三亞市濱海旅游區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)

李志超，王欽軍，，楊靜怡，常定坤，許文韜

(1.中國科學(xué)院空天信息研究院海南研究院 海南省地球觀測重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南 三亞 572029；2.中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院數(shù)字地球重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100094;3.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 101408)

近些年濱海旅游業(yè)蓬勃發(fā)展，逐漸成為一些濱海城市的支柱產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)生了大量的經(jīng)濟(jì)社會效益，推動了城市發(fā)展[1]。對于濱海旅游的開發(fā)應(yīng)當(dāng)合理，減少開發(fā)對生態(tài)環(huán)境所造成的影響。及時(shí)對濱海旅游區(qū)的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行相關(guān)監(jiān)測與評價(jià)，能夠?yàn)闉I海旅游區(qū)景點(diǎn)的可持續(xù)發(fā)展提供重要的科學(xué)技術(shù)支持。

多年以來，許多學(xué)者針對不同區(qū)域，提出了許多方法進(jìn)行生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與評價(jià)[2-13]。王欽軍等人[14]對三亞市地質(zhì)旅游資源進(jìn)行了調(diào)查與評價(jià)，建立了地質(zhì)旅游資源評價(jià)指標(biāo)體系；尹忠[15]利用層次分析熵法對石花水洞地質(zhì)公園的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行了評價(jià)；李強(qiáng)華等人[16]基于DPSIR模型對三亞市海岸帶生態(tài)環(huán)境安全進(jìn)行了評價(jià)；王啟瑞等人[17]結(jié)合景觀生態(tài)學(xué)知識，運(yùn)用景觀生態(tài)評價(jià)方法對勝利露天煤礦生態(tài)環(huán)境進(jìn)行了評價(jià)?，F(xiàn)階段對于濱海旅游區(qū)生態(tài)環(huán)境研究相對較少，因此建立適合濱海旅游區(qū)生態(tài)環(huán)境的評價(jià)體系，對相關(guān)景點(diǎn)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

海南省三亞市擁有獨(dú)特的地理位置、良好的氣候條件以及豐富的旅游資源。近年來，隨著國際旅游島建設(shè)、“一帶一路”建設(shè)、自貿(mào)港建設(shè)等國家戰(zhàn)略的提出，三亞市的濱海旅游業(yè)近些年發(fā)展迅速，為三亞市的經(jīng)濟(jì)增長、城市發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支持。但是在三亞濱海旅游區(qū)開發(fā)的過程中也存在一些不合理的開發(fā)，導(dǎo)致相關(guān)地區(qū)生態(tài)環(huán)境受到一定程度的破壞，影響了景點(diǎn)的可持續(xù)發(fā)展[18-20]。因此，建立濱海旅游區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)體系，對相關(guān)地區(qū)生態(tài)環(huán)境變化開展科學(xué)監(jiān)測顯得尤為重要。本研究結(jié)果可為三亞市濱海旅游區(qū)進(jìn)一步的開發(fā)與可持續(xù)發(fā)展提供參考，助力海南自貿(mào)港建設(shè)。

1 研究區(qū)概況

三亞市位于海南島南部，地處熱帶，屬于熱帶海洋性季風(fēng)氣候，擁有漫長的海岸線。獨(dú)特的地理位置、豐富的濱海旅游資源、良好的生態(tài)環(huán)境使得三亞市成為世界聞名的旅游城市。三亞的濱海旅游業(yè)發(fā)展良好，諸如天涯海角、大小洞天、蜈支洲島、三亞灣等都是有名的濱海旅游景點(diǎn)，對游客擁有較強(qiáng)的吸引力。

此次研究的區(qū)域位于三亞市南部三亞灣一帶，地處三亞市中心位置，周圍交通便捷，路網(wǎng)密度較大。該區(qū)域包含三亞灣、鳳凰島、鹿回頭風(fēng)景區(qū)等著名景點(diǎn)，擁有沙灘、海洋、熱帶雨林等旅游資源。如圖1所示。

2 研究方法

根據(jù)所收集的資料，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，采用景觀生態(tài)評價(jià)方法建立三亞市濱海旅游區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)體系。采用技術(shù)路線如圖2所示，主要包含遙感影像數(shù)據(jù)預(yù)處理、信息提取、生態(tài)評價(jià)指標(biāo)計(jì)算和濱海旅游區(qū)生態(tài)環(huán)境綜合評價(jià)四個(gè)部分。

圖1 研究區(qū)位置圖

圖2 三亞市濱海旅游區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)技術(shù)路線圖

2.1 遙感影像數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)來自高分辨率對地觀測系統(tǒng)海南數(shù)據(jù)與應(yīng)用中心(http://gfdc.hainan.gov.cn/)，以覆蓋研究區(qū)的2015、2017、2019、2021年四期高分二號數(shù)據(jù)(分辨率0.8m)為基礎(chǔ)影像數(shù)據(jù)。

對獲取影像進(jìn)行輻射定標(biāo)、大氣校正、正射校正、影像融合、影像鑲嵌等預(yù)處理。

2.2 信息提取

針對處理后的影像，利用NDVI指數(shù)進(jìn)行植被信息提取。結(jié)合三亞市域城鄉(xiāng)用地布局規(guī)劃示意圖，將研究區(qū)內(nèi)景觀類型劃分為植被、沙灘、人工沙灘、水體、建筑、廊道以及空地七大類(表1)，形成景觀要素情況圖(圖3)。

表1 用地分類情況表

圖3 研究區(qū)景觀要素情況圖(2015-2021年)

2.3 生態(tài)評價(jià)指標(biāo)計(jì)算

本文在進(jìn)行初期調(diào)研、資料收集之后，針對研究區(qū)實(shí)際情況選取相應(yīng)指標(biāo)，構(gòu)建三亞市濱海旅游區(qū)生態(tài)環(huán)境評價(jià)體系[21-25]。評價(jià)指標(biāo)具體包含以下三類指標(biāo)。

(1)干擾強(qiáng)度。主要體現(xiàn)了人類對于生態(tài)環(huán)境的干擾情況。通常指標(biāo)指數(shù)越高，生態(tài)環(huán)境情況越差。計(jì)算公式如下：

Wi=Li/Si

(1)

式中Wi表示受干擾強(qiáng)度，Li是指i類生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)廊道(公路、鐵路、堤壩、溝渠)的總長度，Si是指i類生態(tài)系統(tǒng)的總面積。

(2)土地利用多樣性。是度量土地利用穩(wěn)定的指標(biāo)，采用該指數(shù)對研究區(qū)多期土地利用類型、面積占比變化情況進(jìn)行分析，可反映開發(fā)過程中景觀生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性。計(jì)算公式如下：

(2)

式中H為土地利用多樣性指數(shù)；pk為第k種二級地類土地利用類型的面積；n為土地利用類型數(shù)量。

(3)森林覆蓋率。是指森林面積占土地總面積的比率，是反映一個(gè)國家 (或地區(qū)) 森林資源和林地占有的實(shí)際水平的重要指標(biāo)，一般使用百分比表示。通常森林覆蓋率越高，生態(tài)環(huán)境情況越好。計(jì)算公式如下：

F=(S/L)×100%

(3)

式中F為森林覆蓋率；S為區(qū)域內(nèi)森林總面積；L為區(qū)域總面積。

2.4 生態(tài)環(huán)境綜合評價(jià)

通過建立生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)體系，對研究區(qū)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行綜合評價(jià)，包含指標(biāo)指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、確立評價(jià)指標(biāo)權(quán)重以及綜合評價(jià)。

2.4.1 指標(biāo)指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化

由于各類評價(jià)指標(biāo)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、單位不同，無法直接進(jìn)行比較，采用極差法標(biāo)準(zhǔn)化處理方式對指標(biāo)指數(shù)進(jìn)行無量綱化處理，相關(guān)公式如下：

(4)

(5)

2.4.2 評價(jià)指標(biāo)權(quán)重

為了更好的結(jié)合實(shí)際情況對研究區(qū)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行評價(jià)，需要對幾類指標(biāo)的重要程度進(jìn)行權(quán)衡。參照相關(guān)學(xué)者文獻(xiàn)[21-27]，確定各評價(jià)指標(biāo)權(quán)重值見表2。

表2 三亞市濱海旅游區(qū)景觀生態(tài)評價(jià)指標(biāo)權(quán)重表

2.4.3 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)

根據(jù)干擾強(qiáng)度指標(biāo)、土地利用多樣性指標(biāo)以及森林覆蓋率指標(biāo)計(jì)算結(jié)果，對各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)分析、打分，結(jié)合權(quán)重，對研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行綜合評價(jià)。

3 結(jié)果與分析

3.1 單項(xiàng)指標(biāo)評價(jià)結(jié)果

3.1.1 干擾強(qiáng)度指標(biāo)評價(jià)結(jié)果

對研究區(qū)內(nèi)的廊道(公路、鐵路、堤壩、溝渠)進(jìn)行提取，計(jì)算干擾強(qiáng)度指標(biāo)，并進(jìn)行指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化處理。具體數(shù)據(jù)見表3。

干擾強(qiáng)度表示了人類的干擾作用，在三亞市濱海旅游區(qū)生態(tài)環(huán)境評價(jià)體系中屬于負(fù)向指標(biāo)。對四期數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可知2015年研究區(qū)生態(tài)環(huán)境受到人類的干擾最少，隨后逐年增長，2021年干擾強(qiáng)度最大。查閱相關(guān)資料，可知2015-2017年間，鳳凰島區(qū)域進(jìn)行了填海施工，使得堤壩長度增加，對干擾強(qiáng)度指標(biāo)指數(shù)產(chǎn)生較大影響；2017-2019年間，鹿回頭風(fēng)景區(qū)內(nèi)景觀公路施工建設(shè)完成，使得道路長度大大增加，從而使得指數(shù)發(fā)生變化。由此可知，干擾強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)與研究區(qū)內(nèi)景點(diǎn)人為施工建設(shè)情況對應(yīng)度高。

表3 研究區(qū)干擾強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)表

3.1.2 土地利用多樣性指標(biāo)評價(jià)結(jié)果

運(yùn)用遙感影像對研究區(qū)進(jìn)行土地利用類型動態(tài)監(jiān)測，結(jié)果見表4。2015年土地利用類型為植被、沙灘、水體、建筑、廊道和空地6個(gè)類型，2017年以后則增加人工沙灘，土地利用類型上升至7類；植被在四個(gè)時(shí)期中，一直是面積最大的土地利用類型。從土地利用多樣性指標(biāo)指數(shù)來看，2015-2017年，指數(shù)上升較為明顯；2017-2019年，指數(shù)顯著下降；2019-2021年指數(shù)存在一個(gè)較為明顯的上升。查閱相關(guān)資料進(jìn)行分析，得知研究區(qū)內(nèi)，2015-2017年期間，隨著鳳凰島填海工程的實(shí)施，增加了人工沙灘這一景觀類型，指標(biāo)指數(shù)上升；2017-2021年期間，隨著施工建設(shè)的停止、生態(tài)修復(fù)工作的開展，指標(biāo)指數(shù)波動明顯。

土地利用多樣性指數(shù)的變化較好地反映了研究區(qū)2015-2021年土地利用類型隨著景區(qū)開發(fā)建設(shè)的變化，以及對應(yīng)時(shí)期景觀生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性，在評價(jià)體系內(nèi)屬正向指標(biāo)。

表4 研究區(qū)土地利用多樣性指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)表

3.1.3 森林覆蓋率指標(biāo)評價(jià)結(jié)果

森林覆蓋率指標(biāo)指數(shù)是衡量生態(tài)環(huán)境好壞重要的一個(gè)正向指標(biāo)。研究區(qū)內(nèi)森林覆蓋情況具體見表5、圖4。

查閱資料，分析數(shù)據(jù)可知，研究區(qū)內(nèi)2015-2017年間，開發(fā)建設(shè)較多，生態(tài)環(huán)境受到一定破壞，森林覆蓋率指標(biāo)指數(shù)下降明顯；2017-2021年期間，施工建設(shè)基本停止，開展相關(guān)修復(fù)工作，指標(biāo)指數(shù)回升，生態(tài)環(huán)境好轉(zhuǎn)較為明顯。

表5 研究區(qū)森林覆蓋率指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)表

圖4 研究區(qū)森林覆蓋率情況圖(2015-2021年)

3.2 綜合評價(jià)結(jié)果

根據(jù)單項(xiàng)指標(biāo)評價(jià)結(jié)果，進(jìn)行評分，結(jié)合權(quán)重，對研究區(qū)四期生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行綜合評價(jià)。相關(guān)結(jié)果見表6。

表6 研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價(jià)表

分析綜合評價(jià)結(jié)果可知，研究區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量存在一定的起伏，從2015年到2017年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量惡化，2017年到2021年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量好轉(zhuǎn)，生態(tài)環(huán)境最好的年份是2019年，相對較差的年份是2017年。這主要原因是，2015至2017年間研究區(qū)內(nèi)景觀不合理的開發(fā)以及大量的施工建設(shè)對生態(tài)環(huán)境的影響，直觀地反映在了景觀生態(tài)評價(jià)結(jié)果上，評分下跌明顯；后期景區(qū)施工建設(shè)的停止，以及對生態(tài)環(huán)境的修復(fù)，合理地對景觀進(jìn)行開發(fā)，使得后面兩期的評分上升明顯。

4 結(jié)論

(1)建立了三亞市濱海旅游區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)體系。本研究根據(jù)景觀生態(tài)評價(jià)的相關(guān)理論與方法，結(jié)合三亞灣一帶的情況，選取干擾強(qiáng)度、土地利用多樣性、森林覆蓋率作為景觀生態(tài)評價(jià)指標(biāo)，確定了針對研究區(qū)的各景觀生態(tài)評價(jià)指標(biāo)權(quán)重，建立了三亞市濱海旅游區(qū)生態(tài)環(huán)境評價(jià)體系。結(jié)果表明，該評價(jià)體系能夠較好地對三亞灣一帶的生態(tài)環(huán)境情況進(jìn)行評定，也符合實(shí)際的開發(fā)建設(shè)情況，為三亞市濱海旅游區(qū)科學(xué)合理的開發(fā)提供重要的技術(shù)支持。

(2)利用生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)體系開展了三亞灣生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)。利用本文建立的三亞市濱海旅游區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)體系，對三亞灣地區(qū)進(jìn)行了生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)。結(jié)果表明，研究區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量存在一定的起伏變化，從2015年到2017年，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量相對較差；但從2017年到2021年，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量有所好轉(zhuǎn)。生態(tài)環(huán)境最好的年份是2019年，較差的年份是2017年。

總體上，根據(jù)動態(tài)監(jiān)測與生態(tài)評價(jià)結(jié)果分析，2015-2021年期間，三亞市三亞灣一帶生態(tài)環(huán)境質(zhì)量起伏變化較為明顯，2015-2017年期間，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量出現(xiàn)較為顯著的下滑，與同期旅游區(qū)內(nèi)景點(diǎn)開發(fā)建設(shè)存在明顯關(guān)聯(lián)，如鳳凰島二期填海造陸工程、鹿回頭景區(qū)升級改造等。2017年至2021年期間，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量有所回升，多個(gè)指數(shù)好轉(zhuǎn)，與景區(qū)景點(diǎn)施工停止有關(guān)，如鳳凰島二期填海造陸工程于2018年停工，鹿回頭景區(qū)升級改造于2017年完成等。