基于生境質(zhì)量評(píng)價(jià)的蒙山風(fēng)景區(qū)生態(tài)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究

張文婷 ，李 豪 ，丁 偉

（1.中國城市發(fā)展規(guī)劃設(shè)計(jì)咨詢有限公司，北京 100088；2.北京林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院，北京 100083）

0 引言

生境質(zhì)量作為區(qū)域生物多樣性和生態(tài)服務(wù)水平的重要表征，在一定程度上反映了區(qū)域生物多樣性的狀況[1]。風(fēng)景名勝區(qū)承載著區(qū)域生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定器的關(guān)鍵功能。在生態(tài)文明建設(shè)的大背景下，加強(qiáng)風(fēng)景名勝區(qū)的生境質(zhì)量評(píng)價(jià)研究對(duì)新時(shí)期生態(tài)規(guī)劃設(shè)計(jì)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

InVEST模型是由美國斯坦福大學(xué)、大自然保護(hù)協(xié)會(huì)（TNC）和世界自然基金會(huì)（WWF）聯(lián)合開發(fā)用于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估與權(quán)衡的生態(tài)模型。該模型優(yōu)勢(shì)在于借助定量的生態(tài)參數(shù)和土地利用數(shù)據(jù)，能夠快速評(píng)估不同土地利用下的生境質(zhì)量及變化情況，為生物多樣性保護(hù)和土地資源開發(fā)之間的博弈關(guān)系權(quán)衡提供量化參考[2]。

目前，關(guān)于生境質(zhì)量的評(píng)價(jià)研究主要聚焦在省域、市域尺度，難以揭示中觀尺度上的生境質(zhì)量分布和演變特征。本研究以蒙山風(fēng)景區(qū)為例，借助遙感影像數(shù)據(jù)，基于ArcGIS平臺(tái)和InVEST模型的生境質(zhì)量模塊，對(duì)2000—2020年研究區(qū)土地利用、生境退化度和生境質(zhì)量進(jìn)行定量分析與評(píng)價(jià)，揭示其動(dòng)態(tài)變化的趨勢(shì)與規(guī)律，為蒙山風(fēng)景名勝區(qū)的生態(tài)規(guī)劃設(shè)計(jì)提供科學(xué)理論指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況

蒙山風(fēng)景區(qū)地處山東省臨沂市沂蒙山區(qū)腹地，現(xiàn)為沂蒙山國家地質(zhì)公園、蒙山國家森林公園、國家AAAAA級(jí)旅游景區(qū)，是泰沂山脈系的重要組成部分。森林覆蓋率達(dá)98%以上，屬典型暖溫帶森林生態(tài)系統(tǒng)。近年來，在城市快速發(fā)展擴(kuò)張的影響下，蒙山風(fēng)景區(qū)土地利用發(fā)生了顯著變化，對(duì)區(qū)域生態(tài)穩(wěn)定造成了不可逆的損害，局部地區(qū)已出現(xiàn)生態(tài)功能退化現(xiàn)象。

2 研究方法

2.1 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣來源于系統(tǒng)分析中對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)與狀態(tài)轉(zhuǎn)移的定量描述，主要用來描述研究區(qū)域內(nèi)不同土地利用類型之間的過渡。通過ArcGIS軟件統(tǒng)計(jì)2000—2020年蒙山風(fēng)景區(qū)各種土地利用類型的面積，并得到研究時(shí)期內(nèi)的土地轉(zhuǎn)移矩陣，以直觀分析土地利用類型之間的面積變化特征。

2.2 InVEST模型

本研究基于InVEST 3.6.0中生境質(zhì)量模塊進(jìn)行計(jì)算。該模塊結(jié)合土地利用和生物多樣性威脅因素信息，生成生境退化程度、生境質(zhì)量和生境稀缺度地圖。其原理是通過建立威脅因子和生境關(guān)系，從生境對(duì)于威脅因子的敏感程度、威脅因子間的相互影響、生境柵格與威脅之間的距離及衰減方式等方面進(jìn)行生境質(zhì)量評(píng)價(jià)。

生境質(zhì)量指數(shù)計(jì)算公式如下：

式中：Qxj為第j種景觀類型x柵格單元的生境質(zhì)量指數(shù)，范圍為0～1，數(shù)值越高表示生境質(zhì)量越好；Hj為第j種景觀類型的生境適宜性；Z為尺度常數(shù)，取值通常為2.5；k為半飽和常數(shù)；Dxj為生境退化程度，代表生境受到威脅因子影響后表現(xiàn)出退化的程度，計(jì)算公式如下：

式中：R為威脅因子的數(shù)量；Yr為威脅因子的柵格單元總數(shù)；ωr為權(quán)重；ry為土地利用類型每個(gè)柵格單元上威脅因子的個(gè)數(shù)；βx為柵格單元x受到法律保護(hù)的程度；Sjr表示土地利用類型j對(duì)威脅因子的敏感程度；irxy為威脅因子的影響距離，分為線性和指數(shù)衰退兩種模式來計(jì)算：

式中：dxy為柵格x與y間的距離；drmax為威脅因子r的最大影響距離。

生境質(zhì)量模塊中需輸入的參數(shù)主要有土地利用柵格圖、威脅因子?xùn)鸥駡D、威脅因子影響距離及權(quán)重、生境類型及生境類型對(duì)威脅的敏感性等。本研究在參考InVEST模型手冊(cè)及相關(guān)研究[3-5]的基礎(chǔ)上，結(jié)合研究區(qū)域的實(shí)際情況進(jìn)行模型參數(shù)的賦值（見表1，2）。

表1 威脅因子及其最大影響距離、權(quán)重及衰減類型

表2 土地利用類型對(duì)威脅因子的敏感度

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用演變

由表3可知，20年間其他用地類型向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)化最為劇烈，其中以耕地和林地為主，耕地、草地、林地3種用地類型間存在著較為頻繁的轉(zhuǎn)化，而水域保持相對(duì)穩(wěn)定，未利用地有小幅度的擴(kuò)張。

表3 2000—2020年蒙山風(fēng)景區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 km2

一方面，城鎮(zhèn)發(fā)展建設(shè)迅速，人類干預(yù)活動(dòng)增加，導(dǎo)致處于建設(shè)用地邊緣地帶的耕地和林地發(fā)生轉(zhuǎn)化，雖促進(jìn)了風(fēng)景區(qū)旅游業(yè)態(tài)的發(fā)展，但在一定程度上加劇了生態(tài)格局的破碎，對(duì)生物多樣性造成了破壞。另一方面，未利用地面積的增加表明開發(fā)建設(shè)后部分用地未能較好地被利用，退化成為未利用地，因此需要統(tǒng)籌城鄉(xiāng)規(guī)劃，平衡風(fēng)景區(qū)生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和建設(shè)發(fā)展關(guān)系，促進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。

3.2 生境質(zhì)量分析

3.2.1 生境質(zhì)量演變

運(yùn)行InVEST模型的生境質(zhì)量模塊，可計(jì)算得到蒙山風(fēng)景區(qū)2000—2020年生境質(zhì)量（見表4）。在ArcGIS中將其分為 5 個(gè)等級(jí)，即 I（低）、II（較低）、III（中）、IV（較高）和V（高），進(jìn)而統(tǒng)計(jì)得出不同等級(jí)的面積及占比。研究區(qū)生境質(zhì)量的分布和土地利用類型有著較強(qiáng)的相關(guān)性。中部的林地和草地分布區(qū)域人為活動(dòng)干預(yù)的強(qiáng)度較小，其生境質(zhì)量較高，以IV和V等級(jí)為主。相反，周邊耕地和建設(shè)用地的開發(fā)強(qiáng)度較大，生境質(zhì)量較低，以I和II等級(jí)為主。2000年和2010年III等級(jí)生境處于高低等級(jí)的過渡地區(qū)，形成中部高等級(jí)核心區(qū)的生態(tài)緩沖帶，但至2020年緩沖帶已被較低等級(jí)的區(qū)域蠶食消解，嚴(yán)重喪失了生態(tài)屏障功能。

表4 2000—2020年研究區(qū)各等級(jí)生境比例及生境平均值

從時(shí)間尺度上來看，平均生境質(zhì)量一直處于下降狀態(tài)，但第二階段（2010—2020年）比第一階段（2000—2010年）降幅有所減少。這表明20年間蒙山風(fēng)景區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)在持續(xù)惡化，但近10年惡化的趨勢(shì)得到一定程度的控制。其主要原因是2009年發(fā)布的《山東省重點(diǎn)生態(tài)功能保護(hù)區(qū)規(guī)劃（2008—2020年）》中劃定了生物多樣性保護(hù)及生態(tài)功能保護(hù)區(qū)等一系列生態(tài)規(guī)劃措施，對(duì)風(fēng)景區(qū)內(nèi)污染環(huán)境破壞生態(tài)的開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行了規(guī)范整頓。

3.2.2 生境退化度演變

通過InVEST模型可得到蒙山風(fēng)景區(qū)20年間生境退化度的情況。生境退化的重點(diǎn)區(qū)域主要位于研究區(qū)中部林地周邊范圍，并向風(fēng)景區(qū)內(nèi)部逐步蔓延滲透，至2020年中部核心區(qū)域周邊生境退化度已經(jīng)上升到較高的水平。這表明經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的干擾性較大，特別是自然和人工博弈交界區(qū)域，生態(tài)系統(tǒng)脆弱，物種生存環(huán)境處于不穩(wěn)定狀態(tài)。若蒙山風(fēng)景區(qū)不盡快完善生態(tài)規(guī)劃格局、優(yōu)化管理模式，未來核心生態(tài)區(qū)域?qū)⑹艿捷^大的生態(tài)威脅。

如表5所示，生境退化在蔓延擴(kuò)散的同時(shí)，其強(qiáng)度也在逐漸增加。生境退化度間的差異擴(kuò)大，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，生態(tài)環(huán)境脆弱度有所增加。

表5 2000—2020年研究區(qū)生境退化度統(tǒng)計(jì)

4 蒙山風(fēng)景區(qū)生態(tài)規(guī)劃保護(hù)分區(qū)

蒙山風(fēng)景區(qū)生態(tài)規(guī)劃建設(shè)應(yīng)遵循“保護(hù)優(yōu)先，因地制宜”的原則，將生態(tài)保護(hù)與開發(fā)建設(shè)有機(jī)統(tǒng)一，科學(xué)控制土地和自然資源開發(fā)利用的廣度和深度。依據(jù)生境質(zhì)量與生境退化度分級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果，總結(jié)出適用于研究區(qū)規(guī)劃發(fā)展的3種分區(qū)保護(hù)策略。

1）生境質(zhì)量高但退化度低的區(qū)域 主要以自然景觀資源為主，生態(tài)價(jià)值突出，處于研究區(qū)的中部核心位置，可作為一級(jí)保護(hù)分區(qū)。區(qū)域內(nèi)明確建設(shè)開發(fā)指標(biāo)規(guī)范，完善生態(tài)保護(hù)管理體系，堅(jiān)決取締或整改不符合生態(tài)要求的開發(fā)項(xiàng)目，降低和控制生境退化度；對(duì)現(xiàn)狀和規(guī)劃建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行生態(tài)適宜性評(píng)估，加強(qiáng)對(duì)自然資源及景觀風(fēng)貌的保護(hù)，消除區(qū)域內(nèi)潛在的生境威脅源，并在邊緣建立生態(tài)緩沖區(qū)，以發(fā)揮生態(tài)屏障作用，應(yīng)對(duì)外部生境威脅源的干擾。

2）生境質(zhì)量高且退化度高的區(qū)域 多位于自然景觀與城鄉(xiāng)建設(shè)相交融的過渡地帶，土地利用轉(zhuǎn)換強(qiáng)度高，可作為二級(jí)保護(hù)分區(qū)。保持高生境質(zhì)量的同時(shí)統(tǒng)籌城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃，注重自然景觀與人文景觀的融合，以最小干預(yù)原則進(jìn)行開發(fā)建設(shè)，因地制宜地規(guī)劃建設(shè)旅游設(shè)施、觀景點(diǎn)、游步道等基礎(chǔ)設(shè)施，高效利用景觀資源，必要時(shí)可散點(diǎn)式建設(shè)產(chǎn)學(xué)研基地、紀(jì)念館、自然主題展館等具有較高人文生態(tài)價(jià)值及科普教育意義的設(shè)施。

3）生境質(zhì)量低且退化度低的區(qū)域 以城鎮(zhèn)、農(nóng)村和耕地為主，可作為三級(jí)保護(hù)分區(qū)。區(qū)域內(nèi)應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)村落風(fēng)貌進(jìn)行保護(hù)，修葺民宅。整合村鎮(zhèn)網(wǎng)絡(luò)體系，優(yōu)化完善旅游開發(fā)格局，構(gòu)建生態(tài)旅游產(chǎn)業(yè)體系，集中建設(shè)生態(tài)旅游服務(wù)片區(qū)，帶動(dòng)農(nóng)村地區(qū)實(shí)現(xiàn)新型城鎮(zhèn)化，統(tǒng)籌好生產(chǎn)、生活、生態(tài)三大空間布局，形成集生態(tài)旅游、民俗文化、休閑觀光農(nóng)業(yè)于一體的綜合開發(fā)模式。

5 問題與展望

InVEST模型生境質(zhì)量模塊是維持生物多樣性、平衡生態(tài)保護(hù)與開發(fā)建設(shè)關(guān)系的有效評(píng)價(jià)工具，可為生態(tài)保護(hù)提供科學(xué)的決策依據(jù)。但當(dāng)前模型也存在一定的局限性，未來需建立更加客觀科學(xué)的參數(shù)表，對(duì)模型進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。生境質(zhì)量的演化機(jī)制較為復(fù)雜，同樣需要對(duì)其空間分布特征和變化趨勢(shì)進(jìn)行更多、更深入研究，為生態(tài)規(guī)劃設(shè)計(jì)及管理工作提供參考。