湖南省森林公园空间分布特征及其影响因素分析

徐　美,2,李达立,刘春腊3,钟晓林,郭　鑫

(1.中南林业科技大学 旅游学院,湖南 长沙 410004;2.湖南省环境教育研究中心，湖南 衡阳 421008； 3.湖南师范大学 资源与环境科学学院,湖南 长沙 410081)

1　引言

近年来,随着人们生活水平的不断提高和旅游观念的发展变化,以“走进森林、回归自然”为主要特点的森林旅游日益受到人们的青睐,成为公众旅游的新内容,发展势头强劲。据统计,2016年我国森林旅游游客量达到12亿人次,超过国内旅游人数的27%[1],森林旅游已成为我国旅游业发展的重要组成部分。森林公园是森林旅游的主要载体之一,随着森林旅游的快速发展,其发展也逐渐加快,成为人们休闲、观光、游憩的重要目的地之一[2]。

空间格局决定产业发展的格局,森林公园的布局状况对后续森林公园乃至森林旅游的发展速度、规模、效益和时空安排都有着重要影响[3]。在森林旅游日益火热的大背景下,开展森林公园空间格局研究,对推进森林公园与森林旅游空间布局的优化,促进森林资源的合理有序开发,推进森林公园发展与市场需求的协同具有重要参考价值。近年来，相关研究引起了不少学者的关注。综观国内外的相关研究成果,在研究内容上涵盖森林公园功能分区[4]、空间规划与设计[5]、空间布局优化策略与方案[6,7]、空间分布与演变特征[8,9]、空间可达性[10]等方面;在研究方法上,定性分析与概括[7,11]、分形理论[12]、游憩机会类别方法[4]、空间计量模型[13]等方法均有一定运用;在研究范围上,以微观尺度的具体森林公园空间格局优化设计为主,部分成果对全国[8,10]、区域[13]和市县尺度[6]的森林公园空间格局问题进行了探讨。总体上,当前关于森林公园空间格局的研究成果不多、研究方法的创新性不强、现代空间分析手段和方法运用较少,在直观有效地表达森林公园空间分布特征方面仍显不足[10]。此外，研究尺度也以微观尺度的具体森林公园为主,宏观尺度的区域森林公园整体分布格局和特征研究成果不多,省域尺度的成果更少,对森林公园宏观决策和布局的参考价值有限。

本文以湖南省为例,尝试运用GIS的空间计量地理功能和空间分析功能对湖南省森林公园空间格局进行分析,以期较为直观地揭示其森林公园的空间分布特征、规律和影响因素,为其森林公园及森林旅游业的优化布局提供参考。

2　研究方法及数据来源

2.1　研究区概况

湖南省是我国的森林资源大省。截至2015年底,全省林地面积达1102.28万hm2,森林蓄积量达50487万m3,森林覆盖率达59.57%[14],森林资源十分丰富。丰富的森林资源为森林公园的建设和发展奠定了基础。全省共有各级森林公园127个,位居全国第八位,其中国家级森林公园58个,居全国第一位。森林公园发展的效益也十分明显,2015年全省森林公园总经营面积达49.75万hm2,收入总额达51.59亿元,总旅游人数达3995.64万人次[15],森林公园已成为全省旅游业发展的重要载体。在森林旅游发展势头日益强劲的大背景下,以湖南省为例开展森林公园空间分布特征和影响因素研究,具有很强的典型性和代表性,不但有利于为其森林公园和森林旅游的优化布局提供理论依据,而且对国内森林公园空间分布规律的探索和发展格局的优化也有一定的参考借鉴价值。

2.2　研究方法

最邻近比率:为分析湖南省森林公园空间分布类型的方法,公式为[16,17]:

R=r1/rt

(1)

(2)

式中,R为最邻近点比率;r1为湖南省森林公园分布的实际平均最邻近距离;rt为理论最邻近距离;D为点密度;A为湖南省总面积;n为全省森林公园总个数。当R=1时,说明湖南省森林公园的空间分布类型为随机型;当R>1时,说明湖南省森林公园的空间分布类型为均匀型;当R<1时,说明湖南省森林公园的空间分布类型为集聚型;当R=0时,表示湖南省森林公园的空间分布完全集中。

地理集中指数:用以衡量湖南省森林公园在空间分布上的集中化程度,公式为[16,18]:

(3)

式中,N为湖南省森林公园的地理集中指数,其值越大,说明湖南省森林公园空间分布的集聚状况越突出;xi为第i个市州的森林公园数量;m为市州总数。

核密度:为分析湖南省森林公园空间集聚状况的一种方法,公式为:

(4)

可达性:指在特定时间段内,从某森林公园出发向其周边出行,所得出行距离的平均值。本文参考相关学者在旅游景点、景区可达性计算方面运用较多的“累积耗费距离算法”进行森林公园可达性计算,该方法通过在栅格数据上借助最短路径法计算每个网格到某个目的网格的最短加权距离,从而求得森林公园的可达性,公式为:

(5)

式中,上分式表示通过代价表面垂直或平行的方向进行代价距离的计算,下分式表示通过代价表面对角线的方向进行代价距离的计算;Dk为第k个栅格的森林公园可达性;Zk为第k个像元的耗费值;Zk+1为沿运动方向上的第k+1个像元的耗费值;q为像元总数[3,20]。

缓冲区分析法:是按特定距离围绕一组或一类地图要素(点、线或面)而形成的具有一定范围的多边形实体,进而实现数据的二维空间扩展[21],以此来观察森林公园在不同距离范围内的分布状况,并分析其空间分布特征和分异规律的方法[22]。

2.3　数据来源及处理

本文以截至2015年底湖南省内的127个森林公园(国家级58个、省级56个、县级13个)为研究对象,在反复调查核对的基础上,借助百度地图将各森林公园的位置定位为点状要素,并运用ArcGIS10.3软件将各森林公园标注在已配准地理坐标的湖南省地图数据库上构建论文研究的基础数据库。本文的相关统计数据来源于2016年的《湖南统计年鉴》。

在可达性计算数据的栅格化处理上,用1000m×1000m的栅格网将湖南省矢量底图栅格化,则全省共有有效网格330144个。在时间成本上,由于不同交通线的平均速度不同,参考相关学者有关成果[3,20,23],定义铁路、高速公路、国道、省道、县道的时间成本分别为0.6min/km、0.5min/km、0.75min/km、1min/km、1.5min/km。

3　湖南省森林公园空间分布特征分析

3.1　空间分布类型为集聚型

借助ArcGIS10.3软件,求得湖南省森林公园的实际平均最邻近距离为25919.03m,理论最邻近距离为126862.54m,最邻近比率为0.204(表1),其值<1,且其检验的Z<-2.58、P=0.00,均具有很强的显著性(图1),说明湖南省森林公园的空间分布类型为集聚型,具有集聚分布的特点。

表1　湖南省森林公园空间分布最邻近比率计算结果

3.2　空间分布集中化程度不高

依据式(3)求得湖南省森林公园分布的地理集中指数为28.31。如果将森林公园理想地平均分布于各市州,则地理集中指数G′=26.72,G>G′,说明湖南省森林公园的空间分布较为集中,具有不均衡性。具体不均衡程度可由洛伦兹曲线来判断,曲线的下凸程度越大,则森林公园分布越集中[17]。从图2可见,湖南省森林公园分布的洛伦兹曲线有一定下凸,但下凸程度不大,说明湖南省森林公园空间分布的集中化程度不高。

图1　湖南省森林公园空间集聚特征分析结果

图2　湖南省森林公园分布的洛伦兹曲线

图3　湖南省森林公园空间分布核密度分析结果

3.3　空间分布密度特点

运用ArcGIS10.3的Density工具生成湖南省森林公园分布核密度图(图3)。由图3可知,按核密度值由高到低将空间分布密度分为高、较高、中、较低、低五等,湖南省森林公园在空间上总体呈现出“点状集中,点带状分布”的格局,进一步论证了前文得出的湖南省森林公园在空间分布上具有集聚性和不均衡性特征的结论。具体而言,长沙周边(长沙县—汨罗交界处、长株潭绿心)的密度最大,平江—浏阳交界处、怀化市周边次之,为湖南省森林公园分布较为集中的地区;其他地区分布密度较小,且基本呈点状或带状分布。但整体上,湖南省森林公园集聚分布的区域仍不多,基本以分散分布为主,尤其是各市州周边的集聚态势仍不明显,与日益增长的市民休闲游憩需求不相适应。

图4　湖南省森林公园可达性格局

3.4　空间可达性具有明显的交通指向性

本文将湖南省各森林公园作为耗费距离源点,运用ArcGIS 10.3软件求得每一个栅格到最近森林公园的时间,得到湖南省森林公园的可达性图(图4)。本文以15min为节点,将湖南省各森林公园的可达性分为7个时段,分别为[0,15]、(15,30]、(30,45]、(45,60]、(60,75]、(75,90]、(90,145],并分别计算了7个时间段在空间上的分布数量和比例,结果见表2。

表2　湖南省森林公园可达性比重统计

从表2可知,湖南省各森林公园的平均可达性时间为46.13min,在分布频率上,可达性在60min以内的面积超过80%,在45min以内的面积超过1/2,说明湖南省森林公园的可达性较好。但与此同时,湖南省森林公园可达性的区域差异也较明显,可达性较好的区域主要分布于长张高速及G319、沪昆高速及G320、包茂高速及G209等交通线沿线,表现出明显的交通指向性;可达性较差的地区主要分布于洞庭湖区等湖区,以及武陵山、雪峰山、南岭山区等山区的腹地和省际交界地区(图4),前者受自然条件(湖泊)的限制,可达性较差;后者由于地理位置较偏、经济发展相对滞后、交通条件相对较差,在一定程度上制约了森林公园的对外联系和发展,可达性也较差。

3.5　空间分布数量趋势

借助ArcGIS10.3软件的缓冲区分析工具,以各市州政府所在地为中心,以20km为间距,以不同缓冲半径进行缓冲区划分,并进行点对点区的相交分析,得到湖南省森林公园在各缓冲半径范围内的分布状况，见图5。

图5　湖南省各市州缓冲半径与森林公园分布格局

统计图5中不同缓冲半径范围内的森林公园数量可知,随着距市中心距离的增加,森林公园的数量呈先增加后减少的态势(图6)。距离市中心20—80km的范围为湖南省森林公园分布数量最多的区域,占全省森林公园总数的63.78%。这一区域基本为城市的环城游憩带区域,区位交通条件相对较好,车程约在1h左右,具有最佳的旅行经济距离[23],便于市民休闲游憩和游客旅游观光。此后,随着距离的增加,森林公园数量呈逐渐减少趋势,分布逐渐稀疏。

图6　不同缓冲半径范围内的森林公园数量统计

4　森林公园空间分布影响因素分析

4.1　植被覆盖

森林公园以优美的森林资源和森林景观为发展依托,而植被覆盖状况是表征森林公园的森林资源和景观质量状况的重要方面[9],对森林公园的建设和分布具有重要影响。

表3　湖南省森林公园植被覆盖状况统计

由表3的统计结果可知,湖南省有超过70%的森林公园分布在植被覆盖指数大于0.45的地区,其中有35.43%的森林公园分布于植被覆盖指数大于60%的高覆盖地区,而小于0.3的低植被覆盖地区森林公园较少,说明湖南省森林公园的分布与植被覆盖情况关系密切,植被覆盖情况较好的地区为湖南省森林公园分布的主要地区,有利于森林公园利用高质量的森林植被资源发展休闲、游憩、观光、环境教育、科学研究等活动,提高其吸引力和影响力。

4.2　河流与湖泊

湖南省水系发达、河湖众多,不少林区都是河流、湖泊的发源地或水源地,而这些地区也是森林植被资源丰富、生态环境优良、自然景观优美的地区,森林公园分布较多。以湖南省主要河流、湖泊为依托,分别以2km、5km、10km、15km为距离进行缓冲区分析,得到湖南省森林公园分布与河流、湖泊的关系图(图7)。统计图7中不同缓冲区范围内的森林公园数量可知,超过1/2的森林公园分布在距主要河流、湖泊5km以内的范围,距主要河流、湖泊5—10km范围的森林公园数量也有27.56%(表4),说明湖南省森林公园的空间分布与河流、湖泊关系密切,沿河流、湖泊分布的特征较明显,不少森林公园甚至是河流、湖泊的发源地和水生态环境的重要保护地,如湘江源国家森林公园是湘江和潇水的发源地、天鹅山国家森林公园是东江湖的重要水源涵养区、柘溪国家森林公园是柘溪水库生态环境保护的重要屏障。

图7　湖南省主要河湖与森林公园分布的关系

表4　湖南省不同河湖缓冲区范围内森林公园分布数量统计

图8　湖南省人口数量与森林公园分布关系

4.3　人口数量

由图8可知,湖南省森林公园空间分布与人口数量关系密切,基本呈“人口数量较多的市州,森林公园数量也较多;人口数量较少的市州,森林公园数量也相对较少”的格局。这主要是因为除张家界、天门山、天际岭等少数森林公园知名度较高、对省内外游客有较大吸引力外,湖南省大部分森林公园的客源以本地为主,人口数量越多,对休闲游憩空间的需求也越多,也在一定程度上促使了相关市州森林公园建设的增加。

4.4　交通条件

以高速公路、国道、省道为依托,以5km为距离间距进行缓冲区分析,得到湖南省森林公园分布与交通线路的关系图(图9)。统计不同缓冲区范围内的森林公园数量(表5)可知,湖南省森林公园空间分布与国道、高速公路、省道等主要交通干道分布的关系十分密切,超过50%的森林公园分布在主要交通线5km以内的范围,超过80%的森林公园离主要交通线的距离在10km以内,表现出明显的交通指向性,这也印证了相关学者的观点[10]和前文得出的湖南省森林公园空间分布具有交通指向性的特点。究其原因,主要是因为交通线周边可达性和可进入性较好,有利于森林公园对外联系、吸引客源。同时,可在一定程度上减少森林公园建设的开支和由此产生的生态环境影响及破坏。

图9　湖南省主要交通线与森林公园分布的关系

表5　湖南省主要交通线不同距离范围内的森林公园分布状况

5　结论与建议

在空间分布格局上,由邻近指数、地理集中指数可知,湖南省森林公园呈现出集聚分布和不均衡分布的特点,但集中化程度不高,需要结合湖南实际和市场需求,进一步优化提升分布密集地区的森林公园发展格局,并引导分布较为稀疏的地区适当建设森林公园,推动全省森林公园空间布局与区域实际的进一步协调。具体而言,由空间分布密度分析结果可知,湖南省森林公园分布的高密度区主要分布在长沙南北郊区,次密度区主要分布在怀化周边、东部罗霄山脉北段,其他地区分布密度较低。对长沙市、怀化市周边地区的密集区而言,应以满足市民周末和节假日的休闲游憩为主,优化提升关键节点的公共交通设施和配套服务设施,适当建设森林景观车道、骑行道、步道等设施,发展完善健康服务、休闲娱乐、野营露营、徒步登山、自然观光、自然体验、生态科普教育等产品,打造更加便捷优质的游憩空间,提升市民福祉;对罗霄山脉北段的密集区而言,应引导各森林公园错位发展、差异化定位,努力彰显自身特色、培育自身的核心竞争力。同时,在线路、营销、基础设施建设等方面加强合作,联合打造湘东森林公园群,发挥集聚效应,提升区域森林公园发展整体水平和影响力。对森林公园分布稀疏的地区,应结合自然地理条件,引导有条件的地区积极建设森林公园,如长沙的森林公园主要集中在市区的北部和南部,可适当加强东部和西部地区森林公园的建设力度,推动环城森林游憩带的形成,满足市民日益增长的休闲游憩需求;邵阳、永州、衡阳市区周边森林公园分布较少,可适当加强建设,为市民的休闲、游憩、娱乐等活动提供空间;益阳南部和北部、郴州西部、怀化北部的森林公园密度也不高,可积极彰显地域文化特色和森林景观特色,适度规划建设地方特色鲜明的森林公园,吸引客源。

在交通可达性方面,湖南省森林公园空间分布呈现出沿交通线带状发展的特点,表现出明显的交通指向性,大部分地区的可达性较好,但也有部分地区的森林公园可达性较差。因此应进一步加强洞庭湖区、武陵山区、雪峰山区、南岭山区等可达性较差地区的交通基础设施建设力度,完善其交通条件,推进这些地区的森林公园与周边地区通达性和联系度的加强;同时,积极推动跨省区域协作,有效打通湖南与湖北、重庆、贵州、广西、广东、江西等周边省市联系的通道,推动省际森林公园的联动发展和跨省森林公园带、森林旅游带的建设,带动省际边界地区森林公园发展条件的改善和发展水平的提升。

在空间位置上,湖南省森林公园主要分布在距离城市中心20—80km的范围,这一距离具有最佳的旅行经济距离,有利于更好地为市场服务,但整体数量较少,与人们日益增长的生态旅游和休闲旅游需求不相适应。因此,应进一步加强城市周边地区森林公园建设,通过推进林场转型、开展人工植树造园等方式打造一批特色鲜明的城郊型森林公园,满足市民休闲、健身、登山、游憩、亲近自然等方面的需求。

影响湖南省森林公园空间格局的因素主要有植被覆盖、河流、湖泊等自然因素及人口、交通等社会经济因素,在今后森林公园规划建设中,需要充分考虑这些因素,以推动森林公园空间布局与自然地理条件和社会经济发展相协调。

空间格局分析对森林公园的优化布局和持续发展具有重要意义,本文仅结合数理模型和GIS的空间分析功能,对湖南省森林公园的空间分布特征及其影响因素进行了探索性分析,受资料数据等的限制,对不同等级森林公园的空间分布特点、空间格局差异等问题尚未涉及,有待进一步深化，关于时空二维视角下的森林公园格局变化规律分析是下一步研究的主要方向。