高速公路建設(shè)對(duì)路域景觀生態(tài)影響分析

張慧麗， 孫海龍， 肖 健

（1.石家莊鐵道大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，河北 石家莊 050043；2.河北省交通勘察設(shè)計(jì)院，河北 石家莊 050011）

根據(jù)《國(guó)家公路網(wǎng)規(guī)劃（2013－2030年）》的總體規(guī)劃，到2030年，國(guó)家高速公路網(wǎng)將由7條首都放射線、12條南北縱線、18條東西橫線以及部分地區(qū)環(huán)線、共行線、聯(lián)絡(luò)線等組成，實(shí)現(xiàn)連接全國(guó)所有地級(jí)行政中心、城鎮(zhèn)人口超過(guò)20萬(wàn)的中等及以上城市、重要交通樞紐和重要邊境口岸。公路建設(shè)、維護(hù)和運(yùn)營(yíng)管理過(guò)程影響和改變了地面的自然帶狀空間，這個(gè)空間即包括公路設(shè)施本身，也包括與公路存在密切關(guān)系的自然生態(tài)系統(tǒng)的相關(guān)區(qū)域，這個(gè)區(qū)域就是公路路域，在景觀生態(tài)學(xué)中，路域也稱為公路廊道［1］。道路作為一種線性基礎(chǔ)設(shè)施，在促進(jìn)人類經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的同時(shí)，也對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了巨大的影響，如路域理化環(huán)境的污染、動(dòng)植物棲息地的干擾、水土流失的加劇、生物多樣性的減少、地質(zhì)災(zāi)害的誘發(fā)、景觀視覺(jué)質(zhì)量的下降等［2］。如何減少公路對(duì)景觀的切割破碎的影響，增強(qiáng)公路路域環(huán)境的美學(xué)質(zhì)量，構(gòu)建公路路域景觀生態(tài)系統(tǒng)，提高公路路域景觀生態(tài)的服務(wù)功能，是現(xiàn)代公路建設(shè)面臨的新問(wèn)題。通過(guò)對(duì)比京新高速公路建設(shè)前后的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，對(duì)公路路域范圍內(nèi)的景觀格局變化進(jìn)行分析，總結(jié)了高速公路建設(shè)在景觀格局動(dòng)態(tài)變化中的規(guī)律。

一、研究區(qū)域

本項(xiàng)目位于河北省華北平原北部，同時(shí)跨內(nèi)蒙古高原，為北京—新疆高速公路的組成部分，路線走廊位于河北省西北部，總體呈東西走向，起于張家口市南部的宣化縣，沿洋河、西洋河布線，終于懷安縣西洋河村西1 km冀晉交界處。路線經(jīng)過(guò)區(qū)位于華北平原與內(nèi)蒙古高原過(guò)渡帶的冀西北山地邊緣，屬冀西北山間盆地區(qū)。沿線山地、丘陵、河谷和盆地相間分布，排列有序。桑干河支流洋河穿入期間，將谷地、盆地連接起來(lái)，組成洋河盆地，總的地勢(shì)自西北向東南傾斜，地面自然坡度為1／30～1／200，海拔650～1 360 m。從成因上可分為兩種地貌形態(tài)：中山區(qū)和山前傾斜平原區(qū)。擬建線路位于山前傾斜平原的南部。該區(qū)域以高原和中低山地為主，處于京津的上風(fēng)上水，生態(tài)環(huán)境脆弱。

二、景觀格局分析

根據(jù)國(guó)家土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程和河北省土地利用總體規(guī)劃，將該項(xiàng)目所在區(qū)域的土地類型分為了耕地、農(nóng)田、園地、林地、牧草地和建設(shè)用地六大類。

（一）景觀格局變化分析指標(biāo)

為了系統(tǒng)地分析評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)景觀格局結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，景觀生態(tài)學(xué)家對(duì)景觀分析提出了許多不同的指標(biāo)［4～6］。本文從景觀屬性、景觀形狀、景觀配置和景觀連通性五個(gè)方面討論高速公路建設(shè)對(duì)生態(tài)結(jié)構(gòu)變化的影響。表1為常用的景觀格局影響分析典型指標(biāo)。

表1 典型景觀指標(biāo)含義一覽表

（二）景觀結(jié)構(gòu)空間變化

景觀格局指標(biāo)在一定程度上可以反映出景觀格局的整體變化特征，但是無(wú)法反映景觀之間的相互傳遞關(guān)系，可以利用馬爾柯夫轉(zhuǎn)移矩陣來(lái)量化景觀各組分之間的空間結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移關(guān)系。具體分析步驟如下：

步驟一：景觀格局變化分析

假定時(shí)期k和k＋1景觀格局分別為和，疊加運(yùn)算，由k時(shí)期到k＋1時(shí)期的景觀格局變化矩陣。

步驟二：轉(zhuǎn)移矩陣因子計(jì)算

設(shè)由k時(shí)期到k＋1時(shí)期第k＋1類土地利用類型轉(zhuǎn)換為第j類土地利用類型的面積數(shù)Aij。土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣中的各項(xiàng)因子為：

式中，Bij為k時(shí)期第i類土地利用類型轉(zhuǎn)換為k＋1時(shí)期第j類土地利用類型的比例（%）；Cij為k時(shí)期第j類土地利用類型轉(zhuǎn)換為k＋1時(shí)期第i類土地利用類型的比例（%）。

步驟三：景觀轉(zhuǎn)移矩陣計(jì)算

T代表了k＋1時(shí)期各土地利用類型相對(duì)于k時(shí)期變化的程度。

三、結(jié)果分析

（一）土地類型變化分析

基于ArcGIS 9.0地理信息分析軟件為輔助平臺(tái)和上述轉(zhuǎn)移矩陣方法對(duì)京新高速公路沿線兩側(cè)1，5，10 km范圍內(nèi)的緩沖區(qū)域進(jìn)行土地利用變化分析，具體變化見(jiàn)表2。

表2 各緩沖區(qū)在高速公路建設(shè)前后土地類型變化

從表2的數(shù)據(jù)對(duì)比分析可以看出，在不同的緩沖區(qū)內(nèi)，牧草地和基本農(nóng)田的面積都有相應(yīng)地減少，而林地和建設(shè)用地有所增加，這主要是因?yàn)楦咚俟方ㄔO(shè)占用的國(guó)土面積相對(duì)較大，而高速公路在設(shè)計(jì)時(shí)多沿著較高的山脊線或靠近山腳的方案，占用的林地面積較少。以及隨著生態(tài)公路的推廣，路域內(nèi)林地有向外擴(kuò)充的增長(zhǎng)趨勢(shì)。

（二）景觀空間結(jié)構(gòu)變化分析

通過(guò)對(duì)高速公路建設(shè)前后的土地類型面積變化分析，可以看出距離路中心線越近，土地類型變化越明顯，而距離越遠(yuǎn)，變化越不明顯。為了更清晰地分析路域土地類型的變化，選取了5 km緩沖區(qū)的景觀空間轉(zhuǎn)移情況進(jìn)行分析。得到景觀類型轉(zhuǎn)移矩陣表如表3所示。

從表3的數(shù)據(jù)對(duì)比分析可以看出，基本農(nóng)田和牧草地與其他類型的土地利用轉(zhuǎn)換最小，林地和建筑用地之間的轉(zhuǎn)換相對(duì)最大。這就說(shuō)明在本項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，充分考慮了對(duì)農(nóng)田，耕地和牧草場(chǎng)的避讓，在保護(hù)農(nóng)業(yè)用地的同時(shí)，在一定程度上保護(hù)了牧草場(chǎng)的整體性，減小生態(tài)斑塊的破碎。同時(shí)從表3中能夠看出建設(shè)用地在高速公路建設(shè)前后變化最大，這也是因?yàn)楦咚俟返男藿?，帶?dòng)了附近城鎮(zhèn)的發(fā)展，使得建筑用地變化相對(duì)較大，而轉(zhuǎn)變的園地，林地等都在公路線路的兩側(cè)零星分布。

四、結(jié)論

高速公路對(duì)景觀格局的影響主要是對(duì)原有的完整景觀進(jìn)行了線性切割，對(duì)沿線的景觀類型都有一定程度的影響，而野生動(dòng)物棲息地的改變，可能會(huì)導(dǎo)致生物多樣性的改變，進(jìn)而影響區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)功能。通過(guò)分析可以看出，京新高速公路建設(shè)對(duì)沿線的景觀變化影響，隨著距離公路中心線的距離的增大而減弱，說(shuō)明了高速公路建設(shè)對(duì)景觀格局的影響是受到空間大小的制約的。因此在高速公路設(shè)計(jì)建設(shè)過(guò)程中，要注重土地性質(zhì)轉(zhuǎn)換對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，有針對(duì)性地建立公路路域內(nèi)的合理生態(tài)景觀。

表3 5km緩沖區(qū)土地類型變化轉(zhuǎn)移矩陣

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