遼寧省青山保護(hù)分區(qū)區(qū)劃方法的研究

趙雪磊

（遼寧省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，遼寧沈陽110122）

遼寧省青山保護(hù)分區(qū)區(qū)劃方法的研究

趙雪磊

（遼寧省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，遼寧沈陽110122）

該文主要研究如何將遼寧省青山保護(hù)區(qū)科學(xué)合理地區(qū)劃為重點青山保護(hù)分區(qū)及合理利用區(qū)的技術(shù)方法，以生態(tài)優(yōu)先為原則建立青山保護(hù)分區(qū)決策樹模型，估算出重點青山保護(hù)分區(qū)面積；其次，以兼顧經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展為原則，合理調(diào)整重點青山保護(hù)分區(qū)，最終確定遼寧省重點青山保護(hù)分區(qū)和合理利用區(qū)范圍。

決策樹；重點青山保護(hù)分區(qū)；合理利用區(qū)；反規(guī)劃理論

遼寧省青山保護(hù)以推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)為目標(biāo)，依據(jù)相關(guān)法律法規(guī)，按照生態(tài)區(qū)位的重要性和自然恢復(fù)能力，合理地將全省范圍內(nèi)的山體和山體以外的林地分區(qū)，進(jìn)行保護(hù)和管理，從而實現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展。青山保護(hù)較之林地保護(hù)有更加寬泛的生態(tài)保護(hù)作用，是遼寧省實現(xiàn)生態(tài)保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的又一重要舉措。本文將以生態(tài)優(yōu)先與兼顧經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展相結(jié)合為原則，堅持“生態(tài)環(huán)境保護(hù)優(yōu)先，開發(fā)利用服從于保護(hù)”，將遼寧省青山劃分為重點青山保護(hù)區(qū)與合理利用區(qū)。

1 劃分青山類型小區(qū)

通過柵格數(shù)據(jù)提取技術(shù)，將遼寧省DEM數(shù)據(jù)符合山體條件的部分提取出來，形成全省山體矢量數(shù)據(jù)，對全省林地矢量數(shù)據(jù)及山體矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加分析得出青山矢量數(shù)據(jù)，保護(hù)總面積約為800萬hm2。在此基礎(chǔ)上，對遼寧省青山保護(hù)管理分區(qū)進(jìn)行區(qū)劃。

在提取的遼寧省青山保護(hù)林地及山體矢量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，按照全面保護(hù)、突出重點的原則，通過資料收集、經(jīng)驗總結(jié)的方式將遼寧省林地及山體劃分為各個類型小區(qū)，包括各級自然保護(hù)區(qū)、各級森林公園、各級風(fēng)景名勝區(qū)、世界文化自然遺產(chǎn)地、軍事禁區(qū)、沿?；闪謳А⒎里L(fēng)固沙基干林帶、邊境防護(hù)林、各級水庫庫區(qū)周邊1層林地及山體、各級水庫庫區(qū)周邊2層林地及山體、各級濕地周邊1層林地及山體、各級濕地周邊2層林地及山體、江河源頭匯水區(qū)林地及山體、各級江河兩岸1層林地及山體、各級江河兩岸2層林地及山體、鐵路兩側(cè)1層林地及山體、鐵路兩側(cè)2層林地及山體、高速公路兩側(cè)1層林地及山體、高速公路兩側(cè)2層林地及山體、城鎮(zhèn)周邊1層林地及山體、城鎮(zhèn)周邊2層林地及山體、其它國家公益林地、其它地方公益林地、其它商品林地。

2 以生態(tài)保護(hù)優(yōu)先為原則區(qū)劃青山保護(hù)管理分區(qū)

遼寧省的生態(tài)保護(hù)和建設(shè)是青山保護(hù)規(guī)劃必須實現(xiàn)的約束性目標(biāo)。因此本次區(qū)劃研究首先以生態(tài)優(yōu)先為原則，建立決策樹模型進(jìn)行試劃，篩選出重點青山保護(hù)管理分區(qū)的最大范圍，作為下一步區(qū)劃的基礎(chǔ)。

本文將介紹決策樹理論并建立決策樹模型，以生態(tài)優(yōu)先為原則，在全省青山保護(hù)規(guī)劃編制過程中利用此模型，篩選出重點青山保護(hù)分區(qū)的最大范圍。

2.1決策樹理論

決策樹是一棵有向、無環(huán)樹結(jié)構(gòu)。最上面的節(jié)點是根結(jié)點，其每個非葉節(jié)點表示一個特征屬性上的測試，每個分支代表這個特征屬性在某個值域上的輸出，而每個葉節(jié)點存放一個類別。使用決策樹進(jìn)行決策的過程就是從根節(jié)點開始，測試待分類項中相應(yīng)的特征屬性，并按照其值選擇輸出分支，直到到達(dá)葉子節(jié)點，將葉子節(jié)點存放的類別作為決策結(jié)果。

常用的算法有ID3算法和C4.5，ID3算法是決策樹算法的代表，具有描述簡單、分類速度快的優(yōu)點，絕大數(shù)決策樹算法都是在它的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)而實現(xiàn)的。C4.5是從ID3演變而來的，合并具有連續(xù)值的屬性，通過將未知值用最常用的值來替代或者是將最常用的值分在同一個類中的方法處理缺少屬性值的樣本，使用不同的修剪技術(shù)以避免樹的不平衡。

構(gòu)造決策樹的方法是采用自上而下的遞歸構(gòu)造。以多叉樹為例，構(gòu)造思路：如果訓(xùn)練集合中的所有數(shù)據(jù)是同類的，則將之作為葉子節(jié)點，節(jié)點內(nèi)容即是該類別標(biāo)記，否則根據(jù)某種策略選擇一個屬性，按照屬性的各個取值，把數(shù)據(jù)集合劃分若干個子集，使得每個子集上的所有數(shù)據(jù)在該屬性上具有同樣的屬性值；然后再依次遞歸處理各個子集。

2.2 青山保護(hù)分區(qū)決策樹指標(biāo)的構(gòu)建

以生態(tài)優(yōu)先為原則，將林地及山體所在區(qū)域位置的重要程度，所承載的人文歷史和自然景觀價值，對水資源、易侵蝕地保護(hù)的貢獻(xiàn)，生態(tài)系統(tǒng)及生物的稀缺程度，生態(tài)風(fēng)險及安全程度等構(gòu)建了青山分區(qū)決策樹的指標(biāo)屬性。

人文或自然景觀價值：反映了林地及山體所在區(qū)域蘊藏的人文歷史資源和自然資源的價值。人文歷史資源包括了各種社會環(huán)境、人民生活、歷史文物、文化藝術(shù)、民族風(fēng)情和物質(zhì)生產(chǎn)構(gòu)成的資源；自然資源包括地理文化景觀、水資源景觀、生物景觀、地質(zhì)資源等自然景觀資源。所在區(qū)域具有人文歷史或自然景觀價值的，具有保護(hù)的必要性和重要性。

區(qū)域位置重要性：反映了林地及山體所在區(qū)域的地理位置的重要性，區(qū)域的位置和自然條件，決定了區(qū)域的基本特征。區(qū)域具有重要自然、戰(zhàn)略、政治、交通等地理位置。

水土保持重要性：反映了林地及山體對所在區(qū)域水資源及易侵蝕土地保護(hù)的重要性。林地及山體所在區(qū)域具有生態(tài)脆弱性，水土受到污染或破壞后危害大、恢復(fù)難。

生態(tài)系統(tǒng)典型或物種珍?。悍从沉肆值丶吧襟w所在區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)的代表性及物種的稀缺性。林地及山體所在區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)或珍稀物種分布區(qū)破壞后造成的危害大，恢復(fù)難，即具有保護(hù)的必要性和重要性。

山體保護(hù)重要性：反映了山體破壞對所在區(qū)域的安全風(fēng)險性影響，山體距離主要交通干線、重要水體岸線、人類居住地越近，山體對周邊環(huán)境越重要，山體受到破壞引發(fā)的災(zāi)害程度越重，因此，交通干線、重要水體岸線、人類居住地周邊林地及山體具有保護(hù)的必要性和重要性。

國家公益林：國家級公益林的劃分是將生態(tài)區(qū)位極為重要或生態(tài)狀況極為脆弱，對國土生態(tài)安全、生物多樣性保護(hù)和經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展具有重要作用的林地列入國家公益林地。類型小區(qū)的劃分與國家公益林地劃分有交叉，國家公益林可作為定量指標(biāo)，將未涵蓋在類型小區(qū)的其它具有生態(tài)保護(hù)價值的林地劃入青山保護(hù)分區(qū)。其中，類型小區(qū)不全為國家公益林地的，賦值否。

2.3 青山保護(hù)分區(qū)決策樹模型的建立

建立青山保護(hù)分區(qū)決策樹模型，首先需建立數(shù)據(jù)訓(xùn)練集，設(shè)定訓(xùn)練集中包含18個元素，根據(jù)分類的指標(biāo)屬性建立表1。

表1 數(shù)據(jù)訓(xùn)練集

續(xù)表1 數(shù)據(jù)訓(xùn)練集

設(shè)WZ、QY、SB、ZX、ST、GG分別代表人文或自然景觀價值、區(qū)域位置重要性、水土保持重要性、生態(tài)系統(tǒng)典型或物種珍稀、山體保護(hù)重要性、國家公益林。計算各個屬性的信息增益,首先計算給定樣本分類所需的期望信息，然后計算每個屬性的熵和信息增益，求出區(qū)域位置重要性具有最大信息增益，所以第1次分裂選擇為分裂屬性，再遞歸使用這個方法計算子節(jié)點的分裂屬性（計算過程省略），最終得到整個青山保護(hù)分區(qū)決策樹（圖1）。

圖1 青山保護(hù)分區(qū)決策樹圖

2.4 根據(jù)決策樹模型區(qū)劃青山保護(hù)分區(qū)

通過決策樹模型，將各級自然保護(hù)區(qū)、各級森林公園、各級風(fēng)景名勝區(qū)、自然文化遺產(chǎn)地、軍事禁區(qū)、沿海防護(hù)林帶、荒漠化防護(hù)林帶、邊境防護(hù)林、各級水庫周邊庫區(qū)1層林地及山體、各級江河源頭匯水區(qū)林地及山體、濕地第1層山脊范圍林地及山體、鐵路兩側(cè)第1層山脊范圍林地及山體、高速公路兩側(cè)第1層山脊范圍林地及山體、城鎮(zhèn)周邊第1層山脊范圍林地及山體、其它國家公益林地類型小區(qū)劃入重點青山保護(hù)分區(qū)，其它劃入合理利用區(qū)。粗略估算重點青山保護(hù)管理分區(qū)面積為550萬hm2，比例68.8%；合理利用區(qū)的面積為250萬hm2，比例31.2%。

3 以兼顧經(jīng)濟(jì)發(fā)展為原則區(qū)劃青山保護(hù)管理分區(qū)

青山保護(hù)管理分區(qū)的劃分以生態(tài)保護(hù)優(yōu)先，但同時也不能忽視社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展建設(shè)的需求。遼寧省振興老工業(yè)基地步伐不斷加快和工業(yè)化、城鎮(zhèn)化加速發(fā)展，對于土地利用會有更多的需求，因此要統(tǒng)籌生態(tài)、生產(chǎn)、建設(shè)使用山體、林地需求，進(jìn)一步區(qū)劃青山保護(hù)管理分區(qū)。

通過決策樹建立的重點青山保護(hù)管理分區(qū)是以生態(tài)保護(hù)最大化的原則劃分的，包含了各級類型小區(qū)，其中部分類型小區(qū)可以作為生態(tài)保護(hù)與經(jīng)濟(jì)建設(shè)平衡的彈性區(qū)間。通過對彈性區(qū)間的調(diào)整，進(jìn)一步區(qū)劃青山保護(hù)管理分區(qū)，可以做到既滿足生態(tài)保護(hù)建設(shè)，使遼寧省的生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定和完整，也能滿足經(jīng)濟(jì)建設(shè)的實際需求，保證遼寧省的經(jīng)濟(jì)和社會能夠持續(xù)快速發(fā)展。

3.1 應(yīng)用“反規(guī)劃”理論區(qū)劃青山保護(hù)管理分區(qū)

“反規(guī)劃”理論的基本觀點是，如果我們的知識尚不足以告訴我們做什么，但至少可以告訴我們不做什么。這樣就在規(guī)劃尺度上有了一定的彈性，以應(yīng)對由于主觀因素對區(qū)域的未來發(fā)展?fàn)顩r預(yù)測不準(zhǔn)確所出現(xiàn)的規(guī)劃偏差。“反規(guī)劃”目前主要用在城市規(guī)劃中，青山分區(qū)規(guī)劃雖不等同于城市規(guī)劃，但“反規(guī)劃”方法對于青山分區(qū)規(guī)劃也具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義，有助于青山保護(hù)管理分區(qū)規(guī)劃。

兼顧經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會發(fā)展因素進(jìn)一步劃分青山保護(hù)管理分區(qū)，不能先憑借經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展需求來進(jìn)行規(guī)劃，會造成青山保護(hù)管理分區(qū)規(guī)劃的混亂，借助“反規(guī)劃”理論，確定出不可以進(jìn)行經(jīng)濟(jì)建設(shè)和開發(fā)的林地和山體，進(jìn)而再劃分出合理利用區(qū)范圍。通過專家討論法確定具有唯一性和最高等級的類型小區(qū)不可進(jìn)行經(jīng)濟(jì)建設(shè)和開發(fā)，劃入重點青山保護(hù)管理分區(qū)。

3.2 青山保護(hù)管理分區(qū)的確定

經(jīng)以上區(qū)劃，仍有部分類型小區(qū)需進(jìn)行分區(qū)，這部分類型小區(qū)我們從生態(tài)保護(hù)的重要程度和對經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會發(fā)展和人類生產(chǎn)生活的影響進(jìn)行區(qū)劃，通過《遼寧省新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃（2015-2020年）》、《遼寧老工業(yè)基地振興規(guī)劃》、《遼寧省主體功能區(qū)劃》、遼寧省林地保護(hù)利用數(shù)據(jù)、遼寧省河流分布圖、遼寧省水庫分布圖、遼寧省自然保護(hù)區(qū)分布圖、遼寧省森林公園分布圖、遼寧省風(fēng)景名勝區(qū)分布圖、遼寧省世界文化自然遺產(chǎn)地分布圖、遼寧省國家公益林分布圖及遼寧省青山保護(hù)矢量圖等圖件資料的疊加分析以及文字資料結(jié)合分析，確定重點青山保護(hù)管理分區(qū)和合理利用區(qū)。

確定的重點保護(hù)管理分區(qū)包括自然文化遺產(chǎn)地、軍事禁區(qū)、沿海防護(hù)林帶、省級以上自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)、省級以上自然保護(hù)區(qū)緩沖區(qū)、大中型水庫周邊山體、江河源頭匯水區(qū)、高速公路兩側(cè)山體、防風(fēng)固沙基干林帶、城鎮(zhèn)周邊山體、鐵路兩側(cè)山體、重點濕地周邊山體、國家級森林公園、國家級風(fēng)景名勝區(qū)、江河兩岸山體、省級以上自然保護(hù)區(qū)實驗區(qū)、邊境防護(hù)林、其它國家公益林地。

按上述分析，重新估算得出重點青山保護(hù)管理分區(qū)面積320萬hm2，比例40%；合理利用區(qū)面積480萬hm2，比例60%。

4 結(jié)語

本文通過決策樹、“反規(guī)劃”理論以及矢量疊加分析方法研究確定了重點青山保護(hù)分區(qū)及合理利用區(qū)，可以指導(dǎo)遼寧省的青山保護(hù)分區(qū)工作，通過對重點青山保護(hù)分區(qū)及合理利用區(qū)進(jìn)行區(qū)別化保護(hù)、管理和發(fā)展，可以做到既滿足生態(tài)保護(hù)建設(shè)，使遼寧省的生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定和完整，又能滿足經(jīng)濟(jì)建設(shè)的實際需求，保證遼寧省的經(jīng)濟(jì)和社會能夠持續(xù)快速發(fā)展，達(dá)到了生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的和諧統(tǒng)一，實現(xiàn)遼寧省林業(yè)生態(tài)和經(jīng)濟(jì)的全面可持續(xù)發(fā)展。

(責(zé)任編輯：苑輝)

S757.4

A

1001-1714（2017）03-0040-04

2017-01-05

趙雪磊（1983-），男，高級工程師，從事森林調(diào)查規(guī)劃研究。E-mail：Lei1983li@qq.com。