不过在2004年以后，各景观格局指数趋于良性发展，表明常绿阔叶林受到的干扰减少，这有助于维持保护区的区域景观特色。落叶阔叶林的状况与常绿阔叶林正好相反。自1994年开始，在面积逐年增加的基础上，平均斑块面积逐年扩大、景观破碎度逐年降低，可见落叶阔林的破碎化和空间异质性程度非常低。而且斑块结合度和聚集度在1994年后也逐步上升，说明落叶阔叶林斑块之间逐年连片，形成的斑块越来越大，这在秋季可以形成大片的彩叶景观。相对于针叶林和竹林，阔叶林的破碎度非常低，近30 a的斑块破碎度不超过0.2，可见虽然受到了一定程度的干扰，阔叶林景观总体保持原貌的程度较高，典型区域景观类型并未发生变化。总体而言阔叶林的斑块形状指数则较高，说明其斑块形状较复杂，多为曲线形状，给人以活力、动感、富有变化的感觉[18]。

竹林的斑块破碎度远高于阔叶林，说明竹林景观破碎度较高，这是因为毛竹林是南方的重要经济树种，受到人为经营影响较大的缘故。而且竹林的边界密度远高于阔叶林，可见竹林的边界形状更复杂，与别的斑块融合的非常好，这是因为毛竹极易入侵到别的斑块中导致的，但是会造成阔叶和针叶林美景度的下降，另一方面也体现了竹林的扩张非常分散。而且斑块结合度和聚集度较低，表明竹林斑块之间连接性较差，尚未形成壮阔的林海景观。不过1994年以来，竹林的平均斑块面积、斑块结合度和聚集度逐年上升，而且破碎度和斑块边界密度逐年下降，可见其有连接成片的趋势。

图2 天目山自然保护区景观结构复杂性变化特征Fig.2 Change dynamics of complexity characteristics of forest landscape structure in Tianmu mountain nature reserve

针叶林的平均斑块面积远低于阔叶林，但是斑块破碎度远高于阔叶林，可见其斑块小而分散，景观破碎度高。而且针叶林的斑块边界密度远高于阔叶林，表明该景观类型与别的斑块融合的非常好，这可能是因为保护区很大一部分针叶林由人工更新的，与阔叶林和竹林形成了混交状态。同时，针叶林的斑块结合度和聚集度较低，斑块之间连接性较差。不过从整体趋势看来，近30年来，针叶林的平均斑块面积、斑块结合度和聚集度呈现上升趋势，而且破碎度和斑块边界密度整体下降，与竹林一样出现了连接成片的趋势。

3.3 景观整体美学质量的时空变化

从表4可知， 香农多样性指数自1984年以来逐步升高，表明保护区森林景观异质性逐步增加，这不仅有利于区域生态系统的稳定性，还增加了景观的整体美学质量。不过多样性指数仅为1.2左右，属于偏低水平，还有待进一步提高。香农均匀度指数经过30 a的发展，由0.6上升到了0.7，表明阔叶林景观类型一直占据优势地位，展现了区域景观特色，但是在2004年之后其主导性有所减弱，表明保护区内景观类型多样性增加，散布毗邻指数的变化也得到了相似结论。而且斑块结合度和蔓延度的逐年下降，可见阔叶组成的优势斑块类型的连续性逐年减弱。这些变化都说明竹林的扩展、建筑物面积的增加对保护区的阔叶林景观类型的景观格局和美学特征产生了一定的影响。

表4 天目山自然保护区森林景观多样性变化Table 4 Changes of forest landscape diversity in Tianmu mountain nature reserve

4 结 论

随着人们对森林美学价值认识的不断提高，森林美学质量相关的科学研究也逐渐增多，并通过一定的技术手段从定性研究往定量研究方面发展，其中应用最广的为心理物理学派的美景度评价法[8]。但是这些研究的对象是林内景观，如树种组成、灌木高度、林下层盖度等内容，这其实是群落角度的森林美学质量评价，而真正从景观格局角度出发的森林美学质量研究仅有欧阳勋志开展的婺源县森林景观空间格局与景观美学质量关系探析[16]，角媛梅开展的哈尼梯田景观空间格局与美学特征分析[21]，周年兴开展的庐山森林景观美学质量与景观格局指数的关系等少量研究[20]，由此可见景观尺度的森林美学质量研究尚处在探索阶段。

前人研究表明，在空间格局上占主导的景观类型对研究区域景观视觉美学质量的高低具有决定作用[22]。本研究中天目山自然保护区以阔叶林景观类型为主，占景观总面积80%以上，具有绝对优势。由于不同树种叶片色彩或绿度不尽相同，树种组成变化会导致景观斑块色彩发生显著变化，从而影响人们对森林景观的审美接受程度[23]。保护区内树种丰富，随着常绿和落叶景观比例的变化，亦会引起观赏者产生不同的视觉效果。可见阔叶林景观类型不仅对维持整个区域生态系统稳定具有重要作用，而且是构成区域优美景色的基础。30年来阔叶林景观类型面积比例从90.86%下降至80.88%，保护区Shannon 多样性指数和均匀度指数亦有升高，表明阔叶林的优势景观类型的地位有所下降。不过阔叶林的破碎度始终维持在0.2以下，而斑块结合度和聚集度一直保持较高水平，所以阔叶林景观总体保持原貌的程度较高，区域典型景观特色并未发生明显变化。阔叶林景观由常绿阔叶林和落叶阔叶林组成。1984—2004年，常绿阔叶林的面积比例、最大斑块指数、斑块结合度逐年下降，破碎度和斑块数量上升，而落叶阔叶林变化相反。周年兴等的研究表明美学质量与斑块密度存在显著的负相关，与边界密度、多样性指数存在显著的正相关[20]，可见常绿阔叶林的美学质量总体呈现下降趋势，而落叶阔叶林连接成片，这有利于形成大面积的秋季彩叶景观，提高保护区的秋季美景度。

竹林和针叶林景观斑块破碎度高，且斑块结合度和聚集度较低，壮观度不够。但是边界密度较高，与其它类型斑块融合较好，从景观角度整体来看，形成了宏观美与错落美的统一性与多样性的有机组合，可以提升保护区的整体美学质量。不过竹林面积扩张迅速，有连接成片的趋势，这不仅会对保护区的生态系统稳定和区域生态安全造成危害，还将导致区域景观特色发生改变，所以保护区管理局对其进行了人为砍伐，以控制其自然扩张。

一定比例的人工景观类型可以增加整体景观的生动性[22]，但是超过一定比例后道路等人工景观的面积与美学质量呈反比。天目山自然保护区旅游道路、旅游基础设施和停车场修建、景区内农家乐等面积在30 a间增长了50%，但是缺少合理的设计和统一规划，建筑物景观与当地的森林景观类型没有形成很好的融合，美学质量不高。

综上所述，阔叶林景观在1984—2015年一直形成是天目山自然保护区优美景观的最主要元素，但是在这20 a间的景观优势度整体下降趋势。这主要是因为森林生态系统的自然演替和人类活动引起的竹林和建筑用地面积增加导致的，虽然增加了景观的多样性，但是美学质量并不高，在今后经营管理过程中还需要从美学角度加以考虑。