面向区域自然保护地整合优化的风景特质评价
——以青海省湟水谷地为例

苑竟达 高曈曦 刘楠 高翅

随着人口增加和城镇化进程加速，地球生物多样性迅速下降[1]，自然保护地对于阻止物种的灭绝至关重要[2]。中国被认为是拥有最多高优先级和高效益保护区域的国家之一[3]。中国在过去几十年建立了针对不同自然资源类型和生态系统的保护地，但是由于长期以来实施分部门、分要素管理的自然保护体制[4]，大多自然保护地由部门主导、地方自下而上申报而建立[5]，从而导致自然保护地范围受限于行政边界、保护优先级模糊[5]，并出现类型交叉、空间重叠[6]等问题。因此，亟须在区域尺度、从全局着眼解决上述问题，实现生态系统的完整性保护[7]。

2019年中共中央办公厅、国务院办公厅颁布实施《关于建立以国家公园为主体的自然保护地体系的指导意见》（简称《指导意见》），明确提出整合归并交叉和相邻的自然保护地，整合优化工作是保护中国生态环境、实现生态环境治理体系和治理能力现代化的基础性工作[5]。但是，目前面向自然保护地整合优化的研究较少，且现有研究主要围绕整合优化的规则和路径[5,8]，而区域尺度下自然保护地整合优化的方法尚在探索中。因此，在区域尺度下构建包含风景特质识别和生态完整性评估的风景特质评价方法，由此获得的风景特质类型、区域和保护优先级评价信息可作为自然保护地整合优化的基础空间信息。

1 面向区域自然保护地整合优化的风景特质评价方法

1.1 自然保护地整合优化工作的困境

中国的自然保护地整合优化过程中主要面临保护的对象和范围两方面问题：1）中国自然保护地的保护视角和对象种类多样[9]，一个区域中往往包含多类保护对象，使自然保护地的整合和分类产生困难；2）自然保护地范围受制于行政边界[8]，并且范围内存在大量乡镇和耕地[8]，需要根据生态学原理将保护优先级高的区域纳入自然保护地范围，并将保护优先级低、生产干扰活动多的区域调出。因此，自然保护地整合优化需要参考包含自然资源和风景名胜等多类保护对象的信息，并对保护优先级进行科学评估。

1.2 将风景特质评价作为区域自然保护地整合优化的方法

《欧洲风景公约》（The European Landscape Convention）[10]对风景的定义为：“风景是由人所感知的地区，其特质是自然和人类行为共同作用的结果。”风景特质是指在自然和文化要素影响下产生的使一个风景区域与另一个风景区域不同的风景要素组合[11]。在区域自然保护地整合优化过程中，以风景特质作为研究对象旨在站在整体性视角梳理各类保护对象，并跨越行政边界进行自然保护地范围的划定。目前，英国[12]、比利时[13]与中国[14]等国家已站在整体性视角对风景特质开展了一系列的研究与实践[15]。风景特质评价方法主要包含2个阶段：1）对使区域与众不同的风景要素组合进行客观识别；2）根据特定的规划目标进行评估。在全球环境恶化的背景下，风景特质评价作为可持续风景管理和规划的新工具[15]能够为决策者提供整体的区域信息[16]。目前，该方法已被用于区域[12]、国土[14]、地方[17]等多个尺度以及不同类别的自然保护地[18-19]中，为风景管护提供参考框架。但是，现有研究主要针对单一自然保护地区域，以风景视觉敏感性[20]、风景承载力[21]为评估手段，进行森林视觉质量、住区发展规划的管控；对于区域尺度下多种自然保护地的整合研究较少，缺乏相应的评估手段。

根据《指导意见》中对自然保护地整合工作“保持生态系统完整性”的基本原则，本研究选择生态完整性作为面向区域自然保护地整合优化的风景特质评价的评估工具。生态完整性是指在特定区域中支持和维护生态系统的平衡和完整的能力[22]，是环境保护中的关键概念[23]和自然保护地评估的重要环节[24]。目前，自然保护已经从传统生物群落保护的要素式思维[4]，转向重视生态完整性保护[25]的整体性思维。生态完整性评估是指对特定生态系统类型的组成、结构、过程和连通性的当前状态进行简洁评估[26]，从而获取生态系统服务能力和维持稳定性的程度等信息[27]，从而确定区域保护的优先级[28]。生态完整性评估通常采用多种生态指标概述性地描述生态系统[29]，指标的选取需要全面考虑生态系统的组成、结构和功能，在区域尺度下可以从破碎度、敏感度、连通度和保护区域代表性4个维度中[30]选取具体指标。近年来，生态完整性评估已应用于加拿大[31]、美国[32]等多个国家的保护地规划和管理中，具有快捷和低成本等优势[33]。

综上，风景特质评价方法在区域自然保护地整合优化过程中能够发挥以下作用：1）通过风景特质识别获得风景特质类型和区域，有助于厘清多个自然保护地交叠而导致的保护对象模糊的问题，有助于跨行政边界划定自然保护地范围；2）生态完整性等级信息有助于确定应该被纳入自然保护地范围的风景特质区域，从而实现“应保尽保”。

2 面向区域自然保护地整合优化的风景特质评价步骤

针对中国自然保护地整合优化工作存在的问题，基于现有风景特质评价框架，构建面向区域自然保护地整合优化的风景特质评价实施方法。该方法主要包含风景特质识别和生态完整性评估2个阶段（图1）。

1 面向区域自然保护地整合优化的风景特质评价实施方法Implementation method of landscape character assessment for the integration and optimization of regional protected areas

步骤一：确定研究对象。主要包含确定研究范围、研究重点、研究规模和详细程度4个方面。根据研究的目标确定研究范围和研究重点，一般研究范围设置可略大于目标需求。研究规模是指要素选择的广泛程度，详细程度是指各要素数据分辨率水平[34]。

步骤二：收集信息。主要包含区域内自然、文化相关数据和自然保护地规划资料。其中，区域尺度自然数据涉及地质、地貌、土地覆盖、水文等，文化数据涉及土地利用、聚居点、风景资源等。将收集的信息输入ArcGIS平台中进行空间制图，便于后期进行自然保地类型识别和区域划分。

步骤三：风景特质分类和描述。包括风景特质因子的分类与编码、风景特质类型及区域识别、风景特质描述。对包含的土壤、植被、自然遗迹和自然景观等风景特质因子进行分类和编码。常用的聚类方法包括K-means聚类[18]、亲和聚类[14]等，利用统计学聚类分析方法将多要素影响下的区域风景指定为多个风景特质类型，并按类别进行字母和数字编码。将获取的风景特质类型在ArcGIS平台进行可视化处理，采用eCognition图像分割软件识别风景特质区域，并依据遥感数据和实地探查等方式进行修正。基于修正后的风景特质图谱对主要风景特质类型及区域进行风景特质描述。

步骤四：生态完整性评估。主要包含指标筛选和叠置分析2个部分。为了在区域尺度下快捷地进行评估工作，可以选择便于获取的遥感数据及其他数字化数据[26]。叠置分析过程需根据研究区域特性选择适合的因子权重，以获得最终的生态完整性等级。

步骤五：自然保护地整合优化阶段。结合步骤三和步骤四的结果，将自然遗迹等保护对象的级别和生态系统完整性等级作为确定保护优先级的指标，以风景特质区域作为基本空间单元，获得区域保护优先级。将区域保护优先级作为底图，比对现有的自然保护地分布，遵从保护面积不减少、保护强度不降低、保护性质不改变的总体原则，对自然保护地进行整合优化工作。

3 青海省湟水谷地风景特质评价实践

3.1 研究区域概况

湟水谷地位于青海省东部地区，北临达坂山，南接拉脊山，西靠日月山和青海湖，是青藏高原、西北干旱区与黄土高原三大地域单元的接合区，面积约为1.8万km2（图2）。湟水谷地包含海晏县、湟源县、湟中县、大通县、西宁市、互助县、平安县、民和县。湟水谷地的生态系统具有多样性，浓缩了荒漠草原、干草原、草甸草原、森林、高山草甸和冰川等各种地质类型。

2 湟水谷地研究范围Study area of Huangshui Valley

湟水谷地自然保护地类型丰富且数量众多，含8类共30处，其中有20处出现严重的空间重叠、类型交叉现象，例如互助县南门峡地区相互重叠有湿地公园、水利风景区、森林公园等多类自然保护地。为了湟水谷地生物多样性的可持续保护，亟须对区域内自然保护地进行整合优化工作。

3.2 湟水谷地风景特质识别

湟水谷地风景特征识别以“构建因子数据库—识别风景特质类型—划定风景特质区”为逻辑。在特质因子数据库的构建中，自然因子选取海拔、地形起伏度、土壤类型、地质类型、植被类型和土地覆盖类型，文化因子选择风景和地质资源。风景特质识别的主要工具和方法包括地理信息系统、多元统计分析法、主观描述法等，实践的数据来源包括：Landsat-8卫星影像数据、高程数据、世界土壤数据库（HWSD）土壤及土地利用数据等。

对各类因子进行分类、编码并可视化（表1），进而直观反映湟水谷地特质单因子的分布情况（图3）。其中，湟水谷地地质遗迹和风景资源点作为风景特质的描述因子。在ArcGIS平台，将湟水谷地全境划分为18 613个1 km×1 km格网单元，每个格网单元被视作一个集成全部变量的风景样本。利用SPASS统计分析软件，对各类因子数据进行K-means聚类分析，共定义26个风景特质类型。

表1 风景特质因子分类与编码Tab. 1 Classification and coding of landscape character factors

3 风景特质识别单因子可视化结果The results of single factor visualization for landscape character identification

eCognition软件可用于基于对象的多尺度图像分割，实现风景特质区域的划定[35]。利用eCognition软件平台中多层次分辨率分割工具，依据风景特质区域破碎程度，通过控制变量的组合实验，将尺度、形状和紧凑度参数调整为500、0.1、0.8，可呈现风景破碎程度较低和风景特质区域均质化状态。在比对卫星影像的基础上，通过目视解译法将分割后的图像结果进行合并，最终确定21种风景特质区域（图4），并对合并区域的主导风景特质进行识别及描述（表2）。

表2 风景特质类型及描述Tab. 2 Types and descriptions of landscape character

3.3 湟水谷地生态完整性评估

生态完整性评估主要分为指标筛选和叠置分析2个步骤。在破碎度、敏感度、连通度和保护区域代表性4个评估维度中，根据湟水谷地的数据可获取情况分别选择外界胁迫、景观格局脆弱度、景观格局连通度和生态系统服务价值作为评估指标（表3）。

表3 湟水谷地生态完整性评估指标及计算工具Tab. 3 Ecological integrity assessment indicators and calculation tools of Huangshui Valley

破碎度是指衡量由于城市化和工业化蔓延对生态系统的影响程度，选择外界胁迫作为表征破碎度的指标。土地利用是人与自然交互作用的核心环节，不同土地利用方式对生态系统的影响可直观地表现在区域生态系统的变化上，并且具有区域性和累积性特征[36]。基于湟水谷地不同土地利用类型对生态系统的差异化影响，将不同土地利用类型确定为由低至高的三级胁迫源，距离胁迫源越远，生态系统受到的影响越小。水浇地、旱地、果园等农业用地属于一级胁迫源，公路用地、铁路用地等交通基础设施用地属于二级胁迫源，城市、乡镇、村庄和采矿用地属于三级胁迫源。基础数据采用第二次全国土地调查土地利用数据，并通过2016年VIIRS-NPP数据对城镇和乡村的范围进行修正。区域尺度下的生态系统往往暴露于多重胁迫之下，它们所受的影响是多重风险源相互叠加的结果[37]，通过欧式距离模型确定不同胁迫源的影响范围，并进行加权叠置获得湟水谷地外界胁迫分值（图5）。

敏感度是指生态系统面临各类灾害和胁迫时表现出的变化程度，景观格局能够在一定程度上表征敏感度[30]，故选择景观格局脆弱度作为敏感度的指标。景观格局脆弱度由景观敏感性指数与景观适应性指数计算得出[38]，其中具体涉及景观干扰指数、景观易损指数、斑块丰度密度指数、香农多样性指数和香农均匀性指数。基于土地覆盖数据，运用FRAGSTATS和ArcGIS软件对上述指数进行计算，获得湟水谷地景观格局脆弱度（图4）。

4 整合后的风景特质类型Types of integrated landscape character

连通度是指景观促进或阻止生物在资源斑块之间移动的程度，良好的连通度是维持生态系统稳定性的关键，选择景观格局连通度作为连通度的指标。基于土地利用数据，在ArcGIS和Conefor Sensinode软件中依次计算整体连通度指数和斑块景观连通重要性指数，获得湟水谷地景观格局连通度（图5）。

保护区域代表性指区域生态效益，即在保护与发展的博弈中需要尽可能保护更多的高生态效益区域。生态系统服务是指人类直接或间接地从生态系统功能中获取的收益[39]，因此生态系统服务价值能够在一定程度上表示保护区域的代表性。湟水谷地生态系统多样性较高，依据专家对湟水谷地主导生态系统服务的判断，选取保育土壤、水源涵养、生成有机物质、固碳、释氧和生物多样性作为具体评估指标。其中，保育土壤通过USLE水土流失方程计算，生成有机质、固碳和释氧通过净初级生产力遥感估算模型计算，水源涵养通过InVEST水量提供模型计算，生物多样性通过生境质量计算，进行生态系统服务物质量测算。基于生态系统服务物质量，生物多样性通过价值当量法，其他服务通过市场价值法获得相应的生态系统服务货币价值量。将各类服务的货币价值进行叠加，获得湟水谷地生态系统服务价值（图5）。基础数据来源包括：Landsat-8卫星影像、DEM数据、HWSD土壤数据和湟水谷地及周围气象站数据。

5 湟水谷地生态完整性的各项指标Indicators of the ecological integrity in Huangshui Valley

邀请生态学背景专家和从事湟水谷地自然保护事业的专业人士对生态完整性评估的

4个维度的权重进行判断，最终定义破碎度、敏感度、连通性和保护区域代表性的权重依次为0.2、0.2、0.2、0.4。依据权重进行多因子叠加，获得湟水谷地生态完整性（图6），并通过自然断点法划分为5个等级。

6 湟水谷地生态完整性The ecological integrity of Huangshui Valley

3.4 湟水谷地自然保护地整合优化

综合风景特质区域的平均生态完整性等级和自然遗迹、自然景观等信息，判断风景特质区域的保护优先级（图7）。以风景特质区域“8f”为例，“8f”平均生态完整性较高，并且区域分布有湟中县柏木峡新元古代叠层石、盘道小水峡瀑布、盘道峡谷地貌和盘道岩溶地貌等省级自然遗迹和自然景观，因此综合判断“8f”为较高保护优先级风景特质区域。

7 湟水谷地保护优先级Huangshui Valley conservation priorities

将湟水谷地保护优先级与现存自然保护地（图8）进行对比分析，确定以下整合优化工作建议：1）多数自然保护地范围受限于行政边界，面积小于其所属风景特质区域，因此，应将风景特质区域作为整合优化自然保护地的基本单元；2）对于单个大型或多个组团的自然保护地，应重点关注其涉及哪些风景特质区域和保护优先级，依据“应保尽保”原则进行整合优化；3）保护优先级高且尚未规划自然保护地的区域，应进行详细研究并考虑规划新自然保护地；4）对于部分现存自然保护地中保护优先级较低的区域，需要进一步探查，若保护价值较低则考虑调出自然保护地范围。

8 对比湟水谷地的自然保护地与风景特质区域Comparison of protected areas and landscape character areas in Huangshui Valley

以湟水谷地北部自然保护地集群为例，已规划的自然保护地普遍位于保护优先级为中级以上的风景特质区域，并沿山系在大通、互助、乐都等多个县界内间断分布。据此，提出自然保护地整合优化思路：1）根据8a/19/8b/9a/9b/9c风景特质区域整合并扩展已规划的自然保护地区域；2）对保护优先级较低的1/14a/16b风景特质区域内的自然保护地进行详细调查，考虑调出自然保护地范围；3）经整合优化，最终形成达坂山山系自然保护地系统（表4）。湟水谷地南部和西部自然保护地集群与北部类似，应整合优化为拉脊山山系自然保护地系统和临青海湖自然保护地系统。

表4 湟水谷地北部自然保护地整合优化建议Tab. 4 Suggestions for the integration and optimization of protected areas in northern Huangshui Valley

4 结语

本研究基于生态完整性保护的目标，构建面向区域自然保护地整合优化的风景特质评价方法，包含风景特质识别和生态完整性评估2个阶段及5个步骤，并将该方法应用于青海省湟水谷地区域，经实践能够高效地为自然保护地的整合优化工作提供支持。

区域尺度下风景特质评价的结果可以为更详细的整合优化工作提供背景和起点[20]，在区域尺度确定重点工作范围后，需要进行进一步的研究，通过田野调查、利益相关者参与等方式，开展地方尺度的、更细致的评价工作。此外，由于在区域尺度下的数据精度和调研难度等原因，对于湟水谷地文化的研究不足，而谷地作为“河湟文化”的发源地，其地方风景特质值得进一步挖掘、识别和保护。

图表来源(Sources of Figures and Tables)：

所有图表均由作者绘制；图2底图来源为2019年谷歌高清卫星影像。