景观保护设计——美国佛罗里达州西南部景观保护设计项目案例

祝明建

吴 莹

尚 媛

陈风名

孙 源

2018年3月国务院机构改革方案通过，自然资源部正式成立，标志着空间规划及管理从过去的以开发为主转向了当下以资源保护为主的新模式，同时也打破了条块式的管理模式，由一个部门统筹各类自然资源，构建了一个完整的国土生态安全格局。在这一背景下，传统的规划方法论已不再适应以保护为优先导向的规划变革，城乡规划面临新的探索与革新，资源与环境将成为未来规划的重点。

景观保护设计是一种动态性的合作景观保护方法，通过分析陆地、海洋、湿地等生态网络，识别出景观保护优先领域，进而提出自然资源与文化资源的保护措施与力度。景观保护设计主张建立景观保护优先级，跨部门组织实施设计成果，并对设计成果进行检测和评估。

国际上关于景观保护设计的研究主要集中在保护地体系的建立上，并按照保护的严格程度划分等级。在全球及区域尺度上也构建了优先保护区域，例如，世界自然基金会(WWF)划定了全球200个优先保护区域，识别了一系列具有代表性的生态系统；保护国际(CI)应对受威胁生境划定了全球35个生物多样性保护热点区；世界自然保护联盟(IUCN)构建了生物多样性关键地区等。早期的景观保护设计主要关注生物多样性，但随着社会经济及人类活动对生态环境的影响越来越强，关注的重点也逐渐转到以自然生态系统为主、与社会经济耦合的协同发展趋势上。2000年，美国成立了景观保护合作社(Landscape Conservation Cooperatives，https://lccnetwork.org/)，利用科学能力和技术专长，保护自然与文化资源。近十几年内，景观保护合作社与许多机构共同合作，完成了阿拉斯加土地连通性规划[1]、加利福尼亚州气候变化适应性规划[2]、佛罗里达半岛水利农业示范项目[3]等400余项研究及规划设计。

中国生态环境与城乡规划领域也进行了许多相关的探索。从20世纪90年代开始，就出现了关于生态安全格局概念和理论的讨论，保护生物学、景观生态学等相继被融入规划领域，并结合我国自身的特征，在国土尺度上陆续展开了关于保护优先区、景观规模等级等的研究，为景观保护设计的发展奠定了基础[4-5]。目前，景观保护设计的研究主要集中在保护优先级别的识别与构建、采用空间叠加等方法建立生态安全格局等方面[6-8]。总体来说，景观保护设计的研究尚处于起步阶段，研究机理较为单一，大多是以生态学为主而忽视了社会经济背景的影响，尚未形成完整的方法和管理体系。

在我国大力倡导生态文明及美丽中国建设的大背景下，新组建的自然资源部将整合国土生态规划和保护工作。景观保护设计为生态文明体制改革的实践探索提供了鲜明的借鉴价值。本文选取由美国国家野生动物保护协会和佛罗里达大学合作完成的一项景观保护设计项目，对景观保护设计的数据基础、操作方法及实施结果等进行介绍、分析，并总结其对于我国自然资源和生物多样性保护的借鉴意义和应用前景。

1 研究基础

过去的30年中，在佛罗里达全州尤其是西南部地区，收集了大量可用数据，开展了一系列关于确定优先保护地区的工作，并且随着时间的推移进行了更新和改进。2017年，美国渔业和野生动物保护局、佛罗里达大学景观保护规划中心共同合作，完成了佛罗里达州西南部景观保护设计项目[9]。该项目性质属于对佛罗里达州西南部生物多样性保护的研究，旨在为当地生态资源保护提供理论指导和行动策略。

图1 佛罗里达西南部地区区位图

这一项目位于佛罗里达西南部地区，范围包括科利尔县、亨德利县和夏洛特县等地。研究范围包含了森林、灌木、草原、沼泽和湿地等多种自然社区，与农田的空间格局相互交织，构成了独一无二的复杂生态系统。这一区域是自然保护战略的交集区，有很多现存的保护地，包括佛罗里达黑豹栖息地保护区、佛罗里达州生态绿道网络、水资源保护重点地区，并且邻接大沼泽地国家野生动物保护区。此外，研究范围内还包括2处美国原住民保留地(图1)。

佛罗里达州西南部地区有丰富的保护规划经验，政府、科研机构、保护组织等都对这一地区的保护提供了支持，这对景观保护设计的顺利实施起着重要作用。

佛罗里达州西南部地区的景观保护设计项目的基础是自然资源空间数据，用于识别生物多样性、景观、水资源和其他优先保护地区。并把这些数据与其他相关的区域分析数据相结合，更全面地描述该地区的保护重点。

景观保护设计的土地利用基础是关键土地水域识别项目(The Critical Lands and Waters Identification Project，CLIP)[10]。这是一项全州性的自然资源优先清单，可以为长期规划决策提供信息。该项目基于一组核心自然资源数据层，建立起一个全面的空间数据库，然后将其划分为5个资源类别：生物多样性、景观、地表水、地下水和海洋。CLIP数据库作为研究的基础，与其他区域数据与分析相结合，以更全面地描述保护重点，并为各种保护规划工作奠定了基础。

景观保护设计的推广实施基础是合作保护蓝图(Cooperative Conservation Blueprint，CCB)[11]。通常情况下，土地所有者、企业、政府和保护组织等各种机构都对保护规划有各自的目标和战略，而一套共同的战略重点将有利于保护规划实施的效率。这一过程将利益相关方联合起来，就生态保护目标提出一个全面的愿景，通过自愿和非监管的保护激励措施，来达成各方利益所有者间的协调与合作。

佛罗里达西南部地区还进行了一些其他的保护规划和工作，如农村土地管理区(The Rural Land Stewardship Area，RLSA)、栖息地保护计划(Habitat Conservation Plan，HCP)和增长管理计划(The Growth Management Plan，GMP)等，这些项目都为景观保护设计的研究和实施奠定了基础。

2 研究方法

佛罗里达西南部地区的景观保护设计同时考虑了生态因素和社会因素2个方面。在生态因素方面，采用佛罗里达豹模型(Panther)、焦点重叠模型和Marxan分析模型来确定生态保护优先级；在社会因素方面，通过对土地利用和海平面上升的影响分析，来识别保护机会和潜在威胁。具体方法上，主要运用GIS技术和空间保护规划软件进行研究，计算各模型的结果，最终叠加得出决策矩阵(图2)。

2.1 确定生态保护优先级

首先，通过3个独立的模型分别计算，并将结果合并在同一图层中，从而确立生态保护优先级。这3个模型分别是佛罗里达豹模型、焦点重叠模型以及Marxan分析模型[12]。

2.1.1 佛罗里达豹模型

佛罗里达豹模型是专为佛罗里达州的焦点物种黑豹开发的，符合佛罗里达州土地覆盖和使用分类系统(FLUCCS)，因此与其他常用模型相比具有更高的准确性。通过将5个相关的GIS数据层合并成一个模型，以确定在研究区内保护黑豹栖息地和走廊的优先领域。这5个相关的GIS数据层分别是：潜在的佛罗里达豹栖息地、佛罗里达豹栖所模型、佛罗里达州豹保护区、CLIP景观完整性和佛罗里达州生态绿道网络。

将以上5个图层添加到GIS中，其中，全部5个图层都不覆盖的区域最终赋值为0，只有1个图层覆盖的区域赋值为1，全部5个图层覆盖的区域赋值为5。根据最终结果确立生态保护优先级：值为3～5设立为Ⅰ级优先级，值为2设立为Ⅱ级优先级，值为1设立为Ⅲ级优先级(图3)。

2.1.2 焦点重叠模型

焦点重叠模型与相关物种专家合作开发，并经过了同行评审[13]。焦点重叠模型结合了各种栖息地和景观因子，利用覆盖指数方法，识别累积的焦点物种优先级。这些因素可以分为2个类别：第一类与物种相关，包括物种栖息地丰富度、物种栖息地保护等级、联邦和州的保护状态、受保护的百分比和面积等；第二类与景观相关，包括绿地景观优先次序、CLIP景观完整性指数优先级、距离保护区的距离、与保护区的连通性等。

每个因素都分别以1～9的值进行评分，其中，9代表最高优先级，1代表最低优先级。然后进行叠加分析，合并以创建焦点重叠模型，并确定优先级(图4)。

2.1.3 Marxan分析模型

Marxan是全球广泛使用的保护规划决策支持软件，用于确定对实现保护目标最重要却未受保护的土地。Marxan的运行要求原始数据图层中包含自然资源中的重点及量化目标，这些都依据政府政策、自然遗产排名、栖息地保护比例及面积等来确定。

图2 景观保护设计决策矩阵(作者绘)

图4 焦点重叠模型优先级分析结果

图5 Marxan分析模型分析结果

图6 生态保护优先级结果

图7 保护机会识别

图8 潜在发展威胁

图9 海平面上升情景模型

图11 Ⅱ级生态保护优先级地区决策矩阵

图12 Ⅲ级生态保护优先级地区决策矩阵

确定原始数据图层后，通过上千次的参数调整及运行，确定了满足物种栖息地和自然保护社区的优先目标(图5)。

最后，选取豹模型中的Ⅰ级优先级区域、焦点重叠模型中6～9分区域以及Marxan模型中计算出的全部区域进行重分类，合并到同一图层中，确定最终的生态保护优先级(图6)。

3个模型都包含的区域为Ⅰ级生态保护优先级，有2个包含的区域为Ⅱ级优先级，有1个包含的为Ⅲ级优先级。值得注意的是，Ⅰ级生态保护优先级中约有900 000英亩(约3 642.2km2)目前未受保护的土地，这将是佛罗里达州西南部地区景观保护工作的重点。

2.2 识别保护机会与潜在威胁

2.2.1 保护机会

为了确定保护工作的可行性，首先需要识别出哪些区域具有潜在的保护机会。因此，依据自然资源保护局(Natural Resources Conservation Service，NRCS)确定的指定保护区、农业使用权规划、湿地保护标准和天然森林遗产4项保护计划，绘制GIS图层，将保护机会由高到低分为4级，从而确定保护的潜在可能性(图7)。

2.2.2 潜在威胁

实施景观保护设计面临的主要威胁来自2个方面：一方面是未来城市发展加快土地开发的过程，有可能破坏生态景观；另一方面则是由于全球气候变化导致的海平面上升有可能淹没部分土地。

为了尽量避免城市发展对生态景观潜在的威胁，通过GIS图层整合佛罗里达州的土地利用情况、未来城市规划、行业发展计划等信息，模拟出佛罗里达2070年城市开发模型，按照开发强度将潜在威胁划分为3个等级(图8)。

其次，依据Noss等创建的佛罗里达州海平面上升情景模型确定潜在的被淹没地区[14]。这一模型基于数字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)，并根据潮汐和水文因素调整，模拟出了海平面上升1、1.5和2m的情景(图9)。

2.3 景观保护设计决策矩阵

为了帮助景观保护设计做出最终决策，将上述的生态保护优先级图层与保护机会识别图层以及潜在发展威胁图层3个因素结合起来(图10～12)。具体的方法是，在GIS中为每个因子分配一个数字等级，并将生态保护优先级因子乘100，机会因子乘10，保持发展威胁因子不变，从而得到一个矩阵。其中的指数代表着不同的含义，例如，343代表具有最高机会和最高威胁的Ⅰ级生态保护优先级，341则代表具有最高机会和最低威胁的Ⅰ级生态保护优先级。

借助这一矩阵，可以帮助景观保护设计做出不同的行为决策。例如，指标为343的地区具有最高的生态保护优先级，同时也具有最高的保护机会和威胁，因此需要尽快行动，优先开展这一地区的保护工作；而指标为121的地区则具有最低的生态保护优先级，保护机会和威胁也都较低，因此可以将这一地区的保护工作置后考虑。

3 结论

通过对一系列相关数据进行分析，确定生态保护优先级，并识别潜在的保护机会和发展威胁，最终得出景观保护设计决策矩阵，从而支持景观保护设计的决策，具体的决策建议如下。

3.1 Ⅰ级生态保护优先区域

从生态保护优先级图层中可以看出，目前在Ⅰ级生态保护优先区域中，有超过89万英亩(约36 017.0km2)的土地没有得到保护。这些未受保护的土地约有32万英亩(约12 949.9km2)在佛罗里达永续发展计划(Florida Forever Project)或农村和家庭土地保护计划(Rural and Family Land Protection Program)中，占未保护Ⅰ级生态保护优先区域总面积的36.3%。同时这2个项目的大部分区域都在Ⅰ级生态保护优先区域中(表1)。这表明应当加大对这2个项目的资金和技术投入，从而更好地实现景观保护设计的目标。

3.2 潜在发展威胁区域

从景观保护设计决策矩阵中可以看出，目前未受保护的Ⅰ级生态保护优先区域中，大约有35.5%的面积都处于高等或中等发展威胁区域(表2)。这表明，对于景观保护至关重要的一部分地区受到了潜在发展的威胁，因此需要及时采取行动，制定并实施保护措施。加强与政府、土地所有者等相关利益方的联系与合作，严格控制相关区域的土地开发，通过优化景观而非建设开发来增加土地资产的价值，在保护生态景观的同时也维护土地所有者的利益。

表1 佛罗里达永续发展计划、农村和家庭土地保护计划分类面积统计

表2 Ⅰ级生态保护优先区域潜在发展威胁分类面积统计

3.3 合作保护蓝图相关建议

合作保护蓝图是景观保护设计的推广实施基础，将利益相关方联合起来，通过自愿和非监管的保护激励措施，来达成各方的协调与合作。因此，在景观保护设计的实施阶段，需要各相关机构及时建立起合作备忘录，对共同管理区域内的优先保护地区达成共识，精简机构与人员，以更好地利用保护资金并且更快地达成保护目标。

该项目与其他保护项目的共同成果，最终整理为一个互动式网站(http://geoadaptive.com/rlwi_southwest_florida/)，网站中整合了佛罗里达西南部地区的地图、自然资源数据，以及到2060年自然和建成区的预期变化等。并向公众介绍影响生态环境的因素、生态系统服务的重要意义，将研究得出的结果展示给公众。从而能够直观地概述佛罗里达西南部地区重要自然资源的分布和功能，分析它们对减轻气候变化影响的意义，并评估城市在不同发展情境下对生态环境造成的影响。

佛罗里达西南部地区的景观保护设计有助于探索和改进其他地区应用LCD的方法，美国野生动物庇护所联合会(National Wildlife Refuge Association)正在与佛罗里达地区的相关研究机构共同合作，探索整合最科学的规划技术与方法，以更好地保护野生动植物和其他自然资源。

4 讨论与建议

景观保护设计以保护生物学和景观生态学为基础，发展出一套完整的空间保护决策体系，对于提高规划设计的科学性和可持续发展具有重要意义。结合中国国情，可以在以下几个方面加强相关领域的研究和实践工作，以更好地服务于我国的生态文明建设。

4.1 加强景观保护设计理念和方法与我国现有城乡规划体系的衔接

我国目前正在推行多规合一，生态环境保护规划与其他规划的结合也越来越紧密。在美国，该项规划也不是法定规划，但景观保护设计的理念和方法对生物多样性保护十分有益，我国可以考虑将景观保护设计的理念和方法融入现有的规划体系中，以更好地实现生态保护的目标。

4.2 加强景观数字化信息平台建设

该案例大量采用了美国渔业与野生动物保护局和佛罗里达大学景观保护中心等机构提供的GIS数据，在景观保护设计的实施过程中，一个重要挑战在于整合并处理多种来源、范围和主题的数据，并且客观地确定景观优先保护的相关因素及其次序标准，空间数据的完整性和精确性对景观保护设计的结果有很大的影响。我国应加强数据特别是景观数字化的共享平台建设，为城乡规划和景观的科学研究提供支撑。

4.3 加强各部门和各相关专业的整合

景观保护设计的成果涉及国土、生态和环境保护等多个部门，我国新组建的自然资源部和生态环境部为国土生态环境的保护提供了极好的顶层设计。建议由自然资源部牵头，联合生态环境部开展全国范围的景观保护设计工作，相关成果可以作为国土空间规划的参考。另外，景观保护设计涉及保护生物学、景观生态学、水文学以及地理学等多个学科，加强各学科的交叉融合和交流合作十分必要。

在我国越来越重视自然资源和生态环境保护的今天，景观保护设计的概念和方法将为自然资源和生态保护规划起到重要推进作用。因此，未来我国景观保护设计的发展应当总结现有研究成果和学习国内外优秀案例，尽快形成完整的理论框架。此外，规划行业、学术机构以及政府相关部门应当进一步加强合作，共享数据，交流经验，共同推进景观保护设计在我国的发展。

注：文中图片除注明外，均改绘自佛罗里达州西南部的景观保护设计(Landscape Conservation Design in Southwest Florida)。