基于GIS的竹類森林公園景觀生態(tài)評價研究
——以宜興竹海風景名勝區(qū)為例

姜小雨，范少輝，黃蘭鷹，王樹梅，官鳳英

（國際竹藤中心，國家林業(yè)和草原局竹藤科學與技術(shù)重點實驗室，北京100102）

景觀生態(tài)評價是從竹類森林公園景觀生態(tài)現(xiàn)狀出發(fā)，結(jié)合觀景者通過視覺感官刺激對景觀環(huán)境產(chǎn)生視覺感知，評價竹類公園視覺資源合理利用的主要途徑［1－2］。它是竹類公園生態(tài)環(huán)境評價的重要內(nèi)容，包含景觀生態(tài)敏感性評價和景觀視覺敏感性評價等［3－5］，其中，景觀生態(tài)敏感度評價是生態(tài)合理性和健康性的主要判斷原則［6］，一般理解為評價人類活動對不同景觀類型產(chǎn)生的干擾程度與干擾方式，降低人類行為與景觀環(huán)境的相斥性［8－9］。景觀視覺敏感度評價表示景觀環(huán)境在觀景者視覺中營造的動態(tài)特性［7］，是利用視覺景觀的專業(yè)方法確定竹林景觀保護等級［10－11］。對于景觀生態(tài)評價的研究，最早追溯到1960年歐洲對區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃的制定［12］，包括景觀狀況、景觀視覺質(zhì)量、景觀要素的敏感性、景觀抗干擾等級、生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)能力多個方面［13－14］。建立在景觀資源保護和生態(tài)環(huán)境承載力的約束條件下，GIS技術(shù)是評估竹類森林公園視覺景觀與生態(tài)恢復的優(yōu)勢日益明顯［8］。

宜興竹海風景名勝區(qū)是公認的“華東第一竹?！?，擁有壯美的竹林資源，園內(nèi)泉、溪、瀑景觀元素遍布，形成了宜興竹海公園獨特的竹林景觀，極具生態(tài)和美學價值［20］。隨著以休閑養(yǎng)生為主要目的的竹林旅游成為新潮流，竹類森林公園受到了旅游活動及景區(qū)工程建設(shè)的影響，宜興竹海風景名勝區(qū)近年來也面臨景觀和生態(tài)壓力。以宜興竹海國家級風景名勝區(qū)為例，協(xié)調(diào)好竹類森林公園利用和保護的關(guān)系，使用GIS空間分析對竹類森林公園景觀生態(tài)敏感性評價并示警［15］，研究竹類公園中竹林景觀的視覺效果和生態(tài)資源對游客活動干擾的恢復能力［16］，找出竹類公園中生態(tài)最脆弱、人為干擾最嚴重的區(qū)域，評定景觀生態(tài)敏感度等級［17－19］，維持高敏感區(qū)原狀，合理開發(fā)低敏感區(qū)，保護竹類公園的竹林資源，達到人類活動與竹林景觀資源的相容性，滿足竹類公園竹林旅游開發(fā)利用的協(xié)調(diào)發(fā)展［7］。

1 研究區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)來源

宜興竹海國家級風景名勝區(qū)位于江蘇省無錫市宜興市，整個核心景區(qū)分布于宜興市西南部的湖父鎮(zhèn)境內(nèi)，地理坐標為31°09′35″～31°10′30″N，119°40′36″～119°42′35″E，核心區(qū)占地478.02 km2，屬低山丘陵，其中海拔最高為玉女峰611.5 m，最低84.7 m，屬于亞熱帶溫濕性季風氣候，日照充足，氣候溫和多雨，四季明顯，年均溫16.8℃，年均降水1 178 mm［21］。景區(qū)內(nèi)竹文化歷史悠久，區(qū)位交通便利、地貌多變，水文資源豐沛，景觀和生態(tài)價值極高。宜興竹海橫跨蘇、浙、徽3省，為華東地區(qū)最大的竹資源風景區(qū)，毛竹（Phyllostachys edulis）占景區(qū)綠化面積90%以上，有“華東第一竹?！敝Q。

研究收集宜興國有林場提供的1∶10 000宜興竹海省級森林公園紅線圖；竹海公園服務(wù)有限公司提供的宣傳資料（2019）；宜興市湖父鎮(zhèn)村鎮(zhèn)建設(shè)管理服務(wù)所提供的現(xiàn)狀地形圖等。以高斯·克呂格投影為參考，利用ArcMap 10.2對宜興竹海的現(xiàn)狀地形圖配準，根據(jù)研究區(qū)所處范圍把地形圖轉(zhuǎn)換為上述地理坐標系中，并對圖像資料進行校正、數(shù)據(jù)矢量化、DEM構(gòu)建等處理。通過實地調(diào)研和GIS目視解譯繪制宜興竹海核心景區(qū)的道路分布圖、觀景臺分布圖。

1.2 景觀視覺敏感度的分析方法

1.2.1 相對坡度景觀視覺敏感度（Sa） 竹海公園內(nèi)景觀沿觀景者視線方向在空間形成的投影為Sa［22］。設(shè)景觀外表面積為1，景觀面與假想水平面的夾角（仰角）為a，則在空間上的投影面積，即相對坡度景觀視覺敏感度（1），在游人以平視和仰視的情況下，a角為地形坡度，景觀Sa又表示為（2）：

式中：H—等高距；W—等高線間距

1.2.2 相對距離景觀視覺敏感度（Sd） 通常情況下，在竹類公園內(nèi)進行游玩時，觀景者一般都沿著景區(qū)主路線觀賞竹林風景。假設(shè)游人能較清晰地觀賞游憩空間中竹林景觀的結(jié)構(gòu)特征和要素狀態(tài)的最大距離為D，竹林景觀與觀賞者的實際距離為d，當d≤D時，觀賞者便可清晰地辨賞竹林景觀結(jié)構(gòu)特征和要素狀態(tài)，在可視范圍內(nèi)的Sd值為1；當d＞D時，觀賞者不能辨賞游憩空間內(nèi)竹林景觀細節(jié)，則相對距離景觀視覺敏感度Sd值為0～1，景觀Sd為［23］：

1.2.3 出現(xiàn)機率景觀視覺敏感度（St） 對竹林公園的游覽者來說，竹林風光或人文景觀出現(xiàn)在視域內(nèi)的時間越長，景觀視覺敏感度越高。理論上，若觀賞者在游憩空間內(nèi)觀景（竹林風光或人文景觀）的總時間為T，某竹林景觀出現(xiàn)在觀賞者視域范圍內(nèi)的總計時間為t，則景觀St表示為［24］：

八角是我國南方大陸地區(qū)廣泛生長在濕潤、溫暖半陰環(huán)境中的一種常綠喬木，高可至20 m，樹皮灰色或紅褐色，又名八角茴香，是我國烹飪行業(yè)最典型的食用級香料之一，也是肉類食物常用的調(diào)味品[1]. 莽草酸則是存在于八角的干燥成熟果實中的一種重要成分，CAS號為138-59-0，化學名為3,4,5-三羥基-1-環(huán)己烯-1-羧酸，其化學式為C7H10O5，屬于一種多元烯醇酸的有機化合物[2]. 藥理上，莽草酸分子通過影響花生四烯酸代謝，抑制血小板聚集，抑制動、靜脈血栓及腦血栓形成，具有抗炎、鎮(zhèn)痛作用，可作為抗病毒和抗癌藥物中間體，受到了醫(yī)學界的關(guān)注[3-6].

1.2.4 醒目程度景觀視覺敏感度（Sc） 竹林風光或典型景觀的醒目程度主要由景觀對比度和歷史悠久度決定［25］，包括了動靜、色彩、形狀、線型、材料和歷史等。對比度越高的景觀區(qū)域，敏感性越高［18］。采用手持GPS對宜興竹海風景名勝區(qū)內(nèi)醒目景點進行實地測定，把地理坐標導入GIS中并建立緩沖區(qū)，繪制出森林公園景觀醒目程度敏感度Sc的分布圖。

1.2.5 景觀視覺敏感度綜合分析 景觀視覺綜合敏感度是關(guān)于這4個景觀因子的函數(shù)（6）［26－27］。簡化為對視覺敏感度前3個因子取交集（∩）并且對醒目程度因子Sc取并集（∪），即（7－8）：

在GIS中，將Sa分為高敏感區(qū)、中敏感區(qū)、低敏感區(qū)，分別賦值為1′、2′、3′，將Sd分為近景帶、中景帶、遠景帶、鮮景帶，分別賦值為1′、2′、3′、4′，將St分為高可見區(qū)、中可見區(qū)、低可見區(qū)、不可見區(qū)，分別賦值為1′、2′、3′、4′。

1.3 景觀生態(tài)敏感度的分析方法

1.3.1 因子選擇 宜興竹海風景名勝區(qū)屬于宜興市低丘郊野型竹林公園，地形（高程、坡度、坡向）、植被和水體因素是影響竹林公園生態(tài)環(huán)境的重要因素。根據(jù)因子選擇原則，確定高程、坡度、坡向、植被、水文為宜興竹海風景名勝區(qū)景觀生態(tài)敏感性的指標因子［28］。

1.3.2 權(quán)重確定 層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）作為20世紀70年代由美國運籌學家T.L.Saaty提出的一種實用的多準則決策方法，它是分析對多個因素的成對比較，獲得多個因素在層次框架中的相對重要性，是一種將定性和定量分析相結(jié)合確定權(quán)重的方法。

聽取專家對竹海公園景觀生態(tài)敏感性因子重要程度的意見，利用AHP法確定權(quán)重值［29］。首先構(gòu)建判斷矩陣，決策目標為“竹類森林公園生態(tài)敏感性”，中間層要素為“高程、坡度、坡向、植被和水文”，備選方案為“康養(yǎng)區(qū)、體驗教育區(qū)、綜合服務(wù)區(qū)”。AHP計算得出5個因子的權(quán)重值，并判斷矩陣的隨機一致性比值CR值為0.080 4，根據(jù)CR值在0～0.1內(nèi)判斷可信，說明上述矩陣具有滿意的一致性，可以作為評價的權(quán)重使用，各因子的權(quán)重如表1所示。

表1 各因子權(quán)重、特征根及一致性檢驗Tab.1 The weight，eigenvalue，consistency test of various factors

1.3.3 單因子生態(tài)敏感度分析 此次研究劃為5 m×5 m精度的柵格，根據(jù)專家意見確定景觀生態(tài)敏感度單因子敏感度的等級區(qū)間和分值（表2）。在GIS中建立不同柵格圖層來表示生態(tài)敏感度的5個因子，確定生態(tài)敏感度因子分類標準并重分類，并按表2定量化、等級化處理柵格圖層，把景觀單因子輸出為帶有屬性的專題柵格圖，完成生態(tài)敏感度單因子的分級與制圖。

表2 生態(tài)敏感度影響因子分級Tab.2 Level of factors affecting ecological sensitivity

式中：i－柵格編號；Ki－影響i種柵格的生態(tài)因子編號；n－影響i種柵格的生態(tài)因子個數(shù)；Bki－第k個景觀生態(tài)因子敏感性評價值；Wk－k生態(tài)因子對i種柵格的權(quán)重值，且W1＋W2＋……Wk＝1；Si－景觀生態(tài)敏感度因子為i時的綜合評價值。

2 結(jié)果與分析

2.1 景觀視覺敏感度

2.1.1 相對坡度景觀視覺敏感度（Sa） 表3是宜興竹海的坡度分級，低敏感區(qū)面積為80.60 hm2，占整個森林公園面積的16.86%，中敏感區(qū)為294.21 hm2，占61.55%，高敏感區(qū)為103.22 hm2，占21.59%（表4、圖1），可知竹海公園屬于典型的低丘型森林公園，中敏感區(qū)和高敏感區(qū)共占竹海公園的近80%，因此進行規(guī)劃設(shè)計時要充分考慮坡度對公園視覺景觀的影響［30］。

圖1 相對坡度視覺敏感度分級分布圖Fig.1 Classification and distribution of slope sensitivity

表3 相對坡度的景觀視覺敏感度分級表Tab.3 Level of visual sensitivity to slope

表4 宜興竹海相對坡度景觀視覺敏感度面積統(tǒng)計表Tab.4 Area statistics of Yixing Bamboo Sea park based on slope sensitivity

2.1.2 相對距離景觀視覺敏感度（Sd） 表5、6為相對距離因子分級表。近景帶占竹海公園總面積28.40%。表7和圖2可見中景帶和遠景帶（22.03%和24.43%）面積相當，這些區(qū)域多為竹林及山峰，可發(fā)展“氣候性地形療法”＋“環(huán)境療法”竹林康養(yǎng)區(qū)域。鮮見帶占25.07%，通常離道路較遠或位于山谷、山體背面，是竹海公園中不可見區(qū)域。

表5 相對距離的車行景觀視覺敏感度分級表Tab.5 Level of visual sensitivity to car distance

圖2 相對距離視覺敏感度分級分布圖Fig.2 Classification and distribution of distance sensitivity

表6 相對距離的步行景觀視覺敏感度分級表Tab.6 Level of visual sensitivity to walk distance

表7 基于步、車行的宜興竹海相對距離景觀視覺敏感度面積統(tǒng)計表Tab.7 Area statistics of visual sensitivity in Yixing Bamboo Sea park based on traffic distance

2.1.3 出現(xiàn)機率景觀視覺敏感度（St） 從圖3可見，游人從觀景點能看到游憩空間中景觀的次數(shù)最多為56，最少為0（即不可見）。將St分為4個等級：0為不可見區(qū)，1－18個點為低可見區(qū)，看到19－36個點為中可見區(qū)，37個以上點為高可見區(qū)，繪制St分級分布圖。由表8分析可知，高可見區(qū)占森林公園總面積的29.80%，不可見區(qū)的面積占總面積的7.68%，低可見和不可見的區(qū)域超過了整個森林公園的50%，這是由于低丘型森林公園本身的特點所決定的，同時也說明了宜興竹海風景名勝區(qū)視覺景觀還具有較大開發(fā)潛力。

圖3 出現(xiàn)機率視覺敏感度分級分布圖Fig.3 Classification and distribution of sight-probability sensitivity

表8 出現(xiàn)機率景觀視覺敏感度分級表Tab.8 Level of visual sensitivity to sight-probability

2.1.4 醒目程度景觀視覺敏感度（Sc） 宜興竹海風景名勝區(qū)景觀是以竹林風景為主，結(jié)合了人文景觀［11］。通過調(diào)查，研究區(qū)有以下醒目景觀：質(zhì)地與動靜對比的嬉水池、飛來瀑、撲虎潭、索橋凌波、太湖之源、蘇南第一峰、百竹園、翡翠長廊，以及人文景觀寂照禪寺、賞竹亭、映竹軒和竹文化館等（表9）。上述這些景點劃作一級敏感區(qū)。

表9 宜興竹海醒目景觀的地理坐標Tab.9 Geographical coordinates of some eye-catching points inYixing Bamboo Sea

2.1.5 景觀視覺敏感度綜合分析 由圖4和表10可見，面積最小的為一級敏感區(qū)（0.61%），三級和四級面積相當（50.90%和46.05%），二級面積占總面積的2.43%。一級敏感區(qū)主要分布在太湖之源游步道兩側(cè)的近景帶和寂照禪寺靠山體一側(cè)的近景帶，坡度都在30°以上；二級敏感區(qū)處在坡度中等的近景帶、中景帶（除一級敏感區(qū)）；三級敏感區(qū)為坡度較低的近景帶、中景帶和遠景帶，四級為不可見的區(qū)域，主要在不可達的山體地勢，多是宜興竹海竹林資源，應好好保護。

圖4 宜興竹海風景名勝區(qū)景觀視覺敏感度綜合分級分布圖Fig.4 Synthesis classification and distribution of visual sensitivity in Yixing Bamboo Forest Park

表10 宜興竹海風景名勝區(qū)景觀視覺敏感度綜合分級分布表Tab.10 Comprehensive classification and distribution of landscape visual sensitivity

2.2 景觀生態(tài)敏感度

2.2.1 高程分析 宜興竹海最低海拔為94 m，最高海拔為554.7 m（表11、圖5），比例最大是低敏感區(qū)（41.31%），較低敏感區(qū)和中敏感區(qū)的面積較多（34.78%和17.89%），較高敏感區(qū)和高敏感區(qū)的面積很?。?.19%和0.82%）。

圖5 基于高程因子的生態(tài)敏感度分級分布圖Fig.5 Classification and distribution of elevation sensitivity

表11 基于高程因子的生態(tài)敏感度分級Tab.11 Level of ecological sensitivity to elevation sensitivity

2.2.2 坡度分析 較高敏感區(qū)和中敏感區(qū)總共占61.56%的面積，地勢平緩的坡度低敏感區(qū)和較低敏感區(qū)為10.17%和11.42%，研究區(qū)坡度高敏感區(qū)為16.86%，需要著重保護（表12、圖6）。

圖6 基于坡度因子的生態(tài)敏感度分級分布圖Fig.6 Classification and distribution of slope sensitivity

表12 基于坡度因子的生態(tài)敏感度分級Tab.12 Level of ecological sensitivity to slope

2.2.3 坡向分析 坡向成5級（表13）：陽坡、半陽坡、陰坡、半陰坡、平地，獲得竹海公園坡向因子分級分布圖［31］（圖7），其中較高感敏感和高敏感區(qū)占比大（32.34%和22.05%），低敏感和較低敏感占比都較小。

表13 基于坡向因子的生態(tài)敏感度分級Tab.13 Level of ecological sensitivity to aspect

圖7 基于坡向因子的生態(tài)敏感度分級分布圖Fig.7 Classification and distribution of aspect sensitivity

2.2.4 植被分析 植被對環(huán)境變化的抗干擾能力因植被類型存在較大差異（表14、圖8），竹林及針闊葉林占了研究區(qū)總面積的98.92%，是研究區(qū)生態(tài)高敏感和較高敏感區(qū)域，山腳地勢平緩的草地、灌木和其他用地面積較少，敏感度較低。

圖8 基于植被因子的生態(tài)敏感度分級分布圖Fig.8 Classification and distribution of vegetation sensitivity

表14 基于植被因子的生態(tài)敏感度分級Tab.14 Level of ecological sensitivity to vegetation

2.2.5 水文分析 宜興竹海水資源是省莊水庫、撲虎灘、黃灘澗還有幾個小瀑布（表15），按游憩空間離水域距離劃分水文因子分級分布圖（圖9）。

圖9 基于水文因子的生態(tài)敏感度分級分布圖Fig.9 Classification and distribution of water sensitivity

表15 基于水文因子的生態(tài)敏感度分級Tab.15 Level of ecological sensitivity to hydrology

2.2.6 景觀生態(tài)敏感度綜合分析 宜興竹海風景名勝區(qū)游憩空間生態(tài)敏感度較高（表16、圖10），高敏感區(qū)的面積為174.33 hm2（36.47%），呈C形，植被類型主要以毛竹林為主，伴有針闊葉林，植被多樣性較高，該區(qū)域?qū)ν饨缑舾行詷O強，坡度較大，不適合游憩設(shè)施建設(shè)，屬于高度保護區(qū)域。中敏感區(qū)面積228.38 hm2（47.78%），植被多樣性較強，能抵抗一定旅游活動干擾，適合開展融于自然的“氣候性地形療法”的竹林康養(yǎng)活動。低敏感區(qū)面積75.85 hm2（15.87%），該區(qū)域地勢平緩，海拔低不容易受到干擾且恢復較快，考慮在此集中建設(shè)游憩娛樂設(shè)施，同時建筑風貌要與周圍的環(huán)境相協(xié)調(diào)。分析宜興竹海風景名勝區(qū)游憩空間生態(tài)景觀敏感度，為建設(shè)生態(tài)保護型竹類森林公園提供依據(jù)。

圖10 宜興竹海風景名勝區(qū)生態(tài)敏感度分級分布圖Fig.10 Synthesis classification and distribution of ecological sensitivity in Yixing Bamboo Forest Park

表16 生態(tài)敏感區(qū)分類統(tǒng)計表Tab.16 Category tables of ecological sensitivity zone

3 結(jié)論與討論

通過了解景觀生態(tài)評價的概念及其在國內(nèi)外竹類森林公園中的應用，選取視覺景觀敏感度和生態(tài)景觀敏感度2個綜合指標衡量宜興竹海風景名勝區(qū)的景觀生態(tài)現(xiàn)狀，使用GIS技術(shù)實現(xiàn)對竹類公園景觀生態(tài)評價。研究結(jié)果如下：

（1）視覺景觀敏感度綜合評價選取了相對坡度、相對距離、相對幾率、醒目程度4個景觀因子，運用GIS空間分析對宜興竹海風景名勝區(qū)全域進行了視覺景觀敏感度分析，通過視覺景觀綜合分級結(jié)果可將竹海公園分為4個視覺敏感區(qū)，分別占竹海公園總面積的0.61%、2.43%、50.9%和46.05%。一級視覺敏感區(qū)：在坡度大于35°近景帶的可視區(qū)域或特殊景觀，只允許竹海公園內(nèi)開展必要的竹林觀景及登山運動，地面僅鋪設(shè)簡易石階步道，不再建設(shè)額外游憩休閑建筑，避免產(chǎn)生破壞景觀生態(tài)的活動；二級視覺敏感區(qū)：坡度大于15°的近景帶或中景帶的可視區(qū)域（除一級敏感區(qū)），可在不破壞竹林生長、植被恢復和山體保護的原則下，實施低強度人文開發(fā)建設(shè)，營造竹類森林公園獨特的自然景觀及人文景觀，同時具有良好的景觀生態(tài)環(huán)境；三級視覺敏感區(qū)：在近、中、遠距離帶的可視區(qū)域（除一二級敏感區(qū)），可進行一定強度開發(fā)利用竹林生態(tài)環(huán)境，如開發(fā)游憩娛樂空間、竹林康養(yǎng)游步道以及竹林康養(yǎng)特定活動區(qū)域；四級視覺敏感區(qū)：不可見區(qū)域，主要在宜興竹海風景名勝區(qū)內(nèi)地形地勢不可接近的山體和竹林地，應該保持此區(qū)域景觀生態(tài)原狀。

（2）生態(tài)景觀敏感度綜合評價選取了高程、坡度、坡向、植被、水文5個生態(tài)因子，運用GIS空間分析對宜興竹海風景名勝區(qū)全域進行了生態(tài)景觀敏感度分析，通過生態(tài)景觀綜合分級結(jié)果可將竹海公園分為3個生態(tài)敏感區(qū)，分別占竹海公園總面積的15.87%、47.78%和36.47%。一級生態(tài)敏感區(qū)，不適于再開展游憩空間建設(shè)，以維持宜興竹海風景名勝區(qū)生態(tài)平衡為主。二級生態(tài)敏感區(qū)，以“氣候性地形療法”＋“環(huán)境療法即‘森林環(huán)境＋森林漫步’”形式建設(shè)融于自然的竹林康養(yǎng)區(qū)域。三級生態(tài)敏感區(qū)，可以考慮集中建設(shè)游憩、娛樂及商業(yè)設(shè)施，建設(shè)建筑注意協(xié)調(diào)竹林環(huán)境及已建成建筑風貌。

（3）以竹林利用為目的開展的竹類森林公園旅游活動，都需注意景觀生態(tài)環(huán)境容量對人為活動的約束條件，維持竹類公園竹林生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能。

嘗試將GIS空間分析運用在竹類森林公園景觀生態(tài)評價中，對研究區(qū)生態(tài)景觀敏感度和視覺景觀敏感度進行保護等級的劃分，GIS高效量化竹林景觀生態(tài)數(shù)據(jù)，這種客觀的評價方法適合當下竹類公園景觀生態(tài)評價的應用［32－36］，為竹類森林公園景觀生態(tài)保護等級劃分提供簡單可行的方法。但兩方面的評價還是相對獨立，且對景觀敏感性的評價缺少對竹類森林公園游憩者的真實感受，也不能反映森林公園更大時間跨度上的季節(jié)差異。在今后的工作中，作者將繼續(xù)對竹類森林公園的主觀美景度及長時間視覺景觀變化開展評價研究。