基于生境質量評價的蒙山風景區生態規劃設計研究

張文婷 ，李 豪 ，丁 偉

（1.中國城市發展規劃設計咨詢有限公司，北京 100088；2.北京林業大學園林學院，北京 100083）

0 引言

生境質量作為區域生物多樣性和生態服務水平的重要表征，在一定程度上反映了區域生物多樣性的狀況[1]。風景名勝區承載著區域生物多樣性和生態系統穩定器的關鍵功能。在生態文明建設的大背景下，加強風景名勝區的生境質量評價研究對新時期生態規劃設計具有重要的現實意義。

InVEST模型是由美國斯坦福大學、大自然保護協會（TNC）和世界自然基金會（WWF）聯合開發用于生態系統服務功能評估與權衡的生態模型。該模型優勢在于借助定量的生態參數和土地利用數據，能夠快速評估不同土地利用下的生境質量及變化情況，為生物多樣性保護和土地資源開發之間的博弈關系權衡提供量化參考[2]。

目前，關于生境質量的評價研究主要聚焦在省域、市域尺度，難以揭示中觀尺度上的生境質量分布和演變特征。本研究以蒙山風景區為例，借助遙感影像數據，基于ArcGIS平臺和InVEST模型的生境質量模塊，對2000—2020年研究區土地利用、生境退化度和生境質量進行定量分析與評價，揭示其動態變化的趨勢與規律，為蒙山風景名勝區的生態規劃設計提供科學理論指導。

1 研究區概況

蒙山風景區地處山東省臨沂市沂蒙山區腹地，現為沂蒙山國家地質公園、蒙山國家森林公園、國家AAAAA級旅游景區，是泰沂山脈系的重要組成部分。森林覆蓋率達98%以上，屬典型暖溫帶森林生態系統。近年來，在城市快速發展擴張的影響下，蒙山風景區土地利用發生了顯著變化，對區域生態穩定造成了不可逆的損害，局部地區已出現生態功能退化現象。

2 研究方法

2.1 土地利用轉移矩陣

土地利用轉移矩陣來源于系統分析中對系統狀態與狀態轉移的定量描述，主要用來描述研究區域內不同土地利用類型之間的過渡。通過ArcGIS軟件統計2000—2020年蒙山風景區各種土地利用類型的面積，并得到研究時期內的土地轉移矩陣，以直觀分析土地利用類型之間的面積變化特征。

2.2 InVEST模型

本研究基于InVEST 3.6.0中生境質量模塊進行計算。該模塊結合土地利用和生物多樣性威脅因素信息，生成生境退化程度、生境質量和生境稀缺度地圖。其原理是通過建立威脅因子和生境關系，從生境對于威脅因子的敏感程度、威脅因子間的相互影響、生境柵格與威脅之間的距離及衰減方式等方面進行生境質量評價。

生境質量指數計算公式如下：

式中：Qxj為第j種景觀類型x柵格單元的生境質量指數，范圍為0～1，數值越高表示生境質量越好；Hj為第j種景觀類型的生境適宜性；Z為尺度常數，取值通常為2.5；k為半飽和常數；Dxj為生境退化程度，代表生境受到威脅因子影響后表現出退化的程度，計算公式如下：

式中：R為威脅因子的數量；Yr為威脅因子的柵格單元總數；ωr為權重；ry為土地利用類型每個柵格單元上威脅因子的個數；βx為柵格單元x受到法律保護的程度；Sjr表示土地利用類型j對威脅因子的敏感程度；irxy為威脅因子的影響距離，分為線性和指數衰退兩種模式來計算：

式中：dxy為柵格x與y間的距離；drmax為威脅因子r的最大影響距離。

生境質量模塊中需輸入的參數主要有土地利用柵格圖、威脅因子柵格圖、威脅因子影響距離及權重、生境類型及生境類型對威脅的敏感性等。本研究在參考InVEST模型手冊及相關研究[3-5]的基礎上，結合研究區域的實際情況進行模型參數的賦值（見表1，2）。

表1 威脅因子及其最大影響距離、權重及衰減類型

表2 土地利用類型對威脅因子的敏感度

3 結果與分析

3.1 土地利用演變

由表3可知，20年間其他用地類型向建設用地的轉化最為劇烈，其中以耕地和林地為主，耕地、草地、林地3種用地類型間存在著較為頻繁的轉化，而水域保持相對穩定，未利用地有小幅度的擴張。

表3 2000—2020年蒙山風景區土地利用轉移矩陣 km2

一方面，城鎮發展建設迅速，人類干預活動增加，導致處于建設用地邊緣地帶的耕地和林地發生轉化，雖促進了風景區旅游業態的發展，但在一定程度上加劇了生態格局的破碎，對生物多樣性造成了破壞。另一方面，未利用地面積的增加表明開發建設后部分用地未能較好地被利用，退化成為未利用地，因此需要統籌城鄉規劃，平衡風景區生態系統保護和建設發展關系，促進區域可持續發展。

3.2 生境質量分析

3.2.1 生境質量演變

運行InVEST模型的生境質量模塊，可計算得到蒙山風景區2000—2020年生境質量（見表4）。在ArcGIS中將其分為 5 個等級，即 I（低）、II（較低）、III（中）、IV（較高）和V（高），進而統計得出不同等級的面積及占比。研究區生境質量的分布和土地利用類型有著較強的相關性。中部的林地和草地分布區域人為活動干預的強度較小，其生境質量較高，以IV和V等級為主。相反，周邊耕地和建設用地的開發強度較大，生境質量較低，以I和II等級為主。2000年和2010年III等級生境處于高低等級的過渡地區，形成中部高等級核心區的生態緩沖帶，但至2020年緩沖帶已被較低等級的區域蠶食消解，嚴重喪失了生態屏障功能。

表4 2000—2020年研究區各等級生境比例及生境平均值

從時間尺度上來看，平均生境質量一直處于下降狀態，但第二階段（2010—2020年）比第一階段（2000—2010年）降幅有所減少。這表明20年間蒙山風景區的生態系統在持續惡化，但近10年惡化的趨勢得到一定程度的控制。其主要原因是2009年發布的《山東省重點生態功能保護區規劃（2008—2020年）》中劃定了生物多樣性保護及生態功能保護區等一系列生態規劃措施，對風景區內污染環境破壞生態的開發建設項目進行了規范整頓。

3.2.2 生境退化度演變

通過InVEST模型可得到蒙山風景區20年間生境退化度的情況。生境退化的重點區域主要位于研究區中部林地周邊范圍，并向風景區內部逐步蔓延滲透，至2020年中部核心區域周邊生境退化度已經上升到較高的水平。這表明經濟發展過程中人類活動對生態系統的干擾性較大，特別是自然和人工博弈交界區域，生態系統脆弱，物種生存環境處于不穩定狀態。若蒙山風景區不盡快完善生態規劃格局、優化管理模式，未來核心生態區域將受到較大的生態威脅。

如表5所示，生境退化在蔓延擴散的同時，其強度也在逐漸增加。生境退化度間的差異擴大，生態系統穩定性下降，生態環境脆弱度有所增加。

表5 2000—2020年研究區生境退化度統計

4 蒙山風景區生態規劃保護分區

蒙山風景區生態規劃建設應遵循“保護優先，因地制宜”的原則，將生態保護與開發建設有機統一，科學控制土地和自然資源開發利用的廣度和深度。依據生境質量與生境退化度分級評價結果，總結出適用于研究區規劃發展的3種分區保護策略。

1）生境質量高但退化度低的區域 主要以自然景觀資源為主，生態價值突出，處于研究區的中部核心位置，可作為一級保護分區。區域內明確建設開發指標規范，完善生態保護管理體系，堅決取締或整改不符合生態要求的開發項目，降低和控制生境退化度；對現狀和規劃建設項目進行生態適宜性評估，加強對自然資源及景觀風貌的保護，消除區域內潛在的生境威脅源，并在邊緣建立生態緩沖區，以發揮生態屏障作用，應對外部生境威脅源的干擾。

2）生境質量高且退化度高的區域 多位于自然景觀與城鄉建設相交融的過渡地帶，土地利用轉換強度高，可作為二級保護分區。保持高生境質量的同時統籌城鄉建設規劃，注重自然景觀與人文景觀的融合，以最小干預原則進行開發建設，因地制宜地規劃建設旅游設施、觀景點、游步道等基礎設施，高效利用景觀資源，必要時可散點式建設產學研基地、紀念館、自然主題展館等具有較高人文生態價值及科普教育意義的設施。

3）生境質量低且退化度低的區域 以城鎮、農村和耕地為主，可作為三級保護分區。區域內應對傳統村落風貌進行保護，修葺民宅。整合村鎮網絡體系，優化完善旅游開發格局，構建生態旅游產業體系，集中建設生態旅游服務片區，帶動農村地區實現新型城鎮化，統籌好生產、生活、生態三大空間布局，形成集生態旅游、民俗文化、休閑觀光農業于一體的綜合開發模式。

5 問題與展望

InVEST模型生境質量模塊是維持生物多樣性、平衡生態保護與開發建設關系的有效評價工具，可為生態保護提供科學的決策依據。但當前模型也存在一定的局限性，未來需建立更加客觀科學的參數表，對模型進行改進優化。生境質量的演化機制較為復雜，同樣需要對其空間分布特征和變化趨勢進行更多、更深入研究，為生態規劃設計及管理工作提供參考。