城郊森林功能区划方法研究——以广东省英德市为例

陆康英，陈世清，苏晨辉

(1．华南农业大学林业规划设计院广州510642;2．华南农业大学森林经理研究室广州510642;3．广东省林业调查规划院广州510520)

城郊森林功能区划方法研究
——以广东省英德市为例

陆康英1，陈世清2，苏晨辉3

(1．华南农业大学林业规划设计院广州510642;2．华南农业大学森林经理研究室广州510642;3．广东省林业调查规划院广州510520)

当前我国对城郊森林功能区划方法的研究相对较少，本文以广东省英德市城郊森林为例，基于森林的自然属性，结合城市经济社会发展的需要，采用实地调查、文献检索、ArcGIS空间分析、定量与定性综合集成的方法，通过对森林生态环境敏感性的评价，构建英德市城郊森林功能区划方法体系。提出的区划原则、方法和指标体系等，对统筹城乡生态环境建设规划、保障地方可持续发展、促进城市森林经营管理研究与实践都具有重要的现实意义。

功能区划;城郊森林;评价指标;敏感性;ArcGIS

功能是指事物对于人类生存和发展具有的价值和作用［1］。森林功能区划是根据森林自身的性能，结合经济社会发展的需求，确定森林的功能及功能顺序的经营活动，目的是从宏观上指导区域森林资源可持续经营。目前自然资源功能区划的方法已从自然综合区划的叠置法、主导标志法、“自上而下”的顺序划分法、“自下而上”的合并划分法等［2］，发展到了空间发展类型区划分的指标判别法和指标迭加法［3］。随着区划研究的深入，环境承载力和发展潜力模型被作为功能区划的评价方法［4］。而熵值法和主成分分析法、系统聚类法、矩阵判断、叠加分析和缓冲分析等［5］，也逐渐成为区划方法研究的重点。在国内，森林功能区划方法研究多以定性方法为主［6－15］，定量的区划方法也逐渐受到重视［16－19］，并成为了森林功能区划方法研究的趋势。但是，对城市森林功能的区划，以及将森林的自然属性和城市环境敏感性结合起来的研究鲜见有报道。因此，开展城郊森林功能区划的定量研究对协调森林资源保护与利用，统筹城乡生态环境建设规划，保障地方可持续发展具有着重要的现实意义。

1 材料与方法

1．1 研究区域概况

研究区域为广东省英德市(县级)环市区第一重山以内，113°19'11″—113°28'38″E，24°6'16″—24°16'27″N，处于北江中游及北江与滃江的汇合之处，大部分为石灰岩地区。涉及英城6个村委、4个居委会、3处风景区、1处茶果场和大站镇8个村委，总面积4 571.30 hm2。区域内的支柱产业为水泥工业，被誉为“中国水泥之都”。据2004—2009年环境质量报告显示，区域内受粉尘、SO2和NO2等的污染较为严重。区域内的森林全部为生态公益林。

1．2 材料来源

由英德市林业局提供英德市1:10 000小班地形图(JPG格式)，2009年二类调查小班数据库，英德市城市土地利用规划等资料。

2010年10月采用小班调查法，选取较有可能发生变化的123个小班进行实地调查，对2009年森林二类调查数据库进行修正;对区域工业污染源(主要是水泥厂)分布进行实地勾绘，结果与二类工业用地分布基本一致。

1．3 材料处理方法

1．3．1 地图矢量化及数据库建立

在ArcGIS9．3中以北京54坐标作为参考坐标系，对英德市1:10 000小班地形图(JPG格式)进行校正、配准，通过人工勾绘将研究区域内小班矢量化，同时在属性表中输入小班地籍号。以地籍号为ID，将修正后的2009年二类调查小班数据库与勾绘的小班矢量图进行图库挂接，完成小班数据库的初步建立。

1．3．2 增加分析要素

利用ArcGIS平台，在矢量化的地形图上增加河流水系、道路、城区、工业污染源、森林景观景点等要素，形成一个要素完整的素材，为森林功能区划提供基础性的分析材料。

1．4 功能区划方法

1．4．1 区划原则

城郊森林生态系统的结构、功能以及形成的生态环境问题具有显著的区域分异性，同时承担着重要的生态服务责任，城郊森林功能区划应该遵循以下的原则。

1)分异原则

森林生态系统在不同的区域范围内，由于地貌、地形、土壤等条件的不同，表现出生态系统的分异。根据这些差异，就能划分出不同的生态单元。生态区域的分异原则是生态区划的理论基础，也是城郊森林区划最基本的原则。

2)生态优先原则

最早《雅典宪章》就指出城市应具有居住、工作、游憩与交通四大基本功能，并认为居住是城市的第一个活动。生态服务功能在城郊森林中的主体地位是毋庸置疑的。因此，应重视区域生态环境敏感性及生态服务功能重要性的分析，以生态优先作为区划的一个原则。

3)主导因素原则

城郊森林生态系统的功能是自然和人为等诸多因素综合作用的结果，在进行城郊森林功能区划时必须综合分析区域各个要素之间的关系，选取主导因素指标作为分区的依据。

4)以人为本、持续发展原则

城郊森林功能区划的目的是为了更好地发挥城郊森林的生态服务功能，满足人们生活、工作的环境要求。应本着以人为本的宗旨，遵循可持续发展的理念。

5)空间的连片性原则

城郊森林功能区要求在空间上具有连续性，确保功能区的完整性，以保证区内物质、能量传输的有序性，从而最大限度发挥森林主体功能。

1．4．2 功能区类型的确定

森林的功能是多样的，在国家林业局发布的《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T1721—2008)中，森林生态系统服务功能包括涵养水源、保育土壤、固碳释氧、积累营养物质、净化大气环境、森林防护、生物多样性保护和森林游憩等8个方面。鉴于英德市地处北江流域，是石炭岩地区，水泥产业为县域经济的支柱产业，其对森林的生态保障、环境净化、人文服务功能需求较强，将英德市城郊森林功能定位为持水保土功能、环境净化功能和观赏游憩功能3种类型。

1．4．3 指标体系构建

城郊森林功能区划是以区域生态环境敏感性为依据的。区域对森林某种功能的需求是由区域生态、环境、社会经济因子等方面决定的。在充分分析区域概况的前提下，结合前人的研究，遵循科学性、相对独立性、主导性的原则，确定评价指标体系。

1．4．4 因子赋权及数量化

1)赋权

对指标权重的确定采用专家咨询与层次分析主观和客观赋权相结合的方法，在获得各个专家的判断矩阵之后，利用软件yaahp(0．5．3)对所构建的各判断矩阵进行运算，得出各层指标的权重。

2)数量化

在系统分析和整合现有研究成果及有关规范标准的基础上，基于AcrGIS9．3平台将获得的定量数据，参考相应的分级标准进行分级;对于无法量化的定性因子，把获得的定性数据，通过不同等级对应不同的分值，转化为定量数据。

1．4．5 因子归并

在因子赋权、量化之后，借助ArcGIS叠置分析和属性表数据的归并运算对因子进行归并。

采用公式(1)对各个小班的环境敏感性进行评价。

式中:Xi为各个小班的敏感性评价得分，Xij为i小班j评价指标的数量化值，Wj为j指标的权重，i为小班，j为森林评价指标。

Xi越大则表示i小班的敏感性越高，反之则表示敏感性越低。

1．4．6 小班功能类型判别

每个小班功能定位的判别依据是森林生态环境敏感性评价得分，敏感性得分越高则说明区域越需要森林发挥相应的功能，如区域水土流失敏感性评价得分较高，则应将该小班的森林定位为持水保土功能(表1)。若出现评分值相等的情况，则根据各种敏感性对于森林生态环境敏感性的权重来判别。

表1 城郊森林小班功能类型判别标准

1．4．7 空间聚类

对城郊森林每个小班的森林功能进行了定位之后，还需要对每个小班进行空间上的聚类。根据小班功能判别结果，利用ArcGIS9．3赋予每个小班功能定位的属性，将具有相同功能定位的小班聚成一类，若出现空间离散的现象则根据实际情况进行适当的调整，形成比较连续的、整合的空间功能分区结果。

2 结果与分析

2．1 指标体系构建及分析

2．1．1 指标体系

城郊森林功能区划的依据是区域生态环境敏感性，根据上文英德市城郊森林功能定位的分析，区域森林生态环境敏感性主要包括水土流失、环境污染、观赏游憩需求等三方面，具体由自然、社会、经济等诸多指标组成。结合区域实际情况，参考前人的研究［20－28］得到英德市城郊森林生态环境敏感性评价指标体系(表2)。包括3个一级指标和10个二级指标。

表2 英德市城郊森林生态环境敏感性评价指标体系

2．1．2 权重确定

通过问卷详解与电子信函的方式邀请相关专家10名，按照9标度法对评价指标进行比较赋值。利用软件yaahp(0．5．3)对所构建的各判断矩阵进行运算，得出各判断矩阵，再采用“加权几何平均”的方法集结得出各层指标的权重(表3)。

表3 评价指标因子权重

2．1．3 指标分析

利用ArcGIS分析功能，将坡度、植被类型、土壤厚度、人口密度、人均可支配收入进行重分类;对距河流距离、距工业污染源距离、距公路(省道)和铁路距离、距城区距离、距道路距离进行缓冲分析。用1表示敏感性低，用3表示敏感性中等，用5表示敏感性高，以此把所有的因子数据数量化(表4)。

2．2 小班功能定位

利用公式(1)计算出每个小班的各个敏感性得分，再通过城郊森林功能区类型判别标准(表1)可判断出每个小班的功能定位(表5)。

2．3 功能区划分

根据每个小班的功能定位在ArcGIS中进行聚类，生成城郊森林功能区划图(图1)。考虑功能区空间的连续性及森林经营管理的需求，在ArcGIS平台上对91个分布离散的小班的功能定位作了调整(见图2)，总面积为 843．0 hm2。其中有 70 个小班，646．5 hm2的森林是由观赏游憩功能区调整到持水保土功能区的，这与区域的持水保土功能较为重要这一情况吻合(权重:水土流失敏感性(0．660 3)﹥环境污染敏感性(0.232 1)﹥观赏游憩需求敏感性(0．107 6))(表3)。

表4 评价因子分级标准

结果显示，持水保土功能区主要沿河流及坡度较高的区域呈带状分布，涉及367个小班，总面积为4571．30 hm2，占区域林地总面积的48%;环境净化功能区主要与城市二类工业用地分布一致，呈多点状分布，涉及120个小班，总面积为1 379．50 hm2，占区域总面积的15%;而观赏游憩功能区主要是呈多块状分布，涉及318个小班，总面积 3 483．30 hm2，占区域林地总面积的37%，结果与英德市实际情况基本相符。各个功能区分别发挥不同的主体功能，其中持水保土功能形成了基于北江流域的持水保土林生态系统，主要是发挥涵养水源和保持水土的功能，维护英德市的生态安全;环境净化功能区则发挥杀菌消毒、阻滞粉尘的作用;观赏游憩功能区主要是承担美化城市、为居民提供休闲游憩场所、环保宣传教育的功能(表6)。

表5 英德市城郊森林小班功能类型判别结果

图2 调整后城郊森林功能区划示意图

表6 英德市城郊森林功能区划结果

3 结论与讨论

3．1 结论

提出了一种定量的划分城郊森林功能区的方法体系，以森林生态环境敏感性评价指标体系作为森林功能区划的依据，运用GIS的空间分析功能对英德市城郊森林进行功能区划，从结果上看该方法是可行的，这种方法体系符合英德市情、林情。森林生态环境敏感性评价指标体系结合了森林自身的条件及人的需求，强调人与自然的关系。功能区划涉及的不仅是自然生态系统，还与特定的社会、经济、文化特征紧密相连。森林功能区划强调人文的因素，结合了森林特有的“性能”与人类的需求所形成的森林“功能”，基于这种功能区划的森林经营管理更加符合森林多目标经营的要求，能最大限度地发挥森林的主体功能和满足人类的多种需求。同时，将地理信息系统(ArcGIS)方法用到城郊森林功能区划中，为森林功能区划提供了更加便捷、准确的技术支撑。

3．2 讨论

评价指标系统的确定较为复杂，不同的评价对象、尺度、目的都存在众多的争议。评价指标体系的构建及评价因子数量化没有统一标准可循，由于作者的专业知识水平的限制，选取的指标可能不够全面，数量化不够准确;加上研究时间有限，对评价因子的赋权没能进行多轮的专家咨询、修正;该定量的方法体系只是针对英德市城郊森林，对其他区域不一定具有适用性。而且随着人们对城郊森林认识的不断深入，城郊森林功能区划方法也需要不断地深入探讨。

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Study on Division of Functional Zones of Suburban Forest——A Case Study of Yingde City in Guangdong Province

LU Kangying1，CHEN Shiqing2，SU Chenhui3
(1．Academy of Forest Inventory and Design，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，Guangdong，China;2．Forest Management Institute，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，Guangdong，China;3．Guangdong Forest Inventory and Plan`ning Institute ，Guangzhou 510520，Guangdong，China)

There are relatively few studies on functional regionalization for suburban forest in China．Take Yingde in Guangdong as a case，basing the forest＇s natural attributes and social development needs，using methods of field investigation，information retrieval，ArcGIS spatial analysis and quantification-qualitative analysis，a systematic methodology of functional regionalization is formed for Ying De suburban forest through evaluation of forest eco-environmental sensitivity．The zoning principle，method and index system the article put forward has important practical significance for urban and rural coordination，local sustainable development，research and practice of urban forest management．

functional zoning;suburban forest;evaluation index;sensitivity;ArcGIS

TP 39;S 718．55

A

1003—6075(2012)04—0029—06

2012—08—26

2012—10—17

本文得到了国家林业局林业软科学项目“南方林业发展战略研究”(2011－2013)以及英德市项目“英德市市肺保护工程规划”和“英德市森林进城森林围城施工设计”等的资助。

陆康英(1986—)，女，硕士，主攻森林经理与生态旅游研究。