《Journal of Biogeography》：Apparent Forest-Cover Stability Conceals Structural and Functional Landscape Reorganization in a Human-Modified Atlantic Forest–Cerrado Ecotone
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摘要：本研究旨在评估长期森林周转(Forest Turnover)如何在人为改造的大西洋森林–塞拉多(Cerrado)生态过渡带景观中重塑生境结构(Habitat Structure)与功能连接度(Functional Connectivity, PC)。研究
摘要：本研究旨在评估长期森林周转(Forest Turnover)如何在人为改造的大西洋森林–塞拉多(Cerrado)生态过渡带景观中重塑生境结构(Habitat Structure)与功能连接度(Functional Connectivity, PC)。研究区位于巴西东南部萨拉普伊河盆地(Sarapuí River Basin)。研究对象为该生态过渡带的原生森林植被及森林依赖类群。研究人员分析了1986年至2021年的土地利用与土地覆被(Land-Use and Land-Cover, LULC)地图以量化森林持久(Persistent Forest)、丧失与再生动态。将森林覆被转换与描述斑块面积、形状复杂度和隔离度的结构性景观指标相结合，以评估随时间推移的生境重组。功能连接度采用基于图论(Graph-Based)的连接概率(Probability of Connectivity, PC)指标结合网络分析、模块化聚类(Modularity-Based Clustering)及连接度表面插值(Connectivity Surface Interpolation)进行评估，以识别连接度梯度与热点子网络(Hotspot Subnetworks)。历史序列中观察到基质(Matrix)强化，1986至2021年间因农业与造林扩张导致牧场面积减少33.8%。尽管发生这些土地利用转换，流域总面积中森林总覆盖保持约20%的相对稳定。然而，相对于1991年持久森林减少了28%，而到2021年再生森林(Regenerating Forest)约占森林总覆盖的35%，表明存在显著的内部森林周转与更新。结构指标揭示持续性片段化(Fragmentation)，以小斑块为主，同时斑块间边缘至边缘距离(Euclidean Edge-to-Edge Distance)逐渐缩短，森林残片聚集度增加。连接度分析显示网络逐步整合，功能链接数增加，子网络数由513减少至326。研究表明，表观稳定的森林覆盖率可能掩盖由同步的森林丧失与再生驱动的内部景观重组过程。在人为改造的热带景观中，当生境总量变化不大时，生境构型相对细微的改变亦可大幅改变连接度结构及潜在运动动态。将时空森林动态与连接度建模相结合，可为识别隐藏的连接度动态及支持片段化热带景观的诊断与保护规划提供有用框架。
《Apparent Forest-Cover Stability Conceals Structural and Functional Landscape Reorganization in a Human-Modified Atlantic Forest–Cerrado Ecotone》论文解读
该研究发表于《Journal of Biogeography》。当前全球人为土地利用/土地覆被(Land-Use and Land-Cover, LULC)变化已根本改变陆地景观，导致生境丧失与生物多样性侵蚀，尤其在拉丁美洲热带生态区影响显著。现有研究多关注大尺度土地覆被转换或孤立的结构与功能指标，较少关注长期内部森林周转(Forest Turnover，即同步的森林丧失Loss、稳定Stable与再生Gain)如何随时间同步重塑生境斑块构型(Habitat Patch Configuration)与功能连接度(Functional Connectivity)，特别是在森林丧失、再生、片段化与聚合并存的片段化景观中。此外，表观稳定的森林覆盖率常掩盖内部森林更新过程，且小尺度景观动态对保护规划至关重要却常被忽视。因此，研究人员以巴西东南部萨拉普伊河盆地(Sarapuí River Basin, 1549.75 km2)——典型的大西洋森林(Atlantic Forest)与塞拉多(Cerrado)生态过渡带(Ecotone)，开展研究，旨在量化1986–2021年森林周转、评估其对生境结构重组的影响，并分析其对功能连接度网络组织与连接度热点(Connectivity Hotspots)的时空影响，证明看似稳定的森林覆盖可掩盖实质性的景观结构与功能重组，强调在热带片段化景观中需整合时空森林动态与连接度建模进行景观诊断与保护规划。
为开展研究，研究人员采用以下主要关键技术方法：基于MapBiomas Collection 7的30 m分辨率年度LULC数据，选取1986、1991、1996、2001、2006、2011、2016及2021年共8个时间点进行五年度间隔分析；将原生森林（含湿润密林Dense Ombrophilous Forest及林区稀树草原Cerrad?o）重分类为二值森林栅格，通过栅格计算器运算识别持久森林(Persistent Forest，1986年初始森林在后续年份的持续存在部分)与再生森林(Regenerating Forest，由非森林转为森林的斑块)，量化稳定、丧失与再生事件；利用Fragstats v4.2计算斑块数量(np)、面积(Area)、形状指数(Shape Index)、欧氏最近邻距离(Euclidean Nearest Neighbor Distance, ENN)并按圣保罗州森林清查分级（<10 ha、10–50 ha、50–100 ha、100–400 ha、>400 ha）统计；采用基于图论(Graph-Theory)的连接概率(Probability of Connectivity, PC)指标，以斑块为节点(Nodes)、边缘至边缘欧氏距离的负指数衰减函数模拟扩散概率(Pij)，经敏感性分析选定200 m扩散阈值，利用Graphab 3.0构建连接图、进行模块化(Modularity)聚类划分亚网络并识别上位1%贡献值区域为连接度热点，通过度量插值(Metric Interpolation)生成连续PC表面并进行对数变换处理。
3.1 Land-Use and Land-Cover Dynamics（土地利用与土地覆被动态）
通过分析各年份LULC组成比例发现，1986–2021年间牧场减少33.79%（?275.51 km2），一年生农作物面积增加269.81 km2，人工林(Silviculture/Plantation Forestry)增长逾六倍达181.16 km2（占流域11.72%）。原生森林总覆盖比例相对稳定（1986–2011年仅波动0.72%即48.82 km2），2011年后微幅上升，2016与2021年分别增加24.02 km2与23.87 km2。
3.2 Forest Cover Dynamics（森林覆被动态）
虽总覆盖率稳定，但森林内部周转显著：2021年森林丧失激增至37.25 km2（系列最高），同期森林再生达61 km2（较前一时段近翻倍）。持久森林相对1991年减少28%，其占森林总面积比例持续下降；再生森林占比逐步上升，至2021年约占森林总覆盖35%，表明景观经历持续性森林更新与内部更替。
3.3 Habitat Patches Structural Dynamics（生境斑块结构动态）
全时段森林斑块以极小片段（<10 ha）为主，占斑块总数84%–88%，但其仅占森林总面积约16.6%–19.7%；>400 ha的大斑块不足总数1%却承载25.8%–33.5%的森林面积。时序上极小斑块占比略降（1986年19.7%→2021年16.6%），大斑块比例先降后升（2021年达33.5%）。形状复杂度随斑块增大而增加（>400 ha平均形状指数约10–13，极小斑块约1.5–1.6），各等级内时序变化较平缓。欧氏最近邻距离(ENN)显示小斑块隔离度较高（均值约120–130 m），大斑块较低（约60 m），且小斑块ENN值随时间渐降，反映斑块间聚合与隔离度降低。
3.4 Functional Connectivity Dynamics（功能连接度动态）
经敏感性分析选用200 m扩散距离阈值建立连接图。节点数(Nodes)微幅波动（1986年2152个→2021年2116个），链接数(Links)后期上升（2021年2402条），子网络数(Sub-networks)由513持续降至326，表明网络逐步整合。节点水平PC贡献高值持续集中于流域东南部大型连片残片区，中心部出现中等贡献核并随时间增强；链接PC贡献从早期集中于东南扩展至中后期中心部；对数变换插值PC表面显示高值稳居东南，中等连接度梯度向中心部逐步连续化。
3.5 Graph Clustering and Connectivity Hotspots（图聚类与连接度热点）
模块化聚类识别出多个亚网络，仅少数具高模块度值被定为连接度热点。早期热点集中于东南部大残片区；1991–2016年间中心部连接簇扩展与整合更明显；2021年北部亦出现新热点，热点空间分布扩大，与子网络数减少相呼应，反映网络功能整合加强。
3.6 Integrated Connectivity Synthesis（整合连接度综合图示）
以2021年为例整合展示插值PC表面、高贡献节点与链接分布及连接度热点，提供流域结构–功能连接度空间显式概览。
讨论部分指出：LULC转型（牧场缩减、农/林园扩张）伴随森林内部周转——持久森林持续丧失、再生森林占比上升，形成动态平衡式"森林更新"，单纯净变化分析会掩盖此过程及伴随的片段化与边缘效应。再生林虽有助于碳储存与连接增强，但其生态功能（如生物多样性维持、繁殖体供给）有别于古老持久森林，后者对再定殖与区域再生具关键种源意义。结构上景观呈持续片段化与小?中大斑块共存重组，极小斑块比例略降、大斑块略增、ENN缩短及沿河岸(Riparian Corridors)再生使形状复杂化，符合巴西《原生植被保护法》(Native Vegetation Protection Law, Law 12.651/2012)推动的河岸带修复背景。功能上节点数与生境总量变化微小，但链接增多与子网络减少证实斑块微尺度空间重组（邻接再生弥合间隙）可显著改变图拓扑与潜在运动路径，河岸植被在中心部网络构建中起重要作用；PC表面与模块化热点分析可将抽象网络转为空间显式管理单元。研究局限包基于欧氏距离的图模型反映理论运动潜力(Theoretical Movement Potential)而非实际扩散(Realized Dispersal)，未纳入基质阻力面(Matrix Resistance Surfaces)与物种特异性响应，未来可整合演替阶段、生境质量及阻力面情景模拟。
结论(Conclusions)部分翻译：
研究结果表明，人为改造景观中看似稳定的森林覆盖率百分比不一定能代表生态稳定性或保护状况。在萨拉普伊河盆地，森林总覆盖表现出的长期稳定性掩盖了由同步森林丧失与再生导致的连续循环、森林周转、景观更新及显著的结构与功能重组。尽管生境总量仅轻微变动，斑块构型与空间排布的相对细微改变已足以改变片段化景观中的连接度结构及潜在运动动态。这些发现强化了在评估人为改造景观中生态过程时，整合森林覆被转换时空分析并结合景观结构与功能方法的必要性。通过纳入森林时间动态、生境结构及连接度的空间显式表征，所提出框架可识别常规静态生境评估易遗漏的生态转变。更广泛而言，该框架为经历连续森林丧失–再生循环的热带区域评估连接度动态与景观重组提供了可迁移途径。整合时间生境动态与结构?功能连接度模式的方法，能为日益动态与人为改造环境中的景观诊断、生态阐释及空间规划提供有价值视角。未来研究可通过纳入森林演替阶段、生境质量及物种?景观交互信息进一步完善框架，并可结合源于土地利用特征的阻力面与基于模拟的修复情景来评估替代性连接度策略与修复方案。
