神農(nóng)架國家公園生態(tài)敏感性綜合評價

楊啟池,李亭亭,汪正祥,林麗群,彭乾乾,林邦俊,鄭成林

(1.湖北大學國家公園研究中心,區(qū)域開發(fā)與環(huán)境響應湖北省重點實驗室,湖北大學資源環(huán)境學院,湖北 武漢 430062；2.神農(nóng)架國家公園管理局,湖北 神農(nóng)架 442421)

神農(nóng)架國家公園生態(tài)敏感性綜合評價

楊啟池1,李亭亭1,汪正祥1,林麗群1,彭乾乾1,林邦俊1,鄭成林2

(1.湖北大學國家公園研究中心,區(qū)域開發(fā)與環(huán)境響應湖北省重點實驗室,湖北大學資源環(huán)境學院,湖北 武漢 430062；2.神農(nóng)架國家公園管理局,湖北 神農(nóng)架 442421)

對神農(nóng)架國家公園生態(tài)敏感性進行研究,使國家公園范圍內(nèi)生物多樣性保護、科普教育、生態(tài)旅游設施布局和社區(qū)經(jīng)濟發(fā)展更為科學合理.通過建立神農(nóng)架國家公園生態(tài)敏感性評價因子指標體系,采用層次分析法(AHP)確定評價因子權重,構建神農(nóng)架國家公園生態(tài)敏感性綜合評價模型,確定神農(nóng)架國家公園生態(tài)敏感度空間分布特點,進而建立神農(nóng)架國家公園保護區(qū)劃.結果表明,依據(jù)ArcGIS空間疊加影響因子權重綜合分析將生態(tài)敏感性等級分為極高、高、中等、一般、較低5個等級,各等級區(qū)域占全區(qū)總面積分別為25.75%、22.42%、43.85%、3.27%、4.71%,依據(jù)生態(tài)敏感性高低將神農(nóng)架國家公園功能區(qū)劃分為4個保護區(qū)域,并提出保護措施建議.

生態(tài)敏感性；綜合評價；空間疊置分析；神農(nóng)架國家公園

0 引言

國家公園是由政府劃定和管理的保護地,以保護具有國家或國際重要意義的自然資源和人文資源及其景觀為目的,兼有科研、教育、游憩和社區(qū)發(fā)展等功能,是實現(xiàn)資源有效保護和合理利用的特定區(qū)域[1-3].而生態(tài)敏感性則是指生態(tài)系統(tǒng)對人類活動干擾和自然環(huán)境變化的反映程度,說明發(fā)生區(qū)域生態(tài)環(huán)境問題的難易程度和可能性大小[4-7].生態(tài)敏感性評價實質上是對現(xiàn)狀自然環(huán)境背景下潛在的生態(tài)環(huán)境問題進行明確的辨識,并將其落實到具體的空間區(qū)域[5-6].顯然,深入分析和評價區(qū)域生態(tài)敏感性,了解其空間分布特點,能為預防和治理生態(tài)環(huán)境問題的區(qū)域政策提供科學依據(jù)[6-7].

目前國內(nèi)外針對生態(tài)敏感性的研究主要集中在3個方面,從生態(tài)敏感因子選取上,主要探討區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)敏感性影響因子對區(qū)域內(nèi)生物多樣性的影響幾率,呈現(xiàn)出單一生態(tài)敏感性研究向綜合生態(tài)敏感性研究的發(fā)展趨勢[8-10]；從生態(tài)影響因子等級劃分上,主要結合水土流失防治國標規(guī)定及地形、水體對山地自然景觀資源類型及地質災害影響幾率[7,10-11],各類土地利用類型、植被類型對自然環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)中植被覆被和生物多樣性的影響程度[11-12]進行影響因子屬性等級劃分；從研究尺度上,包含了國家、流域、省域和市/縣域尺度,涉及了干旱/半干旱區(qū)、山地、高山草甸區(qū)、水域、城市區(qū)等[4-7,10-12].這一階段所體現(xiàn)出的生態(tài)敏感性評價范式可歸結為：1)確定生態(tài)敏感單因子選取標準；2)建立生態(tài)影響因子屬性等級劃分；3)單一類型生態(tài)敏感性評價；4)綜合類型敏感性評價.影響因子綜合的方法主要為權重法或最大值法[5-7,11].這些文獻對區(qū)域尺度的生態(tài)敏感性分析和評價研究做出了積極貢獻,但大多比較集中于自然保護區(qū)、人口聚居區(qū)等傳統(tǒng)研究區(qū)域的自然因素及道路、人口聚居點等人類活動的生態(tài)敏感性評價[11].由于中國國家公園正處于體制建設期,有關國家公園區(qū)域內(nèi)的環(huán)境特點和主要生態(tài)環(huán)境問題,并考慮自然因素和人類活動的生態(tài)敏感性綜合評價研究罕見.因此,為使生態(tài)敏感性綜合分析評價結果落實到具有代表性的國家公園類型的保護區(qū)域內(nèi),本研究以神農(nóng)架國家公園為對象,結合國家公園的特點和要求以及神農(nóng)架地區(qū)的地理環(huán)境特點和主要生態(tài)環(huán)境問題選取生態(tài)敏感性影響因子,采用Arcgis建立空間疊置分析模型綜合評價神農(nóng)架國家公園生態(tài)敏感性空間分布范圍,旨在為神農(nóng)架國家公園總體規(guī)劃提供科學依據(jù),同時為我國國家公園功能區(qū)劃提供科學借鑒.

1 研究區(qū)域概述

圖1 神農(nóng)架國家公園地理區(qū)位

圖2 神農(nóng)架林區(qū)地形

2 研究方法

2.1 生態(tài)敏感性評價分析技術路線 依據(jù)生態(tài)敏感性確定區(qū)域開發(fā)與保護的程度,生態(tài)敏感度越高,區(qū)域受保護程度越高；反之,開發(fā)利用程度可以適當提高[15-16].本研究主要借助遙感解譯和GIS空間分析技術,軟件平臺為Arcgis10.2、Erdas9.2、Envi4.7.采用以生態(tài)要素加權的生態(tài)環(huán)境綜合評價方法,主要以構建指標體系,計算指標權重,進行空間疊加分析.主要數(shù)據(jù)包括神農(nóng)架國家公園30 m×30 m DEM、土地利用和植被類型數(shù)據(jù)[11,17],神農(nóng)架林區(qū)基礎地理信息數(shù)據(jù)等(來源于湖北大學國家公園研究中心).2.2 影響因子指標體系選取 指標體系的選取是評價工作的核心.文獻表明,指標體系的選擇通常依據(jù)評價區(qū)域的實際情況和評價內(nèi)容加以考慮,評價工作的目的是建立一種簡單易用,可接受的,透明的評估方法以迅速高效地為區(qū)域環(huán)境管理服務[18],這就要求準確把握區(qū)域最主要的生態(tài)問題.

本研究結合實地調(diào)查以及對研究區(qū)自然環(huán)境生態(tài)要素的分析,影響其生態(tài)敏感度最主要自然環(huán)境因子包括地形地貌、地表水體分布、植被多樣性等[19-22],最主要的人類活動影響因子包括道路、土地利用類型[23-25].因此,本文從中選取高程、坡度、起伏度、地表水體緩沖區(qū)、道路緩沖區(qū)、土地利用類型、植被類型這7個生態(tài)因子.

2.3 生態(tài)敏感性單因子指標等級劃分及賦值 影響因子屬性分級主要參考《全國生態(tài)功能區(qū)劃》、《生態(tài)功能區(qū)劃技術暫行規(guī)程》中對生態(tài)敏感性的等級劃分及賦值.依據(jù)土壤侵蝕分類分級標準、水土流失防治國標規(guī)定并結合神農(nóng)架自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值估計[11],對高程、坡度、起伏度、地表水體緩沖區(qū)、道路緩沖區(qū)、土地利用類型和植被類型進行等級劃分.

通過德爾菲法( Delphi Method,又稱規(guī)定程序調(diào)查法,獲得具有很高準確率的集體判斷結果)確定各個因子相對重要性,對不同評價因子的統(tǒng)計數(shù)據(jù)采用適宜的評價標準進行定量化處理,確定不同評價因子的敏感度屬性值,并將生態(tài)敏感度等級劃分為極高、高、中等、一般、較低,并依次賦數(shù)值1、2、3、4、5(表1).

表1 生態(tài)因子屬性等級賦值

依據(jù)表1,將選定的高程、坡度、起伏度、地表水體、道路、土地利用類型和植被類型這7個生態(tài)因子按照敏感性分級標準,借助GIS空間分析技術,生成各因子評價圖,為了方便計算,所有圖層都轉為GRID格式,利用ArcGIS10.2輸出Raster圖(圖3).

圖3 單因子生態(tài)敏感等級評價分布圖 a、b、c、d、e、f、g分別為高程、坡度、起伏度、地表水體緩沖區(qū)、道路緩沖區(qū)、 土地利用類型、植被類型生態(tài)敏感性等級賦值評價分布圖.

2.4 層次分析法(AHP)單因子權重 采用AHP法建立判斷矩陣、排序計算和一致性檢驗得到權重[15-16].依據(jù)神農(nóng)架國家公園實際情況結合AHP分析法的具體實施方案,綜合其計算步驟為：

① 把問題進行分解組合,建立遞階層次結構,表明各層次間關系.

2.5 ArcGIS空間疊置分析 疊置分析是將代表不同主題的各個數(shù)據(jù)層面進行疊置產(chǎn)生一個新的數(shù)據(jù)層面,疊置結果綜合了原來兩個或多個層面要素所具有的屬性[15-16].聚類分析采用自然斷裂點分級法(natural breaks classification(Jenks))基于數(shù)據(jù)中固有的自然分組,將對分類間隔加以計算機自動識別,可對相似值進行恰當?shù)亻g斷點分組,并可使各個類之間的差異最大化,要素將被劃分為多個類,對于這些類,會在數(shù)據(jù)值的差異相對較大的位置處設置其邊界[18].根據(jù)所選取的7個生態(tài)因子按照敏感性分級標準進行屬性分級,利用ArcGIS空間疊置、聚類分析得出生態(tài)敏感性綜合評價指標體系,對不同評價因子經(jīng)單因子的生態(tài)敏感級別劃分,得出研究區(qū)不同級別的生態(tài)敏感區(qū)域.

3 結果分析

3.1 各因子權重分析 根據(jù)生態(tài)敏感度所確定其影響因子并進行分解組合為：高程Q1、坡度Q2、地表起伏度Q3、地表水體緩沖區(qū)Q4、道路緩沖區(qū)Q5、土地利用類型Q6、植被類型Q7,以表明各層次間關系,結合德爾菲法和AHP法計算出各影響因子權重(表2).

表2 生態(tài)敏感因子權重表

AHP法確定的各生態(tài)敏感因子權重表明,高程和植被類型這2個生態(tài)敏感因子權重最高,分別為0.204 6和0.197 1,說明高程和植被類型對神農(nóng)架國家公園生態(tài)敏感性評價需要重點考慮的自然環(huán)境因子.屬于自然環(huán)境因子的坡度和人類活動影響較大的土地利用類型這2個生態(tài)敏感因子權重較高,分別為0.148 9和0.137 0,說明人類活動影響較大的生態(tài)敏感因子和自然環(huán)境因子中,土地利用類型和坡度對生態(tài)因子占有較大比重,對區(qū)域生態(tài)敏感性分布影響較大.地表水體緩沖區(qū)、道路緩沖區(qū)和起伏度生態(tài)敏感因子權重相對于以上4種生態(tài)因子比重較低,分別為0.107 6、0.106 7和0.098 1,說明在進行生態(tài)因子權重分析中,地表水體、道路緩沖區(qū)和起伏度所占比重較低.

表3 生態(tài)敏感度評價分類表

圖4 神農(nóng)架國家公園生態(tài)敏感性空間分布圖

根據(jù)以上對各項單因子分析結果,將這些圖層疊加分析,采用自然間斷點Natural breaks classification(Jenks)計算出生態(tài)敏感度綜合分值,并根據(jù)結果進行重分類,將其分為5個生態(tài)約束性等級(圖4).

分析結果表明,區(qū)域內(nèi)自然生態(tài)植被景觀總體處于生態(tài)敏感度較高的水平,研究范圍內(nèi)25.75%的區(qū)域生態(tài)敏感度極高,大部分分布在試點區(qū)原始森林區(qū)、金絲猴活動區(qū)和高山草甸區(qū)；22.42%的區(qū)域生態(tài)敏感度高,多數(shù)屬于原始次生林；43.85%的區(qū)域生態(tài)敏感度中等,大多數(shù)屬于人工栽培林和海拔較低處；3.27%的區(qū)域生態(tài)敏感度一般,多數(shù)分布在旅游道路兩側和旅游景點區(qū)域；4.71%的區(qū)域生態(tài)敏感度較低,大部分位于人類活動聚居區(qū)和人類影響較大區(qū)域(表3).

4 神農(nóng)架國家公園功能區(qū)劃保護措施建議

依據(jù)生態(tài)敏感性評價結果及空間分布特點,可以將神農(nóng)架國家公園進行功能分區(qū)并相應構建各類環(huán)境資源環(huán)境的保護規(guī)范,研究區(qū)域內(nèi)土地總體處于生態(tài)敏感性較高的水平.在神農(nóng)架國家公園內(nèi),生態(tài)敏感度極高、高的區(qū)域占神農(nóng)架國家公園的48.27%,該區(qū)域是神農(nóng)架國家公園核心資源最為集中、自然生態(tài)系統(tǒng)最為典型、最具保護價值的區(qū)域,可作為一級保護區(qū).該區(qū)域對國家公園的整體生態(tài)環(huán)境具有決定性作用,因此將其功能定位為原生生態(tài)系統(tǒng)保護與生物多樣性保護,主要是保護原生植被,維持生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和穩(wěn)定性,嚴格禁止在該區(qū)域進行各類開發(fā)建設活動,以期最大限度地維持自然生態(tài)系統(tǒng)和動植物棲息地的完整性和原生性.生態(tài)敏感度中等區(qū)域達到43.85%,可作為二級保護區(qū),是次生林、常綠落葉闊葉混交林主要集中區(qū)域,也是進行生態(tài)涵養(yǎng)和生態(tài)保育恢復的關鍵區(qū)域,易遭受人為活動干擾,從而造成生態(tài)系統(tǒng)不穩(wěn)定.此類區(qū)域應以“自然輔育,生態(tài)恢復”為主,適當輔以人工干預,促進自然林的形成.可適當設置少量戶外科考線路,禁止開展多種經(jīng)營活動.生態(tài)敏感度一般的區(qū)域占3.27%,可作為三級保護區(qū),主要作為生態(tài)旅游區(qū),該區(qū)域景觀良好,適宜開展生態(tài)旅游,對自然環(huán)境影響較低.應以科學合理利用自然資源、提高資源影響力和公民的自然環(huán)境保護意識教育,可開展與國家公園保護目標相協(xié)調(diào)的科普展示、生態(tài)游憩等活動.生態(tài)敏感性較低的區(qū)域占4.71%,可作為四級保護區(qū),該區(qū)建設活動可根據(jù)資源環(huán)境條件進行一定程度的開發(fā)利用,但要嚴格控制生產(chǎn)與生活污染,并結合區(qū)內(nèi)山地地形地貌的特點,宜采用集中組團式空間發(fā)展模式.可開展對自然生態(tài)系統(tǒng)無明顯影響的生產(chǎn)、經(jīng)營活動、促進社區(qū)居民就業(yè)與富裕.依據(jù)生態(tài)敏感性等級的四級保護區(qū)的劃分與不同的管理規(guī)范,能將生態(tài)敏感性分析結果落實到具體的空間管控上,有利于神農(nóng)架國家公園自然資源的科學管理.

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(責任編輯 游俊)

Integrated assessment on ecological sensitivity for Shennongjia National Park

YANG Qichi1,LI Tingting1,WANG Zhengxiang1,LIN Liqun1,PENG Qianqian1,LIN Bangjun1, ZHENG Chenglin2

(1. National Park Research Center(Hubei University)，Hubei Province Key Laboratory of Regional Developmentand Environment Response，F(xiàn)aculty of Resources and Environmental Science,Hubei University,Wuhan 430062, China；2.Shennongjia National Park Administration, Shennongjia 442421, China)

The research on ecological sensitivity for Shennongjia National Park makes it more scientific and rational for biodiversity protection, popular science education, ecotourism facilities layout and community economic development within the park. Through establishing assessment factors index system of ecological sensitivity for Shennongjia National Park, utilizing analytic hierarchy process method (AHP) to determine the weighted coefficients of assessment factors, and then building ecological sensitivity assessment model, which could determined the spatial distribution of ecological sensitivity for Shennongjia National Park and established regional environmental policy mechanism for the purpose of land space protection and development. The research indicates that the ecological sensitivity ranks are extremely high, high, medium, general and low respecttively, which are based on the integrated analysis of the influence factors weight by spatial overlay of ArcGIS, the proportion of each level region is respectively 25.75%,22.42%,43.85%,3.27%,4.71% accouting for total area.On the basis of ecological sensitivity,Shennongjia National Park function region is divided into four protection areas, and then puts forward protection measures.

ecological sensitivity; integrated assessment; spatial overlay analysis; Shennongjia National Park

2017-03-23

國家科技支撐計劃(2013BAD03B03-01)、國家自然科學基金(41471041)、神農(nóng)架國家公園總體規(guī)劃項目資助

楊啟池(1993-)，男，碩士生；汪正祥，通信作者，教授，博士生導師，E-mail：wangzx66@hubu.edu.cn

1000-2375(2017)05-0455-07

X36

A

10.3969/j.issn.1000-2375.2017.05.004