福建省荒野地空間分布研究

李曉雪，廖凌云，蘭思仁

(福建農林大學 藝術學院 園林學院，福州 350002)

荒野地是由自然過程主導，能夠維持其生態系統結構、功能和過程完整性的大型自然斑塊[1]，具有生態、經濟、社會和文化的多元價值[2-3]；保護荒野地能夠保障生物多樣性和維持健康的生態系統，在應對全球氣候變化和城市化發展威脅方面具有重要作用[4]。1994年，世界自然保護聯盟(International Union for Conservation of Nature, IUCN)正式將荒野保護區劃定為1b類自然保護地，自此荒野保護理念在世界推廣開來[5]，隨后多個國家在法律層面認定荒野保護區，荒野保護逐漸成為自然保護地研究的重要內容。根據荒野保護規劃經驗，識別荒野地空間分布是開展荒野保護實踐的第一步[33]。

荒野是一個相對的概念，世界上沒有絕對自然、不受人類干擾的區域。Nash提出了“荒野連續譜”(wilderness continuum)概念，指出連續譜中從一端高度自然的原始野地向另一端受到人類高度改造的現代景觀過渡，而荒野位于自然度高的連續譜中，荒野質量(wilderness quality)被定義為不受到人類活動影響的程度[6]，這種理論將荒野地圖從是否存在的二重性轉為相對性[7]，為識別荒野提供了堅實的概念基礎?；囊爸茍D以“荒野連續譜”為概念基礎，基于地理信息系統(GIS)識別荒野的位置、面積和質量等信息，是開展荒野保護實踐的重要空間基礎[8-9]，被廣泛應用于荒野的識別與監測、荒野保護及自然保護地規劃和管理、國家荒野調查、制定國家保護政策等多個方面，近年來國外從地區[10-12]、國家[13-16]、大洲[17]和全球[18-20]等尺度開展了研究，擁有較為成熟的技術和方法，國內荒野制圖研究尚處于起步階段，對國土尺度荒野制圖研究較為完善[21-23]，而省域尺度荒野制圖研究還處于空白；鑒于此，本研究借鑒國外荒野制圖經驗，在中國大陸國土尺度荒野制圖的基礎上結合福建省現狀，采用經典的荒野制圖方法，重新梳理荒野指標體系及指標權重，創建福建省荒野地圖，并分析福建省荒野質量格局和荒野地保護格局，以期為未來福建省荒野保護體系規劃和自然保護地規劃研究提供依據。

1 材料和方法

1.1 研究區域概況

福建省地處我國東南沿海地區，與浙江省、江西省和廣東省三省相鄰；陸域面積12.4萬平方千米，海域面積13.6萬平方千米，地形有“八山一水一分田”之稱，以山地、丘陵為主，包括兩列東北-西南走向的大山帶，閩西大山帶由武夷山組成，閩中大山帶由鷲峰山、戴云山和博平嶺組成；省內河流眾多，主要有閩江、九龍江等(圖1)。森林資源十分豐富，森林覆蓋率達66.8%，連續42 a位居全國第一，為野生動植物提供了良好的生態環境。野生動植物資源豐富，種類繁多[24]。福建省涵蓋了56.64%的武夷山生物多樣性保護優先區，區內生物多樣性高，保護好當地的荒野地對維護福建省生物多樣性具有重要意義。

1.2 數據來源

研究中利用了居民點數據、道路數據、土地利用數據、DEM數據和自然保護地空間分布數據，各項數據的描述及來源如表1所示。

表1 研究數據來源

1.3 荒野與制圖指標及處理

1.3.1 荒野指標 目前大尺度荒野制圖時荒野地識別較為粗糙，為了更好地應用于荒野保護，省域尺度研究還需對指標數據和指標體系進行改善和提升。本研究借鑒國外荒野制圖經驗，在中國大陸荒野制圖基礎上，結合福建省現狀，對荒野指標及權重進行重新篩選和處理，并采用適宜省域尺度的100 m的數據精度，利用多標準評價方法繪制福建省荒野地圖，將省域荒野劃分為不同質量等級，為荒野地識別提供基礎。參考不同尺度的荒野制圖研究方法和結論[10, 16, 22]，并結合福建省地形條件，選擇土地利用的自然度、距道路遙遠度、表觀自然度、地形崎嶇度等4個最能夠反映福建省荒野特征的指標，表征荒野地自然狀況、保護開發利用難易程度等基本屬性。

土地利用的自然度反映生態系統因人類活動影響而偏離其自然狀態的程度，取決于人們對自然狀態的理解，一般通過對不同土地利用類型賦值來確定[25]，遵循Carver等人提出的評分標準，在中國大陸荒野制圖研究基礎上[22, 26]，對福建省21個土地利用類型進行打分評級，分值為1～5，分值5代表最高級別的自然度，受人工改造過的土地評分較低，保留原始自然的用地評分較高(表2)。通過3*3的移動窗口分析[26]，統計每個窗口中心單元的平均值，對柵格中每個像元的自然度重新分配，使自然度能在景觀中平滑變化。

表2 土地利用的自然度分級評分表

荒野地通常位于交通不便的偏遠地區[21,26]，道路的穿過會導致生境破碎，對生態系統完整性有很大影響[27]；距道路遙遠度反映距離機動車道路的遙遠程度，當距離道路1 km時，其對自然區域的生態影響呈顯著下降趨勢[28]，需要對線型道路繪制1 km的道路緩沖區。相較于國土尺度中簡單的歐氏距離函數，本研究使用更精細的數據和更科學、復雜的計算模型，Carver等人在荒野制圖研究中應用的旅行時間模型(travel time models)綜合考慮了交通條件、地形、距離、土地利用類型和障礙特征(如開闊水域和非常陡峭的斜坡)等因素的影響，輸入DEM和土地利用類型等數據。根據旅行時間規則，使用GIS中的成本距離(Cost Distance)工具創建時間成本柵格，從而計算到臨近道路緩沖區所需的時間，可視化遙遠度指標[30](表3)。

表3 旅行時間模型

荒野對人工設施的存在特別敏感[29]，而定居點和道路兩類數據能有效反映人工設施分布情況[21]，表觀自然度以居民點數據和道路數據作為基礎數據，在GIS中使用密度分析工具計算居民點和道路網的密度，以此反映人工設施對自然環境的影響程度[6,14,16,30]?；诟兄慕嵌仍O置搜索半徑為250 m，代表一個人可以體驗附近景觀的合理距離[47]；在此基礎上，對兩個密度層標準化后通過平均加權疊加獲得人工設施密度圖，密度值越低，代表外觀自然度越高。

地形崎嶇度反映了山區生境的異質性，主要適用于地形復雜的區域[16]。生境的異質性越高，其包含的生態系統越復雜，那么存留原始野地的可能性就越高。本研究使用地形崎嶇指數，通過計算250 m半徑以內的地形曲率的標準差獲取地形崎嶇度[11,17,30]，標準差值越高，代表地形崎嶇度越高。

1.3.2 荒野指標歸一化處理 四項荒野指標的計算結果顯示出不同的測量單位和數據范圍，而在對荒野指標進行多標準評價時，需要保證荒野指標擁有相同的量綱，因此需要對其進行歸一化處理[35]。參考Lin等人荒野制圖經驗，當人類活動對生境的影響達到一定閾值后，將不再繼續增加，使用對數函數對荒野指標進行歸一化處理[22,26,30]，計算公式如下：

其中NIi為第i項指標經歸一化處理后的指標值，ai為第i項指標中的取值，aimax為第i項指標中的最大值。

1.3.3 制圖指標及其計算

(1)荒野指標權重

結合他人荒野制圖研究以及福建省自然現狀[22,30]，使用層次分析法判斷四項荒野指標的相對重要性[31]，對歸一化后的荒野指標確定權重。根據計算結果，判斷矩陣的一致性比率CR=0.007 9<0.1，符合一致性要求；土地利用自然度、距離道路遙遠度、表觀自然度和地形崎嶇度的指標權重依次為0.477 3，0.288 0，0.153 8和0.080 9(表4)。

表4 荒野指標判斷矩陣

(2)制圖指標

利用荒野質量指數繪制荒野質量地圖，使用多標準評價對四項指標歸一化結果進行加權線性組合，計算福建省荒野質量指數(圖1)，計算公式如下：

圖1 福建省荒野質量指數分布圖

WQI為荒野質量指數，n為指標的個數，NIi為第i項指標歸一化后的結果，wi為對應的指標權重。

1.4 荒野質量評價與分級

參考Leu等人研究結果[22, 26, 35]，即10級梯度的分類方案具有最佳性能。本研究基于自然斷點法將福建省的荒野質量指數劃分為1～10級，10級荒野代表了荒野質量最高的部分。

為了更清晰地研究荒野的空間分布情況，將10個等級的荒野進一步劃分為三類：包括低質量荒野(1～4級)、中質量荒野(5～7級)和高質量荒野(8～10級)。以此分析福建省荒野質量空間格局以及荒野地保護格局。

2 結果與分析

2.1 福建省荒野質量空間格局

如表5所示，福建省高質量荒野儲量較大，占陸域面積的67.89%；中質量荒野面積占比次之，為22.92%；低質量荒野面積占比最小，不足福建省陸域面積的10%；說明福建省主要由高質量荒野構成，荒野率較高。

表5 不同類別荒野的面積

如圖2所示，福建省西部、北部及中部地區的荒野質量明顯高于東部和南部沿海地區。高質量荒野分布在山地、水系等自然條件優良的區域，如武夷山、玳瑁山、鷲峰山、戴云山、博平嶺和太姥山等山地以及閩江流域上游區，森林覆蓋率高，水源充足，加之起伏變化的地形造就了多樣的生境類型和有利于物種棲息的自然條件，再加上山地偏僻，開發活動較少，人類干擾強度相對較低，因此擁有大片高質量的荒野；而低質量荒野分布在東部沿海的平原地區以及主要道路周邊，包括福州市、莆田市、泉州市和廈門市等經濟發達城市群，這里人口眾多，有大規模的城市建設，人類活動干擾強度高，對自然環境的破壞較為嚴重，因此荒野質量普遍較低；中質量荒野是高質量荒野向低質量荒野的過渡區域，集中分布在福建省的東南內陸地區及道路緩沖區域。

圖2 福建省荒野質量等級分布圖

2.2 福建省荒野地保護格局

2.2.1 福建省荒野地識別 具有保護價值的荒野地應保持高度自然性，且擁有一定的面積規模，以支撐自然過程發揮有效的生態功能[1]。參考Lin等人研究結果，確定最高荒野質量等級10級荒野中面積不低于1 km2的斑塊為荒野地[26,35]。識別的福建省荒野地總面積16 293.62 km2，占福建省陸域面積的13.14%，由1 251個荒野斑塊構成，其中最小的荒野斑塊為1 km2，最大的荒野斑塊1 130.46 km2。根據荒野地斑塊面積大小將其劃分為三種類型，即小型斑塊、中型斑塊和大型斑塊(表6)。其中，荒野地面積小于10 km2的小型斑塊數量占斑塊總數量80.56%，但僅占荒野地總面積16.88%；荒野地面積大于100 km2的大型斑塊數量僅占斑塊總數量2%，但占荒野地總面積46.72%，大型斑塊是荒野地主要構成部分，主要分布在武夷山、玳瑁山、鷲峰山、戴云山、太姥山和閩江上游區域(圖3)。

圖3 福建省荒野地保護空缺分布示意圖

表6 荒野地分類

2.2.2 福建省荒野地保護空缺分析 設立國家公園和自然保護區是荒野地未來主要的保護方式[22, 32]，福建省現有1個國家公園和30個省級以上的陸地類自然保護區，總面積達33.25萬公頃，該保護體系保護了2.68%的陸地景觀，主要分布在福建西部的武夷山脈——玳瑁山脈和福建中部的鷲峰山——戴云山——博平嶺兩大山系區(圖3)。

從對荒野地空間分布與福建省國家公園及自然保護區空間分布數據分析比較，以及計算的荒野地保護覆蓋率結果(表7)可知，福建省有1 837.80 km2的荒野地被自然保護地體系所覆蓋，還有88.72%面積的荒野地沒有被納入保護范圍，荒野地存在較大的保護空缺。小型斑塊和中型斑塊的保護率較低，大型斑塊保護率遠高于中、小型斑塊。26個大型斑塊中，有9個荒野地被保護地覆蓋，但仍有17個荒野地未被納入保護范圍?；囊氨Ｗo空缺主要分布在玳瑁山、鷲峰山、戴云山、武夷山和閩江上游區域(圖3)。

表7 荒野地保護情況

2.3 福建省荒野地保護建議

目前福建省的荒野地保護率較低，考慮到荒野地在生物多樣性保護中的重要價值，福建省亟需開展荒野保護實踐。大型斑塊荒野地是保證生境發揮有效生態功能的關鍵，需要建立嚴格的保護，防止高強度的人類活動進一步損害生物多樣性保護[22,26]，我國正處在自然保護地重組與擴建的過程，國家公園試點、自然保護區和生態紅線的劃定[21]，為荒野地提供了不同形式的保護。對于未被完全納入保護范圍的荒野地，將其劃入就近的國家公園或者自然保護區內以加強保護，對已有的自然保護地進行擴建或升級，并提高管理有效性，統籌協調自然保護與經濟發展活動的關系[36]；對于完全沒有納入保護范圍的生態源地，需要設立新的自然保護區以加強保護，實行嚴格的保護措施，以維護物種棲息地的生態完整性。中、小型分散的荒野地能夠給物種提供重要棲息場所和擴散廊道，在維持生物多樣性方面同樣發揮著重要作用。由于中、小型分散的荒野地一般周圍人類干擾強度較高，對于中、小型荒野地的保護不限于設立嚴格保護的形式，建議采用以自然保護為主要管理目標的可持續管理方法[26]。

3 結論與討論

本研究基于荒野質量指數和質量等級劃分，繪制了福建省省域尺度荒野質量地圖，荒野劃分為低質量荒野、中質量荒野和高質量荒野，分別占陸地面積的9.2%、22.92%和67.89%；福建省西部、北部及中部地區的荒野質量明顯高于東部和南部沿海地區，高質量荒野儲量較大，主要分布于山地、水系等自然條件優良的區域。將10級荒野中面積不小于1 km2的斑塊確定為荒野地，根據面積將其劃分為小、中、大型斑塊三種類型，大型斑塊是荒野地的主要構成部分。福建省存在較大的荒野地保護空缺，88.72%面積的荒野地在保護范圍以外，大型斑塊保護率遠高于中、小型斑塊，保護空缺主要分布在玳瑁山、鷲峰山、戴云山、武夷山和閩江上游區域?；囊暗乇Ｗo空缺分析結果可用于指導自然保護地發展規劃以及生態紅線劃定的研究和實踐。

本研究借鑒國外地區尺度荒野制圖經驗，在中國大陸荒野地圖的基礎上，并結合福建省多山的地形條件，重新確定了荒野指標體系和荒野指標權重，構建了福建省荒野質量指數模型，較準確地反映了福建省荒野特征；與以往研究相比，本研究使用了更高精度的指標數據，更精確地揭示了荒野地空間分布，可為荒野保護實踐提供更為可靠的支持，對國內省域尺度荒野制圖研究具有借鑒意義?；囊暗氐淖R別在指導省域荒野保護體系規劃，自然保護地規劃、生態紅線劃定等方面也具有重要意義。

荒野制圖結果受指標數據的準確性和可用性限制，當地人類活動對生物多樣性的破壞日益增加，本研究選擇表觀自然度即人類活動影響程度，缺乏部分本地人類活動的空間數據，如采礦等。因此，進一步在對荒野質量進行評估時，應收集更全面的指標數據，提升荒野地圖質量；在指標權重方面，基于層次分析法確定的指標權重具有一定的主觀性，下一步可以引入荒野感知調查[10, 11, 16]，通過專家調查或者公眾參與的方式確定荒野指標和權重方案，為荒野保護提供更加科學客觀的反饋，構建更加全面、客觀的荒野指標體系；荒野地的劃定主要在于對荒野質量的評定，但缺乏較為統一、科學的評判標準，目前對荒野地的劃分涉及多個閾值的荒野質量，如前1%、10%、20% ，今后應進一步探討這些閾值對荒野地識別的影響。