基于生境质量的旅游景区生态空间布局优化研究

摘要 随着城镇土地资源的日益稀缺，生态空间与城镇开发之间的冲突逐渐凸显，数量规模控制和空间布局优化是探索平衡二者间矛盾的主要规划路径。利用InVEST模型和土地利用覆被变化（LUCC）数据对1990—2020年期间东湖生态旅游风景区及周边进行生境质量评估，通过构建环状的缓冲区圈层，对既往东湖风景区生态空间经历的冲击和改善进行了微观尺度的深入剖析。研究发现，东湖风景区生态空间呈现出边界内部增加、外部减少的趋势。东湖风景区边界内外生境质量内优外劣的两极分化极为明显，且呈扩大趋势。控制城镇建设用地数量规模、紧凑城镇空间布局能够有效保护和优化生态空间布局，提升生境质量。

关键词 生态空间；生境质量；InVEST模型；空间优化

中图分类号 F301.2 文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2023）22-0062-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.22.016

Study on the Optimization of Ecological Space Layout of Scenic Spots Based on Habitat Quality

WANG Dan

Abstract With the increasing scarcity of urban land resources，the conflict between ecological space and urban development had gradually become prominent.Quantity and scale control and spatial layout optimization were the main planning ways to explore and balance the contradiction between them.Based on the InVEST model and land use cover change （LUCC） data，we evaluated the habitat quality of the East Lake eco-tourism scenic area and its surrounding area from 1990 to 2020，and analyzed the impact and improvement of the past ecological space experience of the East Lake scenic area at a micro scale by constructing a circular buffer layer.The results showed that the ecological space of East Lake scenic spot showed a trend of increasing inside the boundary and decreasing outside the boundary.The polarization of habitat quality inside and outside the boundary of East Lake Scenic area was extremely obvious and showed an expanding trend.Controlling the quantity and scale of urban construction land and compressing the spatial layout of urban space can effectively protect and optimize the ecological space layout and improve the quality of habitat.

Key words Ecological space;Habitat quality;InVEST model;Space optimization

城镇内部生态空间在维持城镇生态系统和谐稳定运转的过程中扮演着极其重要的角色［1］，然而主流学界对于生态系统服务一般聚焦在城镇以外的非人工生态系统［2-3］，往往将城镇地区简化为生态系统服务的消费者［4］，在定量分析中受到了不应有的忽视。即便是关注到城镇内部生态空间提供的可观生态系统服务，研究视角也主要聚焦于与城镇居民的关系［5］，缺少对城镇建设用地与生态空间交互协调机制的探讨。

生境质量这一指标考虑了生态空间同时为人类和动植物提供栖息场所的重要特征［6］，其评价方法一般根据研究的对象和尺度来源确定：小尺度特定物种或群落选取密切相关的环境因子进行实地调查和综合评价［7］，大尺度一般性研究一般使用遥感数据提取相关环境因子，如采用对植被覆盖［8］和土地利用变化［9］等要素的遥感识别来实现。这些方法通常对于输入数据有既定要求，在应用推广上存在普适性较低的问题［10］。近年来，由美国斯坦福大学、WWF（世界自然基金）和TNC（大自然保护协会）协作开发的InVEST（Integrate Valuation of Ecosystem Service and Tradeoffs Tool）模型的生境质量（Habitat Quality）模块，具有变量参数自定义程度高，与主流GIS平台衔接良好的优势，被更加广泛应用［11-12］。

作为中国中部新的经济增长极，武汉市城镇扩张迅速，生态空间萎缩带来的人居环境恶化等问题日益突出［13］，而东湖作为武汉市内承载了大量生态服务责任的AAAAA级旅游景区，其生境质量的改善或恶化不仅关系到人居环境［14］，还是影响土地价格变化的重要因素［15］，应当受到更密切的关注。鉴于此，笔者以东湖生态旅游风景区为例，分别对1990、2005、2020年的生境质量进行评价，基于圈层梯度划分方法［16］刻画生境质量对生态空间布局演化的时空响应，探讨更高效的生态空间布局方式，为城镇生态空间的规划和管控提供重要参考。

1 InVEST模型生境质量评估方法

生境质量关系到人类居住环境的舒适度和生物多样性，在InVEST模型中由生境适宜度和退化度共同决定：生境适宜度是评价单元作为生境的适宜程度；生境退化度体现人类活动对生境产生的影响［17］。对生境退化度产生影响的因素包括5个：威胁源强度（ry）、威胁源权重（ωr）、威胁源对生境的干扰（irxy）、生境的抗干扰能力（βx）和不同生境对各种威胁源的相对敏感程度（Sjr）。生境类型中位置x上的退化度计算公式为：

（1）

式中：rt为位置y上的威胁源;dxy为位置x上的生境与威胁源ry的欧氏距离;drmax为威胁源ry的最大干扰半径。

生境质量计算公式如下：

（2）

式中：Hj为生境类型j的生境适宜度；Dxj为生境类型j中位置x上的生境退化度；k为半饱和常数，即最大退化度的一半；z为归一化常量，一般取值为2.5以上各参数的具体计算方法可参考相关文献［18］。

2 研究区概况和数据来源

2.1 研究区概况

武汉东湖生态旅游风景区（以下简称东湖风景区），位于湖北省武汉市中心城区东部，是为数不多位于中心城区的国家AAAAA级旅游景区，由听涛、磨山、落雁、吹笛、白马和珞洪6个片区组成，面积共计4 948.02 hm2。有武汉大学、华中科技大学、中国地质大学（武汉）等知名高校环绕湖畔，自然景观和人文景观兼具［19］。东湖是江汉湖群中的一个人工控制型半封闭浅水雍塞湖，港汊湖岸交错，曾是亚洲最大城中湖，但随着城镇土地资源的日益稀缺，水域和周边附属的林地、草地等绿色空间逐渐被建设用地蚕食，在武汉市内已成为次于汤逊湖的面积第二城中湖，东湖风景生境质量受到严重干扰［20］。为精确识别东湖风景区及周边地区生境质量的演化过程，为未来城镇生态空间的规划保护提供依据，本文以风景区边界为基础，分别向内外构建了10个间隔为250 m的缓冲区圈层，将研究区细分为20个评价单元（图1）。

2.2 数据来源及处理

该研究收集了武汉东湖风景区所在行政区（武昌区、洪山区、青山区）1990、2005及2020年土地利用覆被变化（LUCC）、路网数据、东湖风景区边界数据等。其中， LUCC数据由地理国情监测云平台（http：//www.dsac.cn/）提供，原始数据包括6个一级类、25个二级类，其中耕地和不透水面的平均解译精度在85%以上［21］。东湖风景区边界数据和主干道路网数据使用网络爬虫从百度地图下载，经过地理配准后进行矢量化获取。在综合考虑模型计算量和研究粒度要求后，将所有数据栅格化并重采样至30 m×30 m分辨率。

3 结果与分析

3.1 生态空间布局演变

东湖风景区内部生态空间以水域湿地为主，占比67%以上；林地占14%以上，主要分布于东湖南岸；没有草地分布。另外有15%左右耕地分布于东岸，以及少量建设用地和未利用地散布（表1）。从年际变化来看，水域湿地先减少后增加，占比从1990年的67.47%跌至2005年的67.07%，最后在2020年恢复到68.08%，面积保持在3 300 hm2以上；林地在1990—2005年期间较为稳定，保持在700 hm2以上，之后虽然有缓慢减少的趋势，但始终保持在14%以上。耕地在1990—2005年期间曾增加到近800 hm 但到2020年减少到700  hm2以下，其中绝大部分是之前被填为耕地的湖泊重新恢复为水域湿地，主要分布在东湖东岸。建设用地在2005年以前一直保持在2%（100 hm2）以下，但随着武汉市城镇建设用地近10年来的快速扩张，占比已经达到3.22%，增幅超过2/3，且主要分布在东湖的东南岸三环线以外的区域。未利用地变化不明显，常年维持在0.5%左右。从周边地区土地利用空间布局来看，建设用地主要分布于西南侧，是武昌中心城区，但2005年以后东侧建设用地扩张迅速，尤其在光谷和青山片区已形成大面积连片建成区，对景区内东南侧和北侧生态系统构成了较大压力。

总体而言，东湖风景区生态空间布局演变在边界内外区别分明，内部近年来已经表现为持续优化的趋势（图2）。东岸的听涛、珞洪景区紧邻武昌中心城区，土地利用变化较小，生态空间稳定；白马、吹笛景区虽然内部土地利用变化不明显，但外围北侧青山区和东南侧洪山区是城镇扩张的主要阵地；磨山、落雁景区是生态空间优化的重点区域，同时周边知名高校集中分布，土地利用变化较小，对景区生态空间形成了一道有效的保护屏障，全长101.98 km，宽6 m的东湖绿道，新建部分主要位于该区域［22］。

从生态空间布局演化的圈层特征来看，1990—2020年期间，风景区内部表现出增加的趋势，主要集中于岸线附近；而外部则有不同程度的减少，且随着与风景区边界距离的增加，减少幅度明显加大（图3）。1990—2005年期间，风景区内部生态空间较为稳定，外部邻近地区的城镇扩张强度较小，但从6号缓冲区（1 500 m）开始，生态空间大幅萎缩，到10号缓冲区（2 500 m）减幅已经从4.66%扩大到8.85%，主要原因是白马景区向北至长江南岸区间的建设用地高速扩张，占用了大量耕地，而生态空间则在耕地保护的压力下被蚕食。2005—2020年期间，从2号缓冲区（500 m）至10号缓冲区（2 500 m）均有4.00%左右的生态空间转变为耕地或建设用地，且减幅与风景区边界距离的正相关特征消失，说明东湖周边武昌城区建设用地已进入全面均衡增长的阶段，与武汉市在此期间的高速城镇扩张相吻合；但值得关注的是，风景区内部的-3号缓冲区（-750 m）至-5号缓冲区（-1 250 m）出现生态空间占比2%左右的显著增加，表明当地政府部门已经高度关注东湖风景区生态空间的保护和优化，并且由武汉东湖生态旅游风景区管理委员会切实落实了相关举措，并产生了明显成效。