基于景观生态学的旅游公路路域景观现状与生态敏感性研究

程逸楠

苏 光

秦晓春

崔胜男

公路作为人与物转移流通的通道，其路面本身连同周边的环境一起构成了一种大尺度的线性景观廊道。通过精心设计，景观优美的公路，其本身就可以成为具有旅游观光价值的重要通道和线性旅游目的地。“开敞的廊道空间与丰富多彩的视觉环境可以使得道路利用者充分欣赏到当地的风景资源，并通过联想等心理活动加深对沿线区域的认知与了解，以印象流的方式感受沿线自然景观与人文景观的深邃和俊美”[1]。因此，旅游公路的景观规划需要融入自然而不是与自然隔绝，公路沿线的带状空间应该尽量开敞。

对于景观规划和公路景观方面的研究，国外起源较早，“景观生态学”源于20世纪70年代，Worfgang Haber和Rechard Forman基于景观生态学理论提出了景观格局优化[2]；我国起步较晚，源于20世纪80年代后，彭镇华等提出构建森林复合生态网络的概念[3]。方法上，国外研究多集中于区域性质的研究，Toccolini等基于区域提出了景观生态学研究的4个过程：生态资源评估、现状生态廊道和自然遗产网络分析、生态单因素评价、生态综合评价和生态网络结构的构建[4]；我国学者也结合3S及GIS等技术展开研究，陈剑阳等利用GIS、RS等工具对太湖展开生态网络的定量实现对其生态环境规划的分析[5]，闫水玉等基于现状生态网络规划，提出了理论研究与空间模拟相结合的方法[6]。

近年来，虽然我国学者在公路路域景观领域开展了较多的研究，但尚未形成一套成熟的理论体系与技术手段，且多为借鉴国外的一些评价方法和经验，其研究缺陷主要表现为[7-11]：

1)对公路景观的研究多停留在微观的美学设计层面，尤其集中在公路绿化本身及其附属设施的美化或具体景观元素的分析，没有从宏观的路域尺度来开展公路景观环境研究；

2)已有的路域景观特征研究，采用定性分析的相对较多，缺少对公路所在区域的自然生态环境及景观特征的科学系统开展有针对性的量化研究，尤其是缺乏基于高分辨率遥感影像和GIS技术手段的分析。

旅游公路的服务对象和其地理位置的特殊性，决定了它对环境保护的要求高于其他公路，且更加重视游客舒适性及景观环境协调性[12]。因此，本文将路域景观作为旅游公路建设的重要环节，从生态保护与视觉景观入手，利用GIS技术建立路域景观分析方法，以实现对扎碾旅游公路路域景观特征的科学量化分析。

1 路域景观

1.1 内涵

公路路域景观是指路域范围内驾乘人员所能看到的各种自然、人文景观、公路及其他交通要素的综合体，是公路一定范围内在三维空间上叠加时间、人的视觉与心理感受等形成的多维综合环境[13]。

1.2 组成要素

公路景观由公路环境中各种相互作用的景观要素所组成，这些景观要素也构成了公路路域景观的基本内容，主要包括路侧地形地貌、植被、天象、水体、建筑、村落和沿线人工设施等基本要素。公路的景观形态正是通过这些景观构成要素相互影响、相互制约、相互组合而展现出来[14]。

2 研究区概况

将依托青海省扎碾旅游公路开展路域景观特征研究与分析。扎碾旅游公路位于青海省海东市，起点位于青海、甘肃两省交界处互助县扎隆口，终点位于乐都区。项目全长57.25km，采用二级公路标准建设，路基宽度10～12m，设计速度60～80km/h。该旅游公路是青海省干线公路网中“六纵、九横、二十联”第一纵的组成部分，也是青海东部地区沟通南北的重要通道。沿线景观类型丰富，是青海省极具特色的一条旅游公路。

3 路域景观特征分析方法

本文将根据扎碾旅游公路的景观特点，选择相应的生态景观敏感性指标，结合ArcGIS软件的功能，建立评价指标数据库，探讨路域生态景观敏感性指数综合评价方法。

3.1 生态景观敏感性评价指标体系建立

首先，生态敏感性指标的选取主要涉及研究区域的生态现状及区域尺度。所在区域为省城周边时，为了生态景观敏感性分析横向突出不同省域的地貌地质及自然环境特点，可选取指标有：气候、地形、土壤和植被覆盖度等[15-16]。所在区域为县市级周边时，为了确保敏感度分析指标的精确和细化，选取指标有土地利用现状、面积和自然保护区等[17]。选取生态敏感性具体指标一般不依据统计学方法进行，而采用常规经验结合实际应用区域择定。

表1 公路沿线生态景观敏感性评价指标体系

其次，参考原环境保护部发布的《生态功能区划技术规程》规定的有关于生态环境现状评价的内容要求，主要考虑从自然环境要素(地质、地貌、气候、水文、土壤和植被等)、社会经济条件(人口、经济发展、产业布局等)、人类活动及其影响(土地利用、城镇分布等)三大方面筛选评价指标[18]。结合扎碾旅游公路路域的实际情况，公路的景观基底为森林、草地和农田景观。此外，公路沿线丹霞地貌和喀斯特地貌显著，形成了扎碾公路独特的自然景观。因此，公路沿线本底景观应由森林景观与草地景观、丹霞与喀斯特景观组成。

最后，根据扎碾地区生态系统特征、生态环境主要影响因子以及上述景观格局特点，本研究综合选取了可视视域、丹霞地貌面积比、喀斯特地貌面积比、草地面积比、林地面积比、农田面积比、居民点密度和景观综合指数作为指标，对公路沿线生态景观敏感性进行评价(表1)。

在ArcGIS平台，可以使用矢量-栅格工具生成与研究区范围相适应的标准格网，作为基本评价分析单元，应用GIS投影转换模块将格网投影转换为与属性数据相同的投影。本研究选定格网大小为500m×500m，研究区内共生成1 354个单元格。

3.2 路域生态景观评价模型构建

生态学中，对景观的定义较为宏大，一般由基底、廊道和斑块构成。斑块的数量、面积、形状及其与廊道、基底的空间格局一起构成了景观生态系统，其结构特征反应了区域生态系统结构的优劣[19]。因此，通常用平均斑块面积、破碎度指数、多样性指数和形状指数等作为表征景观格局的指标[20]。而在生态景观敏感性研究中，部分学者已经将景观格局与生态敏感性进行了关联分析，得出景观格局指数可以反映区域生态敏感性。

本研究以空间分析格网为基本景观单元，通过提取各格网中的上述景观指数，并对各景观指数进行归一化处理，再运用等权重进行综合评价，最终生成综合评价指数，对扎碾旅游公路沿线景观生态敏感性进行评价[21]。

平均斑块面积表征景观中所有斑块或某一种斑块的平均面积，其计算公式如下：

式中，An表示景观中的斑块数，S表征景观总面积。

破碎度是指景观被分割的碎裂程度，其实质是反映人类对自然景观的干扰程度。计算公式如下：

式中，Ci代表景观类型i的破碎度，Ni代表景观i的斑块数，Ai则为景观i的总面积。

多样性指数是指景观元素或生态系统在结构、功能以及随时间变化方面的多样性，它反映了绿地景观类型的丰富度和复杂度[1]。其计算公式如下：

式中，H为多样性指数；Pi代表景观类型i所占面积的比例；n为景观类型数目。

分维数(形状指数)表征的是斑块形状的复杂程度，其计算公式如下：

式中，D表示分维数；P为斑块周长；A为斑块面积。

由于居民点密度、景观破碎度指数等指数越高，则表征区域内景观由自然景观转变为人工景观，或景观趋于破碎化，景观质量出现恶化，因此对该类指数需要采用标准化计算公式：

式中，vmax为样本数据的最大值，vmin为样本数据的最小值，各参数含义与前公式相同。

图1 扎碾旅游公路沿线可视域分析评价

图2 路侧居民点密度格网

4 扎碾旅游公路路域景观特征分析评价

基于上述路域景观特征分析的方法，本研究利用GIS技术分别对扎碾旅游公路展开路域景观特征各分指标分析评价，最后将各个指标纳入综合评价模型进行路域景观特征的综合分析与评价。

4.1 景观敏感性评价区域获取

研究首先获取了2015年12月研究区域的ETM+影像，通过正射校正、几何校正、图像裁剪和镶嵌处理等，生成评价区遥感影像图；再对扎碾旅游公路进行数字化，生成矢量格式，应用缓冲区分析生成路侧3 000m范围内缓冲区，作为本次景观敏感性评价区域。通过对遥感影像进行辐射增强、去霾、降噪处理，对生成的影像进行目视解译，参考一级土地利用类型编码，本次评价共生成有林地、灌木林地、疏林地、草地、农田、水域(池塘)和建设用地7种类型。本次研究收集了评价范围内30m分辨率的数字高程模型，并由此生成坡度、地形起伏度，分析评价范围内地形结构特征。由地形图初步分析可知，评价区内地形以平原坝区为主，总体地势平坦。在扎碾旅游公路终点丹霞地貌附近，海拔逐渐降低，但地形起伏较小，平均坡度也较低。

4.2 分指标分析与评价

4.2.1 可视域

本研究进行的可视视域分析是在栅格数据集上，将整条线路设置为观察点，基于一定的相对高度，查找缓冲区内观察点所能通视覆盖的区域。在生成沿线视点集合的前提下，可实现沿线路侧景观视觉的动态分析，确定通视良好的位置以充分挖掘和体现景观资源。驾乘人员所见路域范围直接影响路域景观的利用程度和效率。

扎碾旅游公路沿线可视域分析评价图(图1)分为2个层次：视域分析——红色区域为驾乘人员在扎碾旅游公路可见区域；高程值——以渐变色底色表示高程值的高低，白色为最高区域。由图1分析可知K10+000处视域条件最好，此处为北山国家森林公园，风景独特且通视良好、视野开阔，可作为观景台的优选位置。而K15+000—K25+000处海拔较高，视域时而开阔时而狭窄，移步换景的效果较好，可合理选择观景台位置，欣赏雪山的雄伟壮阔。

4.2.2 居民点密度

分析网格化后的土地利用数据，分别计算各格网中居民点及建设用地比例，用以表示各格网的居民点密度，将评价结果显示在空间网格中(图2)。通过图2分析可知，在扎碾旅游公路接近终点处分布有大型城镇，居民点密度最高，在公路建设和后期运营过程中，应注重在此处提高土地的利用效率，美化路域环境，保护水体、植被等自然路域景观。而路线沿线其他地区主要以村寨分散居民点为主，居民点密度相对较低。

4.2.3 丹霞地貌面积比

分别计算空间分析格网中丹霞占网格总面积比例，将评价结果反应在空间格网中。从生成的丹霞地貌面积比图中可以得知，沿线丹霞地貌主要分布在K50+000附近。各异的山石形成一种观赏价值较高的风景地貌，扎碾旅游公路可着重利用沿线这一突出特色进行重点景观打造。

4.2.4 喀斯特地貌面积比

分别计算空间分析格网中喀斯特地貌占网格总面积比例，将评价结果反应在空间格网中，生成喀斯特地貌面积比图。从生成的喀斯特地貌面积比图中可以得知，高山喀斯特地貌主要位于K14和K23附近，互助北山国家地质公园内，其冻融风化强烈，喀斯特地貌颇具特色。对该路段应重点进行喀斯特地貌展示，减少其他景观营造，引导行人和游客充分欣赏喀斯特美景。

4.2.5 草地面积比

分别计算空间分析格网中草地占网格总面积比例，将评价结果反应在空间格网中，生成草地面积比图。从生成的草地面积比图中可以得知，扎碾旅游公路全线草地占比较高，尤其是起点—K5、K15—K30、K44—K47段落，主要分布在公路沿线附近，其中绝大部分为高山寒漠草甸、高山草甸、灌丛草甸和山地草甸草原等。因此，扎碾旅游公路在这些区域的建设和后期运营过程中要格外注重高山和河谷草甸景观的保护和修复。

4.2.6 林地面积比

分别计算空间分析格网中林地、疏林地占网格总面积的比例，将评价结果反应在空间格网中，生成林地面积比图。从生成的林地面积比图中可以得知，扎碾旅游公路起点K0—K15+000和K30+000—K37+250林地占比较高。因此，在这些区域，扎碾旅游公路要在建设和后期运营过程中格外注重高山天然森林的

图3 路侧景观综合指数格网

保护和修复。

4.2.7 农田面积比

分别计算空间分析格网中农田占网格总面积比例，将评价结果反应在空间格网中，生成农田面积比图。从生成的农田面积比图中可以得知，扎碾公路起点和终点分别与河流相接，农田相对比较密集；路线K40+000—K45+000段，地势较平坦，村镇集中，农田分布较广，农作物主要有小麦、油菜、蚕豆、马铃薯、青稞和豌豆等。由于扎碾旅游公路沿线的农田距离路线较近且相对集中，尤其是靠近终点段落路线穿越的农田较多，其环境生态敏感性较高，公路景观规划设计时要着重进行农田景观的保护和利用，尽可能通过“透景”方式展现沿线的农田美景。

4.2.8 景观综合指数

应用景观综合评价法，评价区域景观生态系统空间格局。首先应用空间分析格网对路侧缓冲区范围内土地利用现状格网化。以每个格网为单元，计算各格网平均斑块面积、破碎度指数、多样性指数和形状指数。将归一化后的指数等权重相加生成景观综合指数，并将评价结果显示在空间格网中(图3)。图3路侧景观综合指数格网图直观地描述了景观格局现状，图中底色越深代表景观综合指数越高。

4.3 综合分析与评价

通过对扎碾公路沿线路域景观构成元素运用GIS空间叠加方法进行量化分析评价，归纳出扎碾公路沿线的旅游景观呈现如下特点。

1)起点—K16+000段：沿线植被分布相对复杂，植被茂密，居民点较少，临近末处自然旅游资源丰富，且部分路段经过互助北山国家森林公园。公园内具有明显的垂直分布景观带，带谱清晰。因此，该段路线可充分借景路域森林景观，并采用先进的生态修复方法，尽可能降低公路沿线森林景观的破碎化程度，增加公路沿线生态系统的稳定性。

2)K16+000—K27+000段：沿线主要分布有高山草甸等植被，且分布有少量喀斯特地貌，有冻融石丘、石墙等，冻融风化强烈，居民居住地较分散，零零散散的寺庙等古建筑穿插其中。本路段的亮点就是喀斯特地貌和寺庙景观，应将其完美结合并纳入景观段落规划中，提取文化鲜明的独特符号应用到附属设施设计中，突出该段的地貌和人文景观特色。

3)K28+000—K38+000段：沿线森林、高山草甸和农田紧密相连，是重要的景观过渡段，在景观段落划分中起承上启下作用。后期规划中应对本段景观进行重点研究，明确景观主题，使其与前后景观融合。

4)K39+000—终点：沿线分布有整齐的农田，并且穿过大大小小的城镇村落，部分路段经过丹霞地貌，形状各异的红色山石形成一种观赏价值很高的风景地貌。本段路线田园风貌特色浓郁，与丹霞美景相应成章，可充分利用其独特路域景观特点，进行色彩强化，力求还原路域景观的高山乡野景象，突出丹霞观赏价值。

5 结语

1)本研究利用遥感影像解译技术获取评价区土地利类型图，分析相关景观格局指数意义，选取并建立景观路侧景观可视域指数、丹霞地貌面积比、喀斯特地貌面积比、草地面积比、林地面积比、农田面积比和居民点密度的生态景观敏感性评价指标体系。

2)通过GIS空间分析模块，以格网为基本景观单元，计算并提取各格网中上述景观指数对公路路域景观进行生态敏感性评价，可以筛选出景观格局较好的路段作为公路兴奋点进行重点设计，并以此来提高公路景观的可观赏性、激发游人兴趣、缓解旅途视觉疲劳。根据综合评价结果，生态敏感性较高的路段应在景观营造和生态恢复方面予以重点考虑，使公路景观与周边环境融为一体。

注：文中图片均由作者绘制。