福建省荒野地空间分布研究

李晓雪，廖凌云，兰思仁

(福建农林大学 艺术学院 园林学院，福州 350002)

荒野地是由自然过程主导，能够维持其生态系统结构、功能和过程完整性的大型自然斑块[1]，具有生态、经济、社会和文化的多元价值[2-3]；保护荒野地能够保障生物多样性和维持健康的生态系统，在应对全球气候变化和城市化发展威胁方面具有重要作用[4]。1994年，世界自然保护联盟(International Union for Conservation of Nature, IUCN)正式将荒野保护区划定为1b类自然保护地，自此荒野保护理念在世界推广开来[5]，随后多个国家在法律层面认定荒野保护区，荒野保护逐渐成为自然保护地研究的重要内容。根据荒野保护规划经验，识别荒野地空间分布是开展荒野保护实践的第一步[33]。

荒野是一个相对的概念，世界上没有绝对自然、不受人类干扰的区域。Nash提出了“荒野连续谱”(wilderness continuum)概念，指出连续谱中从一端高度自然的原始野地向另一端受到人类高度改造的现代景观过渡，而荒野位于自然度高的连续谱中，荒野质量(wilderness quality)被定义为不受到人类活动影响的程度[6]，这种理论将荒野地图从是否存在的二重性转为相对性[7]，为识别荒野提供了坚实的概念基础。荒野制图以“荒野连续谱”为概念基础，基于地理信息系统(GIS)识别荒野的位置、面积和质量等信息，是开展荒野保护实践的重要空间基础[8-9]，被广泛应用于荒野的识别与监测、荒野保护及自然保护地规划和管理、国家荒野调查、制定国家保护政策等多个方面，近年来国外从地区[10-12]、国家[13-16]、大洲[17]和全球[18-20]等尺度开展了研究，拥有较为成熟的技术和方法，国内荒野制图研究尚处于起步阶段，对国土尺度荒野制图研究较为完善[21-23]，而省域尺度荒野制图研究还处于空白；鉴于此，本研究借鉴国外荒野制图经验，在中国大陆国土尺度荒野制图的基础上结合福建省现状，采用经典的荒野制图方法，重新梳理荒野指标体系及指标权重，创建福建省荒野地图，并分析福建省荒野质量格局和荒野地保护格局，以期为未来福建省荒野保护体系规划和自然保护地规划研究提供依据。

1 材料和方法

1.1 研究区域概况

福建省地处我国东南沿海地区，与浙江省、江西省和广东省三省相邻；陆域面积12.4万平方千米，海域面积13.6万平方千米，地形有“八山一水一分田”之称，以山地、丘陵为主，包括两列东北-西南走向的大山带，闽西大山带由武夷山组成，闽中大山带由鹫峰山、戴云山和博平岭组成；省内河流众多，主要有闽江、九龙江等(图1)。森林资源十分丰富，森林覆盖率达66.8%，连续42 a位居全国第一，为野生动植物提供了良好的生态环境。野生动植物资源丰富，种类繁多[24]。福建省涵盖了56.64%的武夷山生物多样性保护优先区，区内生物多样性高，保护好当地的荒野地对维护福建省生物多样性具有重要意义。

1.2 数据来源

研究中利用了居民点数据、道路数据、土地利用数据、DEM数据和自然保护地空间分布数据，各项数据的描述及来源如表1所示。

表1 研究数据来源

1.3 荒野与制图指标及处理

1.3.1 荒野指标 目前大尺度荒野制图时荒野地识别较为粗糙，为了更好地应用于荒野保护，省域尺度研究还需对指标数据和指标体系进行改善和提升。本研究借鉴国外荒野制图经验，在中国大陆荒野制图基础上，结合福建省现状，对荒野指标及权重进行重新筛选和处理，并采用适宜省域尺度的100 m的数据精度，利用多标准评价方法绘制福建省荒野地图，将省域荒野划分为不同质量等级，为荒野地识别提供基础。参考不同尺度的荒野制图研究方法和结论[10, 16, 22]，并结合福建省地形条件，选择土地利用的自然度、距道路遥远度、表观自然度、地形崎岖度等4个最能够反映福建省荒野特征的指标，表征荒野地自然状况、保护开发利用难易程度等基本属性。

土地利用的自然度反映生态系统因人类活动影响而偏离其自然状态的程度，取决于人们对自然状态的理解，一般通过对不同土地利用类型赋值来确定[25]，遵循Carver等人提出的评分标准，在中国大陆荒野制图研究基础上[22, 26]，对福建省21个土地利用类型进行打分评级，分值为1～5，分值5代表最高级别的自然度，受人工改造过的土地评分较低，保留原始自然的用地评分较高(表2)。通过3*3的移动窗口分析[26]，统计每个窗口中心单元的平均值，对栅格中每个像元的自然度重新分配，使自然度能在景观中平滑变化。

表2 土地利用的自然度分级评分表

荒野地通常位于交通不便的偏远地区[21,26]，道路的穿过会导致生境破碎，对生态系统完整性有很大影响[27]；距道路遥远度反映距离机动车道路的遥远程度，当距离道路1 km时，其对自然区域的生态影响呈显著下降趋势[28]，需要对线型道路绘制1 km的道路缓冲区。相较于国土尺度中简单的欧氏距离函数，本研究使用更精细的数据和更科学、复杂的计算模型，Carver等人在荒野制图研究中应用的旅行时间模型(travel time models)综合考虑了交通条件、地形、距离、土地利用类型和障碍特征(如开阔水域和非常陡峭的斜坡)等因素的影响，输入DEM和土地利用类型等数据。根据旅行时间规则，使用GIS中的成本距离(Cost Distance)工具创建时间成本栅格，从而计算到临近道路缓冲区所需的时间，可视化遥远度指标[30](表3)。

表3 旅行时间模型

荒野对人工设施的存在特别敏感[29]，而定居点和道路两类数据能有效反映人工设施分布情况[21]，表观自然度以居民点数据和道路数据作为基础数据，在GIS中使用密度分析工具计算居民点和道路网的密度，以此反映人工设施对自然环境的影响程度[6,14,16,30]。基于感知的角度设置搜索半径为250 m，代表一个人可以体验附近景观的合理距离[47]；在此基础上，对两个密度层标准化后通过平均加权叠加获得人工设施密度图，密度值越低，代表外观自然度越高。

地形崎岖度反映了山区生境的异质性，主要适用于地形复杂的区域[16]。生境的异质性越高，其包含的生态系统越复杂，那么存留原始野地的可能性就越高。本研究使用地形崎岖指数，通过计算250 m半径以内的地形曲率的标准差获取地形崎岖度[11,17,30]，标准差值越高，代表地形崎岖度越高。

1.3.2 荒野指标归一化处理 四项荒野指标的计算结果显示出不同的测量单位和数据范围，而在对荒野指标进行多标准评价时，需要保证荒野指标拥有相同的量纲，因此需要对其进行归一化处理[35]。参考Lin等人荒野制图经验，当人类活动对生境的影响达到一定阈值后，将不再继续增加，使用对数函数对荒野指标进行归一化处理[22,26,30]，计算公式如下：

其中NIi为第i项指标经归一化处理后的指标值，ai为第i项指标中的取值，aimax为第i项指标中的最大值。

1.3.3 制图指标及其计算

(1)荒野指标权重

结合他人荒野制图研究以及福建省自然现状[22,30]，使用层次分析法判断四项荒野指标的相对重要性[31]，对归一化后的荒野指标确定权重。根据计算结果，判断矩阵的一致性比率CR=0.007 9<0.1，符合一致性要求；土地利用自然度、距离道路遥远度、表观自然度和地形崎岖度的指标权重依次为0.477 3，0.288 0，0.153 8和0.080 9(表4)。

表4 荒野指标判断矩阵

(2)制图指标

利用荒野质量指数绘制荒野质量地图，使用多标准评价对四项指标归一化结果进行加权线性组合，计算福建省荒野质量指数(图1)，计算公式如下：

图1 福建省荒野质量指数分布图

WQI为荒野质量指数，n为指标的个数，NIi为第i项指标归一化后的结果，wi为对应的指标权重。

1.4 荒野质量评价与分级

参考Leu等人研究结果[22, 26, 35]，即10级梯度的分类方案具有最佳性能。本研究基于自然断点法将福建省的荒野质量指数划分为1～10级，10级荒野代表了荒野质量最高的部分。

为了更清晰地研究荒野的空间分布情况，将10个等级的荒野进一步划分为三类：包括低质量荒野(1～4级)、中质量荒野(5～7级)和高质量荒野(8～10级)。以此分析福建省荒野质量空间格局以及荒野地保护格局。

2 结果与分析

2.1 福建省荒野质量空间格局

如表5所示，福建省高质量荒野储量较大，占陆域面积的67.89%；中质量荒野面积占比次之，为22.92%；低质量荒野面积占比最小，不足福建省陆域面积的10%；说明福建省主要由高质量荒野构成，荒野率较高。

表5 不同类别荒野的面积

如图2所示，福建省西部、北部及中部地区的荒野质量明显高于东部和南部沿海地区。高质量荒野分布在山地、水系等自然条件优良的区域，如武夷山、玳瑁山、鹫峰山、戴云山、博平岭和太姥山等山地以及闽江流域上游区，森林覆盖率高，水源充足，加之起伏变化的地形造就了多样的生境类型和有利于物种栖息的自然条件，再加上山地偏僻，开发活动较少，人类干扰强度相对较低，因此拥有大片高质量的荒野；而低质量荒野分布在东部沿海的平原地区以及主要道路周边，包括福州市、莆田市、泉州市和厦门市等经济发达城市群，这里人口众多，有大规模的城市建设，人类活动干扰强度高，对自然环境的破坏较为严重，因此荒野质量普遍较低；中质量荒野是高质量荒野向低质量荒野的过渡区域，集中分布在福建省的东南内陆地区及道路缓冲区域。

图2 福建省荒野质量等级分布图

2.2 福建省荒野地保护格局

2.2.1 福建省荒野地识别 具有保护价值的荒野地应保持高度自然性，且拥有一定的面积规模，以支撑自然过程发挥有效的生态功能[1]。参考Lin等人研究结果，确定最高荒野质量等级10级荒野中面积不低于1 km2的斑块为荒野地[26,35]。识别的福建省荒野地总面积16 293.62 km2，占福建省陆域面积的13.14%，由1 251个荒野斑块构成，其中最小的荒野斑块为1 km2，最大的荒野斑块1 130.46 km2。根据荒野地斑块面积大小将其划分为三种类型，即小型斑块、中型斑块和大型斑块(表6)。其中，荒野地面积小于10 km2的小型斑块数量占斑块总数量80.56%，但仅占荒野地总面积16.88%；荒野地面积大于100 km2的大型斑块数量仅占斑块总数量2%，但占荒野地总面积46.72%，大型斑块是荒野地主要构成部分，主要分布在武夷山、玳瑁山、鹫峰山、戴云山、太姥山和闽江上游区域(图3)。

图3 福建省荒野地保护空缺分布示意图

表6 荒野地分类

2.2.2 福建省荒野地保护空缺分析 设立国家公园和自然保护区是荒野地未来主要的保护方式[22, 32]，福建省现有1个国家公园和30个省级以上的陆地类自然保护区，总面积达33.25万公顷，该保护体系保护了2.68%的陆地景观，主要分布在福建西部的武夷山脉——玳瑁山脉和福建中部的鹫峰山——戴云山——博平岭两大山系区(图3)。

从对荒野地空间分布与福建省国家公园及自然保护区空间分布数据分析比较，以及计算的荒野地保护覆盖率结果(表7)可知，福建省有1 837.80 km2的荒野地被自然保护地体系所覆盖，还有88.72%面积的荒野地没有被纳入保护范围，荒野地存在较大的保护空缺。小型斑块和中型斑块的保护率较低，大型斑块保护率远高于中、小型斑块。26个大型斑块中，有9个荒野地被保护地覆盖，但仍有17个荒野地未被纳入保护范围。荒野保护空缺主要分布在玳瑁山、鹫峰山、戴云山、武夷山和闽江上游区域(图3)。

表7 荒野地保护情况

2.3 福建省荒野地保护建议

目前福建省的荒野地保护率较低，考虑到荒野地在生物多样性保护中的重要价值，福建省亟需开展荒野保护实践。大型斑块荒野地是保证生境发挥有效生态功能的关键，需要建立严格的保护，防止高强度的人类活动进一步损害生物多样性保护[22,26]，我国正处在自然保护地重组与扩建的过程，国家公园试点、自然保护区和生态红线的划定[21]，为荒野地提供了不同形式的保护。对于未被完全纳入保护范围的荒野地，将其划入就近的国家公园或者自然保护区内以加强保护，对已有的自然保护地进行扩建或升级，并提高管理有效性，统筹协调自然保护与经济发展活动的关系[36]；对于完全没有纳入保护范围的生态源地，需要设立新的自然保护区以加强保护，实行严格的保护措施，以维护物种栖息地的生态完整性。中、小型分散的荒野地能够给物种提供重要栖息场所和扩散廊道，在维持生物多样性方面同样发挥着重要作用。由于中、小型分散的荒野地一般周围人类干扰强度较高，对于中、小型荒野地的保护不限于设立严格保护的形式，建议采用以自然保护为主要管理目标的可持续管理方法[26]。

3 结论与讨论

本研究基于荒野质量指数和质量等级划分，绘制了福建省省域尺度荒野质量地图，荒野划分为低质量荒野、中质量荒野和高质量荒野，分别占陆地面积的9.2%、22.92%和67.89%；福建省西部、北部及中部地区的荒野质量明显高于东部和南部沿海地区，高质量荒野储量较大，主要分布于山地、水系等自然条件优良的区域。将10级荒野中面积不小于1 km2的斑块确定为荒野地，根据面积将其划分为小、中、大型斑块三种类型，大型斑块是荒野地的主要构成部分。福建省存在较大的荒野地保护空缺，88.72%面积的荒野地在保护范围以外，大型斑块保护率远高于中、小型斑块，保护空缺主要分布在玳瑁山、鹫峰山、戴云山、武夷山和闽江上游区域。荒野地保护空缺分析结果可用于指导自然保护地发展规划以及生态红线划定的研究和实践。

本研究借鉴国外地区尺度荒野制图经验，在中国大陆荒野地图的基础上，并结合福建省多山的地形条件，重新确定了荒野指标体系和荒野指标权重，构建了福建省荒野质量指数模型，较准确地反映了福建省荒野特征；与以往研究相比，本研究使用了更高精度的指标数据，更精确地揭示了荒野地空间分布，可为荒野保护实践提供更为可靠的支持，对国内省域尺度荒野制图研究具有借鉴意义。荒野地的识别在指导省域荒野保护体系规划，自然保护地规划、生态红线划定等方面也具有重要意义。

荒野制图结果受指标数据的准确性和可用性限制，当地人类活动对生物多样性的破坏日益增加，本研究选择表观自然度即人类活动影响程度，缺乏部分本地人类活动的空间数据，如采矿等。因此，进一步在对荒野质量进行评估时，应收集更全面的指标数据，提升荒野地图质量；在指标权重方面，基于层次分析法确定的指标权重具有一定的主观性，下一步可以引入荒野感知调查[10, 11, 16]，通过专家调查或者公众参与的方式确定荒野指标和权重方案，为荒野保护提供更加科学客观的反馈，构建更加全面、客观的荒野指标体系；荒野地的划定主要在于对荒野质量的评定，但缺乏较为统一、科学的评判标准，目前对荒野地的划分涉及多个阈值的荒野质量，如前1%、10%、20% ，今后应进一步探讨这些阈值对荒野地识别的影响。