基于生态敏感性评价的风景名胜区生态保护对策

Developing ecological protection strategies for scenic spots based on ecological sensitivity

摘要

目的 研究尧山风景名胜区生态敏感性，阐述不同敏感区的分布状况与环境特征，为分级保护区划提供参考和建议。 方法 从自然环境及社会人为角度筛选12项影响因子并进行综合赋权，采用加权叠加法对尧山风景名胜区进行综合分析并划定分级保护区。 结果 一级保护区占整体的38.52%，集中在西北部，海拔高、坡度大，敏感程度较高，以山地景观为主；二级保护区占整体的45.44%，集中在区域中部，敏感程度适中，植被覆盖度高，以自然及人文景观为主；三级保护区仅占16.04%，集中在区域东部，敏感程度较低，以耕地及建设用地为主，人工开发建设程度高。 结论 研究区整体以中敏感区为主，其次为较高敏感区，生态保护等级从西北向东南方向逐渐降低，与生态敏感程度呈正相关。

Abstract

Objective This study aimed to investigate the ecological sensitivity of the Yaoshan Scenic Area，describe the distribution and environmental characteristics of different sensitive areas，and provide references and suggestions for the classification of protected areas. Method Twelve influencing factors were screened and comprehensively weighted from the perspectives of natural environment and social man-made factors.The weighted superposition method was used to comprehensively analyze the Yaoshan Scenic Spot and delineate the graded protected area. Result The first-level protected areas accounted for 38.52% of the entire area，mainly concentrated in the northwest with high altitude，large slope，high sensitivity，and mountain landscapes.The degree of sensitivity was moderate，with high vegetation coverage and natural and cultural landscapes being the main factors.The third-level protected areas only accounted for 16.04% of the region，mainly concentrated in the eastern part with a low degree of sensitivity，mainly consisting of cultivated land and construction land，and a high degree of artificial development and construction. Conclusion The study area was mainly dominated by medium-sensitive areas，followed by high-sensitive areas.The ecological protection level gradually decreased from northwest to southeast，which was positively correlated with the degree of ecological sensitivity.

Graphical abstract

关键词

风景名胜区 / 生态敏感性评价 / 生态分区 / 生态保护

Key words

scenic spot / ecological sensitivity evaluation / ecological regionalization / ecological protection

风景名胜区是自然景观与人文胜迹相对集中的遗产保护区域^［1］，在国家保护地系统中独具特色^［2］，也是我国特有的一种保护地类型。但初期风景名胜区的建设未经生态规划指导^［3］，致使内部生态问题日趋严重。随着对风景名胜区研究的逐渐深入和地理信息技术的不断完善，在生态环境评价、生态分区及生态保护等方面制定了相应的规范与政策，也完善了评价体系基本形式与相关环境评价指数的选择依据^［4-7］。生态敏感性评价对大范围空间地域环境系统分析具有较强的适切性^［8-9］，针对风景名胜区的生态敏感性评价多从自然环境视角切入，多集中于生态环境 ^［10］、旅游功能区划^［11］、旅游适宜性开发建设^［12］等方面的研究，但综合考虑自然环境与社会人为因素的研究尚不多见，也缺乏基于生态敏感性评价指导的风景名胜区生态保护规划研究。此外，在评价方法与因子确权上，常选用数学方法对生态敏感性进行定量分析，如层次分析法^［13］、模糊赋值法^［14］、变异系数法^［15-16］等，但评价方法主观性过重且评价体系的选取与构建未形成统一标准。

尧山风景名胜区经过多年发展已成为平顶山市旅游业的主要经济支柱，维持资源开发与生态保护的平衡成为生态化建设的核心问题。但相关研究尚处于初级阶段，仅集中于历史文化^［17］、旅游安全^［18］及植物资源^［19］等，并未对尧山风景名胜区生态保护与可持续建设提供可行性意见。鉴于此，本研究试图从自然环境与社会人为角度构建评价体系并对尧山风景名胜区进行生态敏感性分析，绘制分级保护区划图并提出生态保护对策，对推动区域内经济发展、生态保护及建设活动具有重要意义。本研究不仅为尧山风景名胜区生态建设提供针对性的参考意见，也为其生态保护与土地利用模式提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

尧山风景名胜区位于河南省平顶山市鲁山县西部边陲，为鲁山、嵩县及南召三县交界处（图1~2）。研究区总面积为81.40 km²，地形起伏较大，海拔364~2 000 m，呈西高东低且南北平行延伸的形态；整体以大陆季风性气候为主，年均气温为14.8 ℃，降雨量约为827.8 mm，在时空分布上极不均匀，整体由西北向东南逐渐降低，雨季集中在6~8月，占年均总降雨量的53%；土壤以黄棕壤、棕壤及棕壤性土为主。林地面积为76.47 km²，占比高达93.95%，主要分布在西部、西北部、东南部及中部。非林地面积共为4.93 km²，仅占整体的6.05%，土地利用类型包括水体、耕地及建设用地等。尧山风景名胜区是由独具特色的山地森林景观及丰富的历史古迹共同构建，区域内自然及人文资源要素丰富，如野生动物、森林植被、天然水体及地质遗迹等，是保护与开发工作的基础。但自被列入国家重点风景名胜区、国家5A级旅游景区及国家地质公园以来，社会人为因素的干扰给内部自然生态环境带来更大压力。因此，旅游开发建设和生态文明保护的平衡成为当前发展面临的主要问题之一。

1.2 数据来源

本研究基础数据包括2018年哨兵2号影像数据、ASTER GDEM 30 m数据、尧山风景名胜区边界矢量图、1∶100 00地形矢量图、石人山（尧山）国家级风景名胜区总体规划（2016~2030）。利用ENVI对影像数据进行预处理与监督分类，从而获得研究区的土地利用数据及植被归一化指数，再利用ArcGIS对研究区的栅格及矢量数据进行提取与分析，对道路、水域、景源等点或线源数据进行缓冲区分析（图1~2）。

1.3 因子的选取与分级体系的确定

本研究基于科学性、综合性、可操作性、可控性及地域代表性原则，参考《生态环境状况评价技术规范》^{［4-6，20］}等并结合理论分析法^［21-22］与专家咨询法，从自然环境与社会人为角度筛选12项能准确呈现生态敏感性及保护重点的评价因子。以数字1~5从低到高对其进行敏感性等级赋值并构建评价指标体系（图3）与分级标准表（表1），分别对应低敏感区、较低敏感区、中敏感区、较高敏感区及高敏感区。

1.4 因子权重的确定与计算

生态环境是由多因子构成的复合环境且不同地区自然环境及利用方式差异较大，致使因子对生态环境的影响及敏感程度有所区别。在进行生态敏感性等相关评价时，常用多因子综合分析法确定权重。本研究分别运用层次分析法和熵值法计算因子权重，并采用综合赋权公式对数据进行整合，使评价结果更具客观性与准确性。

1.4.1 层次分析法基本计算步骤

1） 标度法构建因子判断矩阵

通过各因子相互比较并对数据进行基本处理，以表达因子在评价体系中的重要程度。

2） 对判断矩阵进行一致性检验

利用公式（1）计算判断矩阵最大特征根，进而确定一致性指标C.I.（C.I.=λ_max-n/n-1，其中n为矩阵因子个数），最后计算随机一致性比率系数C.R.（C.R.=C.I./R.I.），若C.R.<0.10，表明矩阵满足一致性检验，代表赋权结果通过检验，否则需对其进行重新构建。

{\lambda }_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}=\frac{\mathrm{1}}{n}{\displaystyle \sum _{j=\mathrm{1}}^n}\frac{{(XW)}_{\mathrm{i}}}{{\mathit{W}}_{\mathrm{i}}}（1）

式中：n为矩阵因子个数，XW为判断矩阵X与W相乘。

3） 因子权重计算

采用乘积法计算因子权重，首先运用公式（2）对每行因子进行乘积计算，（x为判断矩阵，n为矩阵的阶）；其次对w_i开n次方根，即\overline{W_i}=\sqrt[\mathrm{n}]{W_i}，最后运用公式（3）对判断矩阵x中每行方根进行向量归一化处理。

w_i={\displaystyle \sum _{j=\mathrm{1}}^n}{x}_{ij}（2）

{\mathrm{x}}_{\mathrm{j}}=\frac{\overline{w_i}}{{\sum }_{j=\mathrm{1}}^n\overline{w_j}}(\overline{w_i}=\overline{w_{\mathrm{1}}},\overline{w_{\mathrm{2}}},...\overline{w_n})（3）

式中：x为判断矩阵，n为判断矩阵的阶。

本研究也运用了Yaahp软件进行层次分析法权重值的辅助计算，也便于对因子权重及相关判断矩阵一致性检验进行计算。目标层及综合评价层一致性CR值分别为0.093 6、0.037 2、0.072 3、0.000 0、0.037 2，均处于0~0.1，证明因子判断矩阵具备可行性；综合因子层权重W=［0.156 3、0.490 6、0.308 9、0.044 3］。

1.4.2 熵值法基本计算步骤

熵值法计算权重的基本原理是根据因子自身具有的相对效应值为其赋权；但对于变化程度较小的因子^［23］，其权重值约为0，具体步骤如下：

1） 对判断矩阵x进行标准化处理

x_j=\frac{\mathrm{1}}{xj},x_{ij}=\frac{x_{ij}-\overline{x_j}}{{\delta }_j}（4）

式中：x_ij 为标准化后的矩阵数据，\overline{x_j}为第j项评价因子的均值，{\delta }_{\mathrm{j}}为第j项评价因子的标准方差。对于负值的数据，运用平移法消除负值，z为评价因子的平移幅度，公式如下：

X_{ij}=x_{ij}+z（5）

2） 计算第i个样本中第j项评价因子的比重，标准化后的判断矩阵为Y

Y_{ij}=\frac{X_{ij}}{{\displaystyle \sum _{i=\mathrm{1}}^m}{X}_{ij}},Y=\{y_{ij}{\}}_{m,n}（6）

式中：n为判断矩阵中因子的个数，m为因子具有的因子数据数量，根据相关计算方法，求得第j项评价因子的熵值及差异系数为：

e_j=\frac{-\mathrm{1}}{\mathrm{l}\mathrm{n}m}{\displaystyle \sum _{i=\mathrm{1}}^m}{y}_{ij}ln{y}_{ij},\mathrm{0}\le e_j\le \mathrm{1}（7）

g_{ij}=\mathrm{1}-e_j（8）

3） 计算评价因子指标权重与指数

w_j=\frac{g_j}{{\displaystyle \sum _{i=\mathrm{1}}^m}{g}_j},R_i={\displaystyle \sum _{i=\mathrm{1}}^m}{w}_j{y}_{ij}（9）

1.4.3 综合赋权基本计算步骤

假设综合权重为\overline{w_j}，理论上应尽量接近层次分析法计算的权重W_i及熵值法计算的权重w_j。基于相对信息熵最小化进行计算^［24］并结合拉格朗日乘数法对公式进行简化，从而获得因子综合权重（表2）。因子综合赋权公式如公式（10）所示。

\overline{w_j}=\frac{\sqrt[]{W_j{w}_j}}{{\displaystyle \sum _{j=\mathrm{1}}^n}\sqrt[]{W_j{w}_j}}（10）

在尧山风景名胜区因子综合赋权表中（表2），由权重值排序可知，植被类型、水体面积、土壤类型、高程、水域缓冲区、植被覆盖度较为靠前，对尧山自然保护区生态敏感性影响程度较高，与研究区的保护重点契合度较高。

1.5 加权叠加分析

利用ArcGIS 10.5栅格计算器结合综合赋权结果对评价因子进行加权叠加分析，得到生态敏感性指数。加权叠加分析^［25-26］公式如（11）：

S_i={\displaystyle \sum _{j=\mathrm{1}}^{\mathrm{n}}}(K_{ij}\times W_j)（11）

式中：S_i 表示评价因子i的生态敏感性指数；K_ij 表示评价单元i的评价指标j的评价值，n为评价因子总数。

2 结果与分析

2.1 单因子生态敏感性分析

2.1.1 地形地貌

2.1.1.1 高程

高程是生态敏感性评价中最为重要的因子之一，海拔越高，自然环境抗干扰能力降低，敏感程度随之升高。区域内较高及高敏感区域面积共11.71 km²，占总面积的14.38%，主要位于西北部。低敏感区域位于东部，仅占整体的0.90%，敏感程度由西北向东南逐渐降低（图4-A）。

2.1.1.2 坡度

坡度对自然环境影响体现在地表径流速率、土壤含水量等方面，坡度越大造成的影响越大，敏感性也越高。坡度≥25°的区域为较高及高敏感区，面积约为21.18 km²，占总面积的26.03%，主要集中在西部及西北部；而坡度<25°的区域，适宜开发建设，以中、低及较低敏感区为主，仅占总面积的73.97%（图4-B）。

2.1.1.3 坡向

坡向是导致日照时长及太阳辐射量差异的重要因子，也是构成自然生境小气候的主要因素。阳坡日照较长且太阳辐射量较大，水分蒸发较快，敏感性较高；反之阴坡水分蒸发较慢，便于土壤蓄水，敏感性较低。研究区域内，朝南、东南及西南方向的低及较低敏感区占总面积的26.85%，约为21.85 km²，剩余区域占73.15%（图4-C）。

2.1.2 自然条件

2.1.2.1 水体面积

因子权重排序较高，敏感程度随面积增加逐级提升。面积≥0.73 hm²的区域包括较高及高敏感区，占总面积的40.62%，主要位于东北侧，以保护及保育为主；而面积<0.73 hm²的区域以中、较低及低敏感区为主，占总面积的59.38%，可进行旅游开发建设。

2.1.2.2 水域缓冲区

用于明确影响水体生态质量的最远边界距离。距水体≥30 m的区域可结合周边环境进行开发建设，面积约为0.54 km²，占整体的85.66%；而距水体<30 m的区域，根据水体面积大小采取相应的保护措施，该区域以中、较高及高敏感区为主，共占14.34%。

2.1.2.3 土壤类型

根据土质疏松及植物生长状况将其分为3类：其一是黄棕壤土，肥力较高，适宜林地生长且敏感性最低，占总面积的8.50%；其二是棕壤土，肥力良好，适宜农作物生长，敏感性良好，占整体的88.44%；最后是棕壤性土，肥力最差，土质疏松且水土流失严重，集中于西侧山体高海拔处，敏感性最高，占整体的3.06%。

2.1.2.4 年均降雨量

降雨量≥797.95 mm的区域包括较高及高敏感区，主要集中在研究区东南侧，面积约为28.20 km²，占整体的34.66%；而降雨量<797.95 mm的区域以低、较低及中敏感区为主，往西北方向逐级递减，共占整体的65.34%。

2.1.3 植被条件

2.1.3.1 植被类型

因子权重排序最高，也是研究区重点保护要素之一。研究区内中敏感区面积最大，约为64.78 km²，以落叶阔叶林为主，占整体的80.23%；较高及高敏感区位于高海拔处，以针阔混交林及针叶林为主，占总面积的14.16%；剩余区域则占5.61%（图6-A）。

3.1.3.2 植被覆盖度

因子权重排序较为靠前，主要反映地表植被生长状况。覆盖度≥0.109的区域，集中在西北部和北部，面积约为54.57 km²，占整体的的67.04%；覆盖度<0.109的区域以高及较高敏感区为主，占整体的32.96%（图6-B）。

2.1.4 人类活动

2.1.4.1 道路缓冲区

对周边生境的影响强度随距离增加而下降。缓冲区距离≥500 m的区域以较高及高敏感区为主，面积约为20.50 km²，占整体的48.07%；缓冲区距离位于300~500 m间的区域为中敏感性，面积约为8.01 km²，占整体的18.78%；剩余区域则占总面积的33.15%（图7-A）。

2.1.4.2 土地利用类型

根据使用频率、干扰程度将其分为3类：高敏感区以林地及水体为主，面积约为76.81 km²，占总面积的94.36%，生态环境系统组成单一，敏感程度最高；中敏感区以耕地为主，主要集中在东部，面积约为3.71 km²，占整体的4.55%；低敏感区占整体的1.09%，以较为密集的旅游开发及建设活动为主，土地利用类型包括道路、公共建筑、基础服务设施等（图7-B）。

2.1.4.3 景源等级

因子权重排序在社会人为因素中较为靠前，根据不同等级明确影响景源保护的最远距离。一级景源多集中于高海拔处，以山地景观为主，占总面积的89.60%；剩余区域为二、三景源，以人文景观为主，共占整体的10.40%（图7-C）。

2.2 生态敏感性综合评价分析

高及较高敏感区面积分别为11.88 km²和16.28 km²，占整体的14.60%和20.00%，自然资源丰富，主要分布在西部和西北部；中敏感区面积最大，约为39.27 km²，占整体的48.24%，主要分布在中部、南部及北部；较低及低敏感区面积约为12.20 km²和1.77 km²，分别占整体的14.99%和2.17%，集中于中部与东部。

2.3 生态保护区划分析

根据风景名胜区生态保护相关要求，对其生态敏感性综合分析结果进行重分类处理，生态保护等级划分与敏感程度分布一致性程度较高，均呈现出由西北向东南逐级递减的趋势，结合环境现状与评价结果对保护区进行简要叙述。

一级保护区面积约为31.35 km²，该区域主要受到高程、土地利用类型、坡度的影响，集中分布在西部及西北部。海拔大多处于1 000 m以上，坡度大于45°的区域较多，降雨量较高，山地景观多聚于此，对人类建设活动干扰及自然环境变化反应较为强烈，敏感程度最高。在后续建设中应加强生态保护及保育，减少资源开发对生态环境带来的破坏，保护对策倾向于维护山地景观、就地或迁地保护野生濒危植被等方面。

二级保护区面积约为36.99 km²，该区域主要受到土地利用类型、土壤类型、水体面积及坡向的影响。土地利用类型为林地、水体及少量建设用地，土壤以棕壤土为主，肥力及培育力较高，也具备充沛的雨水资源，植被长势良好，以落叶阔叶林及针阔混交林为主，敏感程度适中。后续可进行一定程度的人工建设及科研活动，但仍要注意资源开发与生态保护的平衡，保护对策倾向于维护南坡植被群落、保护北坡植被群落、保护野生动物及森林植被资源栖息地、保护水体景观等。

三级保护区面积约为13.06 km²，该区域主要受到土地利用类型、土壤类型、坡度的影响。土地利用类型以耕地、建设用地为主，土壤以黄棕壤土为主，肥力及培育力最高、人工建设及开发程度较高，敏感性程度最低。在满足游客基本日常活动需求的基础上兼顾生态保护，主要采取科学耕作、控制人为污染排放、完善基础设施建设等措施。

3 讨论

本研究主要运用ArcGIS对尧山风景名胜区进行生态敏感性评价研究，综合筛选12项评价因子并构建指标体系。首先，尧山风景名胜区的保护重点为自然与人文资源要素，从自然环境与社会人为两方面筛选出的数据能够准确呈现出研究区域的实际生态环境状况、生态问题及开发建设与生态环境间的矛盾；同时，在因子权重计算方法上，运用层次分析法与熵值法进行综合赋权，进一步提高评价结果的客观性与科学性；此外，3S技术在大范围空间数据提取与生态系统分析方面具有适切性，在生态敏感性评价方面的技术应用与理论研究较为成熟，可直观呈现出研究区域生态环境的敏感性程度，并提出针对性的生态保护对策。但由于研究资料与数据收集的限制，仍需对评价体系做进一步调整与完善，如缺乏地质灾害、水域污染、水土流失等数据，也需对区域经济、社会发展等社会人为方面进行深入分析，提升生态敏感性评价结果的准确性与综合性。

4 结论

本研究基于生态敏感性评价对尧山风景名胜区进行分级保护区划，由结果可知，一级保护区占总面积的38.52%，主要分布在西部与西北部；二级保护区占总面积的45.44%，主要分布在研究区的中部；三级保护区面积最小，占比16.04%，位于研究区东部。本研究结果直观呈现出尧山风景名胜区生态敏感性区域与分级保护区划，生态保护等级与生态敏感性综合评价呈正相关，具有较高一致性，不仅为资源开发与建设活动提供有效参考，还可为尧山风景名胜区生态保护措施提供理论支持，而且为自然资源与土地资源配置提供科学依据。

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基金资助

河南省科技攻关项目“生态融城理念下的郑州都市圈生态安全网络构建与保障技术研究”(202102310256)

2022湛江科技学院品牌提升计划“2022年度中华优秀传统文化传承基地：雷州木雕”

2019年湛江科技学院校级专利项目“基于广东海洋大学寸金学院新校区“口袋图书馆”外观造型设计”(CJZL201904)