基于GIS技術的梅嶺國家森林公園景觀生態敏感度評價

余 磊，劉 牧，張綠水

(江西農業大學 園林與藝術學院，江西 南昌 330045 )

1 引言

隨著現代社會的進步以及文化的發展，城市類型的人工環境和狹小空間已經不能滿足城市居民的生活需求。森林公園具有觀光旅游、休閑娛樂、生態康養等獨具特色的服務功能，是現代城市居民所喜愛的靜謐之所，能夠放松身心，放空自我。

自1982年設立張家界國家森林公園開始，到2021年底，我國已經擁有了881個國家森林公園。森林公園的開發與利用，必然給森林公園的生態環境和可持續發展帶來嚴峻考驗。對于森林公園景觀生態敏感性體系的出現，既是體現了人類活動的生態敏感度在自然生態資源中的重要性評價，也是對森林公園中生態單元的恢復能力進行了評價。歐陽志云指出：生態環境敏感性中有關于環境問題難易程度的大小以及其研究區域呈現問題的可能性，都從側面反映出人類的干擾程度會導致自然環境的變化程度[1]。薛紀渝提出，脆弱生態環境的特征中包括了景觀生態敏感度，如果敏感度越強，則表示環境越脆弱[2]。

1967年Mc Harg教授撰寫的《DesignWith Nature》中首次提出將區域生態適宜性分析與生態敏感性評價的模型建立相結合，并且此書被視為國外生態敏感性研究的開端[3]，而國內有關于生態敏感性研究主要從20世紀末開始。首先在生態敏感性評價方法方面：尹海偉等(2006)利用GIS結合因子等權疊加法對生態敏感性進行分析[4]；胡磊等利用5個因子結合因子疊加法和層次分析法去對生態敏感性進行空間分析[5]。其次在生態敏感性研究的尺度方面：Goyal RK以印度區域干旱的蒸發程度分析出全球氣候變化會改變其敏感性[6]；李霞等空間生態敏感性評價方法對區域生態環境的演化趨勢進行探究[7]。最后在生態敏感性評價的應用方面：許維卿等對村級土地資源所能承載的能力利用生態敏感性評價的應用進行研究[8, 9]；祝玲等將生態系統服務價值以及生態敏感性的研究構建生態安全格局以及優化體系[10]；易丹等借助CA-MarKov模型和生態敏感性評價應用對平原型城市開發邊界進行模擬[9]。

本文旨在對梅嶺森林公園生態敏感區進行等級分類，從而找出其中最自然、最脆弱的區域作分析評價，并且在保護高敏感區的同時，也要對低敏感區進行合理的開發與利用。建立科學有效的森林公園景觀評價體系，能夠正確、客觀地了解景觀的本質特征，從而更好的反映出景觀資源開發利用的適宜程度，成為使森林公園合理開發和可持續利用的基礎。而景觀敏感度的分析與評價是作為森林公園自然資源能否合理開發與利用的重要依據，通過分析景觀視覺敏感度去改善森林公園，在森林公園規劃設計過程中，實現從傳統模式向科學化、生態化模式的轉變。

本研究以梅嶺國家森林公園為研究對象，在對森林公園的高程、坡度、坡向和水文四大因子單獨評價的基礎上，將四大因子疊加形成綜合評價，以此為基礎提出了森林公園景觀規劃與開發利用策略，以實現梅嶺國家森林公園的科學布局和可持續發展。

2 研究對象與方法

2.1 研究對象

南昌梅嶺國家森林公園作為本次研究對象，地處南昌市的西北郊區域，距離南昌市中心為15 km，因地處南昌城區之西，歷史上也被稱為西山。森林公園東接南昌市區，南臨新建區，西接鄱陽湖，北依廬山，地理坐標為115°37′～115°49′E，28° 40′～28 °50′N[11]，總面積達36134.6 hm2，而森林覆蓋率甚至高達73.94%[12]。森林公園中的植被類型主要由針葉林、闊葉林、竹林、灌叢以及灌草叢組成，并且2018年梅嶺曾獲“江西省示范森林公園”榮譽稱號，同時也是中國古典音樂和道教智慧的發源地。梅嶺國家森林公園地勢大多以平原為主，平均海拔約48.5 m，相對而言東南較為平坦而西北卻山脈連綿。公園內年平均氣溫保持在14.5～17.6 ℃左右，普遍低于南昌城區1.0～2.5 ℃；年平均氣溫為17 ℃、平均相對濕度約70%～80%、年降水量為1730～1950 mm，氣溫四季分明，冬寒夏涼，屬亞熱帶季風氣候。

2.2 研究方法

首先，對梅嶺森林公園衛星圖像的數據利用遙感圖像處理的方法去進行分析和處理，以獲取研究區域的地貌、植物和其他有關特征的信息；其次，利用ArcGIS 10.6進行空間數據測量與空間內插、三維空間分析、空間統計分析和空間數據關系分析，并建立相應的模型；最后，通過運用GIS技術、因子疊加的方法，分別對森林公園從高程、坡度、坡向和水文四大因子方面進行生態評價，并建立合理有效的森林公園景觀生態評價體系。

3 單因子景觀生態敏感度分析

3.1 高程

高程包括2個方面：絕對高程和相對高程，其代表著高于海平面以上的海拔高度。隨著高程的變化，森林公園中的降水、溫度和濕度均會發生顯著變化，同時植物的垂直分布特征也會更加明顯。因此，高程在景觀生態評價中具有非常重要的作用。隨著海拔的升高，氣溫會逐漸降低，從而導致生態多樣性的降低，加深生態系統的脆弱性，降低適應度?；诿穾X森林公園高程模型，可以得出公園最高海拔為837 m，最低海拔為-51 m，最高值與最低值之間相差888 m，相對來說高差較大?；诤０我蜃拥木坝^適宜性等級分布，以150、200 m高差為間隔等分可分為5個等級：即低適宜區(-51～150 m)、較低適宜區(150～300 m)、中適宜區 (300～500 m)、較高適宜區(500～650 m)和高適宜區( 650～837 m)，從而可以得出基于高程因子的生態敏感度分級分布圖(圖1和表1)。

由表1可知，梅嶺國家森林公園相對高差較大，最高處海拔達837 m，而最低海拔僅為-51 m，兩者相差為888 m。從表1中可以看出較高敏感區和高敏感區面積分別占總比例的8 %和3%；較低敏感區、中敏感區面積所占為36%、30%，比例較大；而低敏感區比例居中為23%。同時圖中較低敏感區與低敏感區高程較低，主要分布公園東北方向，這些區域地勢平坦，易于開發，可作為入口區、森林游憩體驗活動中心以及森林活動項目場所等[13]。

圖1 生態敏感度基于高程因子的分布

表1 基于高程因子的分級

3.2 坡度

坡度用于表示傾斜程度，即斜率。最常用的顯示坡度的方法是用2點的高差與2點的水平距離之比來表示。坡度越大，地表徑流的速度就會越大，水土保持的能力相對越弱，植被更容易遭到破壞。相反坡度如果越小，地表徑流的速度就會越低，水土就不會輕易的流失。此外，坡度越大地形越陡峭，施工活動更加困難，景觀的適用性相對來說就會越差[14]。

根據梅嶺森林公園的坡度柵格數據文件，可以按照森林公園的實地情況將坡度分為5個等級：即低敏感區(0°～10°)、較低敏感區(10°～20°)、中敏感區(20°～30°)、較高敏感區(30°～40°)、高敏感區(>40°)，從而得出基于坡度因子生態敏感度分級分布圖(圖2)。

由表2可知，坡度低敏感區面積、較低敏感區面積、中敏感區面積、較高敏感區面積以及高敏感區面積分別為8993.9 hm2、3962.5 hm2、9986.7 hm2、2572.5 hm2和230.1 hm2，占公園總面積的25%；39%、28%、7%以及1%。整體分析得出：由于敏感度高和較高的區域主要分布區域集中在山體的中上坡，再結合這些區域生態敏感性高并且坡度大的特點綜合考慮，對于這些區域需要進行重點撫育與保護[15]。梅嶺森林公園較高敏感區和高敏感區所占比僅有8 %，因此總體而言森林公園絕大部分區域地勢較為平緩，方便基礎設施的布設和游客的游覽。

圖2 生態敏感度基于坡度因子的分級分布

表2 基于坡度因子的分級

3.3 坡向

坡向是指斜面，又可稱為坡面的朝向。山坡不同的朝向則會影響到日照的時間以及太陽輻射的強度，而日照的時間等相關因素也會影響到植物的生長狀況。因中國位于北半球[16]，因此南坡能夠接收到的陽光最多、日照強度也較高、植被生長條件相對較好，其次分別是東南坡和西南坡，而北坡接收到的陽光最少。

依據梅嶺森林公園的地形，坡向可分為9個方向：平面、正南坡、東南坡、西南坡、正東坡、正西坡、東北坡、西北坡、正北坡。再結合實際情況，將坡度按照敏感程度來進行分類，可分為5個等級：即高敏感區(正北坡)、較高敏感區(東北坡、西北坡)、中敏感區(正東坡、正西坡)、較低敏感區(東南坡、西南坡)、低敏感度區(平地、正南坡)，從而得出基于坡向因子的景觀生態敏感度分布圖(圖3)。

從表3中可以看出，低敏感區和高敏感區比例相差不大，分別占森林公園總面積的12%和11%，而較低敏感區、中敏感區、較高敏感區雖相差不大，分別占總面積的25%、27%、25%，但所占比例卻明顯高于其他兩種類型。

圖3 生態敏感度基于坡向因子的分級分布

表3 基于坡向因子的分級

3.4 水文

水環境為動植物的生存提供了空間。水文因子也是森林公園規劃中最容易受到人為干擾的因素之一，必須對河流和湖泊等水生生態系統的保護進行充分考慮，既要保護好系統自身的范圍，也要對周邊水體的生態環境進行保護[17]。梅嶺森林公園的水資源比較豐富，主要有沿山谷的河流和一些山間小溪。而越靠近水源的區域，會體現出敏感度越高的狀態，從而越容易遭到破壞。按照與水體距離的大小可以劃分為5個等級：即距水體小于100m為高敏感區，距離100～200 m的為較高敏感區，距離200～300 m的為中敏感區，距離300～400 m的為較低敏感區，距離超過400 m的為低敏感區(圖4)[18]。

由表4中可以得出，低敏感區所占比例最大，占總面積的91.4%，其他4種類型所占比例相差不大，并且所占比例特別小，分別為1.5%、1.6%、1.6%、3.7%。由此可以得出，梅嶺森林公園大部分面積區域距離水體大于400 m以上，所以不容易受到破壞。

圖4 生態敏感度基于水文因子的分級分布

表4 基于水文因子的分級

4 景觀生態敏感度綜合分析

本文中的高程、坡度、坡向和水文這4個指標對景觀敏感度都有著不同的影響。研究區生態敏感度的不同是由多種單因素綜合影響而形成的[19]，因此在景觀生態敏感度綜合評價中，不僅需要確定研究中各指標的權重，而且也要研究確定各指標的相對重要性以及對景觀敏感度的影響程度?；诖?，本研究采用加權疊加法對梅嶺森林公園景觀生態敏感度進行綜合分析，這一過程可以通過Arc GIS中的堆疊網格計算工具空間分析來實現。

通過計算，最終可得出梅嶺森林公園中各空間地塊的綜合得分值，綜合得分值表示為該空間地塊的綜合生態敏感度，若得分值越高，則生態敏感性越強(圖5)。

在綜合生態敏感性的灰色尺度圖中，顏色越深則代表著生態敏感性越強，需要更多的保護，發展和建設必須受到限制；顏色越淺，則結果正好相反。從灰色圖像上可以看出，綜合生態敏感性的最高值為4，最低值為1[20]。

根據研究需要，通過聚類分析在GIS空間分析模塊的作用，根據景觀綜合生態敏感性的不同，將梅嶺國家森林公園可以分為3個敏感區：即高敏感區(3 ～ 4)，中敏感區(2 ～ 3)，低敏感區(1 ～ 2)，最終獲得綜合景觀生態敏感度分布圖(圖6)。

圖5 梅嶺國家森林公園生態敏感度灰度

圖6 梅嶺國家森林公園生態敏感度分級分布

通過對景觀生態敏感度分級分布圖的分析，可以看出梅嶺國家森林公園生態敏感性總體來說較高，且高敏感區面積為11514.2 hm2，占總面積的32%。該區域以高海拔、坡度大為主，同時植被類型以喬木為主，伴有灌木和地被植物，因此植被多樣性較高，主要集中分布在各個山峰以及兩側。同時該區域對外界的干擾非常敏感，一旦受到外界的干擾，不僅會對該區域產生影響，甚至會嚴重影響到整個森林公園的生態系統[21]。因此，它是一個需要高度保護的區域，應該嚴格保護、禁止開發(表5)。

中敏感區面積為22634.7 hm2，占整個公園面積的63%，在總面積中占比最大。該區域郁閉度高、植被多樣性豐富，而生態敏感性屬于中等。同時該區域具有一定的抗外界活動干擾的能力，能夠承受溫和的人為干預，也具有自我調節的能力。因此該區域可以進行合理的開發，但開發利用時不要超過該區域的可耐受限制，注意開發的范圍和強度。

表5 綜合景觀生態敏感區分類統計

低敏感區面積為1985.7 hm2，占整個公園面積的5%。該區域地勢較為平緩，主要分布在梅嶺山體腳下，生態敏感度低，并具有一定的自我調節能力，能夠承受一定程度的人為干預[22]。因此，該區域適合進行一定強度的基礎設施建設與旅游開發活動，充分發揮梅嶺森林公園作為南昌市后花園的休閑游憩價值。

5 結語

如前文所述，景觀生態敏感度越高，其保護價值越大，即高敏感度區等同于高級別保護區。因此在梅嶺國家森林公園的規劃與管理過程中，對不同景觀生態敏感度的區域，應該采用如下不同的保護與管理措施：

(1)對于高敏感度保護區，應加強生態保護和生態修復，對景觀視域內的土石草木均實行嚴格保護。除必要的簡易山道、棧道和便橋涵洞外，嚴禁建造其他人工建筑與設施。強調保護自然景觀之本色，嚴格控制人為活動的影響，避免形成對自然生態環境的破壞。

(2)對于中敏感度保護區，可布設較寬的游步道，方便游客游覽與欣賞森林美景。同時也可以圍繞森林景觀提升、基礎設施優化開展適度建設，提升森林公園的吸引力。中敏感度保護區宜結合風景環境適當發展人文景觀，在強調保護自然植被的同時，精心設計和實施植物造景，適當建設人工生態環境。

(3)對于低敏感度保護區，可以視條件建立一些綜合性服務設施、旅游設施、公路建設或開辟休憩娛樂場所。同時也可以進一步提升生態環境建設和景觀優化，在公路兩側要大規模地綠化，鼓勵植樹造林，也可適當地組織農林業生產[23]。