高速公路建设对路域景观生态影响分析

张慧丽， 孙海龙， 肖 健

（1.石家庄铁道大学 交通运输学院，河北 石家庄 050043；2.河北省交通勘察设计院，河北 石家庄 050011）

根据《国家公路网规划（2013－2030年）》的总体规划，到2030年，国家高速公路网将由7条首都放射线、12条南北纵线、18条东西横线以及部分地区环线、共行线、联络线等组成，实现连接全国所有地级行政中心、城镇人口超过20万的中等及以上城市、重要交通枢纽和重要边境口岸。公路建设、维护和运营管理过程影响和改变了地面的自然带状空间，这个空间即包括公路设施本身，也包括与公路存在密切关系的自然生态系统的相关区域，这个区域就是公路路域，在景观生态学中，路域也称为公路廊道［1］。道路作为一种线性基础设施，在促进人类经济和社会发展的同时，也对生态环境产生了巨大的影响，如路域理化环境的污染、动植物栖息地的干扰、水土流失的加剧、生物多样性的减少、地质灾害的诱发、景观视觉质量的下降等［2］。如何减少公路对景观的切割破碎的影响，增强公路路域环境的美学质量，构建公路路域景观生态系统，提高公路路域景观生态的服务功能，是现代公路建设面临的新问题。通过对比京新高速公路建设前后的卫星数据，对公路路域范围内的景观格局变化进行分析，总结了高速公路建设在景观格局动态变化中的规律。

一、研究区域

本项目位于河北省华北平原北部，同时跨内蒙古高原，为北京—新疆高速公路的组成部分，路线走廊位于河北省西北部，总体呈东西走向，起于张家口市南部的宣化县，沿洋河、西洋河布线，终于怀安县西洋河村西1 km冀晋交界处。路线经过区位于华北平原与内蒙古高原过渡带的冀西北山地边缘，属冀西北山间盆地区。沿线山地、丘陵、河谷和盆地相间分布，排列有序。桑干河支流洋河穿入期间，将谷地、盆地连接起来，组成洋河盆地，总的地势自西北向东南倾斜，地面自然坡度为1／30～1／200，海拔650～1 360 m。从成因上可分为两种地貌形态：中山区和山前倾斜平原区。拟建线路位于山前倾斜平原的南部。该区域以高原和中低山地为主，处于京津的上风上水，生态环境脆弱。

二、景观格局分析

根据国家土地利用现状调查技术规程和河北省土地利用总体规划，将该项目所在区域的土地类型分为了耕地、农田、园地、林地、牧草地和建设用地六大类。

（一）景观格局变化分析指标

为了系统地分析评价区内景观格局结构的特点，景观生态学家对景观分析提出了许多不同的指标［4～6］。本文从景观属性、景观形状、景观配置和景观连通性五个方面讨论高速公路建设对生态结构变化的影响。表1为常用的景观格局影响分析典型指标。

表1 典型景观指标含义一览表

（二）景观结构空间变化

景观格局指标在一定程度上可以反映出景观格局的整体变化特征，但是无法反映景观之间的相互传递关系，可以利用马尔柯夫转移矩阵来量化景观各组分之间的空间结构转移关系。具体分析步骤如下：

步骤一：景观格局变化分析

假定时期k和k＋1景观格局分别为和，叠加运算，由k时期到k＋1时期的景观格局变化矩阵。

步骤二：转移矩阵因子计算

设由k时期到k＋1时期第k＋1类土地利用类型转换为第j类土地利用类型的面积数Aij。土地利用类型转移矩阵中的各项因子为：

式中，Bij为k时期第i类土地利用类型转换为k＋1时期第j类土地利用类型的比例（%）；Cij为k时期第j类土地利用类型转换为k＋1时期第i类土地利用类型的比例（%）。

步骤三：景观转移矩阵计算

T代表了k＋1时期各土地利用类型相对于k时期变化的程度。

三、结果分析

（一）土地类型变化分析

基于ArcGIS 9.0地理信息分析软件为辅助平台和上述转移矩阵方法对京新高速公路沿线两侧1，5，10 km范围内的缓冲区域进行土地利用变化分析，具体变化见表2。

表2 各缓冲区在高速公路建设前后土地类型变化

从表2的数据对比分析可以看出，在不同的缓冲区内，牧草地和基本农田的面积都有相应地减少，而林地和建设用地有所增加，这主要是因为高速公路建设占用的国土面积相对较大，而高速公路在设计时多沿着较高的山脊线或靠近山脚的方案，占用的林地面积较少。以及随着生态公路的推广，路域内林地有向外扩充的增长趋势。

（二）景观空间结构变化分析

通过对高速公路建设前后的土地类型面积变化分析，可以看出距离路中心线越近，土地类型变化越明显，而距离越远，变化越不明显。为了更清晰地分析路域土地类型的变化，选取了5 km缓冲区的景观空间转移情况进行分析。得到景观类型转移矩阵表如表3所示。

从表3的数据对比分析可以看出，基本农田和牧草地与其他类型的土地利用转换最小，林地和建筑用地之间的转换相对最大。这就说明在本项目建设过程中，充分考虑了对农田，耕地和牧草场的避让，在保护农业用地的同时，在一定程度上保护了牧草场的整体性，减小生态斑块的破碎。同时从表3中能够看出建设用地在高速公路建设前后变化最大，这也是因为高速公路的修建，带动了附近城镇的发展，使得建筑用地变化相对较大，而转变的园地，林地等都在公路线路的两侧零星分布。

四、结论

高速公路对景观格局的影响主要是对原有的完整景观进行了线性切割，对沿线的景观类型都有一定程度的影响，而野生动物栖息地的改变，可能会导致生物多样性的改变，进而影响区域的生态系统功能。通过分析可以看出，京新高速公路建设对沿线的景观变化影响，随着距离公路中心线的距离的增大而减弱，说明了高速公路建设对景观格局的影响是受到空间大小的制约的。因此在高速公路设计建设过程中，要注重土地性质转换对生态环境的影响，有针对性地建立公路路域内的合理生态景观。

表3 5km缓冲区土地类型变化转移矩阵

［1］毛文碧，段昌群.公路路域生态学［M］.北京：人民交通出版社.2009.

［2］陈爱侠.路域生态系统环境功能与稳定性的初步研究［J］.长安大学学报：建筑与环境科学版，2003，20（1）：11－13.

［3］江玉林.公路路域环境生态恢复研究与实践［M］.北京：中国农业出版社，2004.

［4］Slater J，Brown R.Changing landscapes：monitoring environmentally sensitive areas using satellite imagery［J］.International Journal of Remote Sensing，2000，21（13）：2753－2767.

［5］Grifinths G H，Editorial：Remote sensing and landscaple ecology：landscape patterns and landscape change［J］.International Journal of Remote Sensing，2000，21（13）：2537－2539.

［6］陈利顶，傅伯杰.黄河三角洲地区人类活动对景观结构的影响分析［J］.生态学报，1996，16（4）：337－344.

［7］谢花林.区域土地利用变化的生态效用研究［M］.北京：中国环境科学出版社，2011.

［8］马苏，杨波.湖南永吉高速公路建设的景观格局影响评价［J］.长 江 流 域资 源 与 环 境，2011，20（11）：1383－1388.