山岳型國家公園景觀特征識別研究
——以武夷山國家公園為例

袁 陽，張家瑜，許 航，周夢涵，朱里瑩

(福建農(nóng)林大學(xué)園林學(xué)院，350007，福州)

0 引言

中國自2015年啟動國家公園體制試點建設(shè)以來，已取得了階段性成效，6年間自然保護地建設(shè)提速，國家公園試點任務(wù)也基本完成，2021年將正式設(shè)立第一批國家公園[1]。中國國家公園建設(shè)在充分結(jié)合國情的基礎(chǔ)上，將多種不同類型自然保護地進行整合，從現(xiàn)有的10處國家公園體制試點中就足以窺見其類型的多樣性。我國是一個多山的國家，山地面積占總面積的2/3。山岳自古以來就是中國人主要的審美對象，森林公園、風(fēng)景名勝區(qū)等自然保護地中山岳型均占據(jù)主體地位[2]。山岳型國家公園是指國家公園的地貌以自然山體為主，自然資源豐富，歷史文化深厚，集國家代表性和生態(tài)價值為一體的地域綜合體?，F(xiàn)有國家公園試點中武夷山、南山等都可歸為山岳型國家公園。目前國家公園還未有類型的細分，若籠統(tǒng)對其進行解讀，則會產(chǎn)生片面的認識，出現(xiàn)管造的錯位[3]。因此亟需一個更綜合有效地管理工具來針對各不同類型的國家公園進行更加專業(yè)化的分工管理。

景觀特征(Landscape Character)作為一個綜合性的概念，在各國的相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)有了很好的建立，并發(fā)揮著重要作用[4]。景觀特征評估(Landscape Character Assessment,LCA)作為理解和管理景觀變化的重要工具，為景觀的監(jiān)測、評價和管理提供了一個有效的空間框架。并且由于其融合了多學(xué)科的內(nèi)容，能夠有效地在各個部門中達成共識，適于作為梳理我國國家公園建設(shè)的重要工具[5]。

景觀特征評估是從早期的景觀質(zhì)量評價和景觀評價的理念發(fā)展而來并逐漸完善的，1996年英格蘭地區(qū)的景觀特征圖繪制成功為之后的景觀特征評估工作奠定了概念方法基礎(chǔ)[6]。英國、比利時、韓國等國家也先后基于此發(fā)展并完善了適用于本土的景觀特征評估體系，并在自然保護地建設(shè)中進行了不同尺度的景觀特征評估研究。國內(nèi)關(guān)于景觀特征評估的研究多集中在理論層面，近年來在實踐研究中也有所凸顯，其面向?qū)ο蠖辔挥诔青l(xiāng)區(qū)域[7-8]，少部分涉及自然保護地，例如青海湖流域與武當山風(fēng)景名勝區(qū)[9-10]，目前尚未有針對單類型國家公園的實踐研究。英國作為景觀特征評估的起源地，在景觀特征識別方法的應(yīng)用上具有豐富經(jīng)驗，對中國以國家公園為主體的自然保護地體系建設(shè)具有重要的借鑒意義[4]。因此，本文試圖通過對國際經(jīng)驗進行借鑒同時結(jié)合實際情況，對山岳型國家公園進行景觀特征識別并繪制景觀特征圖，以期對我國不同類型國家公園景觀未來的規(guī)劃保護和管理工作提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

武夷山國家公園位于福建省北部，地跨武夷山市、建陽區(qū)、邵武市、光澤縣4個縣市區(qū)，地理坐標為東經(jīng)E117°24′13″～117°59′19″，北緯N27°31′20″～27°55′49″。主要包括世界文化和自然遺產(chǎn)地、福建武夷山國家級自然保護區(qū)、武夷山國家級風(fēng)景名勝區(qū)、光澤武夷天池國家森林公園、九曲溪上游保護地帶等5種自然保護地類型，總面積約為1 001.41 km2。武夷山國家公園屬武夷山脈，主要山脈大致呈東北-西南走向，地形地貌復(fù)雜，擁有世界范圍內(nèi)極富盛名的丹霞名山，地勢高差較大，最高約2 km。地貌類型以中山為主，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，有草甸、針葉林、闊葉林等植被類型，橫跨崇陽溪、富屯溪、麻陽溪三大流域。其獨特的地理位置與氣候條件，鑄就了武夷山豐富的自然、文化資源，是現(xiàn)有國家公園試點中唯一的世界文化和自然遺產(chǎn)地，極具代表性和保護價值。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究高程數(shù)據(jù)采用武夷山國家公園數(shù)字地形模型(Digital Terrain Model，DEM，30 m×30 m分辨率)，坡度，地形起伏度數(shù)據(jù)由ArcGIS空間分析功能提取得出。地質(zhì)數(shù)據(jù)來源于國家地質(zhì)圖數(shù)據(jù)庫中1:20萬地質(zhì)圖G5006幅(福建省)，數(shù)據(jù)為圖片格式，在GIS中進一步進行解譯而成。土壤數(shù)據(jù)來源于中科院南京土壤所土壤圖空間數(shù)據(jù)庫(2005，1:1 000 000)。植被、水域、土地利用、土地權(quán)屬等數(shù)據(jù)主要來源于《武夷山國家公園總體規(guī)劃(2017—2025》。另外參考《武夷山年鑒》《武夷山土壤地理實習(xí)指導(dǎo)》《武夷山志》等相關(guān)紙質(zhì)材料作為補充，將其內(nèi)容經(jīng)矢量化、校對坐標后錄入ArcGIS平臺。

2.2 景觀特征要素篩選

各國在景觀特征要素的選取上根據(jù)所在地的尺度、特征、類型等都有所不同。參考我國學(xué)者基于灰色統(tǒng)計分析提出的適合我國國家公園初期建設(shè)的9項景觀特征要素[5]，并根據(jù)武夷山國家公園現(xiàn)狀條件綜合篩選在地方尺度下適用于山岳生態(tài)系統(tǒng)的景觀特征要素。地方尺度的要素選取具有從自然要素向文化要素過渡的特點，在武夷山地方尺度上綜合選取體現(xiàn)山岳特征的自然要素，以及體現(xiàn)武夷山文化景觀特點的人文要素，共兩大類，九小類(表1)。

表1 山岳型景觀特征要素分類及編碼

基于對山岳景觀要素選取的研究發(fā)現(xiàn)自然要素中的地貌、坡度、地形起伏度是體現(xiàn)山地特征的首選要素。同時，武夷山作為丹霞名山，地質(zhì)條件也是體現(xiàn)其風(fēng)景異質(zhì)性的重要指標。因此選取地貌、坡度、地形起伏度、地質(zhì)作為山岳型景觀特征的主體要素。但同時土壤、植被、水域也為武夷山的生態(tài)多樣性提供了必要條件。文化要素中由于受限于開源數(shù)據(jù)的獲取及可視化難度，選取了土地利用和土地權(quán)屬要素。它們均是人與風(fēng)景相互作用關(guān)系的直觀反應(yīng)，對識別景觀特征起著基礎(chǔ)性的作用。綜上選取土壤、植被、水域與土地利用、土地權(quán)屬作為山岳型景觀特征的次要要素。

2.3 研究方法

2.3.1 數(shù)據(jù)處理與聚類分析 首先，對所選景觀特征要素在GIS平臺進行空間數(shù)據(jù)庫的搭建。在空間精度上，經(jīng)過反復(fù)嘗試，最終選擇100 m為基本柵格大小，將武夷山國家公園按照0.1 km×0.1 km的網(wǎng)格精度劃分得到103 383個柵格基本單元。通過對每個單元進行各景觀特征要素的賦值編碼，建立初步的景觀特征要素空間數(shù)據(jù)庫(圖1)。同時，為方便對各要素數(shù)據(jù)進行處理和聚類計算，將分類變量類別屬性轉(zhuǎn)換為分類數(shù)值。其中地貌、坡度、地形起伏度為連續(xù)變量，其余6類要素為分類變量。

圖1 武夷山國家公園景觀特征要素0.1 km×0.1 km柵格類型圖

本文采用二階聚類法(Twostep cluster)，相比傳統(tǒng)的聚類分析方法而言，二階聚類能有效處理大型數(shù)據(jù)，并不受限于數(shù)據(jù)類型。該方法分為2個階段[11]。第1階段為預(yù)聚類階段，通過BIRCH算法進行CF分類特征樹的構(gòu)建，并逐個處理數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)點。第2個階段是聚類階段，在構(gòu)建CF分類特征樹的基礎(chǔ)上，采用對數(shù)似然距離進行測量，根據(jù)距離最小原則將預(yù)處理的子簇進行合并，并使用貝葉斯信息準則(Bayesian information criterion)對每個聚類結(jié)果進行判斷。

具體步驟如下，先將建立的景觀特征要素空間數(shù)據(jù)庫的結(jié)果整理代入SPSS26平臺所包含的二階聚類算法中，然后通過調(diào)整聚類類別，形成聚類分布表，將所得結(jié)果返回GIS中進行可視化呈現(xiàn)。為了進一步探究聚類數(shù)與風(fēng)景特征類型之間的關(guān)系，以數(shù)量5為間隔，將不同結(jié)果導(dǎo)入GIS，可直觀地進行分析，發(fā)現(xiàn)隨著類別數(shù)的增加，碎片化會更加凸顯。在聚類達到15時為一個轉(zhuǎn)折點，從20～45類風(fēng)景特征類型空間形態(tài)大致相同，并趨于細碎化。最終在參考同尺度景觀特征分類結(jié)果的前提下，結(jié)合聚類質(zhì)量的高低，最終選定最合適的聚類類別。

2.3.2 田野調(diào)查及分類描述 基于景觀特征地圖草圖進行田野調(diào)查，制作田野調(diào)查表核對信息并修正，可以使得到的結(jié)果更加具有可參考性。將研究區(qū)域劃分為2 km×2 km大小的網(wǎng)格單元，網(wǎng)格的焦點為初步調(diào)查樣點，然后將其與景觀特征草圖以及交通道路圖疊合，確保每個景觀特征區(qū)內(nèi)存在1～2個調(diào)查樣點。缺則加之，多則剔除，最終調(diào)查樣點由258個調(diào)整152個(圖2)。

圖2 田野調(diào)查樣點

田野調(diào)查表中共有4個方面的內(nèi)容：1)特征區(qū)域的基本信息，主要記錄日期、地理位置等基礎(chǔ)信息，并收集影像資料；2)對該區(qū)域的自然與文化特征進行核對與簡單描述，對在資料收集階段遺漏部分進行補充；3)審美感知與美學(xué)特征的記錄，對所在特征區(qū)進行感官與美學(xué)方面的描述可以對該區(qū)域景觀特征內(nèi)容進一步補充；4)對該區(qū)域今后發(fā)展的趨勢進行判斷，寫明該區(qū)域是否存在變化的趨勢以及可能引起變化的原因。

最后結(jié)合聚類結(jié)果與田野調(diào)查信息綜合考慮景觀特征類型及區(qū)域的劃分繪制，對每個特征區(qū)域進行關(guān)鍵特征的識別與價值中立的描述，得到景觀特征地圖與空間數(shù)據(jù)庫。

3 武夷山國家公園景觀特征識別與應(yīng)用前景

3.1 山岳型國家公園景觀特征識別結(jié)果

通過以上工作流程，武夷山國家公園最終劃分為17類景觀特征單元，192類特征區(qū)(圖3)。二階聚類的質(zhì)量通常是由凝聚和分離的輪廓系數(shù)來表示，如圖4所示，二階聚類結(jié)果輪廓系數(shù)為0.2，聚類質(zhì)量良好(圖4)。

圖3 武夷山國家公園景觀特征分類

圖4 二階聚類質(zhì)量分析

對景觀特征區(qū)域進行命名及描述，命名采用該區(qū)域顯著特征，如區(qū)域代表性地貌、土地利用、植被類型等要素，能夠更加直觀了解該區(qū)域。然后通過總結(jié)田野調(diào)查數(shù)據(jù)等對該區(qū)域進行具體描述，以類型12為例：此景觀特征類型中主要地貌為丘陵，海拔在200～500 m之間，地質(zhì)類型是白堊紀，白堊紀是形成武夷山丹霞地貌的地層，代表該區(qū)域擁有豐富的丹霞地貌景觀。土壤是人為土和鈣層土，主要的植被是針葉林與人工經(jīng)濟林，少部分為闊葉林。水域?qū)俪珀栂饔?，土地?quán)屬大部分為國有土地，少部分為集體土地。土地利用類型大部分為林地，小部分為園地。地形起伏度30～100 m居多，0～30 m、100～200 m較少，坡度在5°～15°之間較多，還有少部分在0°～5°、15°～25°之間。

3.2 山岳型國家公園景觀特征識別在國家公園建設(shè)過程中的應(yīng)用

國家公園是由國家批準設(shè)立并主導(dǎo)管理，邊界清晰，以保護具有國家代表性的大面積自然生態(tài)系統(tǒng)為主要目的，實現(xiàn)自然資源科學(xué)保護和合理利用的特定陸地或海洋區(qū)域[12]。山岳型國家公園作為現(xiàn)有國家公園中的一個重要組成部分，其獨特的地理環(huán)境造就了豐富的自然與人文資源，具有一定的代表性。山岳型國家公園景觀特征識別結(jié)果作為輔助管理和決策的重要工具在建設(shè)國家公園的過程中具有以下作用。

1)借助細分類型，完善國家公園總體格局。我國自然保護地類型多樣，本文所研究的山岳型國家公園可以為國家公園類型的細分提供參考。在今后國家公園的申報和設(shè)立上，準入條件除國家代表性、生態(tài)重要性、管理可行性之外，還要考慮每個類型的數(shù)量占比情況，以完善國家公園總體格局。

2)確定區(qū)域中心特征價值，實現(xiàn)針對性措施管理。多視角下的規(guī)劃措施往往不能達成一致，還會造成管理上的錯位，景觀保護與利用不當?shù)葐栴}。本文所研究武夷山國家公園以山岳為該區(qū)域的中心特征價值，可以針對性地對該區(qū)域進行規(guī)劃和管理。同時，景觀特征評估具有尺度分級、要素綜合和價值中立的特點。在它的幫助下，可以分辨是什么特征令一個區(qū)域有別于其他區(qū)域[13]。根據(jù)景觀特征評估的結(jié)果可以有效輔助國家公園在管理和規(guī)劃上對不同類型實施針對性措施。

3)根據(jù)單類型景觀特征識別方法，發(fā)揮不同價值主體特色。中國自然保護地類型多樣，相應(yīng)的國家公園也會存在多種不同類型，其中山岳型國家公園在其中占據(jù)重要地位。根據(jù)山岳型國家公園景觀特征識別，可以為其他不同類型的國家公園提供參考，因地制宜地制定景觀特征類型圖。同時景觀特征識別結(jié)果具有完整的景觀數(shù)據(jù)庫和可視化地圖，各區(qū)域可根據(jù)不同保護和發(fā)展的目標，借助景觀特征評估輔助制定保護發(fā)展策略，可以更好地保護提升區(qū)域價值，促進其在空間和行政管理方面的一體化。

4 結(jié)束語

景觀特征秉持著價值中立的態(tài)度，體現(xiàn)當?shù)氐牡赜蛱厣c場所精神，是一個綜合管理景觀變化的工具。本研究結(jié)果表明武夷山國家公園具有17個景觀特征類型、192個景觀特征區(qū)域。景觀特征被視為對區(qū)域總體景觀現(xiàn)象的總結(jié)，因此該區(qū)域景觀特征類型為武夷山國家公園地域特性的概括，而不是景觀價值等的反映，能夠客觀地為其今后發(fā)展和保護提供參考依據(jù)。當前，我國對于景觀特征識別研究的對象多集中在小尺度地域，例如鄉(xiāng)村、城鎮(zhèn)、河流等，其所采用的方法多為疊置法，或基于專家經(jīng)驗來進行劃分，劃分的精度與準確性上或多或少會受到一定主觀因素的影響，不能用于滿足保護也不完全適用于我國以國家公園為主體的自然保護地的相關(guān)需求。相較而言，本研究基于場地本身特征來選擇景觀特征要素，并結(jié)合聚類方法來劃分景觀特征類型和區(qū)域，有效提高了景觀分類邊界劃分的客觀與準確性，并大大減弱了主觀因素的影響。

但是也有其不足之處，例如聚類結(jié)果基于的人文要素僅有2個，受限于數(shù)據(jù)的獲取未能考慮聚落風(fēng)貌，土地遺產(chǎn)等要素，所得結(jié)果并不完善。同時，由于要素進行了柵格化處理，景觀特征區(qū)的邊界不具備完全的精確性，并且景觀是不斷發(fā)展變化的，景觀特征圖以及數(shù)據(jù)庫需要定期更新以確保數(shù)據(jù)的準確性。因此，在國家公園建設(shè)的過程中應(yīng)用景觀特征評估作為參考時應(yīng)考慮邊界的準確性與時效性。