三峡库区是指按三峡大坝蓄水到175 m方案，因水位升高而受淹没影响的地区，位于106°16′111°28′ E、28°56′31°44′ N之间，包括湖北省宜昌市夷陵区、兴山县、秭归县、巴东县，重庆市巫山县、巫溪县、奉节县、云阳县、开县、万州区、忠县、石柱县、丰都县、武隆县、长寿区、涪陵区、渝北区、渝中区、南岸区、江北区、北碚区、沙坪坝区、九龙坡区、大渡口区、巴南区、江津区共26个区(县)，面积约5.8×10⁴ km²，2012年总人口约2 068.02万人。三峡库区地形东高西低，自东向西地貌由低、中山逐渐向低山丘陵过渡，山地约占74%、丘陵约占22%、平原和坝地仅占4%。三峡库区处于中亚热带湿润季风气候区，地带性植被为中亚热带常绿阔叶林，年平均气温山地区1014℃、河谷区1719℃，多年年均降水量1 0001 200 mm，具有春早、夏热、冬暖、秋雨连绵、云雾多、湿度大、光照少、生长期长和伏旱等特征。

本研究所采用的基础数据为三峡库区1992—2012年间Landsat TM / ETM+/OLI卫星遥感影像，空间分辨率30 m。按照三峡工程建设的不同阶段，选择1992年、1996年、2002年、2006年、2012年这5个研究时点，分别代表工程建设前期论证、大江截流、正式蓄水、工程全面建成以及工程蓄水至175 m全面运行这5个阶段。针对每个时间节点，选择同一年份或者临近年份中相同季节、云雾量较少、图像质量较好的Landsat系列卫星影像作为基础数据，并利用三峡库区2003、2013年森林资源连续清查小班数据，以及野外实地踩点调查作为辅助数据。

遥感影像处理过程主要包括预处理、训练区采集、分类、分类后除噪平滑4个步骤。首先利用ERDAS IMAGINE 9.2对遥感影像进行图像校正、图像增强、图像拼接和图像裁剪等预处理，然后采用监督分类与目视解译相结合的方法对三峡库区土地利用覆盖类型进行遥感解译。参照我国现行《土地利用现状分类》(GB/T21010-2007)，结合前期研究结果^[9]，将研究区土地利用类型分为耕地、林地、草地、建设用地、水域、裸地6个一级地类，并将林地细分为针叶林、针阔混交林、常绿阔叶林、落叶阔叶林、灌木林5个二级地类。通过与2003年、2013年三峡库区森林资源二类调查小班数据以及Google Earth高清影像进行比对，并结合野外GPS实地踩点调查进行分类后修正及解译精度验证，总体分类精度均超过85%，能够满足分析需求。

本研究分析三峡库区森林景观总体结构与分布以及随三峡工程进展库区森林景观格局的时空演变，并以森林景观斑块的破碎化作为切入点^[10-11]，从斑块面积大小等级、破碎化指数两方面分析森林景观与森林景观类型的破碎化过程^[12]。

森林景观变化动态度K可定量描述森林景观动态变化的速度和趋势，其表达式为：

式中，U_ai、U_bi分别为研究初期和末期两个时点第i类森林类型的面积，i=1, 2, 3, 4, 5；T为研究时段，当T设定为年时，K值就是研究区森林景观的年变化动态度^[13-14]。

在三峡库区森林景观破碎化的分析上，采用景观破碎化与连通性指数进行定量分析，选取斑块平均面积(MPS)、斑块密度(PD)、最大斑块指数(LPI)、斑块平均形状破碎化指数(FS₁)、景观斑块数破碎化指数(FN)来衡量斑块破碎化程度，选取平均最近距离(MNN)和平均邻近指数(MPI)来分析斑块间的连通性和聚集程度。同时，对库区森林景观斑块按面积等级＜5、510、1020、2050、50100、≥100 hm²进行分级统计，分析每个斑块面积等级的斑块数量及比例、斑块面积及比例、平均斑块面积以及斑块密度。部分指数的计算公式如下，其它常用景观指数的计算公式和生态学意义参见文献[15-16]，上述景观指数在景观格局分析软件Fragstats4.2中进行计算。

斑块平均形状破碎化指数

景观斑块数破碎化指数

式中，MSI为景观斑块的平均形状指数；FN为整体/某森林景观类型的景观斑块数破碎化指数；N_p为森林景观斑块总数/某森林景观类型的斑块数；N_c为森林景观的方格网格子总数；FN的值域为[0, 1]，0表示景观完全未被破坏即无生境破碎化的存在，1表示景观已完全破碎。

1992—2012年间，三峡库区各景观类型的面积发生了不同程度地变化(图 1)：这20年间，耕地和林地始终是库区的主要景观类型，两者占库区面积的93%96%；而耕地面积大幅减少，且随着三峡工程的进展，耕地的减速在增大，主要向建设用地、林地、水域转变。林地、建设用地和水域三者的面积逐年增加，变化最为显著的是建设用地，2012年比1992年增加了5倍；其次是水域，2012年是1992年的2倍；林地面积比1992年增加了将近60%，由于林地是三峡主要的景观类型面积基数大，20年间林地面积增加了131.73×10⁴ hm²。

图  1  三峡库区1992—2012年主要景观类型及分布

Figure 1.  Major landscape types and their Spatial distribution in Three Gorges Reservoir Area from 1992 to 2012

1992—2012年间，三峡库区森林面积与森林覆盖率稳步提升，1992年、1996年库区森林面积和森林覆盖率分别为204.17×10⁴ hm²、208.54×10⁴ hm²和35.30%、36.06%；2002年到2006年再到2012年，森林覆盖率分别增加约8%、7%、6%，最终达到58.08%，面积增加为335.90×10⁴ hm²。森林景观结构比较稳定，呈现出针叶林＞灌木林＞针阔混交林＞落叶阔叶林＞常绿阔叶林的态势，但在三峡工程的不同阶段，各森林类型的面积变化有所不同。针叶林一直是库区最主要的森林类型，在1996—2006年三峡工程从大江截流到水库全面建成的10年间，针叶林面积大幅增加，从74.97×10⁴ hm²增加到127.29×10⁴ hm²。针阔混交林的面积在工程建设初期有所下降，之后则稳步提升，增幅20%左右，2012年针阔混交林面积达到58.40×10⁴ hm²。常绿阔叶林和落叶阔叶林的面积比较平稳，保持在10×10⁴ hm²和30×10⁴ hm²左右。灌木林是库区中仅次于针叶林的主要森林类型，面积从1992—2012年逐渐增加，且增速加大，面积从1992年61.93×10⁴ hm²增加到2012年99.72×10⁴ hm²。

根据三峡库区的地形地貌，将库区分为库首、腹地、库尾三大部分(图 3)，其中库首即湖北段宜昌市夷陵区、兴山县、秭归县和恩施自治州巴东县；库尾即重庆“一小时经济圈”的中心城七区和渝北区、巴南区、长寿区、江津区；库区腹地以万州区为分界点，万州区以西的涪陵区、丰都县、忠县、石柱县、武隆县为腹地(西)，万州区(含)以东的开县、云阳县、奉节县、巫山县、巫溪县为腹地(东)。由图 1、图 3可看出，三峡库区的林地主要分布在大巴山区的腹地(东)与秦巴山地的库首，腹地(西)喀斯特山地武隆县、丰都县和石柱县，以及江津区南部的低山丘陵区。

图  2  三峡库区1992—2012年森林结构时间演变图

Figure 2.  Forest structure of Three Gorges Reservoir Area from 1992 to 2012

图  3  三峡库区1992—2012年各区县森林覆盖率演变图

Figure 3.  Forest coverage rate of each county in Three Gorges Reservoir Area from 1992 to 2012

1992—2012年间三峡库区森林面积自西向东显著增加，由点状、零星分布向连续、成片分布。库首与巫山县、巫溪县、奉节县的林地集中连片、空间连续性强，1992—2012年间库首平均森林覆盖率达73.16%；库区腹地南半部分林地面积较集中，北半部分的平行岭谷区以耕地为主，镶嵌林地，1992—2012年间库区腹地平均森林覆盖率为41.38%；库尾以耕地和建设用地为主，林地集中在江津区南部，建设用地集中分布在重庆“一小时经济圈”及周边，20年间平均森林覆盖率为22.39%。

1992—2002年间，三峡库区森林景观格局空间变化呈现出“首尾平稳、腹地迅速增加”的态势。库首四区县的年变化动态度较低，其中兴山县年均动态度仅0.48%，但森林覆盖率一直处于最高，在76%92%之间；其他三区县的变化幅度接近，秭归县呈连续上升趋势，年均动态度2.12%；夷陵区与巴东县则是先下降后上升，年均动态度1%左右。三峡库尾森林景观的年变化动态度在4%5.5%之间，该区域森林覆盖率普遍较低，重庆主城区、渝北区、长寿区的森林覆盖率由1992年的10%左右提高到2012年的20%左右；而库尾的主要林区江津区和巴南区在三峡工程开始前10年无显著变化，后10年则大幅提高，由20%增加到43%左右。库区腹地是林地大幅增加的主要区域，其中云阳县的年均动态度高达13.36%，其次是忠县8.18%、奉节县7.39%、开县7.26%、巫山县6.47%、巫溪县6.03%；并且森林覆盖率呈直线上升的趋势，云阳县的森林覆盖你率2012年比1992年增加了2.67倍，忠县、奉节县、开县、巫山县、巫溪县分别增加了1.64、1.47、1.45、1.29、1.21倍。库区腹地森林景观年均动态度较低的集中在腹地西南部，即石柱县、丰都县、武隆县三县，处于喀斯特山地区，是库区林地的主要分布区，森林覆盖率提高空间较小。

图  4  三峡库区1992—2012年各区县林地年变化动态度

Figure 4.  Annual change degree of each county in Three Gorges Reservoir Area from 1992 to 2012

对1992、1996、2002、2006、2012年三峡库区森林景观按斑块面积＜5、510、1020、2050、50100、≥100 hm²进行分级统计，分析每个等级的斑块数量及比例、斑块面积及比例、平均斑块面积以及斑块密度，从而分析森林景观的破碎化过程。

从表 1可知，库区森林景观的斑块数量存在明显的两级分化，面积＜5 hm²的斑块数量比例20年间平均达到86%，而所占面积比例平均为17%；面积＞100 hm²的斑块数量比例平均为0.7%，但面积比例占到50%。1992—2012年间，库区森林斑块总数先减少后增加，平均斑块面积则持续上升。对于面积＜10 hm²的零星散布斑块而言，1992—2012年间斑块数量比例逐渐下降、面积比例也逐年下降，而平均斑块面积则持续增加；而面积在1050 hm²的中等斑块，斑块数量比例、面积比例、平均斑块面积均无显著变化；面积大于50 hm²的大斑块在斑块数量比例、面积比例、平均斑块面积三方面都保持上升趋势，其中面积＞100 hm²的林地平均斑块面积由1992年的406.97 hm²增加到2012年的557.11 hm²，增加了37%。对森林景观斑块面积的分级分析反映出1992—2012年间，库区零星散布的森林斑块显著减少，森林破碎化程度逐步减小，集中连片的森林斑块数量增加、面积增大，森林景观呈现出异质、不连续向均质、连续的发展趋势。

从景观指数的层面分析森林景观的破碎化过程(表 2)，平均斑块面积MPS和斑块密度PD反映整体景观的破碎情况，1992—2012年间，库区森林景观MPS和PD呈逐年递增与递减趋势，其中针叶林、灌木林的变化趋势与之相一致，说明森林整体由破碎向大面积斑块占主导、空间上连续分布的景观格局过渡，特别是针叶林和灌木林。最大斑块指数LPI反映景观组成类型的优势度，库区森林LPI先下降后上升，由1992年的1.57上升到2012年的3.67，景观优势度显著增加，其中针叶林LPI的增幅最大，2012年比1992年增加了3.83倍，并且经过20年的转变，针叶林在库区森林类型中占绝对优势。斑块平均形状破碎化指数FS₁在不同森林类型和不同年份上都没有明显变化，说明库区20年间的斑块形状破碎情况趋于一致。景观斑块数破碎化指数FN反映景观被分割的破碎程度和景观空间结构的复杂性。1992—2012年间，库区森林景观FN从0.177持续下降到0.115，其中针叶林从0.071持续下降到0.039，说明景观的破碎化程度逐渐改善。平均最近距离MNN和平均邻近指数MPI从斑块间距离远近的角度分析斑块的连通性和聚集程度。一般来说MNN值大，反映出同类型斑块间相隔距离远，分布较离散；反之，说明同类型斑块间相距近，呈团聚分布；MPI值小，表明同类型斑块间离散程度高，反之，表明同类型斑块间邻近度高，景观连接性好。1992—2012年，库区森林景观MNN先上升后下降，2012年比1992年减少了5.4%；MPI先小幅下降后大幅上升，增加约3倍；不同森林类型景观变化规律基本一致，MPI呈现出针叶林＞灌木林＞针阔混交林＞落叶阔叶林＞常绿阔叶林。上述规律说明随着三峡工程的兴建，大江截流、库区蓄水、移民搬迁导致库区森林景观日益破碎，之后由于退耕还林、天然林保护、长江防护林建设等重大生态工程的投入与实施，库区森林景观得到了有效恢复，大面积斑块数量增加，斑块趋于集中连片、团聚度提高、连通性增强。

三峡库区是我国最重要的生态敏感脆弱区，三峡水库的修建给库区已失衡的生态—经济—社会系统增加了更大的压力，但也带来了生态环境恢复重建、经济优化转型、社会可持续发展的机遇与挑战。1992—2012年间，耕地和林地始终是三峡库区最主要景观类型^[17]，耕地大幅减少林地逐年增加，耕地转化成林地、建设用地和水域。人为因素是造成上述景观格局改变的关键^[18]：随着三峡工程的实施，百万移民搬迁、城镇迁移重建、公路铁路建设，造成了耕地的大量占用、严重的植被破坏、水土流失；另一方面，国家各项林业政策的实施，天然林保护、长江防护林建设、退耕还林、封山育林、飞播造林等生态恢复措施，及其逐步显现的生态效益，是景观格局改变的重要因素。

三峡库区森林面积与森林覆盖率双双稳步提升，但森林景观结构比较稳定，呈现出针叶林＞灌木林＞针阔混交林＞落叶阔叶林＞常绿阔叶林的态势^[19]。森林分布不均，主要集中在库首和腹地西部，森林资源自西向东由渝中库尾经渝东库区腹地到鄂西库首逐渐增多，空间分布呈由点状、零星分布向连续、成片分布过渡，20年间森林景观格局空间变化呈“首尾平稳、腹地迅速增加”的趋势。

森林景观斑块面积分级存在明显的两级分化，斑块面积小的细、碎、散斑块占斑块数量的85%以上，而面积仅占17%；百公顷以上的集中、连片斑块数量仅占0.7%，而面积占到50%。1992—2012年间，两极分化的情况明显缓解，零星散布的森林斑块显著减少，集中连片的森林斑块数量增加、面积增大，2012年库区森林景观平均斑块面积比1992年增加了54%。景观格局指数的研究结果进一步表明了相同的变化规律，20年间森林景观的平均斑块面积逐年递增、斑块密度逐年下降，斑块形状破碎情况无明显变化，最大斑块指数较1992年提高了1.34倍，平均邻近指数提高了3.02倍，其中针叶林的景观优势度明显增加。

随着三峡工程的兴建，库区土地利用结构发生变化，三峡库区森林生态系统的现状以及对全球气候变化的响应等成为众多学者关注的焦点^[20-23]。研究表明，经过近20年的建设，库区生态恢复已初见成效，森林景观由破碎斑块向大面积斑块占主导、空间上连续分布的景观格局过渡，景观类型内、外部连通性提高。但在景观格局上还存在分布不均：库区西部上游位置，尤其是沿江、低海拔区域及主要城区附近，由于气候、土壤等自然因素及人为活动的影响，森林景观破碎度明显大于中下游地带，森林覆盖率有待提高，尤其是地带性植被恢复仍有很大差距；而东部下游，尤其是鄂西四县，虽森林覆盖率高、破碎化程度小，但以马尾松林居多、景观多样性欠佳^[24]。

因此，在保护现有森林的同时，应更注意加强长江沿线及西部都市区的森林景观建设以及东部下游地区的景观多样性恢复。从水库安全和经济社会协调发展角度出发，尤其注重森林的结构调整和质量提升，整体提升库区森林生态系统服务功能，达到生态和经济协调发展。