基于GIS的泰山风景名胜区生态敏感性评价及保护研究

岳佳颖，卢娇阳，范琳子，王丹阳，郑玮锋

(福建农林大学艺术学院 园林学院(合署)，350000，福州)

0 引言

生态敏感性指的是生态系统对各种人类活动干扰和自然生态环境变化的敏感性反映程度，一般指发生区域生态环境问题的出现的概率大小[1-2]。国外对于生态研究方面起步较早，麦克哈格[3]在他的专著《设计结合自然》一书中提倡用生态学的观点来适应世界，专著中还提到通过选取单因子进行分析，通过叠加得到整个研究区域的生态敏感性，为区域的保护提供参考，还有许多国外学者通过构建模型等途径研究不同区域的生态敏感性，主要还是研究区域自然方面的敏感性，对于其他方面研究较少，也不够成熟、系统，但是仍然对我国生态敏感性方面的研究提供了一定的经验和指导。随着国内对生态问题的重视，生态敏感性方面的研究越来越多，公园[4-5]、湿地[6]、风景区[7-8]、城镇[9-10]、乡村[11]、湖泊[12]等都有相关生态敏感性方面的研究，覆盖了大、中、小尺度的各种不同地域。对生态敏感性研究角度、层次、技术不断地深入，对地域的生态环境与自然资源规划、保护提供更科学的指导。学者李抒音[13]等人以青龙山风景区为研究对象,利用GIS提取相关信息,并通过德尔菲打分法和AHP确定各因子的权重,建立模型,进行综合敏感性评价，最终确定各级生态敏感区,从而为风景区生态环境保护规划提供科学依据；肖京武[14]等人以青秀山风景区为研究对象，选取6个因子构建模型体系，运用GIS和AHP等研究方法得到青秀山生态敏感性结果图并进行生态敏感性研究等。

风景名胜区通常面积较大，地形较为复杂，自然资源丰富，对其开发和保护也较为复杂。而生态敏感性研究可以应用于风景区生态环境的保护和风景区建设规划中，通过分析风景名胜区生态环境的现状，准确定位风景区生态环境保护和恢复建设的重点，并采取相应的保护策略，实现风景名胜区的可持续发展。本文通过选取高程、坡度、坡向、水体缓冲区、土地利用类型、道路缓冲区、植被NDVI、自然景观资源、人文景观资源这9个单因子对泰山风景名胜区进行生态敏感性分析，确定该区域生态敏感性空间分布范围及规律，为泰山风景名胜区的生态环境规划与建设、保护与修复提供依据。

1 研究区概况

泰山风景名胜区一般指泰山，区域内自然资源丰富，历史文化悠久，被尊为“五岳之首”，被评为世界自然与文化双遗产、国家级风景名胜区、世界地质公园等[15]。地处山东省泰安市之北，紧邻泰安、济南、淄博3市。景区内地形多样；土壤以棕壤为主，土壤肥沃；植被茂盛，其覆盖率高达78%。除此之外，曾有十三代皇帝亲临泰山，风景区内有建筑文化、书法文化、泰山石文化、山北有北辛文化和大汶口文化、山南有龙山文化，人文资源极其丰富。近几年，随着第三产业旅游业的迅速发展，泰山风景名胜区内生态环境问题日益突出，景区环境承载能力也遭到了破坏。通过本文的研究，能够对泰山风景名胜区生态环境规划、保护提供一个科学、系统的指导。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据获取与处理

从地理空间数据云获取分辨率为30 m×30 m的DEM图，2019年9月27日的Landsat 8遥感影像图，从GlobleLand30 全球地表覆盖数据获取土地利用类型数据。利用 ENVI对遥感影像数据进行预处理，得到植被NDVI相关数据。将得到的数据在ArcGIS10.6软件中进行处理，水文通过DEM数据在ArcGIS10.6软件中提水体分布图。利用空间分析模块功能对9个单因子进行分级赋值，完成单因子的生态敏感性分析图。根据相关专家打分结果通过 Yaahp 软件计算出各因子权重，最后将每个因子加权叠加得出生态敏感性综合分析图。

2.2 研究方法

2.2.1 评价因子选择及赋值 根据泰山风景名胜区的实际调研情况，从地形地貌(高程、坡度、坡向)、自然条件(水体缓冲区)、人类活动(土地利用类型、道路缓冲区)、植被条件(植被NDVI)、景观资源(自然景观资源、人文景观资源)5个准则层中选取9个指标层作为景区的生态敏感性分析评价单因子，建立泰山风景名胜区生态敏感性评价指标体系(见表1)。并对这9个单因子的生态敏感性进行等级划分并赋值：极敏感(5分)；高敏感(4分)；中敏感(3分)；低敏感(2分)；不敏感(1分)(见表2)。

表1 泰山风景名胜区生态敏感性评价指标体系

表2 泰山风景名胜区单因子生态感敏性分级标准

2.2.2 评价因子权重的确定 本文采用层次分析法和专家打分法，主要通过线上问卷的形式邀请6位相关研究方向的老师参照进行1～9标度法(见表3)进行打分，然后在Yaahp软件中构造两两比较的判断矩阵，由此计算出每个因子的权重值[16](见表4)。为了验证权重结果是否合理，要利用一致性比率对其进行一致性检验，公式如下：

表3 层次分析法标度对照表

表4 泰山风景名胜区单因子生态敏感性权重

(1)

(2)

层次分析法的计算结果显示，最大特征根λmax为9.641 0，根据RI表查到对应的RI值为1.46。根据公式CR=CI/RI=0.054 9<0.1，通过一次性检验，说明单因子权重的结果可取。

2.2.3 构建生态敏感性综合指数模型 将9个单因子生态敏感性分析图层用ArcGIS 10.6软件中的空间分析工具进行加权叠加分析，重分类得到泰山风景风景名胜区生态敏感性综合分析图。生态敏感性综合指数模型计算公式为：

(3)

式中：Si表示评价单元i的生态敏感性指数；Eij表示评价单元i的评价指标j的评价值。

3 结果与分析

3.1 单因子生态敏感性分析

3.1.1 高程 高程是影响泰山风景名胜区生态敏感性的重要因子，不同高程的气温、降水，植被的分布不同，相应的组成的生态环境也就不同[17]。将风景区的高程划分为5个等级：小于450 m、450～650 m、650～850 m、850～1 100 m、大于1 100 m。通过分析可得：高程越高的地方，生态敏感性越强。其中，中敏感区面积最大，为3 355.80 hm2，占总面积的31.14%；极敏感区主要位于中部山顶区域，面积最小，为624.46 hm2，占总面积的5.79%；不敏感区、低敏感区、高敏感区分别占总面积的17.22%、27.65%、18.20%(见表5)。风景区内高程整体以中、低敏感性为主，表明多数地区是适合游客游憩休闲和攀登的(见图1)。

高程 坡度 坡向 水体缓冲区

3.1.2 坡度 根据坡度可以得知一个区域的陡缓情况，坡度越陡，生态环境越脆弱，越容易发生自然灾害[18]。将风景区的坡度划分为5个等级：小于15°、15～23°、23～35°；35～48°、大于48°。通过分析可得：坡度越陡的区域，生态敏感性越高。其中，中敏感区面积最大，为4 706.71 hm2，占总面积的44.05%；极敏感区面积最小，为123.00 hm2，占总面积的1.15%；不敏感区、低敏感区、高敏感区分别占总面积的15.36%、25.23%、14.21%(见表5)。泰山风景名胜区的坡度生态敏感性整体以中、低为主，但要注意对高敏感区和极敏感区的保护，防止发生水土流失(见图1)。

3.1.3 坡向 本研究采用8个方向的分类方法，将坡向划分为平坡、正南的不敏感区；东南、西南的低敏感区；正东、正西的中敏感区；东北、西北的高敏感区；正北的极敏感区。通过分析可得：低敏感区面积最大，为3 071.39 m2，占总面积的28.75%；极敏感区面积最小，为1 128.48 hm2，占总面积的10.56%；不敏感区、中敏感区、高敏感区分别占总面积的15.15%、24.94%、20.60%(见表5)。泰山风景名胜区坡向敏感性整体以中、低为主，东南和西南坡向生态低敏感性所占比例最大，对于景区内资源开发、生态保护等方面有一定的优势。考虑我国的地理位置，并根据各方面因素影响认为北坡相比于南坡的生态环境更为脆弱，要更加注意对北坡生态环境的保护(见图1)。

3.1.4 水域缓冲区 水体对于景区内动植物的生长、生存环境发挥着重要作用，根据景区内水体的分布、流量、流向等，将水域缓冲区分为5个等级：0～25 m、25～50 m、50～100 m、100～150 m、>150 m。离水域越近的区域，生态敏感性越高[19]。其中，不敏感区所占面积最大，为9 060.34 hm2，占比84.08%；极敏感区分布面积最小，为288.48 hm2，占比2.68%；低敏感区、中敏感区、高敏感区分别占总面积的5.24%、5.33%、2.67%。不敏感区远大于极敏感区和高敏感区，风景区内水域分布相对均匀，同时注意建立生态缓冲区，加强对风景区内水体的保护与管理，减少人类活动对水域的破坏(见图1、表5)。

3.1.5 土地利用类型因子分析 根据景区的土地利用现状，将土地利用类型划分为5种：建设用地、草地、裸露地、林地、水体。其中，高敏感区面积最大，为5 615.04 hm2，占比52.16%；不敏感区面积最小，为907.95 hm2，占比8.42%；低敏感区、中敏感区、极敏感区分别占总面积的21.05%、9.11%、9.26%。泰山风景名胜区的土地利用类型的生态敏感性整体以高敏感性为主，森林所占面积大；水体、植被的敏感性远高于建筑用的敏感性，未来要加强对水体、植物的规划、保护；对于裸露区要注意后期的生态规划设计。对于不同的土地利用类型，要合理的进行开发，以实现景区的可持续发展(见图1、表5)。

3.1.6 道路缓冲区因子分析 对于景区而言，交通功能是必不可少的，交通产生各种污染会对周围生态环境造成干扰，根据景区现有交通状况，将景区内道路缓冲区划分为5个等级：0～10 m、10～30 m、30～60 m、60～100 m、大于100 m。离道路越近所受影响就越大，生态环境敏感性就越低，高敏感区所占面积最大，为7 179.90 hm2，占比66.63%，应合理规划景区内的游览路线，减少人类活动的干扰，加强对景区生态环境的保护(见图1、表5)。

3.1.7 植被NDVI因子分析 植被是景区生态敏感性最主要的影响因子，具有多种生态功能。根据实地调研和资料搜集可得：泰山风景名胜区植被覆盖率高达78%，植物资源丰富。将景区植被NDVI划分为5个等级：<0、0～0.2、0.2～0.4、0.4～0.6、>0.6。其中，中、高敏感区所占面积、比例比较大。中敏感区面积为4 603.46 hm2，占比40.74%，高敏感区面积为4 783.25 hm2，占比44.42%；极敏感区与不敏感区占比非常少，均不足1%；低敏感区面积为1 321.22 hm2，占比12.27%。泰山风景名胜区内的植被覆盖率比较高，生态敏感性整体也比较高(见图1、表5)。

3.1.8 景观资源因子分析 泰山风景名胜区的景观资源[20]依据《风景名胜区规划规范》(GB50298—1999)可以分为自然景观资源和人文景观资源两大类。依据《旅游资源评价、分类、调查》(GB/T 18972—2017)，将其景观资源大致分为5类：一级景观资源外围400 m、二级景观资源外围300 m、三级景观资源外围200 m、四级景观资源外围100 m、其他区域。结果分析可得：自然、人文景观资源主要分布在岱庙、玉泉寺、岱麓、红门路、岱顶、后石坞、天烛峰等游览区，分布相对集中。景区内丰富的景观资源是吸引游客前来参观、游览的重要因子，要加强对现有景观资源的保护(见图1、表5)。

表5 泰山风景名胜区单因子生态敏感性分级面积及占比汇总

3.2 生态敏感性综合分析

将9个单因子数据结果代入生态敏感性综合指数公式，得到泰山风景名胜区的生态敏感性综合评价值，最大为4.317 5，最小为1.379 7，将生态敏感性综合评价值的范围划分为5个区间：1.379 7～2.298 8、2.298 8～2.721 5、2.721 5～3.036 5、3.036 5～3.361 2、3.361 2～4.317 5，最终得到泰山风景名胜区生态敏感性综合分析图(见图2、表6)。

图2 泰山风景名胜区生态敏感性综合分析图

表6 泰山风景名胜区生态敏感性综合评价结果

1)不敏感区面积为855.75 hm2，占比8.08%，主要分布在景区出入口以及南部地势平坦的地方，以建设用地为主。此区域生态敏感性较弱，抗干扰能力强，生态环境稳定，比较适宜进行开发，但仍然要遵循适度原则和可持续发展原则。

2)低敏感区面积为2 174.73 hm2，占比20.53%，主要分布在高程、坡度相对较低的地方，比较适合进行各种休憩娱乐活动；此区域生态环境比较稳定，有一定抗外界干扰能力。在开发的时候仍要遵循适度和可持续的原则，同时也要注意对生态环境的保护。

3)中敏感区面积为2 933.13 hm2，占比27.68%，主要分布在海拔600～700 m之间的区域，植被覆盖率比较大，生态环境基本稳定。此区域所占面积也比较大，未来在对此区域进行开发、管理时要注意人类活动所带来的破坏，及时对生态环境进行修复。

4)高敏感区所占面积最大，为3 093.86 hm2，占比29.20%，主要分布在海拔1 000 m左右的区域，地形起伏比较大，生态敏感性高，生态环境容易受到破坏。对于此区域在后期规划中尽量以保护、修复为主，加强游客对生态环境保护理念的宣传，在参观、游览的时候注意对环境的保护。

5)极敏感区面积为1 537.96 hm2，占比14.51%，主要分布在海拔高、坡度陡的区域，此区域生态环境极其脆弱，像泰山风景名胜区这种在高海拔地区存在观光旅游的景区，对生态环境、资源的保护要进行严格管理控制，既能够满足游客观光游览的需求，也能保护高海拔区域的生态环境。

4 泰山风景名胜区生态保护策略

本研究对与泰山风景名胜区生态敏感性有密切关系的因子进行了全面考虑，运用GIS、AHP、ENVI等软件对景区生态敏感性分布规律、特征有了清晰全面的结果，为进一步做好风景名胜区保护工作奠定了基础。

4.1 地形地貌保护

泰山风景名胜区作为典型的山岳型风景名胜区，地形地貌变化多样。景区内特殊的地质条件及丰富的植被类型，使得泰山风景名胜区有空间多样的环境景观和多变的视觉景观。对景区内特殊地形地貌进行合理的保护利用，能营造出独特的景观，例如：崖壁石刻、瀑布、旭日东升、黄河金带、晚霞夕照、云海玉盘等。加强对地形地貌保护的宣传及修定法律法规，加强景区内山体、水体及周围环境的保护，避免各种自然灾害的发生。

4.2 河流水体保护

景区内有72处泉井[20]，水体分布较均匀，部分区域还有瀑布，对游客具有吸引力。对于河流水体的保护应减少游客活动或者是居民生活垃圾对水体的污染；根据所在区域的生态敏感性建立水体缓冲区，减少人类活动的干预；对于流量大、流速快的河段加强预防，提高周围植被覆盖率，减少水体流失等自然灾害。

4.3 土地利用类型保护

景区内土地利用类型可以分为建设用地、草地、裸露地、林地、水体，不同用地类型在保护的时候应采取不同的措施。类似建设用地等敏感性较低的区域，可以用来适当的开发利用，满足基本的游览需求；对于裸露地，尽量用植被进行覆盖，加强对其周围环境的保护，避免裸露面积扩张；景区内严禁乱砍滥伐树木，加强绿化美化工作，增加生物多样性。

4.4 道路交通保护

景区旅游业的不断发展，使得景区的交通系统逐步完善，但仍然存在不少问题。在道路交通保护方面应进一步完善交通游览线，尽量在景区成环成网；各景点的游步道进一步完善，便于游客到达；按照景区需要适当增设停车场；完善交通游线附近的指示牌，加强安全意识。虽然道路对景区生态敏感性的影响力不是很大，但却是景区旅游业发展以及活力带动的关键点。

4.5 生物多样性和生态环境保护

泰山风景名胜区又作为国家森林公园，据资料统计植物总量约1 858种，其中有24株古树名木被列入遗产名录，一级、二级古树名木分别为1 821株、16 374株。景区内动物种类约193种，其中包括16种国家级保护动物[20]。从单因子的权重值看来，植被因子所占权重最大，对于景区生态敏感性的影响力最强，要加强对动植物资源的保护，为动植物提供生长、生存的空间，同时加强宣传，提高保护意识，对于特别保护的动植物要专门建立保护区，避免人类活动的干扰。

4.6 景观资源保护

从自然、人文2个方面详细研究景观资源，通过生态敏感性分析研究确定不同景观资源需要分级进行保护。一级景观资源：限制开发，严禁活动设施的增设，减少人类活动的干扰，对于特殊的景观资源进行封闭保护。二级景观资源：一定程度地进行开发，但要加强管理，对于高海拔区域的景观资源加强生态保护，合理设计观赏平台保障游客安全。三级景观资源相比较一、二级景观资源的观赏价值来说，需要通过各种手段来提高观赏价值，增设一定的设施提高游客的游赏兴致和重游率。对于风景区的其他区域，在现有安全条件下，结合生态敏感性区域的综合分析结果，对于资源进行适度合理的开发，促进泰山风名胜区景观资源的可持续发展。

5 结论与讨论

本文将生态敏感性理论和研究方法引入泰山风景名胜区，并从五个层面构建了生态敏感性评价体系，运用GIS、AHP等研究方法，最终得到生态敏感性综合分析图，以下是关于泰山生态敏感性分析的结论：1)植被、景观资源、坡度是影响景区生态敏感性的主要因子；2)泰山风景名胜区整体生态敏感性以中、高为主，主要分布在海拔较高的区域；3)通过对不同的敏感区域的分布、特点进行全面的量化分析，提出针对不同生态敏感区的建议，为泰山风景名胜区未来的发展提供了科学依据。例如：针对不敏感区，此区域抗干扰能力强，可以进行适度的开发，建设相关设施，提高生态环境承载能力；4)基于生态敏感性提出6个方面的保护措施，以期实现泰山风景名胜区的可持续发展。

本研究也对其他的山岳型风景名胜区的发展与规划提供了一定的科学依据，虽然邀请相关领域的专家对风景名胜区有关生态敏感性的因子进行打分，但是主观因素较大，需要更多数据来降低影响，提高科学性。未来的风景名胜区应更加注重对于相关的理论知识和科学技术的运用，减少人为干扰，加强风景名胜区的生态环境、自然资源的保护、修复、管理，促进风景名胜区的可持续发展。