山岳型国家公园景观特征识别研究——以武夷山国家公园为例

袁 阳，张家瑜，许 航，周梦涵，朱里莹

(福建农林大学园林学院，350007，福州)

0 引言

中国自2015年启动国家公园体制试点建设以来，已取得了阶段性成效，6年间自然保护地建设提速，国家公园试点任务也基本完成，2021年将正式设立第一批国家公园[1]。中国国家公园建设在充分结合国情的基础上，将多种不同类型自然保护地进行整合，从现有的10处国家公园体制试点中就足以窥见其类型的多样性。我国是一个多山的国家，山地面积占总面积的2/3。山岳自古以来就是中国人主要的审美对象，森林公园、风景名胜区等自然保护地中山岳型均占据主体地位[2]。山岳型国家公园是指国家公园的地貌以自然山体为主，自然资源丰富，历史文化深厚，集国家代表性和生态价值为一体的地域综合体。现有国家公园试点中武夷山、南山等都可归为山岳型国家公园。目前国家公园还未有类型的细分，若笼统对其进行解读，则会产生片面的认识，出现管造的错位[3]。因此亟需一个更综合有效地管理工具来针对各不同类型的国家公园进行更加专业化的分工管理。

景观特征(Landscape Character)作为一个综合性的概念，在各国的相关专业领域已经有了很好的建立，并发挥着重要作用[4]。景观特征评估(Landscape Character Assessment,LCA)作为理解和管理景观变化的重要工具，为景观的监测、评价和管理提供了一个有效的空间框架。并且由于其融合了多学科的内容，能够有效地在各个部门中达成共识，适于作为梳理我国国家公园建设的重要工具[5]。

景观特征评估是从早期的景观质量评价和景观评价的理念发展而来并逐渐完善的，1996年英格兰地区的景观特征图绘制成功为之后的景观特征评估工作奠定了概念方法基础[6]。英国、比利时、韩国等国家也先后基于此发展并完善了适用于本土的景观特征评估体系，并在自然保护地建设中进行了不同尺度的景观特征评估研究。国内关于景观特征评估的研究多集中在理论层面，近年来在实践研究中也有所凸显，其面向对象多位于城乡区域[7-8]，少部分涉及自然保护地，例如青海湖流域与武当山风景名胜区[9-10]，目前尚未有针对单类型国家公园的实践研究。英国作为景观特征评估的起源地，在景观特征识别方法的应用上具有丰富经验，对中国以国家公园为主体的自然保护地体系建设具有重要的借鉴意义[4]。因此，本文试图通过对国际经验进行借鉴同时结合实际情况，对山岳型国家公园进行景观特征识别并绘制景观特征图，以期对我国不同类型国家公园景观未来的规划保护和管理工作提供参考依据。

1 研究区概况

武夷山国家公园位于福建省北部，地跨武夷山市、建阳区、邵武市、光泽县4个县市区，地理坐标为东经E117°24′13″～117°59′19″，北纬N27°31′20″～27°55′49″。主要包括世界文化和自然遗产地、福建武夷山国家级自然保护区、武夷山国家级风景名胜区、光泽武夷天池国家森林公园、九曲溪上游保护地带等5种自然保护地类型，总面积约为1 001.41 km2。武夷山国家公园属武夷山脉，主要山脉大致呈东北-西南走向，地形地貌复杂，拥有世界范围内极富盛名的丹霞名山，地势高差较大，最高约2 km。地貌类型以中山为主，属中亚热带季风气候区，有草甸、针叶林、阔叶林等植被类型，横跨崇阳溪、富屯溪、麻阳溪三大流域。其独特的地理位置与气候条件，铸就了武夷山丰富的自然、文化资源，是现有国家公园试点中唯一的世界文化和自然遗产地，极具代表性和保护价值。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本研究高程数据采用武夷山国家公园数字地形模型(Digital Terrain Model，DEM，30 m×30 m分辨率)，坡度，地形起伏度数据由ArcGIS空间分析功能提取得出。地质数据来源于国家地质图数据库中1:20万地质图G5006幅(福建省)，数据为图片格式，在GIS中进一步进行解译而成。土壤数据来源于中科院南京土壤所土壤图空间数据库(2005，1:1 000 000)。植被、水域、土地利用、土地权属等数据主要来源于《武夷山国家公园总体规划(2017—2025》。另外参考《武夷山年鉴》《武夷山土壤地理实习指导》《武夷山志》等相关纸质材料作为补充，将其内容经矢量化、校对坐标后录入ArcGIS平台。

2.2 景观特征要素筛选

各国在景观特征要素的选取上根据所在地的尺度、特征、类型等都有所不同。参考我国学者基于灰色统计分析提出的适合我国国家公园初期建设的9项景观特征要素[5]，并根据武夷山国家公园现状条件综合筛选在地方尺度下适用于山岳生态系统的景观特征要素。地方尺度的要素选取具有从自然要素向文化要素过渡的特点，在武夷山地方尺度上综合选取体现山岳特征的自然要素，以及体现武夷山文化景观特点的人文要素，共两大类，九小类(表1)。

表1 山岳型景观特征要素分类及编码

基于对山岳景观要素选取的研究发现自然要素中的地貌、坡度、地形起伏度是体现山地特征的首选要素。同时，武夷山作为丹霞名山，地质条件也是体现其风景异质性的重要指标。因此选取地貌、坡度、地形起伏度、地质作为山岳型景观特征的主体要素。但同时土壤、植被、水域也为武夷山的生态多样性提供了必要条件。文化要素中由于受限于开源数据的获取及可视化难度，选取了土地利用和土地权属要素。它们均是人与风景相互作用关系的直观反应，对识别景观特征起着基础性的作用。综上选取土壤、植被、水域与土地利用、土地权属作为山岳型景观特征的次要要素。

2.3 研究方法

2.3.1 数据处理与聚类分析 首先，对所选景观特征要素在GIS平台进行空间数据库的搭建。在空间精度上，经过反复尝试，最终选择100 m为基本栅格大小，将武夷山国家公园按照0.1 km×0.1 km的网格精度划分得到103 383个栅格基本单元。通过对每个单元进行各景观特征要素的赋值编码，建立初步的景观特征要素空间数据库(图1)。同时，为方便对各要素数据进行处理和聚类计算，将分类变量类别属性转换为分类数值。其中地貌、坡度、地形起伏度为连续变量，其余6类要素为分类变量。

图1 武夷山国家公园景观特征要素0.1 km×0.1 km栅格类型图

本文采用二阶聚类法(Twostep cluster)，相比传统的聚类分析方法而言，二阶聚类能有效处理大型数据，并不受限于数据类型。该方法分为2个阶段[11]。第1阶段为预聚类阶段，通过BIRCH算法进行CF分类特征树的构建，并逐个处理数据集中的数据点。第2个阶段是聚类阶段，在构建CF分类特征树的基础上，采用对数似然距离进行测量，根据距离最小原则将预处理的子簇进行合并，并使用贝叶斯信息准则(Bayesian information criterion)对每个聚类结果进行判断。

具体步骤如下，先将建立的景观特征要素空间数据库的结果整理代入SPSS26平台所包含的二阶聚类算法中，然后通过调整聚类类别，形成聚类分布表，将所得结果返回GIS中进行可视化呈现。为了进一步探究聚类数与风景特征类型之间的关系，以数量5为间隔，将不同结果导入GIS，可直观地进行分析，发现随着类别数的增加，碎片化会更加凸显。在聚类达到15时为一个转折点，从20～45类风景特征类型空间形态大致相同，并趋于细碎化。最终在参考同尺度景观特征分类结果的前提下，结合聚类质量的高低，最终选定最合适的聚类类别。

2.3.2 田野调查及分类描述 基于景观特征地图草图进行田野调查，制作田野调查表核对信息并修正，可以使得到的结果更加具有可参考性。将研究区域划分为2 km×2 km大小的网格单元，网格的焦点为初步调查样点，然后将其与景观特征草图以及交通道路图叠合，确保每个景观特征区内存在1～2个调查样点。缺则加之，多则剔除，最终调查样点由258个调整152个(图2)。

图2 田野调查样点

田野调查表中共有4个方面的内容：1)特征区域的基本信息，主要记录日期、地理位置等基础信息，并收集影像资料；2)对该区域的自然与文化特征进行核对与简单描述，对在资料收集阶段遗漏部分进行补充；3)审美感知与美学特征的记录，对所在特征区进行感官与美学方面的描述可以对该区域景观特征内容进一步补充；4)对该区域今后发展的趋势进行判断，写明该区域是否存在变化的趋势以及可能引起变化的原因。

最后结合聚类结果与田野调查信息综合考虑景观特征类型及区域的划分绘制，对每个特征区域进行关键特征的识别与价值中立的描述，得到景观特征地图与空间数据库。

3 武夷山国家公园景观特征识别与应用前景

3.1 山岳型国家公园景观特征识别结果

通过以上工作流程，武夷山国家公园最终划分为17类景观特征单元，192类特征区(图3)。二阶聚类的质量通常是由凝聚和分离的轮廓系数来表示，如图4所示，二阶聚类结果轮廓系数为0.2，聚类质量良好(图4)。

图3 武夷山国家公园景观特征分类

图4 二阶聚类质量分析

对景观特征区域进行命名及描述，命名采用该区域显著特征，如区域代表性地貌、土地利用、植被类型等要素，能够更加直观了解该区域。然后通过总结田野调查数据等对该区域进行具体描述，以类型12为例：此景观特征类型中主要地貌为丘陵，海拔在200～500 m之间，地质类型是白垩纪，白垩纪是形成武夷山丹霞地貌的地层，代表该区域拥有丰富的丹霞地貌景观。土壤是人为土和钙层土，主要的植被是针叶林与人工经济林，少部分为阔叶林。水域属崇阳溪流域，土地权属大部分为国有土地，少部分为集体土地。土地利用类型大部分为林地，小部分为园地。地形起伏度30～100 m居多，0～30 m、100～200 m较少，坡度在5°～15°之间较多，还有少部分在0°～5°、15°～25°之间。

3.2 山岳型国家公园景观特征识别在国家公园建设过程中的应用

国家公园是由国家批准设立并主导管理，边界清晰，以保护具有国家代表性的大面积自然生态系统为主要目的，实现自然资源科学保护和合理利用的特定陆地或海洋区域[12]。山岳型国家公园作为现有国家公园中的一个重要组成部分，其独特的地理环境造就了丰富的自然与人文资源，具有一定的代表性。山岳型国家公园景观特征识别结果作为辅助管理和决策的重要工具在建设国家公园的过程中具有以下作用。

1)借助细分类型，完善国家公园总体格局。我国自然保护地类型多样，本文所研究的山岳型国家公园可以为国家公园类型的细分提供参考。在今后国家公园的申报和设立上，准入条件除国家代表性、生态重要性、管理可行性之外，还要考虑每个类型的数量占比情况，以完善国家公园总体格局。

2)确定区域中心特征价值，实现针对性措施管理。多视角下的规划措施往往不能达成一致，还会造成管理上的错位，景观保护与利用不当等问题。本文所研究武夷山国家公园以山岳为该区域的中心特征价值，可以针对性地对该区域进行规划和管理。同时，景观特征评估具有尺度分级、要素综合和价值中立的特点。在它的帮助下，可以分辨是什么特征令一个区域有别于其他区域[13]。根据景观特征评估的结果可以有效辅助国家公园在管理和规划上对不同类型实施针对性措施。

3)根据单类型景观特征识别方法，发挥不同价值主体特色。中国自然保护地类型多样，相应的国家公园也会存在多种不同类型，其中山岳型国家公园在其中占据重要地位。根据山岳型国家公园景观特征识别，可以为其他不同类型的国家公园提供参考，因地制宜地制定景观特征类型图。同时景观特征识别结果具有完整的景观数据库和可视化地图，各区域可根据不同保护和发展的目标，借助景观特征评估辅助制定保护发展策略，可以更好地保护提升区域价值，促进其在空间和行政管理方面的一体化。

4 结束语

景观特征秉持着价值中立的态度，体现当地的地域特色与场所精神，是一个综合管理景观变化的工具。本研究结果表明武夷山国家公园具有17个景观特征类型、192个景观特征区域。景观特征被视为对区域总体景观现象的总结，因此该区域景观特征类型为武夷山国家公园地域特性的概括，而不是景观价值等的反映，能够客观地为其今后发展和保护提供参考依据。当前，我国对于景观特征识别研究的对象多集中在小尺度地域，例如乡村、城镇、河流等，其所采用的方法多为叠置法，或基于专家经验来进行划分，划分的精度与准确性上或多或少会受到一定主观因素的影响，不能用于满足保护也不完全适用于我国以国家公园为主体的自然保护地的相关需求。相较而言，本研究基于场地本身特征来选择景观特征要素，并结合聚类方法来划分景观特征类型和区域，有效提高了景观分类边界划分的客观与准确性，并大大减弱了主观因素的影响。

但是也有其不足之处，例如聚类结果基于的人文要素仅有2个，受限于数据的获取未能考虑聚落风貌，土地遗产等要素，所得结果并不完善。同时，由于要素进行了栅格化处理，景观特征区的边界不具备完全的精确性，并且景观是不断发展变化的，景观特征图以及数据库需要定期更新以确保数据的准确性。因此，在国家公园建设的过程中应用景观特征评估作为参考时应考虑边界的准确性与时效性。