山地風景林分類策略及其應用領域?

穆艷霞 王 錦 張 喆 林文月

西南林業大學園林園藝學院 昆明 650224

對山地風景林進行科學分類是有效保護和合理利用森林資源的前提[1]， 是實現山地風景林多種經營的重要基礎， 也是進一步構建山地風景林理論體系和深入開展山地風景林結構分析、 功能評價、 規劃設計、 建設經營等綜合研究的先決條件。 然而， 目前山地風景林的分類方式、 方法、適用尺度和應用領域區別較大， 各分類體系缺乏可比性和普適性， 不利于山地風景林同類型研究的相互借鑒。 系統梳理已有的分類方式及其應用領域， 總結分類方法， 構建山地風景林分類綜合體系， 有助于深化對山地風景林類型特征的認識，并可為后續研究中合理地分類決策提供參考。

1 山地風景林概念

山地風景林的概念由“山地” 和“風景林”兩部分組成。 “山地” 屬于地理學概念， 鐘祥浩等[2]提出山地指陸地上擁有一定的海拔高度、 相對高度和陡度的高地及谷地復合類型的地域。“風景林” 的概念最早在1977 年由Arthur[3]提出，指具有較高美學價值并以滿足人們審美需求為目標的森林的總稱。 目前， 國內外對于“風景林”的認識主要分為3 種: 第1 種強調視覺審美功能[3－4]； 第2 種強調游憩功能[5]； 第3 種是在公眾觀賞游憩等需求的基礎上， 還考慮環境美化、 生態維護等綜合功能[6]。 本文認定的山地風景林為:位于山地或具備山地特征的地域上， 具有一定規模， 以景觀觀賞、 游憩為主要功能， 兼具生態、防護等綜合功能的森林群落。 有學者提出山地型風景林[7]、 山地坡面風景游憩林[8]等概念， 其內涵與山地風景林實為一致。

2 山地風景林分類

山地風景林受人類影響較大， 其樹種組成、分布格局、 動態變化有別于自然森林， 且包含其他非林分組成要素(道路系統、 服務小品等)，因此， 山地風景林分類與傳統森林植被分類[9]有一定差異。 同時， 山地風景林所處區域空間差異較大， 致使其氣候、 植被等各不相同， 且基于不同研究目的， 選取的尺度也不盡一致， 使其分類具有多樣化指向性。 本文根據氣候區、 植被生境、森林景觀異質性、 建設經營4 種分類依據， 結合宏觀(內陸、 國家、 區域、 省、 市、 縣等)、 中觀(某一特定山地風景林經營區域) 和微觀(內部特征大體一致， 與鄰近地段有明顯區別的植物群落， 即林分) 尺度分異， 評述現有山地風景林的分類方式及其應用領域。

2.1 依據氣候區分類

宏觀尺度上， 氣候分異產生的 “三向地帶性” (緯向、 經向、 垂直) 是傳統森林分類的重要依據， 山地風景林氣候區分類借鑒其成果用于宏觀綜合發展規劃， 為保護利用森林資源提供依據。 有研究按氣候帶將中國森林劃分為寒溫帶針葉林， 溫帶針闊混交林， 暖溫帶落葉闊葉林， 亞熱帶常綠闊葉林和熱帶、 亞熱帶雨林季雨林5類[10]； 另有研究在此基礎上增加青藏高原高寒植被， 刪除亞熱帶雨林季雨林[11]。 隨著研究的深入， 有學者在氣候區帶大框架下， 從森林生態系統的角度劃分中國森林為7 類[12]， 即溫帶針葉林， 溫帶針葉－落葉闊葉混交林， 溫帶落葉闊葉林， 亞熱帶常綠闊葉林(含常綠闊葉－落葉闊葉混交林， 硬葉常綠闊葉林， 竹林)， 亞熱帶山地、亞高山針葉林及針葉－闊葉混交林， 熱帶季雨林(含紅樹林、 珊瑚島常綠林)， 以及熱帶雨林。 不過， 目前我國森林氣候區分類尚無被廣泛認可的標準， 區劃界定存在地域交叉， 因此， 以傳統森林氣候分類為參照， 建立山地風景林氣候區分類系統， 并實現三維空間落實有待繼續研究。

2.2 依據植被生境分類

目前植被生境分類在宏觀尺度多依托于傳統森林植被分類， 在中、 微觀尺度則形成了針對山地風景林的分類。 植被生境分類有助于正確認識宏觀、 中觀尺度的植被生境特征和演變規律[13]，預測植被類型[14]； 在中觀、 微觀尺度主要研究山地風景林的群落生態特征[15]， 及其與公眾審美[16]， 視覺[17]， 生理、 心理的響應機制[18]和游憩適宜性[19]等功能。

宏觀尺度的分類依據主要有2 種。 一種是植被: 國家尺度上， 我國依據植被類型完成《中華人民共和國植被圖(1 ∶1 000 000) 》 并不斷補充更新[20]； 城市尺度上， 有研究按照植被類型、群系組、 群系、 群叢4 級系統進行分類[21]。 另一種是植被與生境: 國家尺度上， 美國按照地貌特征和植被區系劃分出8 個等級， 建立一個持續更新的國家植被類型數據庫[22]； 區域尺度上， 有植被類型、 海拔、 坡向、 坡度和土壤等分類指標[14]； 省域尺度上， 有學者依據植被特征和氣候、 溫度、 土壤、 雨量等因子劃分福建省植被，并選出適于培育風景林的主要鄉土觀賞樹種[1]。

中觀尺度的分類依據與宏觀尺度類似， 一種以植物組成進行精細分類[13]； 另一種以植被與生境分類， 具體有植被類型、 密度、 地貌[17]、 樹種、土壤、 濕度、 有效光照和干擾動態等指標[23]。

微觀尺度劃分依據有林分結構、 林分與生境2 種。 按照林分結構分類主要有林齡[24]、 林分密度[25]、 樹種組成[26]等(表1): 日本學者按照生活型將林床景觀分為草本型、 自然草本型、 花木型和雜木型4 類[27]； O'Hara 等結合林木生長過程和林貌空間結構劃分為初生稀疏型、 競爭開敞型、競爭郁閉型、 下層復育型、 未成熟多層林、 成熟多層林和成熟單層林7 類[28]； 此外， 有研究根據林分整體物種多樣度、 樹種豐富度等指標進行物種多樣性分類[16]。 按照林分與生境分類主要依據有地質地貌、 植物種類與演替規律等[19]。

目前山地風景林的植被生境分類在宏觀尺度還很欠缺， 而中、 微觀尺度在具體分類指標選取上尚不全面系統， 有待整合與探索， 且不同分類尺度間的銜接性研究也比較欠缺， 不利于全尺度分類體系構建。

表1 植被生境微觀尺度分類

2.3 依據森林景觀異質性分類

森林景觀異質性分類是基于景觀生態學原理，以森林生態系統為主體， 根據景觀異質性確定其組成要素及空間分布格局[29]， 受到自然地理、 經濟社會等因素的綜合影響。 山地風景林森林景觀分類主要涉及宏觀和中觀尺度， 在具體指標選取上受到一定傳統森林植被分類影響， 其分類結果是研究山地風景林景觀格局、 生態功能、 動態變化過程的基礎[29－31]， 同時也為規劃建設經營提供理論與技術支持[32－33]。

宏觀尺度為多因素綜合分類。 一是內陸尺度，Gond 等根據多光譜影像和植被數據、 野外觀測數據和環境調查數據區分南美洲Guiana 次大陸森林景觀類型[30]。 二是國家尺度， 有學者建立景觀尺度層、 景觀基質層、 景觀結構層、 景觀功能層4級系統， 提出中國森林景觀分類標準和分類體系[34]。 三是區域尺度， 分類依據有植被類型、 氣候、 地形地貌和土壤等[31，35]。 四是省域尺度， 有植被類型、 演替序列、 潛在植被類型、 物種遷徙、生物入侵、 植被與環境相關性和生產管理需要[36]等指標。 五是城市尺度， 有學者依據林地類型、植被類型、 優勢樹種等建立4 級分類數據庫， 并結合海拔、 坡度、 坡向、 坡位等環境因子形成環境耦合的多尺度分類系統[37]。

中觀尺度同樣采用多因素分類， 具體有2 種分類方式。 一種是經營分類， 有學者提出3 級分類系統[38]， 分別以地類、 外貌特征和經營管理方式、 優勢種群落類型為分類依據； 另一種是景觀格局與生態過程分類， 有地貌、 起源、 齡組[32]、土地覆蓋類型、 森林演替階段和功能斑塊類型等指標[33]。

森林景觀異質性分類可以彌補較大尺度主要參照傳統森林植被分類造成的局限性， 為多維度分類提供新的思路方法， 但在微觀尺度分類研究、 分類結果的精度性和實效性、 社會性分類指標與自然性分類指標的綜合分析等方面仍有所欠缺。

2.4 依據建設經營分類

山地風景林建設經營分類適用于宏觀尺度綜合規劃制定， 以及中觀、 微觀尺度功能布局、 建設提升和經營管理。

宏觀尺度分類主要體現在城市層面， 依據上位規劃進行功能布局和類型劃分[39]。

中觀尺度主要有總體布局和具體區劃2 種分類方式。 總體布局多考慮主導功能、 空間結構等因素[7]； 另有按建設方式[7]分為新造式、 改造式， 按人類活動影響程度[40]分為管理式、 自然式， 以及按保護級別[1]分為核心保護、 重點保護、 一般保護等類型。 具體區劃主要依據分區功能和經營目的分類， 如以經營方向和集約程度劃分主功能區， 以功能區界、 林種、 地類劃分林班， 以物種組成、 土地類別、 景觀游憩方式、 權屬、 起源劃分小班， 建立區劃系統[41]；此外， 還有將游客的空間視域感知程度與功能定位、 植被分布、 森林起源、 立地條件等進行疊置分析來分類[42]。

微觀尺度的分類依據主要有美學措施[43]、 撫育措施[44]和多重功能[1，4－5](表2)。 近年來， 以視覺和游憩特征、 植物多樣性、 經營方式、 林分景觀結構等因子[45－46]綜合分類趨勢明顯。

建設經營分類直接針對山地風景林進行， 實踐性較強， 但主要為定性分類， 存在主觀性較強、分類項目和類目不統一不全面、 宏觀尺度的綜合規劃缺乏、 可比性與普適性不足等問題。

表2 建設經營微觀尺度分類

2.5 分類方法

山地風景林分類方法主要有定性、 定量2 種。定性分類的等級系統簡單、 結果直觀， 主要用于氣候區分類、 植被生境微觀尺度分類、 少量森林景觀異質性分類以及大部分建設經營分類。 定量分類更具科學系統性， 且能實現多尺度精確性空間銜接和落實， 主要在宏觀、 中觀尺度的植被生境分類、 森林景觀異質性分類中運用， 主要包括數據獲取和解譯、 分類數據庫建立、 等級構建與類型歸并3 個步驟。 1) 數據獲取和解譯是用ENVI、 PCI Geomatica、 eCognition、 ArcGIS 和MapInfo[24，29]等軟件， 對遙感影像和相關數據進行預處理和數字化。 2) 分類數據庫構建是對分類因子進行篩選并對應到分類空間單元的過程， 主要用到人工神經網絡[13]、 非度量多維標度[16]、線性判別分析[30]、 去趨勢典型對應分析[36]、 支持向量、 決策樹[24，31]、 隨機森林[14]、 最大似然監督分類[33]等方法。 3) 等級構建與類型歸并主要用到主成分分析和聚類分析[1]。 此外， 建設經營分類中逐漸用到定量方法， 如在中觀尺度引入空間視域分析[42]， 另有基于微觀尺度景觀照片， 通過ArcGIS 和Fragstats 軟件提取斑塊指數， 并結合聚類分析、 ANOVA 分析[46]劃分林內景觀。

3 分類綜合體系構建

山地風景林分類綜合體系構建應借鑒植被分類原則， 以傳統森林植被分類成果為基礎， 以景觀游憩功能為導向， 同時需考慮生態維護、 社會文化需求， 以及苗木培育供應、 經營管理等因素。具體構建時， 可首先從宏觀尺度依據氣候區、 植被生境、 森林景觀異質性、 建設經營(宏觀規劃) 多維指標進行分類， 將各種分類結果進行空間疊加， 重疊交界線最多的地域可作為這一尺度的分類區間， 再結合實際進行比選， 最終得到最優分類決策模型。 同理依次構建中觀、 微觀分類決策模型， 該過程也可由微觀至中觀、 再到宏觀尺度， 根據差異程度逐級聚集成分類綜合體系。此外， 不同尺度的分類維度指標存在差異， 即使某一維度可以貫穿多個尺度， 其在不同尺度上的具體特征和指標仍有所側重， 且各分類方式、 分類維度在不同區域的閾值選擇與影響力也有差異。所以， 在實際構建時， 應為動態指標選擇預留空間， 以便調整優化。

4 問題與展望

目前山地風景林分類內容龐大、 分類方式多樣、 覆蓋領域較為全面， 但在普適性、 科學性、動態性等方面仍存在不足: 一是分類區域呈零星點狀分布， 不同分類方式、 分類系統缺乏可比性和普適性。 二是分類方法以定性居多， 定量分類尚處于初期探索階段， 缺乏量化細分基礎與多尺度空間落實。 三是分類結果應用檢測與動態調控機制尚未建立， 不利于分類適用性的持續更新提升。

山地風景林作為森林生態系統， 是具有等級結構的層次系統， 這種等級層次與其所處的尺度密切相關， 不同層次、 不同尺度的生態系統具有不同的組分、 格局、 動態過程和發展機制[43]； 而作為社會服務系統， 其多重功能和經營管理也因層次、 尺度差異而不同。 今后在山地風景林分類時應考慮這兩種屬性間的耦合效應: 首先， 多尺度、 多維度全面調查山地風景林資源現狀； 其次，明確山地風景林在氣候區、 植被生境、 森林景觀異質性和建設經營4 種維度的分類指標與宏觀、中觀、 微觀尺度的空間對應和類型差異， 建立全尺度分類格局與多維度、 多層次分類數據庫； 再次， 需考慮其他干擾因素， 形成應用檢測與動態更新機制； 另外， 將景觀生態學、 統計學、 3S 技術、 計算機技術等理論和方法運用到分類中， 以求形成系統全面而普遍適用的山地風景林綜合分類系統， 為后續研究實踐提供基礎支撐。