基于生態適宜性分析框架的麗水植物園生態景觀林空間規劃研究

呂超鵬　胡紹慶　胡廣

摘要：傳統景觀林規劃方法已不能滿足大眾對生態景觀林功能多元化的要求?；邴愃参飯@山地環境的多項參數，采用GIS空間分析、聚類分析等方法對場地生態適宜性，即生態敏感性和生境質量進行分類評價，根據分析結果進行生態景觀林空間初步規劃。結果顯示：麗水植物園按照生態風險等級可分為5類敏感性區域，按生境差異則劃分為7種生境類型。結合生態適宜性分析結果，對基于突出植物保護、公眾教育及森林康養3個不同的功能指向性規劃目標，按照不同的要求進行空間疊加、重分類和整理，分別進行生態景觀林空間規劃，并針對性推薦部分造林樹種。

關鍵詞：生態景觀林;生態適宜性;GIS;聚類分析;空間規劃

中圖分類號：TU986

文獻標志碼：A

文章編號：1671-2641（2021）05-0058-08

收稿日期：2021-01-25

修回日期：2021-04-22

Abstract： The traditional planning method of landscape forest cannot satisfy the publics requirement for diverse ecological functions. Based on the quantitive environmental parameters of Lishui Botanical Garden， GIS spatial analysis， cluster analysis and other methods were used to classify and evaluate the ecological suitability analysis， involving ecological sensitivity and habitat quality of the site， which were applied to guide the spatial planning of ecological landscape forest. The results showed that according to the ecological risk level， Lishui Botanical Garden was divided into five types of sensitive areas， and according to the habitat differences， it was divided into seven types. Combined with the results of ecological suitability analysis and spatial superposition according to different requirements， the spatial planning and afforestation tree species selection of ecological landscape forest can be carried out respectively based on three different functional scenarios of highlighting plant protection， public education and forest health rehabilitation and recreation.

Key words： Ecological landscape forest; Ecological suitability; GIS; Clustering analysis; Spatial planning

生態景觀林是指依據生態學和美學理論進行營造，集生態保護和環境美化功能于一體的一種森林類型[1～2]。近年來，林業及生態學領域的學者對于生態景觀林的研究不斷深入，目前的研究方向集中在生態景觀林的生態功能效益、景觀體系、質量評價、色彩量化與配置及營造技術等方面[3～9]。現有的生態景觀林規劃設計延續傳統林業的造林方法，相關空間規劃和樹種配置一般基于造林地的整體地貌特征以及造林樹種本身的生理學和生物學特性，而對造林地的具體地形指標、土壤養分等環境和生態條件，以及造林地的地質和生態風險缺乏必要的調查和量化分析，無法對造林地的空間差異有一個全面和細致的認知，導致部分生態景觀造林工程缺乏必要的客觀數據和科學依據，無法較好地發揮其生態功能。同時，隨著城市居民對于生態旅游和自然教育熱度的不斷提升，生態景觀林也逐漸從單純的生態保護功能林地，向具備教育、科研、休憩、康養和環境保護等多功能的綜合性林地發展。如何在保持基本生態功能的基礎上融合多種功能，也是傳統林業規劃面臨的一大挑戰。

為彌補傳統景觀林規劃方法的不足，滿足大眾對生態景觀林功能多元化的要求，本研究以麗水植物園生態景觀林規劃為例， 引入國土規劃和土地整治等大尺度空間規劃中廣泛應用的生態敏感性評價方法[10～11]，來勾畫小尺度造林地上的生態安全格局?？紤]到生態敏感性評價在生境質量分析上的相對不足，而生態景觀林規劃中的植被配置卻受到場地生境質量的限制，本研究在常規的生態敏感性評價基礎上，增加了群落與景觀生態學中的生境類型分類方法[12～13]，來描述造林地生境條件的空間分布差異，最后將上述兩種獨立分析方法整合形成生態適宜性分析框架，來指導生態景觀林的空間規劃，并利用分析結果，對不同規劃目標下的生態景觀林進行差異性的空間初步規劃與植物配置設計，以期為今后的多功能生態景觀林建設提供參考。

1研究區概況

麗水植物園（119°53′39.95″E，28°28′13.40″N）占地面積約16 hm2，位于浙江省麗水市區的西北部，白云山森林公園的南山麓。其東臨教工路及五里亭水庫，南接城北路，西面為山麓，北靠北環路及聯花路（圖1）。園區內植被由于長期處于科學實驗和經營活動中，原生植物群落已完全消失，次生植被主要有馬尾松林、濕地松Pinus elliottii林、竹林、人工針闊葉混交林和經濟林等。園區內地形復雜，環境多樣，森林植被優劣不齊，土層瘠薄處的樹木普遍生長不良、矮化及衰老，同時經濟林棄荒形成了荒山等。

2研究方法

通過生態敏感性評價和生境類型數量分類兩種獨立分析過程，分別對目標地域進行空間制圖，最終整合成生態適宜性綜合分析，來指導生態景觀林規劃（圖2）。

2.1數據采集

基于管理單位提供的研究區測繪信息獲得地形數據，在對研究區植被全面踏查的基礎上記錄不同植被類型的分布情況。采用100 m×100 m的經緯線將麗水植物園地形圖進行網格化處理，利用ArcGIS計算各網格地形特征數據。在每個網格中心點半徑5 m范圍內采集土壤樣品，同步進行GPS坐標定位，在實驗室中測定土壤樣本中的有機質、pH值、速效磷、速效氮及速效鉀等指標[14]。有機質測定采用重鉻酸鉀容量法;pH值采用便攜式pH計測定;速效磷采用Olsen-P法測定;速效氮采用堿解擴散法測定;速效鉀采用NH4OAC浸提-火焰光度法測定。為了解整個研究區土壤因子空間分布情況，通過ArcGIS軟件克里金插值法計算生成各土壤理化因子的空間連續分布情況。

2.2數據分析

2.2.1生態敏感性評價

1）評價因子選擇

景觀尺度的生態敏感性相關評價因子一般涉及自然、人文等多方因素[15～16]?？紤]到小尺度空間環境數據的代表性和測量便利性，本研究選取高程、坡度、坡向、地形位指數、水體及植被類型6個與林地地質和生態風險聯系密切的環境因子，進行生態敏感性評價，并依據《生態功能區劃暫行規程》中的劃分標準[17]，將各環境因子的生態敏感性劃分為不敏感、低敏感、中敏感、高敏感及極度敏感5個等級（表1）。

2）因子權重確定

運用層次分析法確定不同環境因子在生態敏感性分析中的權重[18]：

3）生態敏感性綜合評價

根據各評價因子實測數據及權重，在ArcGIS中運用空間疊加功能對所有評價因子柵格數據集進行加權疊加，并結合自然斷點法進行分級，最終生成研究區生態敏感性綜合評價[19～20]。

2.2.2生境類型分類

為了規避不同分析方法的缺陷，選擇數量聚類和空間聚類兩種獨立的空間分組方式，對場地的生境質量差異進行分析，并在考慮場地的實際條件基礎上，整合兩種分析方法得到的結果，得到更為合理可靠的生境類型空間分布格局。

1）生境因子選擇

選取地形地貌、土壤養分條件等與植物生長相關的生境因子，根據各生境因子的實際情況進行等級劃分（表2）。為保持各生境因子量綱的統一，運用SPSS軟件Z-score標準化方法進行標準化處理[21]。

2）數量聚類分組

數量聚類按照目標數量特征將研究對象進行分類，使同一集合內的元素具有較高的同質性，而不同集合之間則盡可能保持高的異質性。選擇數量聚類中的K-均值聚類方法對研究區進行生境類型初步劃分，并根據各生境因子分級標準對聚類分析數據進行解譯，明晰各組別生境質量特征。

3）空間聚類分組

空間聚類選擇ArcGIS 10.5軟件中的空間分組分析功能，利用非監督機器學習方法，根據造林地的環境屬性和空間約束對生境因子進行聚類分組，識別出生境特征差異明顯的空間分區。

2.2.3生態景觀林規劃

1）初步空間規劃

基于目前生態景觀林常見的功能類型，設定了分別以植物保護、自然教育和森林康養為主要發展方向的3種獨立的規劃目標，并分別按照各目標的功能性需求，結合生態敏感性評價與生境類型分類結果，對麗水植物園場地進行指向性的空間疊加、融合和重組，設計滿足規劃目標需求的空間規劃初步方案。

2）植物配置

遵循“適地適樹”原則，結合生境類型分類結果，針對不同空間規劃分區推薦適宜的生態和景觀樹種。

3結果與分析

3.1生態敏感性分析

3.1.1單因子評價

1）高程

研究區地形整體為低山丘陵地貌，整個地塊高程為70～210 m（圖3-a）。高程因子的生態敏感性以中敏感和高敏感（126～168 m）為主，面積占比達57.64%。極度敏感區（>168 m）占比為11.35%，主要分布在研究區中部。高程在敏感性分析中的權重僅占8.15%，對生態敏感性的空間分布格局影響較小。

2）坡度

研究區坡度總體以陡坡為主（圖3-b）。坡度>25°的區域面積占比為58.3%，是植被生長的限制區，人工造林難度較大。坡度<15°的區域面積占比 20.64%，是景區開發建設的主要區域。坡度在生態敏感性分析中的權重占21.00%，是進行空間規劃時需要特別關注的地形指標。

3）坡向

研究區坡向以東南和西南為主（圖3-c），兩坡向面積共占比 58.16%，其他坡向面積相差不大。坡向權重僅占5.23%，對該區域的空間規劃影響較小。

4）地形位指數

盡管規劃區域高程落差較小，但是地形起伏較為明顯（圖3-d）。地形位指數分布在0.5～0.69的區域面積占比58%，空間分布比較分散;地形指數在0.69～0.9的區域面積占比為 19.52%，主要分布在中部地勢相對較高的區域。地形位指數在敏感性分析中的權重占34.00%，說明地形起伏程度是影響該區域生態敏感性的最重要指標。

5）距水體距離

研究區內水體面積不大，主要集中在西部區域（圖3-e）。研究區大部分區域離水體較遠，距離>100 m的區域面積占比達到了 84.93%;離水體距離<20 m的區域面積占比僅為2.14%。盡管區域內水源較少，但距水體距離的權重占20.39%，說明水體分布是該區域進行空間規劃時需要考慮的重要指標。

6）植被類型

研究區內植被類型較單一（圖3-f），主要為無林地和針葉林，故生態敏感性以不敏感和中敏感為主，兩者面積相差不大，共同占比 68.75%。闊葉林主要為經濟林木良種及珍稀樹種種質資源，分布在研究區西部，為極度敏感區，面積占比15.31%。植被類型權重占11.23%，對區域生態敏感性具有一定影響，但是區域內林地質量總體較差，敏感性低，在保護高敏感植被的基礎上，需要進行一定程度林地質量的改造和提升。

3.1.2生態敏感性綜合評價

研究區用地以高敏感區為主，面積占比達到了34.52%，中敏感區和極度敏感區面積相差不大，不敏感和低敏感區面積占比為 19.61%（圖4）。極度敏感區主要分布在研究區中部，屬于地質風險和生態脆弱性高的區域，較易受到人類活動的影響，應進行嚴格的保護和管理，側重對現有植被與鄉土特色植被的恢復與保護。中度敏感區和高度敏感區在研究區中分布最廣，主要分布于山體中下坡，是整個植物園在垂直視線上的主要觀賞面。該區域生態較脆弱，需加強生態保護，進行有限開發。不敏感和低敏感區主要分布在研究區西北和東南部，地勢相對平坦，主要為無林地，分布在山體下坡位和溝谷區域，生態環境保護壓力小，可以進行多用途開發利用。

3.2生境類型的空間分布格局

3.2.1生境類型數量與空間分組

基于地貌和土壤條件因子，通過數量聚類分組和空間分組兩種途徑，對麗水植物園場地進行初步分組。通過K-均值聚類分析生成生境類型數量聚類分區圖（圖5），將場地分成10組。選擇與聚類分析相同的生境因子，利用ArcGIS的空間分組功能，生成生境類型空間聚類分區圖（圖6）。數量聚類體現了場地各區域理化環境條件的差異，但是各種自然和人為干擾造成的分組結果在空間上的表現過于破碎化，不利于場地的空間規劃。而空間聚類則強調了空間約束性，各分區相對集中，但是一些特異的生境類型信息往往在空間聚類過程丟失。同時進行數量和空間分類，并根據場地實際情況進行分類結果的融合，可以綜合兩種聚類方法的優點，減少誤差。

3.2.2生境類型空間分布格局

疊加數量和空間聚類分析圖，并依據場地的具體條件進行合并或調整，生成最終的7組生境類型（圖7，表3），代表該地區生境質量的空間差異分布。

3.3生態適宜性分析框架對空間規劃的指導

生態適宜性分析框架綜合了體現場地生態風險和環境脆弱性等級的生態敏感性評價，以及體現生境質量差異性分布的生境類型空間分布格局分析。生態敏感性評價提供了場地的基本生態安全格局，可以據此來判斷不同空間的保護策略和開發建設程度;而生境類型則對場地生境質量的空間差異分布進行了基本描述，可以用來指導功能性植被的空間規劃。

基于上述預設的3種獨立規劃目標，按照目標的基礎功能要求對生態適宜性框架中的兩種分析結果分別進行初步的重分組（表4），然后進行空間疊加，之后根據場地實際情況進行空間整理（即在疊加過程中產生的小面積破碎化斑塊與周邊大斑塊進行融合），最終獲得更為科學、合理的生境景觀林空間規劃（圖8）。

3.3.1突出植物保護的生態景觀林空間規劃

結合自然保護區和植物園的空間需求，將麗水植物園劃分為4個區域。其中，核心保護區主要用于珍稀瀕危植物和當地特色生態系統的保護，因此將其配置于植物園的中部和北部生態極度敏感區及相鄰的同類型生境，占地面積約8 hm2，主要為山頂和山脊。該區域在原則上盡量避免進行人為干擾和開發，僅設置一些管理道路、監測設備和防火設備。科研實驗區主要用于保障特殊種質資源以及科研實驗，對具有重要科研價值的優良種質資源進行收集保存和異地保護，需要較平緩的場地進行保護性苗圃建設，同時采取一定的保護措施。因此將其配置于南部的生態高敏感區及相鄰的同類型生境，占地面積約1.4 hm2，主要為緩坡山脊，現狀保存有藥用植物、珍稀植物等種質資源。該區域可建設一些必要的實驗設施和種質資源苗圃，限制其他旅游開發和建設行為。分類展示區主要規劃用于展示麗水、浙南以及華東其他地區特色植物，將其配置于西北部和東部的生態中敏感區及相鄰的同類型生境，占地面積約4.9 hm2，主要為山谷。該區域可規劃巖生園、濕生園、溫室等多種景觀，充分利用山坡，構建多層次且物種豐富的植物群落。服務區主要用于旅游基礎設施建設，因此將其配置于西部和東部生態低敏感區及相鄰的同類型生境，占地面積約1.7 hm2，主要為山谷。該區域生態環境保護壓力小，地勢平坦，可以進行多用途開發利用。

3.3.2突出公眾教育的生態景觀林空間規劃

基于突出公眾教育的規劃目標，將麗水植物園劃分為4個區域。除與上述基本相同的服務區外，森林體驗區主要用于游客沉浸式體驗的森林漫步及親水空間，對原生植被和地貌干擾較少，因此將其配置于植物園的西部生態中、高敏感區及相鄰的同類型生境，占地面積約8.3 hm2，主要為山脊。該區域可著重打造季相分明的植物景觀，建設最低限度的服務設施，且可充分利用區塊內水資源，打造親水空間。自然教育區主要用于植物專類園建設，展示植物文化，因此將其配置于植物園的北部和東部生態中敏感區及其相鄰的同類型生境，占地面積約2 hm2，主要為山谷地貌。該區域可結合宣傳標識牌、云講解、植物文化體驗等多種形式進行自然科普教育。觀景區主要規劃用于保護當地特色植被，同時在場地視線制高點處適當建設生態觀測兼觀景平臺，監測森林火災等自然災害的情況，以及展示植物園整體景觀風貌，因此將其配置于植物園中部生態極度敏感區及其相鄰的同類型生境，占地面積約4 hm2，主要為山頂及海拔較高的山脊。該區域生態脆弱性高，可補植部分色葉樹種，同時要注重原生植被的恢復與保護，排除各種人為干擾。

3.3.3突出森林康養的生態景觀林空間規劃

基于突出森林康養的規劃目標，將麗水植物園劃分為4個區域。除基本相同的服務區外，森林保護區以實現就地保護與生態恢復現有植被為主要目的，因此將其配置于植物園的西北部和東部生態極度敏感區及相鄰的同類型生境，占地面積約7.8 hm2，主要為山頂和山脊。該區域作為整個區域的自然生態基底和潔凈水源的來源，嚴格限制旅游開發和建設行為。森林療養區主要用于開展森林療養活動，因此將其配置于植物園的中部和南部生態中敏感區及相鄰的同類型生境，占地面積約4.2 hm2，主要為山脊和山谷。該區域水體貫穿其中，環境幽靜，可配置具有保健功能的樹種。登山徒步區主要規劃設置登山步道，可滿足登山愛好人士的需求，因此將其配置于植物園的北部和南部地貌豐富的生態高敏感區及相鄰的同類型生境，占地面積約2.3 hm2，以山脊和山谷為主。該區域在建設過程中需盡量減少對環境的干擾，注意植被的保護和恢復。

3.3.4對植被配置的指導建議

基于不同規劃目標及不同空間分區，遵循“適地適樹”原則，分別推薦部分適合當地氣候和生境條件的生態景觀林樹種（表5）。

4總結

生態適宜性分析框架綜合了體現場地生態安全格局的生態敏感性評價，以及體現生境條件空間差異性分布的生境類型空間制圖。通過嚴格設計的標準化數據采集方法和地理空間統計分析，突出場地局部空間的最大差異，可以更科學合理地指導生態保育和景觀空間規劃。本研究從麗水植物園的生態安全格局和生境條件差異入手，在生態敏感性評價結果和生境類別空間制圖的基礎上，通過空間重分組及空間疊加進行生態適宜性分析，并基于突出植物保護、公眾教育及森林康養3個不同規劃目標的基本功能需求，展示生態適宜性框架在生態景觀林空間規劃分區中的具體應用，且有針對性地推薦部分適宜樹種，為多功能生態景觀林的功能空間規劃和植物配置設計提供一定的技術借鑒。

傳統的景觀林規劃方法，往往通過局部獲取的數據對整體場地進行估計，在細節設計上具有優勢，但是在整體規劃方面缺乏實證，容易造成一定偏差。而本規劃方法最突出的優點即克服了這一問題，提供了一個對場地理化環境和生態條件進行整體可視化展示，同時突出空間異質性分布的技術框架，可以幫助林業規劃設計師和生態學家全面充分了解場地的情況。其次，通過空間分析和數量統計方法對場地情況進行分析，可以避免不同林業規劃設計師由于學術背景和個人喜好的差異帶來的主觀誤差，為景觀林的規劃提供更加科學、客觀的基礎空間格局數據。同時，隨著數據采集技術的快速發展，進行場地前期調查時往往可以獲得大量的經濟、社會和環境大數據，在此類涉及大量參數的場地信息分析時，引入空間統計方法進行數據分析，可以快速發現場地空間上的最大差異，提高規劃效率。分析過程中場地信息的空間數據化，也為后期具體設計和建模提供了基礎信息。最后，該分析方法的數據可視化基于ArcGIS的主題圖層，根據不同的規劃要求和目的，可以進行模塊化的組合疊加，適用于多種場景，具有一定的應用性和普適性。通過生態適宜性分析框架得到的空間規劃是一個僅考慮了生態條件的初步規劃，仍需要根據場地的社會、經濟、文化、交通條件和規劃目標的功能需求進行深入的細化。但是本分析框架為場地的最終規劃提供了一個生態空間格局的模板，對于以生態功能為主導的生態景觀林，乃至其他類似場地，均具有較好的規劃輔助功能。

隨著“花園城市”建設理念的推進，以及城市居民對于人居環境要求的不斷提高，具有多種復合功能的生態景觀林建設需求，對傳統的林業規劃提出了挑戰。在傳統規劃方法基礎上，結合場地環境風險評估和生境質量分析的生態適宜性技術框架，既可以識別生態高敏感區域，又可以為不同植物的生境需求提供空間定位，在滿足生態景觀林的多功能要求基礎上，將功能開發約束在環境承載范圍內，實現生態景觀林的可持續發展。

注：本文圖片均為作者自繪。

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作者簡介：

呂超鵬/1994年生/男/安徽安慶人/碩士研究生/浙江理工大學（杭州 310018）/專業方向為城市景觀植物

胡紹慶/1960年生/男/浙江蘭溪人/碩士/杭州園林綠化股份有限公司（杭州 310018）/教授級高級工程師/研究方向為園林植物資源與觀賞植物育種

胡廣/1983年生/男/浙江溫州人/博士/浙江理工大學（杭州 310018）/副教授/研究方向為景觀生態學