面向區(qū)域自然保護地整合優(yōu)化的風景特質評價
——以青海省湟水谷地為例

苑竟達 高曈曦 劉楠 高翅

隨著人口增加和城鎮(zhèn)化進程加速，地球生物多樣性迅速下降[1]，自然保護地對于阻止物種的滅絕至關重要[2]。中國被認為是擁有最多高優(yōu)先級和高效益保護區(qū)域的國家之一[3]。中國在過去幾十年建立了針對不同自然資源類型和生態(tài)系統(tǒng)的保護地，但是由于長期以來實施分部門、分要素管理的自然保護體制[4]，大多自然保護地由部門主導、地方自下而上申報而建立[5]，從而導致自然保護地范圍受限于行政邊界、保護優(yōu)先級模糊[5]，并出現(xiàn)類型交叉、空間重疊[6]等問題。因此，亟須在區(qū)域尺度、從全局著眼解決上述問題，實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的完整性保護[7]。

2019年中共中央辦公廳、國務院辦公廳頒布實施《關于建立以國家公園為主體的自然保護地體系的指導意見》（簡稱《指導意見》），明確提出整合歸并交叉和相鄰的自然保護地，整合優(yōu)化工作是保護中國生態(tài)環(huán)境、實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境治理體系和治理能力現(xiàn)代化的基礎性工作[5]。但是，目前面向自然保護地整合優(yōu)化的研究較少，且現(xiàn)有研究主要圍繞整合優(yōu)化的規(guī)則和路徑[5,8]，而區(qū)域尺度下自然保護地整合優(yōu)化的方法尚在探索中。因此，在區(qū)域尺度下構建包含風景特質識別和生態(tài)完整性評估的風景特質評價方法，由此獲得的風景特質類型、區(qū)域和保護優(yōu)先級評價信息可作為自然保護地整合優(yōu)化的基礎空間信息。

1 面向區(qū)域自然保護地整合優(yōu)化的風景特質評價方法

1.1 自然保護地整合優(yōu)化工作的困境

中國的自然保護地整合優(yōu)化過程中主要面臨保護的對象和范圍兩方面問題：1）中國自然保護地的保護視角和對象種類多樣[9]，一個區(qū)域中往往包含多類保護對象，使自然保護地的整合和分類產(chǎn)生困難；2）自然保護地范圍受制于行政邊界[8]，并且范圍內存在大量鄉(xiāng)鎮(zhèn)和耕地[8]，需要根據(jù)生態(tài)學原理將保護優(yōu)先級高的區(qū)域納入自然保護地范圍，并將保護優(yōu)先級低、生產(chǎn)干擾活動多的區(qū)域調出。因此，自然保護地整合優(yōu)化需要參考包含自然資源和風景名勝等多類保護對象的信息，并對保護優(yōu)先級進行科學評估。

1.2 將風景特質評價作為區(qū)域自然保護地整合優(yōu)化的方法

《歐洲風景公約》（The European Landscape Convention）[10]對風景的定義為：“風景是由人所感知的地區(qū)，其特質是自然和人類行為共同作用的結果?！憋L景特質是指在自然和文化要素影響下產(chǎn)生的使一個風景區(qū)域與另一個風景區(qū)域不同的風景要素組合[11]。在區(qū)域自然保護地整合優(yōu)化過程中，以風景特質作為研究對象旨在站在整體性視角梳理各類保護對象，并跨越行政邊界進行自然保護地范圍的劃定。目前，英國[12]、比利時[13]與中國[14]等國家已站在整體性視角對風景特質開展了一系列的研究與實踐[15]。風景特質評價方法主要包含2個階段：1）對使區(qū)域與眾不同的風景要素組合進行客觀識別；2）根據(jù)特定的規(guī)劃目標進行評估。在全球環(huán)境惡化的背景下，風景特質評價作為可持續(xù)風景管理和規(guī)劃的新工具[15]能夠為決策者提供整體的區(qū)域信息[16]。目前，該方法已被用于區(qū)域[12]、國土[14]、地方[17]等多個尺度以及不同類別的自然保護地[18-19]中，為風景管護提供參考框架。但是，現(xiàn)有研究主要針對單一自然保護地區(qū)域，以風景視覺敏感性[20]、風景承載力[21]為評估手段，進行森林視覺質量、住區(qū)發(fā)展規(guī)劃的管控；對于區(qū)域尺度下多種自然保護地的整合研究較少，缺乏相應的評估手段。

根據(jù)《指導意見》中對自然保護地整合工作“保持生態(tài)系統(tǒng)完整性”的基本原則，本研究選擇生態(tài)完整性作為面向區(qū)域自然保護地整合優(yōu)化的風景特質評價的評估工具。生態(tài)完整性是指在特定區(qū)域中支持和維護生態(tài)系統(tǒng)的平衡和完整的能力[22]，是環(huán)境保護中的關鍵概念[23]和自然保護地評估的重要環(huán)節(jié)[24]。目前，自然保護已經(jīng)從傳統(tǒng)生物群落保護的要素式思維[4]，轉向重視生態(tài)完整性保護[25]的整體性思維。生態(tài)完整性評估是指對特定生態(tài)系統(tǒng)類型的組成、結構、過程和連通性的當前狀態(tài)進行簡潔評估[26]，從而獲取生態(tài)系統(tǒng)服務能力和維持穩(wěn)定性的程度等信息[27]，從而確定區(qū)域保護的優(yōu)先級[28]。生態(tài)完整性評估通常采用多種生態(tài)指標概述性地描述生態(tài)系統(tǒng)[29]，指標的選取需要全面考慮生態(tài)系統(tǒng)的組成、結構和功能，在區(qū)域尺度下可以從破碎度、敏感度、連通度和保護區(qū)域代表性4個維度中[30]選取具體指標。近年來，生態(tài)完整性評估已應用于加拿大[31]、美國[32]等多個國家的保護地規(guī)劃和管理中，具有快捷和低成本等優(yōu)勢[33]。

綜上，風景特質評價方法在區(qū)域自然保護地整合優(yōu)化過程中能夠發(fā)揮以下作用：1）通過風景特質識別獲得風景特質類型和區(qū)域，有助于厘清多個自然保護地交疊而導致的保護對象模糊的問題，有助于跨行政邊界劃定自然保護地范圍；2）生態(tài)完整性等級信息有助于確定應該被納入自然保護地范圍的風景特質區(qū)域，從而實現(xiàn)“應保盡?！薄?/p>

2 面向區(qū)域自然保護地整合優(yōu)化的風景特質評價步驟

針對中國自然保護地整合優(yōu)化工作存在的問題，基于現(xiàn)有風景特質評價框架，構建面向區(qū)域自然保護地整合優(yōu)化的風景特質評價實施方法。該方法主要包含風景特質識別和生態(tài)完整性評估2個階段（圖1）。

1 面向區(qū)域自然保護地整合優(yōu)化的風景特質評價實施方法Implementation method of landscape character assessment for the integration and optimization of regional protected areas

步驟一：確定研究對象。主要包含確定研究范圍、研究重點、研究規(guī)模和詳細程度4個方面。根據(jù)研究的目標確定研究范圍和研究重點，一般研究范圍設置可略大于目標需求。研究規(guī)模是指要素選擇的廣泛程度，詳細程度是指各要素數(shù)據(jù)分辨率水平[34]。

步驟二：收集信息。主要包含區(qū)域內自然、文化相關數(shù)據(jù)和自然保護地規(guī)劃資料。其中，區(qū)域尺度自然數(shù)據(jù)涉及地質、地貌、土地覆蓋、水文等，文化數(shù)據(jù)涉及土地利用、聚居點、風景資源等。將收集的信息輸入ArcGIS平臺中進行空間制圖，便于后期進行自然保地類型識別和區(qū)域劃分。

步驟三：風景特質分類和描述。包括風景特質因子的分類與編碼、風景特質類型及區(qū)域識別、風景特質描述。對包含的土壤、植被、自然遺跡和自然景觀等風景特質因子進行分類和編碼。常用的聚類方法包括K-means聚類[18]、親和聚類[14]等，利用統(tǒng)計學聚類分析方法將多要素影響下的區(qū)域風景指定為多個風景特質類型，并按類別進行字母和數(shù)字編碼。將獲取的風景特質類型在ArcGIS平臺進行可視化處理，采用eCognition圖像分割軟件識別風景特質區(qū)域，并依據(jù)遙感數(shù)據(jù)和實地探查等方式進行修正。基于修正后的風景特質圖譜對主要風景特質類型及區(qū)域進行風景特質描述。

步驟四：生態(tài)完整性評估。主要包含指標篩選和疊置分析2個部分。為了在區(qū)域尺度下快捷地進行評估工作，可以選擇便于獲取的遙感數(shù)據(jù)及其他數(shù)字化數(shù)據(jù)[26]。疊置分析過程需根據(jù)研究區(qū)域特性選擇適合的因子權重，以獲得最終的生態(tài)完整性等級。

步驟五：自然保護地整合優(yōu)化階段。結合步驟三和步驟四的結果，將自然遺跡等保護對象的級別和生態(tài)系統(tǒng)完整性等級作為確定保護優(yōu)先級的指標，以風景特質區(qū)域作為基本空間單元，獲得區(qū)域保護優(yōu)先級。將區(qū)域保護優(yōu)先級作為底圖，比對現(xiàn)有的自然保護地分布，遵從保護面積不減少、保護強度不降低、保護性質不改變的總體原則，對自然保護地進行整合優(yōu)化工作。

3 青海省湟水谷地風景特質評價實踐

3.1 研究區(qū)域概況

湟水谷地位于青海省東部地區(qū)，北臨達坂山，南接拉脊山，西靠日月山和青海湖，是青藏高原、西北干旱區(qū)與黃土高原三大地域單元的接合區(qū)，面積約為1.8萬km2（圖2）。湟水谷地包含海晏縣、湟源縣、湟中縣、大通縣、西寧市、互助縣、平安縣、民和縣。湟水谷地的生態(tài)系統(tǒng)具有多樣性，濃縮了荒漠草原、干草原、草甸草原、森林、高山草甸和冰川等各種地質類型。

2 湟水谷地研究范圍Study area of Huangshui Valley

湟水谷地自然保護地類型豐富且數(shù)量眾多，含8類共30處，其中有20處出現(xiàn)嚴重的空間重疊、類型交叉現(xiàn)象，例如互助縣南門峽地區(qū)相互重疊有濕地公園、水利風景區(qū)、森林公園等多類自然保護地。為了湟水谷地生物多樣性的可持續(xù)保護，亟須對區(qū)域內自然保護地進行整合優(yōu)化工作。

3.2 湟水谷地風景特質識別

湟水谷地風景特征識別以“構建因子數(shù)據(jù)庫—識別風景特質類型—劃定風景特質區(qū)”為邏輯。在特質因子數(shù)據(jù)庫的構建中，自然因子選取海拔、地形起伏度、土壤類型、地質類型、植被類型和土地覆蓋類型，文化因子選擇風景和地質資源。風景特質識別的主要工具和方法包括地理信息系統(tǒng)、多元統(tǒng)計分析法、主觀描述法等，實踐的數(shù)據(jù)來源包括：Landsat-8衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)、世界土壤數(shù)據(jù)庫（HWSD）土壤及土地利用數(shù)據(jù)等。

對各類因子進行分類、編碼并可視化（表1），進而直觀反映湟水谷地特質單因子的分布情況（圖3）。其中，湟水谷地地質遺跡和風景資源點作為風景特質的描述因子。在ArcGIS平臺，將湟水谷地全境劃分為18 613個1 km×1 km格網(wǎng)單元，每個格網(wǎng)單元被視作一個集成全部變量的風景樣本。利用SPASS統(tǒng)計分析軟件，對各類因子數(shù)據(jù)進行K-means聚類分析，共定義26個風景特質類型。

表1 風景特質因子分類與編碼Tab. 1 Classification and coding of landscape character factors

3 風景特質識別單因子可視化結果The results of single factor visualization for landscape character identification

eCognition軟件可用于基于對象的多尺度圖像分割，實現(xiàn)風景特質區(qū)域的劃定[35]。利用eCognition軟件平臺中多層次分辨率分割工具，依據(jù)風景特質區(qū)域破碎程度，通過控制變量的組合實驗，將尺度、形狀和緊湊度參數(shù)調整為500、0.1、0.8，可呈現(xiàn)風景破碎程度較低和風景特質區(qū)域均質化狀態(tài)。在比對衛(wèi)星影像的基礎上，通過目視解譯法將分割后的圖像結果進行合并，最終確定21種風景特質區(qū)域（圖4），并對合并區(qū)域的主導風景特質進行識別及描述（表2）。

表2 風景特質類型及描述Tab. 2 Types and descriptions of landscape character

3.3 湟水谷地生態(tài)完整性評估

生態(tài)完整性評估主要分為指標篩選和疊置分析2個步驟。在破碎度、敏感度、連通度和保護區(qū)域代表性4個評估維度中，根據(jù)湟水谷地的數(shù)據(jù)可獲取情況分別選擇外界脅迫、景觀格局脆弱度、景觀格局連通度和生態(tài)系統(tǒng)服務價值作為評估指標（表3）。

表3 湟水谷地生態(tài)完整性評估指標及計算工具Tab. 3 Ecological integrity assessment indicators and calculation tools of Huangshui Valley

破碎度是指衡量由于城市化和工業(yè)化蔓延對生態(tài)系統(tǒng)的影響程度，選擇外界脅迫作為表征破碎度的指標。土地利用是人與自然交互作用的核心環(huán)節(jié)，不同土地利用方式對生態(tài)系統(tǒng)的影響可直觀地表現(xiàn)在區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的變化上，并且具有區(qū)域性和累積性特征[36]?；阡宜鹊夭煌恋乩妙愋蛯ι鷳B(tài)系統(tǒng)的差異化影響，將不同土地利用類型確定為由低至高的三級脅迫源，距離脅迫源越遠，生態(tài)系統(tǒng)受到的影響越小。水澆地、旱地、果園等農(nóng)業(yè)用地屬于一級脅迫源，公路用地、鐵路用地等交通基礎設施用地屬于二級脅迫源，城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村莊和采礦用地屬于三級脅迫源?；A數(shù)據(jù)采用第二次全國土地調查土地利用數(shù)據(jù)，并通過2016年VIIRS-NPP數(shù)據(jù)對城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村的范圍進行修正。區(qū)域尺度下的生態(tài)系統(tǒng)往往暴露于多重脅迫之下，它們所受的影響是多重風險源相互疊加的結果[37]，通過歐式距離模型確定不同脅迫源的影響范圍，并進行加權疊置獲得湟水谷地外界脅迫分值（圖5）。

敏感度是指生態(tài)系統(tǒng)面臨各類災害和脅迫時表現(xiàn)出的變化程度，景觀格局能夠在一定程度上表征敏感度[30]，故選擇景觀格局脆弱度作為敏感度的指標。景觀格局脆弱度由景觀敏感性指數(shù)與景觀適應性指數(shù)計算得出[38]，其中具體涉及景觀干擾指數(shù)、景觀易損指數(shù)、斑塊豐度密度指數(shù)、香農(nóng)多樣性指數(shù)和香農(nóng)均勻性指數(shù)。基于土地覆蓋數(shù)據(jù)，運用FRAGSTATS和ArcGIS軟件對上述指數(shù)進行計算，獲得湟水谷地景觀格局脆弱度（圖4）。

4 整合后的風景特質類型Types of integrated landscape character

連通度是指景觀促進或阻止生物在資源斑塊之間移動的程度，良好的連通度是維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的關鍵，選擇景觀格局連通度作為連通度的指標?；谕恋乩脭?shù)據(jù)，在ArcGIS和Conefor Sensinode軟件中依次計算整體連通度指數(shù)和斑塊景觀連通重要性指數(shù)，獲得湟水谷地景觀格局連通度（圖5）。

保護區(qū)域代表性指區(qū)域生態(tài)效益，即在保護與發(fā)展的博弈中需要盡可能保護更多的高生態(tài)效益區(qū)域。生態(tài)系統(tǒng)服務是指人類直接或間接地從生態(tài)系統(tǒng)功能中獲取的收益[39]，因此生態(tài)系統(tǒng)服務價值能夠在一定程度上表示保護區(qū)域的代表性。湟水谷地生態(tài)系統(tǒng)多樣性較高，依據(jù)專家對湟水谷地主導生態(tài)系統(tǒng)服務的判斷，選取保育土壤、水源涵養(yǎng)、生成有機物質、固碳、釋氧和生物多樣性作為具體評估指標。其中，保育土壤通過USLE水土流失方程計算，生成有機質、固碳和釋氧通過凈初級生產(chǎn)力遙感估算模型計算，水源涵養(yǎng)通過InVEST水量提供模型計算，生物多樣性通過生境質量計算，進行生態(tài)系統(tǒng)服務物質量測算。基于生態(tài)系統(tǒng)服務物質量，生物多樣性通過價值當量法，其他服務通過市場價值法獲得相應的生態(tài)系統(tǒng)服務貨幣價值量。將各類服務的貨幣價值進行疊加，獲得湟水谷地生態(tài)系統(tǒng)服務價值（圖5）?；A數(shù)據(jù)來源包括：Landsat-8衛(wèi)星影像、DEM數(shù)據(jù)、HWSD土壤數(shù)據(jù)和湟水谷地及周圍氣象站數(shù)據(jù)。

5 湟水谷地生態(tài)完整性的各項指標Indicators of the ecological integrity in Huangshui Valley

邀請生態(tài)學背景專家和從事湟水谷地自然保護事業(yè)的專業(yè)人士對生態(tài)完整性評估的

4個維度的權重進行判斷，最終定義破碎度、敏感度、連通性和保護區(qū)域代表性的權重依次為0.2、0.2、0.2、0.4。依據(jù)權重進行多因子疊加，獲得湟水谷地生態(tài)完整性（圖6），并通過自然斷點法劃分為5個等級。

6 湟水谷地生態(tài)完整性The ecological integrity of Huangshui Valley

3.4 湟水谷地自然保護地整合優(yōu)化

綜合風景特質區(qū)域的平均生態(tài)完整性等級和自然遺跡、自然景觀等信息，判斷風景特質區(qū)域的保護優(yōu)先級（圖7）。以風景特質區(qū)域“8f”為例，“8f”平均生態(tài)完整性較高，并且區(qū)域分布有湟中縣柏木峽新元古代疊層石、盤道小水峽瀑布、盤道峽谷地貌和盤道巖溶地貌等省級自然遺跡和自然景觀，因此綜合判斷“8f”為較高保護優(yōu)先級風景特質區(qū)域。

7 湟水谷地保護優(yōu)先級Huangshui Valley conservation priorities

將湟水谷地保護優(yōu)先級與現(xiàn)存自然保護地（圖8）進行對比分析，確定以下整合優(yōu)化工作建議：1）多數(shù)自然保護地范圍受限于行政邊界，面積小于其所屬風景特質區(qū)域，因此，應將風景特質區(qū)域作為整合優(yōu)化自然保護地的基本單元；2）對于單個大型或多個組團的自然保護地，應重點關注其涉及哪些風景特質區(qū)域和保護優(yōu)先級，依據(jù)“應保盡?！痹瓌t進行整合優(yōu)化；3）保護優(yōu)先級高且尚未規(guī)劃自然保護地的區(qū)域，應進行詳細研究并考慮規(guī)劃新自然保護地；4）對于部分現(xiàn)存自然保護地中保護優(yōu)先級較低的區(qū)域，需要進一步探查，若保護價值較低則考慮調出自然保護地范圍。

8 對比湟水谷地的自然保護地與風景特質區(qū)域Comparison of protected areas and landscape character areas in Huangshui Valley

以湟水谷地北部自然保護地集群為例，已規(guī)劃的自然保護地普遍位于保護優(yōu)先級為中級以上的風景特質區(qū)域，并沿山系在大通、互助、樂都等多個縣界內間斷分布。據(jù)此，提出自然保護地整合優(yōu)化思路：1）根據(jù)8a/19/8b/9a/9b/9c風景特質區(qū)域整合并擴展已規(guī)劃的自然保護地區(qū)域；2）對保護優(yōu)先級較低的1/14a/16b風景特質區(qū)域內的自然保護地進行詳細調查，考慮調出自然保護地范圍；3）經(jīng)整合優(yōu)化，最終形成達坂山山系自然保護地系統(tǒng)（表4）。湟水谷地南部和西部自然保護地集群與北部類似，應整合優(yōu)化為拉脊山山系自然保護地系統(tǒng)和臨青海湖自然保護地系統(tǒng)。

表4 湟水谷地北部自然保護地整合優(yōu)化建議Tab. 4 Suggestions for the integration and optimization of protected areas in northern Huangshui Valley

4 結語

本研究基于生態(tài)完整性保護的目標，構建面向區(qū)域自然保護地整合優(yōu)化的風景特質評價方法，包含風景特質識別和生態(tài)完整性評估2個階段及5個步驟，并將該方法應用于青海省湟水谷地區(qū)域，經(jīng)實踐能夠高效地為自然保護地的整合優(yōu)化工作提供支持。

區(qū)域尺度下風景特質評價的結果可以為更詳細的整合優(yōu)化工作提供背景和起點[20]，在區(qū)域尺度確定重點工作范圍后，需要進行進一步的研究，通過田野調查、利益相關者參與等方式，開展地方尺度的、更細致的評價工作。此外，由于在區(qū)域尺度下的數(shù)據(jù)精度和調研難度等原因，對于湟水谷地文化的研究不足，而谷地作為“河湟文化”的發(fā)源地，其地方風景特質值得進一步挖掘、識別和保護。

圖表來源(Sources of Figures and Tables)：

所有圖表均由作者繪制；圖2底圖來源為2019年谷歌高清衛(wèi)星影像。