外围土地利用变化对长白山自然保护区的生态孤立效应研究

Land use change surrounding nature reserves alters ecological processes and influences ecological function within nature reserve. We quantify the isolation of nature reserves on the basis of Landsat TM of 1977、1991、2007、2014 and field investigation. We explore an ecological mechanism on the connection of surrounding and within nature reserves. We simulate the landscape dynamics in different land use scenarios using LANDIS model. The difference among simulation results will explain the landscape and habitat change within nature reserve caused by land use change surrounding the nature reserves. This research will provide the basis of defining reasonable nature reserve boundary, establishing effective management mode and protecting ecological security.

自然保护区外围土地利用变化改变了保护区内外生态过程，对保护区内部的生态功能产生一定影响。本项目选取长白山自然保护区为研究对象，基于1977、1991、2007、2014四期遥感影像和野外调查数据，分析自然保护区的孤立程度，阐明自然保护区内外联系的生态机制。以不同的时间尺度，利用LANDIS模型预测在外围不同土地利用类型情景下的保护区内部景观动态，揭示由外围土地利用变化对保护区内部景观和动物栖息地的影响。研究成果可为合理划定保护区界线，建立有效的管理模式，维护区域生态安全提供科学的依据。

自然保护区对保护生态系统和生物多样性起到关键作用。严格的保护政策，导致自然保护区周边土地利用变化加剧，建设用地面积急剧增长。我们采用1999、2008、2015年三期遥感影像获取景观变化，结合景观指数定量化保护区被孤立的程度。结果表明，主要变化的景观类型为针阔混交林，保护区界线周边的针叶林被针阔混交林替代，保护区内外景观变化显著不同。保护区外部土地利用变化可能导致生态系统的重构，从而影响保护区内的生态功能和生物多样性。.应用LANDIS演替模型，模拟年限50年，设置修建道路和无道路两种情景，模拟研究区森林景观变化，对比两种情景下的差异，说明保护区外修建环山路对保护区内部森林结构和景观的影响。结果表明，修建道路可能促使针叶树种景观破碎化，红松和云杉景观连通性降低，落叶松的蔓延度增加；利于白桦、枫桦、柞树的更新和扩散；有道路情景下，针叶林呈聚集分布，对长白山自然保护区的景观孤立效应明显。景观的变化会进一步影响动物的活动，应用Netlogo模型模拟环区道路对动物的影响，结果表明道路会对动物的数量活动范围产生显著影响，从而影响保护区生物多样性。.综合上述森林和动物的生态效应，我们建议在保护区外围建立一个广阔的土地合理利用的过渡地带或走廊带, 彼此构成一个统一的有机整体。对于已经建成的环区公路，通过至少1000m左右宽廊道连接外围林业局公益林小班，建立区域一体化群网体系，解决岛屿式的孤立保护区所不能解决的问题, 有效地提高生态系统的稳定性和抗干扰能力。