基于GIS的竹类森林公园景观生态评价研究——以宜兴竹海风景名胜区为例

姜小雨，范少辉，黄兰鹰，王树梅，官凤英

（国际竹藤中心，国家林业和草原局竹藤科学与技术重点实验室，北京100102）

景观生态评价是从竹类森林公园景观生态现状出发，结合观景者通过视觉感官刺激对景观环境产生视觉感知，评价竹类公园视觉资源合理利用的主要途径［1－2］。它是竹类公园生态环境评价的重要内容，包含景观生态敏感性评价和景观视觉敏感性评价等［3－5］，其中，景观生态敏感度评价是生态合理性和健康性的主要判断原则［6］，一般理解为评价人类活动对不同景观类型产生的干扰程度与干扰方式，降低人类行为与景观环境的相斥性［8－9］。景观视觉敏感度评价表示景观环境在观景者视觉中营造的动态特性［7］，是利用视觉景观的专业方法确定竹林景观保护等级［10－11］。对于景观生态评价的研究，最早追溯到1960年欧洲对区域生态环境保护规划的制定［12］，包括景观状况、景观视觉质量、景观要素的敏感性、景观抗干扰等级、生态系统自我调节能力多个方面［13－14］。建立在景观资源保护和生态环境承载力的约束条件下，GIS技术是评估竹类森林公园视觉景观与生态恢复的优势日益明显［8］。

宜兴竹海风景名胜区是公认的“华东第一竹海”，拥有壮美的竹林资源，园内泉、溪、瀑景观元素遍布，形成了宜兴竹海公园独特的竹林景观，极具生态和美学价值［20］。随着以休闲养生为主要目的的竹林旅游成为新潮流，竹类森林公园受到了旅游活动及景区工程建设的影响，宜兴竹海风景名胜区近年来也面临景观和生态压力。以宜兴竹海国家级风景名胜区为例，协调好竹类森林公园利用和保护的关系，使用GIS空间分析对竹类森林公园景观生态敏感性评价并示警［15］，研究竹类公园中竹林景观的视觉效果和生态资源对游客活动干扰的恢复能力［16］，找出竹类公园中生态最脆弱、人为干扰最严重的区域，评定景观生态敏感度等级［17－19］，维持高敏感区原状，合理开发低敏感区，保护竹类公园的竹林资源，达到人类活动与竹林景观资源的相容性，满足竹类公园竹林旅游开发利用的协调发展［7］。

1 研究区与研究方法

1.1 研究区与数据来源

宜兴竹海国家级风景名胜区位于江苏省无锡市宜兴市，整个核心景区分布于宜兴市西南部的湖父镇境内，地理坐标为31°09′35″～31°10′30″N，119°40′36″～119°42′35″E，核心区占地478.02 km2，属低山丘陵，其中海拔最高为玉女峰611.5 m，最低84.7 m，属于亚热带温湿性季风气候，日照充足，气候温和多雨，四季明显，年均温16.8℃，年均降水1 178 mm［21］。景区内竹文化历史悠久，区位交通便利、地貌多变，水文资源丰沛，景观和生态价值极高。宜兴竹海横跨苏、浙、徽3省，为华东地区最大的竹资源风景区，毛竹（Phyllostachys edulis）占景区绿化面积90%以上，有“华东第一竹海”之称。

研究收集宜兴国有林场提供的1∶10 000宜兴竹海省级森林公园红线图；竹海公园服务有限公司提供的宣传资料（2019）；宜兴市湖父镇村镇建设管理服务所提供的现状地形图等。以高斯·克吕格投影为参考，利用ArcMap 10.2对宜兴竹海的现状地形图配准，根据研究区所处范围把地形图转换为上述地理坐标系中，并对图像资料进行校正、数据矢量化、DEM构建等处理。通过实地调研和GIS目视解译绘制宜兴竹海核心景区的道路分布图、观景台分布图。

1.2 景观视觉敏感度的分析方法

1.2.1 相对坡度景观视觉敏感度（Sa） 竹海公园内景观沿观景者视线方向在空间形成的投影为Sa［22］。设景观外表面积为1，景观面与假想水平面的夹角（仰角）为a，则在空间上的投影面积，即相对坡度景观视觉敏感度（1），在游人以平视和仰视的情况下，a角为地形坡度，景观Sa又表示为（2）：

式中：H—等高距；W—等高线间距

1.2.2 相对距离景观视觉敏感度（Sd） 通常情况下，在竹类公园内进行游玩时，观景者一般都沿着景区主路线观赏竹林风景。假设游人能较清晰地观赏游憩空间中竹林景观的结构特征和要素状态的最大距离为D，竹林景观与观赏者的实际距离为d，当d≤D时，观赏者便可清晰地辨赏竹林景观结构特征和要素状态，在可视范围内的Sd值为1；当d＞D时，观赏者不能辨赏游憩空间内竹林景观细节，则相对距离景观视觉敏感度Sd值为0～1，景观Sd为［23］：

1.2.3 出现机率景观视觉敏感度（St） 对竹林公园的游览者来说，竹林风光或人文景观出现在视域内的时间越长，景观视觉敏感度越高。理论上，若观赏者在游憩空间内观景（竹林风光或人文景观）的总时间为T，某竹林景观出现在观赏者视域范围内的总计时间为t，则景观St表示为［24］：

八角是我国南方大陆地区广泛生长在湿润、温暖半阴环境中的一种常绿乔木，高可至20 m，树皮灰色或红褐色，又名八角茴香，是我国烹饪行业最典型的食用级香料之一，也是肉类食物常用的调味品[1]. 莽草酸则是存在于八角的干燥成熟果实中的一种重要成分，CAS号为138-59-0，化学名为3,4,5-三羟基-1-环己烯-1-羧酸，其化学式为C7H10O5，属于一种多元烯醇酸的有机化合物[2]. 药理上，莽草酸分子通过影响花生四烯酸代谢，抑制血小板聚集，抑制动、静脉血栓及脑血栓形成，具有抗炎、镇痛作用，可作为抗病毒和抗癌药物中间体，受到了医学界的关注[3-6].

1.2.4 醒目程度景观视觉敏感度（Sc） 竹林风光或典型景观的醒目程度主要由景观对比度和历史悠久度决定［25］，包括了动静、色彩、形状、线型、材料和历史等。对比度越高的景观区域，敏感性越高［18］。采用手持GPS对宜兴竹海风景名胜区内醒目景点进行实地测定，把地理坐标导入GIS中并建立缓冲区，绘制出森林公园景观醒目程度敏感度Sc的分布图。

1.2.5 景观视觉敏感度综合分析 景观视觉综合敏感度是关于这4个景观因子的函数（6）［26－27］。简化为对视觉敏感度前3个因子取交集（∩）并且对醒目程度因子Sc取并集（∪），即（7－8）：

在GIS中，将Sa分为高敏感区、中敏感区、低敏感区，分别赋值为1′、2′、3′，将Sd分为近景带、中景带、远景带、鲜景带，分别赋值为1′、2′、3′、4′，将St分为高可见区、中可见区、低可见区、不可见区，分别赋值为1′、2′、3′、4′。

1.3 景观生态敏感度的分析方法

1.3.1 因子选择 宜兴竹海风景名胜区属于宜兴市低丘郊野型竹林公园，地形（高程、坡度、坡向）、植被和水体因素是影响竹林公园生态环境的重要因素。根据因子选择原则，确定高程、坡度、坡向、植被、水文为宜兴竹海风景名胜区景观生态敏感性的指标因子［28］。

1.3.2 权重确定 层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）作为20世纪70年代由美国运筹学家T.L.Saaty提出的一种实用的多准则决策方法，它是分析对多个因素的成对比较，获得多个因素在层次框架中的相对重要性，是一种将定性和定量分析相结合确定权重的方法。

听取专家对竹海公园景观生态敏感性因子重要程度的意见，利用AHP法确定权重值［29］。首先构建判断矩阵，决策目标为“竹类森林公园生态敏感性”，中间层要素为“高程、坡度、坡向、植被和水文”，备选方案为“康养区、体验教育区、综合服务区”。AHP计算得出5个因子的权重值，并判断矩阵的随机一致性比值CR值为0.080 4，根据CR值在0～0.1内判断可信，说明上述矩阵具有满意的一致性，可以作为评价的权重使用，各因子的权重如表1所示。

表1 各因子权重、特征根及一致性检验Tab.1 The weight，eigenvalue，consistency test of various factors

1.3.3 单因子生态敏感度分析 此次研究划为5 m×5 m精度的栅格，根据专家意见确定景观生态敏感度单因子敏感度的等级区间和分值（表2）。在GIS中建立不同栅格图层来表示生态敏感度的5个因子，确定生态敏感度因子分类标准并重分类，并按表2定量化、等级化处理栅格图层，把景观单因子输出为带有属性的专题栅格图，完成生态敏感度单因子的分级与制图。

表2 生态敏感度影响因子分级Tab.2 Level of factors affecting ecological sensitivity

式中：i－栅格编号；Ki－影响i种栅格的生态因子编号；n－影响i种栅格的生态因子个数；Bki－第k个景观生态因子敏感性评价值；Wk－k生态因子对i种栅格的权重值，且W1＋W2＋……Wk＝1；Si－景观生态敏感度因子为i时的综合评价值。

2 结果与分析

2.1 景观视觉敏感度

2.1.1 相对坡度景观视觉敏感度（Sa） 表3是宜兴竹海的坡度分级，低敏感区面积为80.60 hm2，占整个森林公园面积的16.86%，中敏感区为294.21 hm2，占61.55%，高敏感区为103.22 hm2，占21.59%（表4、图1），可知竹海公园属于典型的低丘型森林公园，中敏感区和高敏感区共占竹海公园的近80%，因此进行规划设计时要充分考虑坡度对公园视觉景观的影响［30］。

图1 相对坡度视觉敏感度分级分布图Fig.1 Classification and distribution of slope sensitivity

表3 相对坡度的景观视觉敏感度分级表Tab.3 Level of visual sensitivity to slope

表4 宜兴竹海相对坡度景观视觉敏感度面积统计表Tab.4 Area statistics of Yixing Bamboo Sea park based on slope sensitivity

2.1.2 相对距离景观视觉敏感度（Sd） 表5、6为相对距离因子分级表。近景带占竹海公园总面积28.40%。表7和图2可见中景带和远景带（22.03%和24.43%）面积相当，这些区域多为竹林及山峰，可发展“气候性地形疗法”＋“环境疗法”竹林康养区域。鲜见带占25.07%，通常离道路较远或位于山谷、山体背面，是竹海公园中不可见区域。

表5 相对距离的车行景观视觉敏感度分级表Tab.5 Level of visual sensitivity to car distance

图2 相对距离视觉敏感度分级分布图Fig.2 Classification and distribution of distance sensitivity

表6 相对距离的步行景观视觉敏感度分级表Tab.6 Level of visual sensitivity to walk distance

表7 基于步、车行的宜兴竹海相对距离景观视觉敏感度面积统计表Tab.7 Area statistics of visual sensitivity in Yixing Bamboo Sea park based on traffic distance

2.1.3 出现机率景观视觉敏感度（St） 从图3可见，游人从观景点能看到游憩空间中景观的次数最多为56，最少为0（即不可见）。将St分为4个等级：0为不可见区，1－18个点为低可见区，看到19－36个点为中可见区，37个以上点为高可见区，绘制St分级分布图。由表8分析可知，高可见区占森林公园总面积的29.80%，不可见区的面积占总面积的7.68%，低可见和不可见的区域超过了整个森林公园的50%，这是由于低丘型森林公园本身的特点所决定的，同时也说明了宜兴竹海风景名胜区视觉景观还具有较大开发潜力。

图3 出现机率视觉敏感度分级分布图Fig.3 Classification and distribution of sight-probability sensitivity

表8 出现机率景观视觉敏感度分级表Tab.8 Level of visual sensitivity to sight-probability

2.1.4 醒目程度景观视觉敏感度（Sc） 宜兴竹海风景名胜区景观是以竹林风景为主，结合了人文景观［11］。通过调查，研究区有以下醒目景观：质地与动静对比的嬉水池、飞来瀑、扑虎潭、索桥凌波、太湖之源、苏南第一峰、百竹园、翡翠长廊，以及人文景观寂照禅寺、赏竹亭、映竹轩和竹文化馆等（表9）。上述这些景点划作一级敏感区。

表9 宜兴竹海醒目景观的地理坐标Tab.9 Geographical coordinates of some eye-catching points inYixing Bamboo Sea

2.1.5 景观视觉敏感度综合分析 由图4和表10可见，面积最小的为一级敏感区（0.61%），三级和四级面积相当（50.90%和46.05%），二级面积占总面积的2.43%。一级敏感区主要分布在太湖之源游步道两侧的近景带和寂照禅寺靠山体一侧的近景带，坡度都在30°以上；二级敏感区处在坡度中等的近景带、中景带（除一级敏感区）；三级敏感区为坡度较低的近景带、中景带和远景带，四级为不可见的区域，主要在不可达的山体地势，多是宜兴竹海竹林资源，应好好保护。

图4 宜兴竹海风景名胜区景观视觉敏感度综合分级分布图Fig.4 Synthesis classification and distribution of visual sensitivity in Yixing Bamboo Forest Park

表10 宜兴竹海风景名胜区景观视觉敏感度综合分级分布表Tab.10 Comprehensive classification and distribution of landscape visual sensitivity

2.2 景观生态敏感度

2.2.1 高程分析 宜兴竹海最低海拔为94 m，最高海拔为554.7 m（表11、图5），比例最大是低敏感区（41.31%），较低敏感区和中敏感区的面积较多（34.78%和17.89%），较高敏感区和高敏感区的面积很小（5.19%和0.82%）。

图5 基于高程因子的生态敏感度分级分布图Fig.5 Classification and distribution of elevation sensitivity

表11 基于高程因子的生态敏感度分级Tab.11 Level of ecological sensitivity to elevation sensitivity

2.2.2 坡度分析 较高敏感区和中敏感区总共占61.56%的面积，地势平缓的坡度低敏感区和较低敏感区为10.17%和11.42%，研究区坡度高敏感区为16.86%，需要着重保护（表12、图6）。

图6 基于坡度因子的生态敏感度分级分布图Fig.6 Classification and distribution of slope sensitivity

表12 基于坡度因子的生态敏感度分级Tab.12 Level of ecological sensitivity to slope

2.2.3 坡向分析 坡向成5级（表13）：阳坡、半阳坡、阴坡、半阴坡、平地，获得竹海公园坡向因子分级分布图［31］（图7），其中较高感敏感和高敏感区占比大（32.34%和22.05%），低敏感和较低敏感占比都较小。

表13 基于坡向因子的生态敏感度分级Tab.13 Level of ecological sensitivity to aspect

图7 基于坡向因子的生态敏感度分级分布图Fig.7 Classification and distribution of aspect sensitivity

2.2.4 植被分析 植被对环境变化的抗干扰能力因植被类型存在较大差异（表14、图8），竹林及针阔叶林占了研究区总面积的98.92%，是研究区生态高敏感和较高敏感区域，山脚地势平缓的草地、灌木和其他用地面积较少，敏感度较低。

图8 基于植被因子的生态敏感度分级分布图Fig.8 Classification and distribution of vegetation sensitivity

表14 基于植被因子的生态敏感度分级Tab.14 Level of ecological sensitivity to vegetation

2.2.5 水文分析 宜兴竹海水资源是省庄水库、扑虎滩、黄滩涧还有几个小瀑布（表15），按游憩空间离水域距离划分水文因子分级分布图（图9）。

图9 基于水文因子的生态敏感度分级分布图Fig.9 Classification and distribution of water sensitivity

表15 基于水文因子的生态敏感度分级Tab.15 Level of ecological sensitivity to hydrology

2.2.6 景观生态敏感度综合分析 宜兴竹海风景名胜区游憩空间生态敏感度较高（表16、图10），高敏感区的面积为174.33 hm2（36.47%），呈C形，植被类型主要以毛竹林为主，伴有针阔叶林，植被多样性较高，该区域对外界敏感性极强，坡度较大，不适合游憩设施建设，属于高度保护区域。中敏感区面积228.38 hm2（47.78%），植被多样性较强，能抵抗一定旅游活动干扰，适合开展融于自然的“气候性地形疗法”的竹林康养活动。低敏感区面积75.85 hm2（15.87%），该区域地势平缓，海拔低不容易受到干扰且恢复较快，考虑在此集中建设游憩娱乐设施，同时建筑风貌要与周围的环境相协调。分析宜兴竹海风景名胜区游憩空间生态景观敏感度，为建设生态保护型竹类森林公园提供依据。

图10 宜兴竹海风景名胜区生态敏感度分级分布图Fig.10 Synthesis classification and distribution of ecological sensitivity in Yixing Bamboo Forest Park

表16 生态敏感区分类统计表Tab.16 Category tables of ecological sensitivity zone

3 结论与讨论

通过了解景观生态评价的概念及其在国内外竹类森林公园中的应用，选取视觉景观敏感度和生态景观敏感度2个综合指标衡量宜兴竹海风景名胜区的景观生态现状，使用GIS技术实现对竹类公园景观生态评价。研究结果如下：

（1）视觉景观敏感度综合评价选取了相对坡度、相对距离、相对几率、醒目程度4个景观因子，运用GIS空间分析对宜兴竹海风景名胜区全域进行了视觉景观敏感度分析，通过视觉景观综合分级结果可将竹海公园分为4个视觉敏感区，分别占竹海公园总面积的0.61%、2.43%、50.9%和46.05%。一级视觉敏感区：在坡度大于35°近景带的可视区域或特殊景观，只允许竹海公园内开展必要的竹林观景及登山运动，地面仅铺设简易石阶步道，不再建设额外游憩休闲建筑，避免产生破坏景观生态的活动；二级视觉敏感区：坡度大于15°的近景带或中景带的可视区域（除一级敏感区），可在不破坏竹林生长、植被恢复和山体保护的原则下，实施低强度人文开发建设，营造竹类森林公园独特的自然景观及人文景观，同时具有良好的景观生态环境；三级视觉敏感区：在近、中、远距离带的可视区域（除一二级敏感区），可进行一定强度开发利用竹林生态环境，如开发游憩娱乐空间、竹林康养游步道以及竹林康养特定活动区域；四级视觉敏感区：不可见区域，主要在宜兴竹海风景名胜区内地形地势不可接近的山体和竹林地，应该保持此区域景观生态原状。

（2）生态景观敏感度综合评价选取了高程、坡度、坡向、植被、水文5个生态因子，运用GIS空间分析对宜兴竹海风景名胜区全域进行了生态景观敏感度分析，通过生态景观综合分级结果可将竹海公园分为3个生态敏感区，分别占竹海公园总面积的15.87%、47.78%和36.47%。一级生态敏感区，不适于再开展游憩空间建设，以维持宜兴竹海风景名胜区生态平衡为主。二级生态敏感区，以“气候性地形疗法”＋“环境疗法即‘森林环境＋森林漫步’”形式建设融于自然的竹林康养区域。三级生态敏感区，可以考虑集中建设游憩、娱乐及商业设施，建设建筑注意协调竹林环境及已建成建筑风貌。

（3）以竹林利用为目的开展的竹类森林公园旅游活动，都需注意景观生态环境容量对人为活动的约束条件，维持竹类公园竹林生态系统调节功能。

尝试将GIS空间分析运用在竹类森林公园景观生态评价中，对研究区生态景观敏感度和视觉景观敏感度进行保护等级的划分，GIS高效量化竹林景观生态数据，这种客观的评价方法适合当下竹类公园景观生态评价的应用［32－36］，为竹类森林公园景观生态保护等级划分提供简单可行的方法。但两方面的评价还是相对独立，且对景观敏感性的评价缺少对竹类森林公园游憩者的真实感受，也不能反映森林公园更大时间跨度上的季节差异。在今后的工作中，作者将继续对竹类森林公园的主观美景度及长时间视觉景观变化开展评价研究。