热带森林破碎化格局的主导驱动因子：土地利用转型类型与速度的生态效应

《Landscape Ecology》：The effect of the type and speed of dominant land-cover transitions on patterns of tropical forest fragmentation

本研究针对热带森林转型过程中土地利用类型与转换速度对破碎化格局的影响机制这一关键空白，通过分析1992-2020年全球87,510个热带景观网格数据，揭示了不同土地覆盖（LC）转型（耕地、草地、灌丛地）及其速度通过影响森林空间配置（以森林构型指数FCI量化），塑造了截然不同的破碎化路径。结果表明，快速耕地扩张形成紧凑林斑，而缓慢转型导致高度破碎化；草地与灌丛地转型则在中等速度（12-15年）下破碎化最小。该研究为理解热带森林变化驱动机制及制定差异化保护策略提供了重要科学依据。

　　

随着全球对食物、饲料和燃料需求的持续增长，热带森林正以前所未有的速度被转化为农田和牧场。这种转变不仅导致森林面积的直接丧失，更深刻改变了森林景观的空间格局——即森林破碎化过程。研究表明，2015至2020年间，热带森林每年损失约928万公顷，主要驱动力正是耕地和牧场的扩张。然而，当前研究多集中于量化破碎化对生物多样性和生态系统服务的影响，却鲜有关注驱动破碎化过程本身的机制：不同类型的土地覆盖（Land-Cover, LC）转型及其发生速度如何塑造独特的森林空间格局？

传统观点认为，所有森林损失都会加剧破碎化，但实际情况更为复杂。周围土地覆盖的类型可通过景观互补等机制缓解破碎化的负面影响，而特定LC转型的速度——从渐进式变化到突发性转变——可能产生截然不同的空间格局。例如，资本密集型农业扩张通常导致快速、大规模的森林清除，形成具有明显“几何边界”的紧凑林斑；而小农农业或气候变化驱动的转型往往进程缓慢，产生分散、不规则的破碎化模式。理解这些差异对制定有效的保护策略至关重要。

为此，苏黎世大学的研究团队在《Landscape Ecology》上发表了最新研究成果，通过分析长达29年的全球土地覆盖数据，系统揭示了土地覆盖转型类型与速度对热带森林破碎化格局的联合影响。

研究团队采用欧洲空间局气候改变倡议（ESA CCI）提供的1992-2020年全球年度土地覆盖数据（分辨率300米），将全球热带区域划分为87,510个30.09 km2的景观网格。通过计算森林与非森林像元之间的异类邻接（Unlike-Adjacency, UA），并创新性地开发了森林构型指数（Forest Configuration Index, FCI）。该指数通过将观测UA值归一化到相同森林像元数下可能的最大和最小UA之间，实现了不同森林覆盖水平下破碎化程度的可比性。研究进一步定义了LC转型的“转型间隔”作为速度代理变量，并控制了初始森林量和森林损失量的影响，使用广义加性模型（GAM）进行了统计分析。

草地扩张呈现斑块化模式，耕地与灌丛地表现出阈值行为

研究发现，草地扩张通常呈现分散、斑块化的模式，随着初始森林量的增加，平均破碎化程度（均值FCI）持续升高。相比之下，耕地和灌丛地扩张则表现出明显的阈值行为：当初始森林覆盖低于60%时，一旦森林覆盖进一步减少，便会触发快速的破碎化。这表明耕地和灌丛地的扩张存在一个临界点，超过该点后森林格局会发生质变。

耕地扩张速度决定破碎化格局

研究验证了核心假设：LC转型速度对破碎化格局有显著影响。对于耕地转型而言，快速扩张（短转型间隔）与形成紧凑、聚集的森林碎片相关。这反映了大规模商业化农业的特点，即快速清除连续森林带，保留相对完整的森林边界。相反，缓慢的耕地扩张则与更高的森林破碎化相关，这通常对应于由众多小农决策导致的“由内向外”的零散清理模式，使得农田斑块与森林高度交错。

草地与灌丛地转型存在最优速度区间

对于向草地和灌丛地的转型，研究发现中间速度（约12-15年）的转型能最小化森林破碎化。特别地，在中等偏高和高森林损失情况下，灌丛地转型在中等速度下甚至会导致森林覆盖变得更加紧凑和聚集（FCI净差值为负）。这表明在此速度下，可能存在一种权衡，使得生态系统的抵抗力与人为干扰达到某种平衡，从而有利于维持森林的连通性。

该研究首次在泛热带尺度上系统揭示了土地覆盖转型类型与速度共同塑造热带森林破碎化路径的机制。研究结果表明，破碎化并非森林损失的必然副产品，其具体格局深刻反映了背后的驱动因素——是资本密集型农业的快速推进，还是小农生计的缓慢侵蚀，或是气候变化与人为干扰的交互作用。所开发的森林构型指数（FCI）为量化动态破碎化提供了可靠工具。

这些发现对森林保护具有重要启示：针对快速耕地扩张（如亚马孙地区），政策应侧重于规范大规模农业企业的清理行为；而对于缓慢的、零散的转型（如非洲部分地区），则需要通过社区参与式管理来整合零散的土地利用决策。此外，识别出灌丛地/草地扩张的“最优速度”区间，为通过调控干扰节奏来维持森林生态系统韧性提供了新思路。未来研究若能结合社会经济与气候数据，将能更精确地揭示驱动机制，从而为热带森林这一全球关键生态系统的可持续管理提供更精准的科技支撑。