城郊森林功能區(qū)劃方法研究
——以廣東省英德市為例

陸康英，陳世清，蘇晨輝

(1．華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院廣州510642;2．華南農(nóng)業(yè)大學(xué)森林經(jīng)理研究室廣州510642;3．廣東省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院廣州510520)

城郊森林功能區(qū)劃方法研究
——以廣東省英德市為例

陸康英1，陳世清2，蘇晨輝3

(1．華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院廣州510642;2．華南農(nóng)業(yè)大學(xué)森林經(jīng)理研究室廣州510642;3．廣東省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院廣州510520)

當(dāng)前我國(guó)對(duì)城郊森林功能區(qū)劃方法的研究相對(duì)較少，本文以廣東省英德市城郊森林為例，基于森林的自然屬性，結(jié)合城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要，采用實(shí)地調(diào)查、文獻(xiàn)檢索、ArcGIS空間分析、定量與定性綜合集成的方法，通過對(duì)森林生態(tài)環(huán)境敏感性的評(píng)價(jià)，構(gòu)建英德市城郊森林功能區(qū)劃方法體系。提出的區(qū)劃原則、方法和指標(biāo)體系等，對(duì)統(tǒng)籌城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境建設(shè)規(guī)劃、保障地方可持續(xù)發(fā)展、促進(jìn)城市森林經(jīng)營(yíng)管理研究與實(shí)踐都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

功能區(qū)劃;城郊森林;評(píng)價(jià)指標(biāo);敏感性;ArcGIS

功能是指事物對(duì)于人類生存和發(fā)展具有的價(jià)值和作用［1］。森林功能區(qū)劃是根據(jù)森林自身的性能，結(jié)合經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需求，確定森林的功能及功能順序的經(jīng)營(yíng)活動(dòng)，目的是從宏觀上指導(dǎo)區(qū)域森林資源可持續(xù)經(jīng)營(yíng)。目前自然資源功能區(qū)劃的方法已從自然綜合區(qū)劃的疊置法、主導(dǎo)標(biāo)志法、“自上而下”的順序劃分法、“自下而上”的合并劃分法等［2］，發(fā)展到了空間發(fā)展類型區(qū)劃分的指標(biāo)判別法和指標(biāo)迭加法［3］。隨著區(qū)劃研究的深入，環(huán)境承載力和發(fā)展?jié)摿δＰ捅蛔鳛楣δ軈^(qū)劃的評(píng)價(jià)方法［4］。而熵值法和主成分分析法、系統(tǒng)聚類法、矩陣判斷、疊加分析和緩沖分析等［5］，也逐漸成為區(qū)劃方法研究的重點(diǎn)。在國(guó)內(nèi)，森林功能區(qū)劃方法研究多以定性方法為主［6－15］，定量的區(qū)劃方法也逐漸受到重視［16－19］，并成為了森林功能區(qū)劃方法研究的趨勢(shì)。但是，對(duì)城市森林功能的區(qū)劃，以及將森林的自然屬性和城市環(huán)境敏感性結(jié)合起來的研究鮮見有報(bào)道。因此，開展城郊森林功能區(qū)劃的定量研究對(duì)協(xié)調(diào)森林資源保護(hù)與利用，統(tǒng)籌城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境建設(shè)規(guī)劃，保障地方可持續(xù)發(fā)展具有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 材料與方法

1．1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域?yàn)閺V東省英德市(縣級(jí))環(huán)市區(qū)第一重山以內(nèi)，113°19'11″—113°28'38″E，24°6'16″—24°16'27″N，處于北江中游及北江與滃江的匯合之處，大部分為石灰?guī)r地區(qū)。涉及英城6個(gè)村委、4個(gè)居委會(huì)、3處風(fēng)景區(qū)、1處茶果場(chǎng)和大站鎮(zhèn)8個(gè)村委，總面積4 571.30 hm2。區(qū)域內(nèi)的支柱產(chǎn)業(yè)為水泥工業(yè)，被譽(yù)為“中國(guó)水泥之都”。據(jù)2004—2009年環(huán)境質(zhì)量報(bào)告顯示，區(qū)域內(nèi)受粉塵、SO2和NO2等的污染較為嚴(yán)重。區(qū)域內(nèi)的森林全部為生態(tài)公益林。

1．2 材料來源

由英德市林業(yè)局提供英德市1:10 000小班地形圖(JPG格式)，2009年二類調(diào)查小班數(shù)據(jù)庫(kù)，英德市城市土地利用規(guī)劃等資料。

2010年10月采用小班調(diào)查法，選取較有可能發(fā)生變化的123個(gè)小班進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，對(duì)2009年森林二類調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行修正;對(duì)區(qū)域工業(yè)污染源(主要是水泥廠)分布進(jìn)行實(shí)地勾繪，結(jié)果與二類工業(yè)用地分布基本一致。

1．3 材料處理方法

1．3．1 地圖矢量化及數(shù)據(jù)庫(kù)建立

在ArcGIS9．3中以北京54坐標(biāo)作為參考坐標(biāo)系，對(duì)英德市1:10 000小班地形圖(JPG格式)進(jìn)行校正、配準(zhǔn)，通過人工勾繪將研究區(qū)域內(nèi)小班矢量化，同時(shí)在屬性表中輸入小班地籍號(hào)。以地籍號(hào)為ID，將修正后的2009年二類調(diào)查小班數(shù)據(jù)庫(kù)與勾繪的小班矢量圖進(jìn)行圖庫(kù)掛接，完成小班數(shù)據(jù)庫(kù)的初步建立。

1．3．2 增加分析要素

利用ArcGIS平臺(tái)，在矢量化的地形圖上增加河流水系、道路、城區(qū)、工業(yè)污染源、森林景觀景點(diǎn)等要素，形成一個(gè)要素完整的素材，為森林功能區(qū)劃提供基礎(chǔ)性的分析材料。

1．4 功能區(qū)劃方法

1．4．1 區(qū)劃原則

城郊森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能以及形成的生態(tài)環(huán)境問題具有顯著的區(qū)域分異性，同時(shí)承擔(dān)著重要的生態(tài)服務(wù)責(zé)任，城郊森林功能區(qū)劃應(yīng)該遵循以下的原則。

1)分異原則

森林生態(tài)系統(tǒng)在不同的區(qū)域范圍內(nèi)，由于地貌、地形、土壤等條件的不同，表現(xiàn)出生態(tài)系統(tǒng)的分異。根據(jù)這些差異，就能劃分出不同的生態(tài)單元。生態(tài)區(qū)域的分異原則是生態(tài)區(qū)劃的理論基礎(chǔ)，也是城郊森林區(qū)劃最基本的原則。

2)生態(tài)優(yōu)先原則

最早《雅典憲章》就指出城市應(yīng)具有居住、工作、游憩與交通四大基本功能，并認(rèn)為居住是城市的第一個(gè)活動(dòng)。生態(tài)服務(wù)功能在城郊森林中的主體地位是毋庸置疑的。因此，應(yīng)重視區(qū)域生態(tài)環(huán)境敏感性及生態(tài)服務(wù)功能重要性的分析，以生態(tài)優(yōu)先作為區(qū)劃的一個(gè)原則。

3)主導(dǎo)因素原則

城郊森林生態(tài)系統(tǒng)的功能是自然和人為等諸多因素綜合作用的結(jié)果，在進(jìn)行城郊森林功能區(qū)劃時(shí)必須綜合分析區(qū)域各個(gè)要素之間的關(guān)系，選取主導(dǎo)因素指標(biāo)作為分區(qū)的依據(jù)。

4)以人為本、持續(xù)發(fā)展原則

城郊森林功能區(qū)劃的目的是為了更好地發(fā)揮城郊森林的生態(tài)服務(wù)功能，滿足人們生活、工作的環(huán)境要求。應(yīng)本著以人為本的宗旨，遵循可持續(xù)發(fā)展的理念。

5)空間的連片性原則

城郊森林功能區(qū)要求在空間上具有連續(xù)性，確保功能區(qū)的完整性，以保證區(qū)內(nèi)物質(zhì)、能量傳輸?shù)挠行蛐?，從而最大限度發(fā)揮森林主體功能。

1．4．2 功能區(qū)類型的確定

森林的功能是多樣的，在國(guó)家林業(yè)局發(fā)布的《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估規(guī)范》(LY/T1721—2008)中，森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能包括涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、凈化大氣環(huán)境、森林防護(hù)、生物多樣性保護(hù)和森林游憩等8個(gè)方面。鑒于英德市地處北江流域，是石炭巖地區(qū)，水泥產(chǎn)業(yè)為縣域經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，其對(duì)森林的生態(tài)保障、環(huán)境凈化、人文服務(wù)功能需求較強(qiáng)，將英德市城郊森林功能定位為持水保土功能、環(huán)境凈化功能和觀賞游憩功能3種類型。

1．4．3 指標(biāo)體系構(gòu)建

城郊森林功能區(qū)劃是以區(qū)域生態(tài)環(huán)境敏感性為依據(jù)的。區(qū)域?qū)ι帜撤N功能的需求是由區(qū)域生態(tài)、環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子等方面決定的。在充分分析區(qū)域概況的前提下，結(jié)合前人的研究，遵循科學(xué)性、相對(duì)獨(dú)立性、主導(dǎo)性的原則，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

1．4．4 因子賦權(quán)及數(shù)量化

1)賦權(quán)

對(duì)指標(biāo)權(quán)重的確定采用專家咨詢與層次分析主觀和客觀賦權(quán)相結(jié)合的方法，在獲得各個(gè)專家的判斷矩陣之后，利用軟件yaahp(0．5．3)對(duì)所構(gòu)建的各判斷矩陣進(jìn)行運(yùn)算，得出各層指標(biāo)的權(quán)重。

2)數(shù)量化

在系統(tǒng)分析和整合現(xiàn)有研究成果及有關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，基于AcrGIS9．3平臺(tái)將獲得的定量數(shù)據(jù)，參考相應(yīng)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí);對(duì)于無法量化的定性因子，把獲得的定性數(shù)據(jù)，通過不同等級(jí)對(duì)應(yīng)不同的分值，轉(zhuǎn)化為定量數(shù)據(jù)。

1．4．5 因子歸并

在因子賦權(quán)、量化之后，借助ArcGIS疊置分析和屬性表數(shù)據(jù)的歸并運(yùn)算對(duì)因子進(jìn)行歸并。

采用公式(1)對(duì)各個(gè)小班的環(huán)境敏感性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

式中:Xi為各個(gè)小班的敏感性評(píng)價(jià)得分，Xij為i小班j評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)量化值，Wj為j指標(biāo)的權(quán)重，i為小班，j為森林評(píng)價(jià)指標(biāo)。

Xi越大則表示i小班的敏感性越高，反之則表示敏感性越低。

1．4．6 小班功能類型判別

每個(gè)小班功能定位的判別依據(jù)是森林生態(tài)環(huán)境敏感性評(píng)價(jià)得分，敏感性得分越高則說明區(qū)域越需要森林發(fā)揮相應(yīng)的功能，如區(qū)域水土流失敏感性評(píng)價(jià)得分較高，則應(yīng)將該小班的森林定位為持水保土功能(表1)。若出現(xiàn)評(píng)分值相等的情況，則根據(jù)各種敏感性對(duì)于森林生態(tài)環(huán)境敏感性的權(quán)重來判別。

表1 城郊森林小班功能類型判別標(biāo)準(zhǔn)

1．4．7 空間聚類

對(duì)城郊森林每個(gè)小班的森林功能進(jìn)行了定位之后，還需要對(duì)每個(gè)小班進(jìn)行空間上的聚類。根據(jù)小班功能判別結(jié)果，利用ArcGIS9．3賦予每個(gè)小班功能定位的屬性，將具有相同功能定位的小班聚成一類，若出現(xiàn)空間離散的現(xiàn)象則根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，形成比較連續(xù)的、整合的空間功能分區(qū)結(jié)果。

2 結(jié)果與分析

2．1 指標(biāo)體系構(gòu)建及分析

2．1．1 指標(biāo)體系

城郊森林功能區(qū)劃的依據(jù)是區(qū)域生態(tài)環(huán)境敏感性，根據(jù)上文英德市城郊森林功能定位的分析，區(qū)域森林生態(tài)環(huán)境敏感性主要包括水土流失、環(huán)境污染、觀賞游憩需求等三方面，具體由自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等諸多指標(biāo)組成。結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況，參考前人的研究［20－28］得到英德市城郊森林生態(tài)環(huán)境敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表2)。包括3個(gè)一級(jí)指標(biāo)和10個(gè)二級(jí)指標(biāo)。

表2 英德市城郊森林生態(tài)環(huán)境敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2．1．2 權(quán)重確定

通過問卷詳解與電子信函的方式邀請(qǐng)相關(guān)專家10名，按照9標(biāo)度法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行比較賦值。利用軟件yaahp(0．5．3)對(duì)所構(gòu)建的各判斷矩陣進(jìn)行運(yùn)算，得出各判斷矩陣，再采用“加權(quán)幾何平均”的方法集結(jié)得出各層指標(biāo)的權(quán)重(表3)。

表3 評(píng)價(jià)指標(biāo)因子權(quán)重

2．1．3 指標(biāo)分析

利用ArcGIS分析功能，將坡度、植被類型、土壤厚度、人口密度、人均可支配收入進(jìn)行重分類;對(duì)距河流距離、距工業(yè)污染源距離、距公路(省道)和鐵路距離、距城區(qū)距離、距道路距離進(jìn)行緩沖分析。用1表示敏感性低，用3表示敏感性中等，用5表示敏感性高，以此把所有的因子數(shù)據(jù)數(shù)量化(表4)。

2．2 小班功能定位

利用公式(1)計(jì)算出每個(gè)小班的各個(gè)敏感性得分，再通過城郊森林功能區(qū)類型判別標(biāo)準(zhǔn)(表1)可判斷出每個(gè)小班的功能定位(表5)。

2．3 功能區(qū)劃分

根據(jù)每個(gè)小班的功能定位在ArcGIS中進(jìn)行聚類，生成城郊森林功能區(qū)劃圖(圖1)。考慮功能區(qū)空間的連續(xù)性及森林經(jīng)營(yíng)管理的需求，在ArcGIS平臺(tái)上對(duì)91個(gè)分布離散的小班的功能定位作了調(diào)整(見圖2)，總面積為 843．0 hm2。其中有 70 個(gè)小班，646．5 hm2的森林是由觀賞游憩功能區(qū)調(diào)整到持水保土功能區(qū)的，這與區(qū)域的持水保土功能較為重要這一情況吻合(權(quán)重:水土流失敏感性(0．660 3)﹥環(huán)境污染敏感性(0.232 1)﹥觀賞游憩需求敏感性(0．107 6))(表3)。

表4 評(píng)價(jià)因子分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)果顯示，持水保土功能區(qū)主要沿河流及坡度較高的區(qū)域呈帶狀分布，涉及367個(gè)小班，總面積為4571．30 hm2，占區(qū)域林地總面積的48%;環(huán)境凈化功能區(qū)主要與城市二類工業(yè)用地分布一致，呈多點(diǎn)狀分布，涉及120個(gè)小班，總面積為1 379．50 hm2，占區(qū)域總面積的15%;而觀賞游憩功能區(qū)主要是呈多塊狀分布，涉及318個(gè)小班，總面積 3 483．30 hm2，占區(qū)域林地總面積的37%，結(jié)果與英德市實(shí)際情況基本相符。各個(gè)功能區(qū)分別發(fā)揮不同的主體功能，其中持水保土功能形成了基于北江流域的持水保土林生態(tài)系統(tǒng)，主要是發(fā)揮涵養(yǎng)水源和保持水土的功能，維護(hù)英德市的生態(tài)安全;環(huán)境凈化功能區(qū)則發(fā)揮殺菌消毒、阻滯粉塵的作用;觀賞游憩功能區(qū)主要是承擔(dān)美化城市、為居民提供休閑游憩場(chǎng)所、環(huán)保宣傳教育的功能(表6)。

表5 英德市城郊森林小班功能類型判別結(jié)果

圖2 調(diào)整后城郊森林功能區(qū)劃示意圖

表6 英德市城郊森林功能區(qū)劃結(jié)果

3 結(jié)論與討論

3．1 結(jié)論

提出了一種定量的劃分城郊森林功能區(qū)的方法體系，以森林生態(tài)環(huán)境敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系作為森林功能區(qū)劃的依據(jù)，運(yùn)用GIS的空間分析功能對(duì)英德市城郊森林進(jìn)行功能區(qū)劃，從結(jié)果上看該方法是可行的，這種方法體系符合英德市情、林情。森林生態(tài)環(huán)境敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系結(jié)合了森林自身的條件及人的需求，強(qiáng)調(diào)人與自然的關(guān)系。功能區(qū)劃涉及的不僅是自然生態(tài)系統(tǒng)，還與特定的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、文化特征緊密相連。森林功能區(qū)劃強(qiáng)調(diào)人文的因素，結(jié)合了森林特有的“性能”與人類的需求所形成的森林“功能”，基于這種功能區(qū)劃的森林經(jīng)營(yíng)管理更加符合森林多目標(biāo)經(jīng)營(yíng)的要求，能最大限度地發(fā)揮森林的主體功能和滿足人類的多種需求。同時(shí)，將地理信息系統(tǒng)(ArcGIS)方法用到城郊森林功能區(qū)劃中，為森林功能區(qū)劃提供了更加便捷、準(zhǔn)確的技術(shù)支撐。

3．2 討論

評(píng)價(jià)指標(biāo)系統(tǒng)的確定較為復(fù)雜，不同的評(píng)價(jià)對(duì)象、尺度、目的都存在眾多的爭(zhēng)議。評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建及評(píng)價(jià)因子數(shù)量化沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)可循，由于作者的專業(yè)知識(shí)水平的限制，選取的指標(biāo)可能不夠全面，數(shù)量化不夠準(zhǔn)確;加上研究時(shí)間有限，對(duì)評(píng)價(jià)因子的賦權(quán)沒能進(jìn)行多輪的專家咨詢、修正;該定量的方法體系只是針對(duì)英德市城郊森林，對(duì)其他區(qū)域不一定具有適用性。而且隨著人們對(duì)城郊森林認(rèn)識(shí)的不斷深入，城郊森林功能區(qū)劃方法也需要不斷地深入探討。

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Study on Division of Functional Zones of Suburban Forest——A Case Study of Yingde City in Guangdong Province

LU Kangying1，CHEN Shiqing2，SU Chenhui3
(1．Academy of Forest Inventory and Design，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，Guangdong，China;2．Forest Management Institute，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，Guangdong，China;3．Guangdong Forest Inventory and Plan`ning Institute ，Guangzhou 510520，Guangdong，China)

There are relatively few studies on functional regionalization for suburban forest in China．Take Yingde in Guangdong as a case，basing the forest＇s natural attributes and social development needs，using methods of field investigation，information retrieval，ArcGIS spatial analysis and quantification-qualitative analysis，a systematic methodology of functional regionalization is formed for Ying De suburban forest through evaluation of forest eco-environmental sensitivity．The zoning principle，method and index system the article put forward has important practical significance for urban and rural coordination，local sustainable development，research and practice of urban forest management．

functional zoning;suburban forest;evaluation index;sensitivity;ArcGIS

TP 39;S 718．55

A

1003—6075(2012)04—0029—06

2012—08—26

2012—10—17

本文得到了國(guó)家林業(yè)局林業(yè)軟科學(xué)項(xiàng)目“南方林業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究”(2011－2013)以及英德市項(xiàng)目“英德市市肺保護(hù)工程規(guī)劃”和“英德市森林進(jìn)城森林圍城施工設(shè)計(jì)”等的資助。

陸康英(1986—)，女，碩士，主攻森林經(jīng)理與生態(tài)旅游研究。