基于景觀生態學的旅游公路路域景觀現狀與生態敏感性研究

程逸楠

蘇 光

秦曉春

崔勝男

公路作為人與物轉移流通的通道，其路面本身連同周邊的環境一起構成了一種大尺度的線性景觀廊道。通過精心設計，景觀優美的公路，其本身就可以成為具有旅游觀光價值的重要通道和線性旅游目的地。“開敞的廊道空間與豐富多彩的視覺環境可以使得道路利用者充分欣賞到當地的風景資源，并通過聯想等心理活動加深對沿線區域的認知與了解，以印象流的方式感受沿線自然景觀與人文景觀的深邃和俊美”[1]。因此，旅游公路的景觀規劃需要融入自然而不是與自然隔絕，公路沿線的帶狀空間應該盡量開敞。

對于景觀規劃和公路景觀方面的研究，國外起源較早，“景觀生態學”源于20世紀70年代，Worfgang Haber和Rechard Forman基于景觀生態學理論提出了景觀格局優化[2]；我國起步較晚，源于20世紀80年代后，彭鎮華等提出構建森林復合生態網絡的概念[3]。方法上，國外研究多集中于區域性質的研究，Toccolini等基于區域提出了景觀生態學研究的4個過程：生態資源評估、現狀生態廊道和自然遺產網絡分析、生態單因素評價、生態綜合評價和生態網絡結構的構建[4]；我國學者也結合3S及GIS等技術展開研究，陳劍陽等利用GIS、RS等工具對太湖展開生態網絡的定量實現對其生態環境規劃的分析[5]，閆水玉等基于現狀生態網絡規劃，提出了理論研究與空間模擬相結合的方法[6]。

近年來，雖然我國學者在公路路域景觀領域開展了較多的研究，但尚未形成一套成熟的理論體系與技術手段，且多為借鑒國外的一些評價方法和經驗，其研究缺陷主要表現為[7-11]：

1)對公路景觀的研究多停留在微觀的美學設計層面，尤其集中在公路綠化本身及其附屬設施的美化或具體景觀元素的分析，沒有從宏觀的路域尺度來開展公路景觀環境研究；

2)已有的路域景觀特征研究，采用定性分析的相對較多，缺少對公路所在區域的自然生態環境及景觀特征的科學系統開展有針對性的量化研究，尤其是缺乏基于高分辨率遙感影像和GIS技術手段的分析。

旅游公路的服務對象和其地理位置的特殊性，決定了它對環境保護的要求高于其他公路，且更加重視游客舒適性及景觀環境協調性[12]。因此，本文將路域景觀作為旅游公路建設的重要環節，從生態保護與視覺景觀入手，利用GIS技術建立路域景觀分析方法，以實現對扎碾旅游公路路域景觀特征的科學量化分析。

1 路域景觀

1.1 內涵

公路路域景觀是指路域范圍內駕乘人員所能看到的各種自然、人文景觀、公路及其他交通要素的綜合體，是公路一定范圍內在三維空間上疊加時間、人的視覺與心理感受等形成的多維綜合環境[13]。

1.2 組成要素

公路景觀由公路環境中各種相互作用的景觀要素所組成，這些景觀要素也構成了公路路域景觀的基本內容，主要包括路側地形地貌、植被、天象、水體、建筑、村落和沿線人工設施等基本要素。公路的景觀形態正是通過這些景觀構成要素相互影響、相互制約、相互組合而展現出來[14]。

2 研究區概況

將依托青海省扎碾旅游公路開展路域景觀特征研究與分析。扎碾旅游公路位于青海省海東市，起點位于青海、甘肅兩省交界處互助縣扎隆口，終點位于樂都區。項目全長57.25km，采用二級公路標準建設，路基寬度10～12m，設計速度60～80km/h。該旅游公路是青海省干線公路網中“六縱、九橫、二十聯”第一縱的組成部分，也是青海東部地區溝通南北的重要通道。沿線景觀類型豐富，是青海省極具特色的一條旅游公路。

3 路域景觀特征分析方法

本文將根據扎碾旅游公路的景觀特點，選擇相應的生態景觀敏感性指標，結合ArcGIS軟件的功能，建立評價指標數據庫，探討路域生態景觀敏感性指數綜合評價方法。

3.1 生態景觀敏感性評價指標體系建立

首先，生態敏感性指標的選取主要涉及研究區域的生態現狀及區域尺度。所在區域為省城周邊時，為了生態景觀敏感性分析橫向突出不同省域的地貌地質及自然環境特點，可選取指標有：氣候、地形、土壤和植被覆蓋度等[15-16]。所在區域為縣市級周邊時，為了確保敏感度分析指標的精確和細化，選取指標有土地利用現狀、面積和自然保護區等[17]。選取生態敏感性具體指標一般不依據統計學方法進行，而采用常規經驗結合實際應用區域擇定。

表1 公路沿線生態景觀敏感性評價指標體系

其次，參考原環境保護部發布的《生態功能區劃技術規程》規定的有關于生態環境現狀評價的內容要求，主要考慮從自然環境要素(地質、地貌、氣候、水文、土壤和植被等)、社會經濟條件(人口、經濟發展、產業布局等)、人類活動及其影響(土地利用、城鎮分布等)三大方面篩選評價指標[18]。結合扎碾旅游公路路域的實際情況，公路的景觀基底為森林、草地和農田景觀。此外，公路沿線丹霞地貌和喀斯特地貌顯著，形成了扎碾公路獨特的自然景觀。因此，公路沿線本底景觀應由森林景觀與草地景觀、丹霞與喀斯特景觀組成。

最后，根據扎碾地區生態系統特征、生態環境主要影響因子以及上述景觀格局特點，本研究綜合選取了可視視域、丹霞地貌面積比、喀斯特地貌面積比、草地面積比、林地面積比、農田面積比、居民點密度和景觀綜合指數作為指標，對公路沿線生態景觀敏感性進行評價(表1)。

在ArcGIS平臺，可以使用矢量-柵格工具生成與研究區范圍相適應的標準格網，作為基本評價分析單元，應用GIS投影轉換模塊將格網投影轉換為與屬性數據相同的投影。本研究選定格網大小為500m×500m，研究區內共生成1 354個單元格。

3.2 路域生態景觀評價模型構建

生態學中，對景觀的定義較為宏大，一般由基底、廊道和斑塊構成。斑塊的數量、面積、形狀及其與廊道、基底的空間格局一起構成了景觀生態系統，其結構特征反應了區域生態系統結構的優劣[19]。因此，通常用平均斑塊面積、破碎度指數、多樣性指數和形狀指數等作為表征景觀格局的指標[20]。而在生態景觀敏感性研究中，部分學者已經將景觀格局與生態敏感性進行了關聯分析，得出景觀格局指數可以反映區域生態敏感性。

本研究以空間分析格網為基本景觀單元，通過提取各格網中的上述景觀指數，并對各景觀指數進行歸一化處理，再運用等權重進行綜合評價，最終生成綜合評價指數，對扎碾旅游公路沿線景觀生態敏感性進行評價[21]。

平均斑塊面積表征景觀中所有斑塊或某一種斑塊的平均面積，其計算公式如下：

式中，An表示景觀中的斑塊數，S表征景觀總面積。

破碎度是指景觀被分割的碎裂程度，其實質是反映人類對自然景觀的干擾程度。計算公式如下：

式中，Ci代表景觀類型i的破碎度，Ni代表景觀i的斑塊數，Ai則為景觀i的總面積。

多樣性指數是指景觀元素或生態系統在結構、功能以及隨時間變化方面的多樣性，它反映了綠地景觀類型的豐富度和復雜度[1]。其計算公式如下：

式中，H為多樣性指數；Pi代表景觀類型i所占面積的比例；n為景觀類型數目。

分維數(形狀指數)表征的是斑塊形狀的復雜程度，其計算公式如下：

式中，D表示分維數；P為斑塊周長；A為斑塊面積。

由于居民點密度、景觀破碎度指數等指數越高，則表征區域內景觀由自然景觀轉變為人工景觀，或景觀趨于破碎化，景觀質量出現惡化，因此對該類指數需要采用標準化計算公式：

式中，vmax為樣本數據的最大值，vmin為樣本數據的最小值，各參數含義與前公式相同。

圖1 扎碾旅游公路沿線可視域分析評價

圖2 路側居民點密度格網

4 扎碾旅游公路路域景觀特征分析評價

基于上述路域景觀特征分析的方法，本研究利用GIS技術分別對扎碾旅游公路展開路域景觀特征各分指標分析評價，最后將各個指標納入綜合評價模型進行路域景觀特征的綜合分析與評價。

4.1 景觀敏感性評價區域獲取

研究首先獲取了2015年12月研究區域的ETM+影像，通過正射校正、幾何校正、圖像裁剪和鑲嵌處理等，生成評價區遙感影像圖；再對扎碾旅游公路進行數字化，生成矢量格式，應用緩沖區分析生成路側3 000m范圍內緩沖區，作為本次景觀敏感性評價區域。通過對遙感影像進行輻射增強、去霾、降噪處理，對生成的影像進行目視解譯，參考一級土地利用類型編碼，本次評價共生成有林地、灌木林地、疏林地、草地、農田、水域(池塘)和建設用地7種類型。本次研究收集了評價范圍內30m分辨率的數字高程模型，并由此生成坡度、地形起伏度，分析評價范圍內地形結構特征。由地形圖初步分析可知，評價區內地形以平原壩區為主，總體地勢平坦。在扎碾旅游公路終點丹霞地貌附近，海拔逐漸降低，但地形起伏較小，平均坡度也較低。

4.2 分指標分析與評價

4.2.1 可視域

本研究進行的可視視域分析是在柵格數據集上，將整條線路設置為觀察點，基于一定的相對高度，查找緩沖區內觀察點所能通視覆蓋的區域。在生成沿線視點集合的前提下，可實現沿線路側景觀視覺的動態分析，確定通視良好的位置以充分挖掘和體現景觀資源。駕乘人員所見路域范圍直接影響路域景觀的利用程度和效率。

扎碾旅游公路沿線可視域分析評價圖(圖1)分為2個層次：視域分析——紅色區域為駕乘人員在扎碾旅游公路可見區域；高程值——以漸變色底色表示高程值的高低，白色為最高區域。由圖1分析可知K10+000處視域條件最好，此處為北山國家森林公園，風景獨特且通視良好、視野開闊，可作為觀景臺的優選位置。而K15+000—K25+000處海拔較高，視域時而開闊時而狹窄，移步換景的效果較好，可合理選擇觀景臺位置，欣賞雪山的雄偉壯闊。

4.2.2 居民點密度

分析網格化后的土地利用數據，分別計算各格網中居民點及建設用地比例，用以表示各格網的居民點密度，將評價結果顯示在空間網格中(圖2)。通過圖2分析可知，在扎碾旅游公路接近終點處分布有大型城鎮，居民點密度最高，在公路建設和后期運營過程中，應注重在此處提高土地的利用效率，美化路域環境，保護水體、植被等自然路域景觀。而路線沿線其他地區主要以村寨分散居民點為主，居民點密度相對較低。

4.2.3 丹霞地貌面積比

分別計算空間分析格網中丹霞占網格總面積比例，將評價結果反應在空間格網中。從生成的丹霞地貌面積比圖中可以得知，沿線丹霞地貌主要分布在K50+000附近。各異的山石形成一種觀賞價值較高的風景地貌，扎碾旅游公路可著重利用沿線這一突出特色進行重點景觀打造。

4.2.4 喀斯特地貌面積比

分別計算空間分析格網中喀斯特地貌占網格總面積比例，將評價結果反應在空間格網中，生成喀斯特地貌面積比圖。從生成的喀斯特地貌面積比圖中可以得知，高山喀斯特地貌主要位于K14和K23附近，互助北山國家地質公園內，其凍融風化強烈，喀斯特地貌頗具特色。對該路段應重點進行喀斯特地貌展示，減少其他景觀營造，引導行人和游客充分欣賞喀斯特美景。

4.2.5 草地面積比

分別計算空間分析格網中草地占網格總面積比例，將評價結果反應在空間格網中，生成草地面積比圖。從生成的草地面積比圖中可以得知，扎碾旅游公路全線草地占比較高，尤其是起點—K5、K15—K30、K44—K47段落，主要分布在公路沿線附近，其中絕大部分為高山寒漠草甸、高山草甸、灌叢草甸和山地草甸草原等。因此，扎碾旅游公路在這些區域的建設和后期運營過程中要格外注重高山和河谷草甸景觀的保護和修復。

4.2.6 林地面積比

分別計算空間分析格網中林地、疏林地占網格總面積的比例，將評價結果反應在空間格網中，生成林地面積比圖。從生成的林地面積比圖中可以得知，扎碾旅游公路起點K0—K15+000和K30+000—K37+250林地占比較高。因此，在這些區域，扎碾旅游公路要在建設和后期運營過程中格外注重高山天然森林的

圖3 路側景觀綜合指數格網

保護和修復。

4.2.7 農田面積比

分別計算空間分析格網中農田占網格總面積比例，將評價結果反應在空間格網中，生成農田面積比圖。從生成的農田面積比圖中可以得知，扎碾公路起點和終點分別與河流相接，農田相對比較密集；路線K40+000—K45+000段，地勢較平坦，村鎮集中，農田分布較廣，農作物主要有小麥、油菜、蠶豆、馬鈴薯、青稞和豌豆等。由于扎碾旅游公路沿線的農田距離路線較近且相對集中，尤其是靠近終點段落路線穿越的農田較多，其環境生態敏感性較高，公路景觀規劃設計時要著重進行農田景觀的保護和利用，盡可能通過“透景”方式展現沿線的農田美景。

4.2.8 景觀綜合指數

應用景觀綜合評價法，評價區域景觀生態系統空間格局。首先應用空間分析格網對路側緩沖區范圍內土地利用現狀格網化。以每個格網為單元，計算各格網平均斑塊面積、破碎度指數、多樣性指數和形狀指數。將歸一化后的指數等權重相加生成景觀綜合指數，并將評價結果顯示在空間格網中(圖3)。圖3路側景觀綜合指數格網圖直觀地描述了景觀格局現狀，圖中底色越深代表景觀綜合指數越高。

4.3 綜合分析與評價

通過對扎碾公路沿線路域景觀構成元素運用GIS空間疊加方法進行量化分析評價，歸納出扎碾公路沿線的旅游景觀呈現如下特點。

1)起點—K16+000段：沿線植被分布相對復雜，植被茂密，居民點較少，臨近末處自然旅游資源豐富，且部分路段經過互助北山國家森林公園。公園內具有明顯的垂直分布景觀帶，帶譜清晰。因此，該段路線可充分借景路域森林景觀，并采用先進的生態修復方法，盡可能降低公路沿線森林景觀的破碎化程度，增加公路沿線生態系統的穩定性。

2)K16+000—K27+000段：沿線主要分布有高山草甸等植被，且分布有少量喀斯特地貌，有凍融石丘、石墻等，凍融風化強烈，居民居住地較分散，零零散散的寺廟等古建筑穿插其中。本路段的亮點就是喀斯特地貌和寺廟景觀，應將其完美結合并納入景觀段落規劃中，提取文化鮮明的獨特符號應用到附屬設施設計中，突出該段的地貌和人文景觀特色。

3)K28+000—K38+000段：沿線森林、高山草甸和農田緊密相連，是重要的景觀過渡段，在景觀段落劃分中起承上啟下作用。后期規劃中應對本段景觀進行重點研究，明確景觀主題，使其與前后景觀融合。

4)K39+000—終點：沿線分布有整齊的農田，并且穿過大大小小的城鎮村落，部分路段經過丹霞地貌，形狀各異的紅色山石形成一種觀賞價值很高的風景地貌。本段路線田園風貌特色濃郁，與丹霞美景相應成章，可充分利用其獨特路域景觀特點，進行色彩強化，力求還原路域景觀的高山鄉野景象，突出丹霞觀賞價值。

5 結語

1)本研究利用遙感影像解譯技術獲取評價區土地利類型圖，分析相關景觀格局指數意義，選取并建立景觀路側景觀可視域指數、丹霞地貌面積比、喀斯特地貌面積比、草地面積比、林地面積比、農田面積比和居民點密度的生態景觀敏感性評價指標體系。

2)通過GIS空間分析模塊，以格網為基本景觀單元，計算并提取各格網中上述景觀指數對公路路域景觀進行生態敏感性評價，可以篩選出景觀格局較好的路段作為公路興奮點進行重點設計，并以此來提高公路景觀的可觀賞性、激發游人興趣、緩解旅途視覺疲勞。根據綜合評價結果，生態敏感性較高的路段應在景觀營造和生態恢復方面予以重點考慮，使公路景觀與周邊環境融為一體。

注：文中圖片均由作者繪制。