《Ecological Indicators》：Connectivity, aggregation and structure: Exploring the effects of landscape fragmentation on ecosystem health in national parks — A case study of Huangshan National Park
编辑推荐：
保护生态系统真实性和完整性是国家公园建设与管理的首要使命。2025年10月发布的《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十五个五年规划的建议》明确提出“严守生态保护红线，全面推进以国家公园为主体的自然保护地体系建设，有序设立新的国家公园”，标志着中国国家公园发展
保护生态系统真实性和完整性是国家公园建设与管理的首要使命。2025年10月发布的《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十五个五年规划的建议》明确提出“严守生态保护红线，全面推进以国家公园为主体的自然保护地体系建设，有序设立新的国家公园”，标志着中国国家公园发展进入从制度探索迈向法治化、标准化、高质量建设的新阶段。在此背景下，国家公园内部复杂的人地关系成为制约高质量建设与精细化管理的核心问题。
现有生态系统健康研究主要聚焦于概念内涵深化、多类型区域实证分析以及指标体系法与指示物种法两类定量测度方法，但在研究聚焦度和机制挖掘方面仍存在不足：一是缺乏以国家公园为主体的自然保护地体系案例研究，尤其是面临经济发展与生态保护双重压力的区域；二是对“社会—生态”交互作用的探索有限，人类活动通过改变生态系统完整性进而影响生态系统健康的内在路径尚不清晰。
景观破碎化作为生态系统完整性受损的核心表现，是人类活动与生态系统健康之间的关键纽带。本研究突破传统单一综合指数或单纯结构指标的研究局限，从连通性（Connectivity）、聚集性（Aggregation）和结构性（Structure）三个核心维度构建景观破碎化分析框架：连通性反映斑块间物质、能量和物种流动，是生态系统功能稳定的基础；聚集性表征斑块的空间集聚、邻近与距离关系，对物种扩散和群落演替等生态过程的空间连续性具有直接影响；结构性关注斑块数量、平均面积、边缘密度和形态复杂度等空间属性，是生态系统抵抗力和自我调节能力的基础，也是人为干扰强度的形态记录器。
本研究以黄山国家公园为研究区域，该区域位于中国经济发达的东部地区，社会经济活动与生态环境交互密切，且作为典型山地旅游目的地，四十余年的旅游发展深刻重塑了区域生态系统完整性，是“保护与发展”矛盾最为突出的经典场景。研究核心目标包括：（1）采用活力—服务—韧性（Vigor-Service-Resilience, VSR）模型刻画黄山国家公园生态系统健康的时空演化格局，识别核心高值区与外围低值区；（2）从连通性、聚集性、结构性三个维度揭示旅游驱动下景观破碎化的时空格局，检验破碎化与生态系统健康的空间耦合关系，验证“核心稳定、外围退化”的一致空间趋势；（3）运用增强回归树（Boosted Regression Trees, BRT）机器学习模型量化三维破碎化指标对生态系统健康的相对贡献与非线性响应函数，揭示各维度通过差异化阈值效应发挥作用的机制——连通性预期发挥主导作用，聚集性发挥中介调节作用，结构性作为响应人为干扰强度的指示器，为国家公园提供差异化分区管理策略。
论文解读
一、研究背景与问题提出
保护生态系统真实性和完整性是国家公园建设和管理的首要使命。2025年10月发布的“十五五”规划建议明确提出全面推进以国家公园为主体的自然保护地体系建设，标志着中国国家公园发展进入法治化、标准化和高质量建设的新阶段。在此背景下，国家公园内部复杂的人地关系成为制约高质量建设和精细化管理的核心问题。人类活动的直接结果往往改变生态系统结构，尤其是作为生态系统完整性重要指示的景观结构，因此系统研究景观格局与生态系统健康之间的关联机制，能够科学分析人类活动影响真实性和完整性的过程与路径。
现有生态系统健康研究主要存在两方面不足：第一，研究聚焦度不足，缺乏以国家公园为主体的自然保护地体系案例研究，尤其是面临经济发展与生态保护双重压力的区域，其生态系统健康特征和驱动机制尚未得到充分分析；第二，底层机制探索有限，多数研究将自然或人文因素割裂分析，对人类活动通过改变生态系统完整性进而影响生态系统健康的内在路径缺乏清晰认识。景观破碎化作为生态系统完整性受损的核心表现，是人类活动与生态系统健康之间的关键纽带，但现有研究往往选取多个指标而未能形成统一的多维分析框架。基于此，本研究以黄山国家公园为研究区域，以景观破碎化为切入点，从连通性、聚集性和结构性三个维度构建分析框架，旨在揭示人类活动影响生态系统健康的机制路径。
二、研究设计与技术方法
研究人员以黄山国家公园候选区及其毗邻区为研究对象，候选区面积330.3 km2，毗邻区约882.92 km2，涉及黄山和池州两市的7个县14个乡镇。研究采用的主要技术方法包括：
第一，基于活力—服务—韧性（Vigor-Service-Resilience, VSR）模型构建国家公园生态系统健康测度体系，其中活力以净初级生产力（NPP）表征，服务维度纳入碳储存、土壤保持、水源涵养、气候调节、旅游收入和农林产品等指标，韧性维度涵盖火灾风险和洪水风险。
第二，从连通性（Connectivity）、聚集性（Aggregation）和结构性（Structure）三个维度选取9个景观指数构建破碎化指标体系，分别合成连通性破碎化指数（CFI）、聚集性破碎化指数（AFI）和结构性破碎化指数（SFI），利用Fragstats 4.3软件计算。
第三，采用增强回归树（Boosted Regression Trees, BRT）模型量化各破碎化维度对生态系统健康的贡献和非线性响应关系，模型通过网格搜索结合5折交叉验证优化参数，最终设定学习率为0.01、树复杂度为3、抽样比例为0.8、树数量为100。数据来源包括中国科学院资源环境科学与数据中心（30 m土地利用数据）、国家青藏高原科学数据中心（气象数据）、地理空间数据云（DEM数据）、世界土壤数据库（HWSD土壤数据）和WorldPop（人口密度数据）等。
三、研究结果
3.1 国家公园生态系统健康的时空格局
基于VSR模型的计算结果显示，2010年、2015年和2020年黄山国家公园生态系统健康平均值分别为0.622、0.662和0.674，呈持续上升趋势。最小值从2010年的0.297上升至2020年的0.328，最大值从0.728上升至0.800。空间分布上，高值区集中在候选区，低值区出现在候选区内高海拔地带和毗邻区，呈现出“核心高值、外围低值”的格局。人类活动密集的汤口镇（平均EHI=0.678）、宏村镇（平均EHI=0.684）、耿城镇（平均EHI=0.653）和谭家桥镇（平均EHI=0.664）生态系统健康水平相对较低。
3.2 国家公园景观破碎化的时空格局
2010至2020年间，黄山国家公园景观破碎化整体波动极小，三个维度指数均呈“倒V型”轨迹，先小幅上升后略有下降。结构性破碎化指数（SFI）波动最为明显，从2010年的0.230升至2015年峰值的0.241，再回落至2020年的0.231；连通性破碎化指数（CFI）在2015年达到峰值0.209；聚集性破碎化指数（AFI）波动最小。空间上，破碎化呈现“核心低值、外围高值”的分布格局，高值区主要分布于公园南部和东部边缘及人类活动频繁的外围地带，低值区集中于候选区核心保护地带。退化区域面积占比分别为连通性72.11%、聚集性73.54%和结构性80.27%，结构性破碎化退化比例最高。皮尔逊相关分析表明，生态系统健康指数（EHI）与CFI、AFI、SFI均呈显著负相关（p<0.001），且该关系在研究期内保持稳定。
3.3 景观破碎化对国家公园生态系统健康的影响
变量贡献分析显示，三个维度对生态系统健康的影响呈现“连通性主导、聚集性调节、结构性响应”的梯度特征。连通性维度总贡献度显著最高，其中总核心面积（TCA）是贡献最大的因子，最大斑块指数（LPI）和景观分割指数（LDI）次之；聚集性维度中，聚集度指数（AI）为第二高贡献因子，欧氏最近邻距离（ENN）和相似邻接百分比（PLADJ）紧随其后；结构性维度贡献度相对最低，边缘密度（ED）和斑块数量（NP）解释了人类活动密集区生态系统健康的受损情况。
非线性效应分析表明，各维度对生态系统健康的影响存在显著阈值效应。连通性维度呈阶梯式上升后趋稳的曲线形态，TCA基线阈值为0.224（95%置信区间：[0.092, 0.871]），低于阈值时曲线平缓，超过阈值后急剧上升；聚集性维度呈双向响应特征，AI曲线在阈值0.846前快速上升后趋于平缓，ENN曲线在阈值0.471前缓慢下降、超过后急剧恶化；结构性维度呈滞后突变型曲线，ED和NP在阈值前曲线平缓、超过阈值后急剧下降，ED基线阈值为0.149，NP为0.528。敏感性分析表明，尽管部分阈值估计存在一定不确定性，但各维度非线性响应曲线的类型在全部敏感性分析中保持稳定，AI、PLADJ和LPI等核心指标的阈值估计具有较高稳健性。
四、讨论与结论
讨论部分总结了三方面贡献：第一，构建了符合国家公园保护、全民共享和代际传承根本目标的VSR测度方法体系，将旅游收入和农林产品等生计服务指标纳入服务维度，将火灾和洪水等自然风险纳入韧性维度，实现了自然生态健康与人类福祉的有机统一；第二，突破了传统单维度景观破碎化研究的局限，建立了连通性、聚集性和结构性三维分析框架，揭示了各维度破碎化的同步演化特征及其对生态系统健康影响的梯度差异；第三，引入BRT模型系统分析了不同破碎化维度对生态系统健康的非线性效应，识别了关键变量的阈值效应，丰富了生态系统非线性动力学理论。
在实践价值方面，研究提出黄山国家公园应实施差异化分区管理策略：核心候选区应保持高连通性和高聚集性，严格禁止破坏核心栖息地的开发；缓冲区应控制景观分割和斑块隔离；实验区应严格管控人为干扰强度。研究同时确认了社区周边区域是景观破碎化和生态系统健康受损最集中的关键地带，应建立完善的社区参与机制，引导居民从传统农林生产向生态旅游和环境教育等绿色低碳产业转型。此外，研究明确旅游发展是驱动黄山国家公园外围景观破碎化的核心因素，应严格控制旅游基础设施的规模和空间布局，避免沿交通线和景区节点的带状蔓延。
结论部分可翻译为：首先，2010至2020年间，黄山国家公园生态系统健康总体呈稳步上升趋势，平均值从0.622增至0.674，极值也呈波动增长。空间分布上，生态系统健康呈现“核心高值、外围低值”格局，高值区集中于候选区，低值区主要分布在候选区内高海拔地带和毗邻区人口密集乡镇。同期，黄山国家公园景观破碎化整体波动极小，三个维度指数均呈“倒V型”轨迹，2015年达到峰值后略有下降。空间上，景观破碎化呈“核心低值、外围高值”格局，高值区主要分布于南部和东部边缘及人类活动频繁的外围地带，低值区集中于候选区核心保护地带。其次，生态系统健康与景观破碎化之间存在显著的负向时空关联，且该关系在研究期内保持稳定。
