黑龙江省国家级森林公园空间分布特征研究

吴 妍,李若楠,赵志强

(1.东北林业大学园林学院,黑龙江 哈尔滨 150040;2.哈尔滨市城乡规划设计研究院,黑龙江 哈尔滨 150010)

森林旅游业作为新时代生态旅游的产物受到了越来越多人的青睐,而作为森林旅游目的地之一的森林公园的发展备受瞩目。近年来森林公园、森林旅游、国家级森林公园、森林旅游业等高频热词逐渐进入大众视野[1],空间结构、空间分布等与其相关的研究随之展开。森林公园的空间分布特征对后续森林公园乃至森林旅游的发展速度、方向、规模和效益影响重大[2],而国家级森林公园作为森林公园所有类别中的最高级别,研究其空间分布特征,对促进森林公园与森林旅游空间布局的优化提升以及森林资源的合理开发利用具有重要的理论参考意义[2]。

森林公园是指依托于良好的森林资源,利用森林的多种功能,以开展森林旅游为宗旨,可供人们游览、休憩、度假以及进行科学、文化、教育等活动的场所[3]。而国家级森林公园主要是国内的提法,它是指以生态环境良好的森林资源为依托,拥有全国性意义或特殊保护价值的自然和人文资源,具备一定规模和旅游发展条件的自然区域,且必须经由国务院林业行政主管部门批准[4]。纵观国内外的森林公园相关研究成果,国外的研究内容主要倾向于价值体现与经济效益方面[5],包括生态系统服务[6-7]、资源利用[7]、经济价值[8]、植被状况[9]、公园选址[10]、健康效益[11]、游客满意度[12]等。而国内的研究内容主要集中于规划布局、游客感知以及生物多样性等方面,包括空间规划设计[13]、空间结构[14]、空间演变特征[15-16]、游憩者的景观偏好[17]、森林康养健康效益[18]、游憩动机[19]、满意度[20]、优势种生态位[21]、植物区系分析[22]、物种多样性[23]等。总体上,现有的森林公园相关研究多聚焦于微观层面的具体到某一森林公园的规划设计,而对宏观层面的全国范围内森林公园空间格局及演变的研究相对较少,更鲜有从具体某一省域出发研究其森林公园的空间分布特征,且现有的研究内容多为定性研究,缺少针对性及充分的科学依据等[3]。所以,本研究以资源禀赋条件优越的黑龙江省为研究区域,运用ArcGIS 10.7对省域内国家级森林公园的空间分布特征进行分析,以期较为直观地展示其国家级森林公园空间分布状况,为黑龙江省国家级森林公园的空间布局优化提供一定的科学依据和理论参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况及数据来源

研究区域为位于中国东北部的省级行政区黑龙江省(121°11′～135°05′E,43°26′～53°33′N),总占地面积为47.3 km2。据黑龙江省林业和草原局公布的数据显示:黑龙江全省森林面积为2 150 hm2,森林覆盖率达47.3%,在全国各省森林覆盖率中排名第9位[24],其中在中国地级以上城市森林覆盖率排名中黑龙江伊春市以84.4%的森林覆盖率排名第1位。目前黑龙江省有国家级森林公园66处,是全国范围内拥有国家级森林公园数量最多的省份。

本研究的基础数据均为国家级或省级官方网站公布的数据。黑龙江省国家级森林公园名录主要来源于国家林业和草原局政府网、保护地平台等官方网站,其地理坐标来源于百度地图拾取坐标系统、腾讯位置服务、高德地图API;利用 ArcGIS 10.7从国家基础地理信息中心(www.ngcc.cn)得到黑龙江省行政底图,以及基于地理坐标得到黑龙江省国家级森林公园分布图。

1.2 研究方法及数据处理

采用最邻近距离指数、Voronoi多边形变异系数、基尼系数、核密度估计、规模度指数等方法对黑龙江省国家级森林公园的空间分布类型、均衡性、密度和规模进行分析。

1)最邻近距离指数。最邻近距离指数是表示点状要素在地理空间中相互邻近程度的地理指标[25],有聚集型、随机型和均匀型3种空间分布类型[26]。而黑龙江省各国家级森林公园就可以看作是一个个点状空间要素,最邻近距离指数计算公式为:

(1)

式中:R为最邻近距离指数,ri为各国家级森林公园之间实际最邻近距离的平均值,re为理论最邻近距离,n为黑龙江省国家级森林公园的数量,S为黑龙江省面积。当R<1、R=1或R>1时,对应的空间分布类型分别为凝聚型、随机型和均匀型。

2)Voronoi多边形变异系数。由于最邻近指数在界定点状要素的空间分布时尚存争议,故而本研究引入Voronoi多边形变异系数对最邻近距离指数的结果进行验证[27]。通过测算Voronoi多边形变异系数可以了解因空间要素点分布而改变的多边形面积的变化程度,进而探究研究样本的分布类型。其表达式为:

(2)

式中:cCV为Voronoi多边形变异系数,σ为Voronoi多边形面积的标准差,s为Voronoi多边形面积的平均值,si为第i个多边形的面积,n为多边形的数量。当cCV<33%、33%≤cCV≤64%或cCV>64%时,空间要素点分别为均匀分布、随机分布和集群分布。

3)基尼系数。基尼系数是衡量区域空间分布离散程度的重要指标[28-29]。本研究通过对国家级森林公园分布在黑龙江省各地级市(地区)的数量进行基尼系数分析,从而判断其分布的均衡程度。计算公式为:

C=1-Ggini。

(3)

式中:Ggini为基尼系数;Pi为第i个地级市(地区)的国家级森林公园的数量占全省总数的比值;C为分布均匀度;N0为黑龙江省地级市(地区)的数量。Ggini的取值范围为[0,1],其值越接近1表示分布越集中,反之则越平均。

4)核密度估计。核密度估计可以根据已知数据点进行其空间聚集度评估,进而实现对空间要素点的有效可视化,而且能够反映出核对周边区域的影响力度[30]。计算公式为:

(4)

式中:F(x)为F在某一点x处发生的核密度估计;N为黑龙江省国家级森林公园数量;d为带宽;k为核函数;(x-xi)为估计值点到测算点xi的距离值。其中,核密度值越高,表示分布越密集,反之则越分散。

5)规模度指数。以规模度指数可以分析出区域内研究样本的单体密度[31]。本研究中用来描述黑龙江省各市(地区)国家级森林公园分布在单位空间的个体数量,其公式为:

(5)

2 结果与分析

国家级森林公园作为森林公园的主要构成部分是开展森林旅游的支柱平台[32],其分布特征在一定程度上能反映出区域的森林旅游发展潜力。本研究主要从空间分布类型、均衡性、密度和规模4个方面探析黑龙江省国家级森林公园的空间分布特征。

2.1 空间分布类型

通过ArcGIS 10.7将66个国家级森林公园的要素点与行政地图匹配,并对要素点赋予1～66的编号,得到黑龙江省国家级森林公园分布图(图1)。通过“平均最邻近”计算得出实际平均最邻近距离ri≈75 976.814 0 m,平均理论最邻近距离re≈75 661.113 2 m,从而得出黑龙江省国家级森林公园空间点最邻近距离情况(表1)。最终通过公式(1)计算出最邻近指数R≈0.953 8<1,因此,黑龙江省国家级森林公园在整体空间布局上呈现聚集形态,为凝聚型分布。

表1 黑龙江省国家级森林公园空间点最邻近情况及Voronoi多边形面积

图1 黑龙江省国家级森林公园分布及Voronoi图Fig. 1 The distribution and Voronoi map of national forest parks in Heilongjiang Province

在基于黑龙江省国家级森林公园分布图的基础上通过ArcGIS 10.7生成66个Voronoi多边形(图1),将面积标注编号为:1～66,得到黑龙江省国家级森林公园Voronoi多边形面积表(表1)。

由公式(2)计算得出σ≈67 198.927 0 km2,s≈39 152.803 0 km2,变异系数cCV≈171.632 5%(大于64%),属于强变异类型,为集群分布,且聚集程度高,验证了以最邻近距离指数分析得到的研究区空间分布为凝聚型的结果。

2.2 空间分布均衡性

为了探究国家级森林公园在黑龙江省分布的均衡情况,以黑龙江省13个地级市(地区)为区划,应用基尼系数对其进行分析,通过公式(3)计算得出Ggini≈ 0. 848 6,C≈ 0.151 4。一般来说当基尼系数的取值为Ggini≤0.2、0.20.5时,分别表示空间分布过于平均、较为平均、比较合理、差距过大、差距悬殊[28]。所以黑龙江省国家级森林公园在13个地级市(地区)内的分布差距悬殊,发展极不平衡。为了更直观地展现黑龙江省国家级森林公园的分布均衡程度,按数量从少到多将黑龙江省各市(地区)依次排序,并计算出累计比重和均匀分布累计比重。分别将各市(地区)和累计比重作为横、纵坐标,绘制出黑龙江省国家级森林公园空间分布洛伦兹曲线图(图2)。统计可知,仅哈尔滨市、伊春市和牡丹江市拥有的国家级森林公园数量就占全省的60.60%,而齐齐哈尔市、大庆市、七台河市、绥化市仅占9.08%,且洛伦兹曲线下凸程度较大,说明黑龙江省国家级森林公园的分布集中化程度较高,较为不均衡。

图2 黑龙江省国家级森林公园空间分布洛伦兹曲线图Fig. 2 The lorentz curve of spatial distribution of national forest parks in Heilongjiang Province

2.3 空间分布密度

借助ArcGIS 10.7软件进行黑龙江省国家级森林公园空间分布的核密度估计分析,研究其密度变化规律与集中分布的区域位置,生成黑龙江省国家级森林公园核密度分布图(图3a),分析发现,省域内国家级森林公园的空间分布密度呈现出明显的差异性,虽各市(地区)均有国家级森林公园的分布,但主要是以中部及中部偏东地区为主要分布区域,包括有伊春市、哈尔滨市、牡丹江市、鹤岗市、佳木斯市、双鸭山市、鸡西市,其他地区的分布则较为分散,多为点状分布,即总体表现为“局部集聚,其他分散”的不均匀的空间分布特征。总体分布形成了3个主要集聚区,且均位于中部及中部偏东地区,呈现出“三核集聚”的现象。3个集聚区按分布密度从高到低分别为以伊春市中部为集聚点的第1集聚区、以哈尔滨市西部为集聚点的第2集聚区和以哈尔滨市东南部及牡丹江市西北部为集聚点的第3集聚区。这种分布特征的形成很可能是因为该区域内的森林资源丰厚、旅游资源多样、经济发展相对较好。

图3 黑龙江省国家级森林公园核密度分布与 空间分布规模度图Fig. 3 The nuclear density distribution and spatial distribution scale map of national forest park in Heilongjiang Province

2.4 空间分布规模

由于黑龙江省内各市(地区)的地理区位、资源类型、开发水平以及政策等因素的影响,国家级森林公园在各市的分布规模存在不同程度的差异,为了得出国家级森林公园在各市(地区)内分布规模的差异性而引入规模度指数,通过公式(5),计算得出黑龙江省国家级森林公园空间分布的规模度指数(表2),进而绘制出其空间分布规模度指数图(图3b)。由表2可知,黑龙江省国家级森林公园的平均规模度指数为0.000 161,有5个地级市高于平均规模度指数,分别为伊春市、哈尔滨市、七台河市、牡丹江市、鹤岗市,其中伊春市的规模度指数最高,为0.000 366,其他8个地级市/地区均低于平均规模度指数,特别是绥化市、大庆市、黑河市、大兴安岭地区、齐齐哈尔市规模度指数相对较低。由图3b还可知,黑龙江省国家级森林公园空间分布规模指数较高的城市位于省域内中部及中部偏东南地区。

表2 黑龙江省国家级森林公园各地级市(地区)分布状况及规模度指数

综合核密度估计的结果发现,哈尔滨市、伊春市、牡丹江市一直具备着国家级森林公园发展和建设的优越性,而七台河市和鹤岗市虽然拥有的森林公园数量较少,但其规模度指数却较高,这可能是由于七台河市虽地域面积较小却与5个城市接壤,而且与接壤的市内分布的国家级森林公园在地理位置上相对接近,而鹤岗市的国家级森林公园分布位置靠近伊春森林资源较丰富,为国家级森林公园分布集聚区,也就是核密度中提到的第1聚集区,这为这些国家级森林公园未来的发展奠定了良好的基础。

3 讨 论

以黑龙江省为研究区域,运用最邻近距离指数、Voronoi多边形变异系数、基尼系数、核密度估计、规模度指数等方法,借助ArcGIS 10.7分析黑龙江省国家级森林公园的空间分布特征,得出如下结论:黑龙江省国家级森林公园的空间分布类型为典型的凝聚型,且在13个地级市(地区)内的分布差距悬殊,集中化程度较高,发展极其不平衡;空间分布密度总体表现为“局部集聚,其他分散”的不均匀的空间分布特征,且在中部及中部偏东地区形成了以伊春市中部、哈尔滨市西部、哈尔滨市东南部以及牡丹江市西北部为集聚点的3个集聚区,呈现出“三核集聚”的现象;除具备国家级森林公园发展和建设优越性的哈尔滨市、伊春市、牡丹江市以外,七台河市和鹤岗市内分布的国家级森林公园以较高的规模度指数分别位列第3位和第5位,也具备一定的国家级森林公园发展潜力。基于以上研究结论,笔者认为,未来要实现黑龙江省国家级森林公园的良性可持续发展,必须要进一步优化空间布局,实现资源合理利用,可以从以下3个方面考虑。

1)全面统筹,集群效应。鉴于黑龙江省国家级森林公园呈凝聚型分布以及分布差距悬殊、极其不均衡,黑龙江省国家级森林公园的发展重点应全面统筹,打破不平衡的发展局面,以促进集群效应产生。应侧重以哈尔滨市、伊春市、牡丹江市、鹤岗市为主要集群组团,再分别构建以七台河市和黑河市为中心的次要集群组团,主要集群组团和次要集群组团间协同配合,同一组团中的城市步调一致,进而实现全省的国家级森林公园全面协调发展。

2)一核多心,联动发展。哈尔滨市、伊春市是黑龙江省最具备国家级森林公园发展潜力的两个地级市,而这两个地级市中由于哈尔滨市的省会条件优势、旅游资源优势以及国民熟知度优势,具有极强的发展成为“一核”的硬件条件,而伊春市作为我国地级市中森林覆盖率最高的城市,得天独厚的森林资源,也使其具备成为“一核”的基础条件。而且这两个地级市既接壤又均位于黑龙江省相对居中的地理位置,利于发挥国家级森林公园发展的“领头羊”作用。牡丹江市、鹤岗市、七台河市、双鸭山市和鸡西市等国家级森林公园发展潜力相对弱些的地级市可以作为“多心”,形成黑龙江省“多心”围绕“一核”,“一核”联带“多心”的国家级森林公园发展格局。

3)互促互利,拉动效应。国家级森林公园的分布位置一定程度上会影响区域森林旅游的发展。如以哈尔滨市和伊春市为中心并向东辐射的几个地级市内国家级森林公园的位置相对集中且位于省内中心地带,在国家级森林公园发展上具备一定的优势,而其他地级市(地区)内国家级森林公园的数量相对较少且分布零散、规模度也较低,个别市区位优势不明显,不利于其国家级森林公园的开发建设以及森林旅游的发展。由此,优势地区内的国家级森林公园可以通过建设“森林旅游网红打卡点”等方式,为全省吸引森林旅游目标游客群,而劣势地区内的国家级森林公园主要以体现具有地域特色的森林环境氛围为主,立足全省的国家级森林公园发展格局,打造特色城市森林旅游品牌,从而实现优势地区和劣势地区的互促互利,进而推动区域全面协调发展。