周菲菲

（黃河水利職業(yè)技術學院，河南 開封 475004）

近年來基于自然資源快速發(fā)展的旅游業(yè)已成為世界范圍內最主要的旅游形式，引起的一系列生態(tài)學效應受到廣泛的重視[1-3]。自然保護區(qū)是自然-社會-經濟集于一體的功能實體，也是旅游活動發(fā)生與發(fā)展的物質載體和重要依托，其空間分布和組合直接影響旅游者的空間行為及旅游市場效益[4-6]。國外對旅游區(qū)域空間結構的研究較早，注重理論和模型的應用，研究主要題集中在旅游開發(fā)與地理空間的結構關系、旅游區(qū)域的空間結構特征等[3,7-8]；國內則研究旅游景區(qū)（點）空間分布規(guī)律、空間結構及其演化和分異規(guī)律等[9-12]。而旅游開發(fā)會給保護區(qū)帶來一定的環(huán)境污染、生態(tài)壓力和景觀破壞，隨著越來越多的游客涌入，生態(tài)保護與旅游開發(fā)成了一對急需協調的矛盾體[9,13-14]。因此，探索保護區(qū)旅游開發(fā)與生態(tài)保護的協調規(guī)律對指導自然保護區(qū)進行有效開發(fā)與科學管理具有重大意義[15-17]。目前傳統方法無法全面詮釋自然保護區(qū)景觀格局的尺度信息而分析陷入困境，起源于植物生態(tài)學的空間點格局分析法是分析多尺度空間特征的有效手段，應用點格局分析法從植物、景觀空間結合角度來研究自然保護區(qū)旅游開發(fā)與生態(tài)環(huán)境關系尚不多見[9,15,18-19]。張家界自然保護區(qū)是我國第一個國家級森林公園，旅游開發(fā)歷史悠久，其植被和景觀格局也是世界遺產核心價值的重要體現，也是開展旅游活動的基礎和保障[20-21]。本文就保護區(qū)旅游開發(fā)對區(qū)內植物生態(tài)和景觀生態(tài)的影響進行多尺度探討，采用點格局分析方法分析張家界自然保護區(qū)景觀在單一尺度和多尺度下的空間分布和集聚特征，以期為協調保護區(qū)生態(tài)保護與旅游發(fā)展之間的矛盾和完善保護區(qū)管理提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于湖南省張家界國家森林公園武陵源區(qū)，28°52′～29°48′ N，109°40′～111°20′ E，該區(qū)屬武陵山系，經侵蝕、風化形成奇特的地貌，面積約1.33萬hm2，森林覆蓋率達95%，亞熱帶季風性濕潤氣候形成了這里成片的原始、次生森林，保存了不少珍稀動植物，其中木本植物500多種，獸類27種，鳥類41種，已被聯合國教科文組織世界遺產委員會列入《世界自然遺產名錄》。境內氣候溫和，雨量充沛，年平均氣溫12～15℃，極端最高氣溫39℃，極端最低氣溫－13.7℃，最冷月（2月）的月平均氣溫2.6℃，最熱月（7月）的月平均氣溫24.3℃，無霜期240～303 d，年降水量1 400～1 500 mm，降水的季節(jié)分配不均，春季雨量占全年的40%，多陰雨天氣，每月降雨日數約15 d，冬季降水少，夏季多暴雨，區(qū)內氣候垂直變化較顯著。由于境內峰林密集，側方光照不強，風力、溫濕度變幅小。土壤肥沃濕潤，輕砂質中厚層黃壤、原積母質發(fā)育的土壤，土層深厚，坡積母質發(fā)育的土壤，土層較淺，石塊較多。由于植被繁茂，枯枝落葉多，腐殖質層厚，土壤肥力較高，呈酸性（pH=6.23）。海拔1 000 m以上的石峰崗頂，多為耐脊薄干旱的黃山松Pinus taiwanensis；海拔1 000 m以下的山峰，沿坡峽谷地帶為港柯 Lithocarpus harlandii，香樺 Betula insignis，椴樹 Tilia tuan，鵝耳櫪 Carpinus turczaninowii，水青岡Fagus longipetiolata等常綠落葉闊葉混交林；海拔800 m以下為生長良好的溝谷森林，為典型的常綠闊葉林，林分郁閉度大，樹種組成復雜。1978年開始發(fā)展森林旅游業(yè)，旅游服務設施不斷完善，旅游項目不斷增加，游客也逐年遞增，2012年以來年平均接待量在300萬人次以上，最大日平均接待量高達6萬多人，旅游收入每年以30%的速度遞增[20]。

1.2 調查方法

1.2.1 樣地選取 2015年7月16日，根據保護區(qū)內已有的重要旅游線路、主要旅游景點和植被類型、游客的主要旅游活動取向，分別在游水區(qū)、探險區(qū)、登山活動區(qū)和服務區(qū)選擇游客活動頻繁的代表性地段采用系列樣方法隨機設置若干樣地[20]。將研究區(qū)景觀分為7個類型，分布為溝谷雨林（主要為黃山松群落，林下伴生美女櫻Garden verbena，秋海棠Begonia grandis和花葉蔓長春Vinca major）；季風常綠闊葉林（主要樹種為水青岡和鵝耳櫪，有少量椴樹分布，林下伴生紫云英Astragalus sinicus，中華隱子草Cleistogenes chinensis等；常綠針闊葉混交林（主要樹種為港柯和水青岡，林下伴生常春藤Hedera nepalensis var. sinensis，蕨類植物，苔蘚植物較為發(fā)達）；針葉林（主要樹種為云杉Picea asperata，伴生藤本植物、苔蘚植物較為發(fā)達）；山地灌叢（主要為顯齒蛇葡萄Ampelopsis grossedentata，伴生紫云英、中華隱子草等）；山地草甸（以莎草科Cyperaceae植物為主，伴生早熟禾Poa annua等禾本科植物Gramineae）和水域（主要選取的是景區(qū)自然觀賞水源和湖畔），建筑景觀因面積小及同指標信息重疊，未納入。采用隨機分布的方法，每種景觀類型（溝谷雨林、季風常綠闊葉林、常綠針闊葉混交林和針葉林）設置5個重復樣地，每個樣地喬木林面積為200 m×200 m；灌木樣地面積為100 m×100 m；草本樣地面積為50 m×50 m。每個樣地均以鄰近游徑或旅游活動點為起始點，在垂直于游徑或旅游活動點外環(huán)方向連續(xù)設置5個樣方，樣方之間的距離2 m。以森林為主的類型樣方15 m×15 m，林下設置3個1 m×1 m的草本樣方，灌叢樣方5 m×5 m，樣方內設置2個1 m×1 m的草本樣方；草叢樣方1 m×1 m，每個樣方均按照垂直于游徑方向布設。調查并記錄各樣地和樣方的生境特征（海拔、坡度、坡向、坡位、游徑寬度、土壤類型），并統計各樣方植物的種類數、個體數、投影蓋度、凋落層厚度、折枝數、喬灌幼苗數和樹木枯死或瀕危數量等，調查樣地盡量覆蓋區(qū)內的主要植被類型。

1.2.2 評價指標選取 定量評價旅游開發(fā)對植物和景觀尺度的影響，選取小尺度的植物生態(tài)指標和中尺度的景觀指標構建評價體系。

1.2.2.1 植物生態(tài)指標 物種多樣性指數：物種多樣性水平可反映旅游對樣地植物的相對影響程度，其值越大，表明旅游影響越小。物種多樣性計算采用Shannon-Wiener指數[21-22]：

式中，S表示物種總數；Pi表示第i類物種個體數的比例。植被體系指標包括對樣地內凋落層厚度、草本層蓋度、植被幼苗量等進行調查和指數歸一化。

1.2.2.2 景觀生態(tài)指標 景觀體系指標包括：

（1）旅游設施視覺敏感度

視覺敏感度可用視覺機率敏感度（St）、醒目程度敏感度（Sc）來綜合表示。

若游覽者在景區(qū)內觀景時間總計為T，停留累積時間為t，則視覺機率測度為：St= t /T，St也可表示為：

式中，l為線路長度，L為景區(qū)內線路總長度，St∈[0～1）。景觀與環(huán)境的對比度越高，景觀越敏感。

醒目程度敏感度是影響景觀敏感度的重要因素，Sc主要由景觀與周圍環(huán)境的對比度決定。若游覽區(qū)總面積為A，停留后可視面積為a，則醒目程度敏感度為：Sc= a /A

景觀類型破碎度用FN1表示。FN1=f /A，其中已經破壞的景觀面積為f，總面積為A

建筑面積比率用A1表示。A1=b /A，其中已經破壞的景觀面積為b，總面積為A

（2）平均斑塊分維數倒數

式中，MFD1為平均斑塊分維數倒數；Pij為i景觀j斑塊的周長；Aij為i景觀j斑塊的面積；N為所有斑塊總數；m表示景觀類型總數。

（3）森林景觀優(yōu)勢度倒數

森林景觀優(yōu)勢度越大，反映森林保護得越好，而其倒數值越大，表明保護得越差。

式中，Do表示優(yōu)勢度倒數；Hmax表示最大多樣性指數；Pi表示i類森林景觀所占面積比；m表示景觀類型總數。

（4）綜合均值MVS代表整個游覽區(qū)景觀生態(tài)指標均值，用S（t-c），FN1，A1，Do的平均值表示。

1.3 評價方法

1.3.1 植物生態(tài)影響度 采用極差歸一化方法：

式中，O表示植物生態(tài)影響度；H'ij表示第j指標第i樣本原始數據正規(guī)化后的值；i表示第i樣本；j表示第j指標；n表示樣本數；m表示景觀總數。O的倒數值∈[0，1]，其分級標準按極嚴重∈[0.00～0.20]、嚴重∈[0.20～ 0.40]、較嚴重∈[0.40～0.60]、一般∈[0.60～0.80]、較小∈[0.80～1.00]劃分。由此反推求得O值的分級標準：較小∈[1.00～1.25）、一般∈[1.25～1.67]、較嚴重∈[1.67～2.50]、嚴重∈[2.50～5.00]、極嚴重∈[5.00 ～∞]。

1.3.2 景觀生態(tài)影響度 醒目程度敏感度（Sc）采用專家分級賦值方式：極敏感∈[1.00～0.80]、敏感∈[0.60 ～0.80]、較敏感∈[0.40～0.60]、一般∈[0.20～0.40]、不敏感∈[0.00～0.20]，以平均法得到全區(qū)視覺綜合敏感度指數。

式中，S(t-c)表示視覺綜合敏感度；i表示視覺機率敏感度第i測度點；j表示醒目程度敏感度第j測度點；m表示景觀總數；St和Sc分別是視覺機率敏感度和醒目程度敏感度。景觀生態(tài)影響度指數按式（7）表示：

式中，Q表示景觀生態(tài)影響度；Mj表示第j個參評指標值；n表示參評的指標數。Q∈[0，1]，確定其影響程度級標準：較小∈[0.00～0.20]、一般∈[0.20～0.40]、較嚴重∈[0.40～0.60]、嚴重∈[0.60～0.80]、極嚴重∈[0.80 ～1.00]。

1.3.3 景觀空間分布格局 在獲取保護區(qū)景觀斑塊的調查矢量數據后，運用ArcGIS 10.0將植被斑塊轉化為質心點，利用平均最近的相鄰要素計算最鄰近指數，經正態(tài)檢驗得出各類景觀斑塊的 P值，用最近鄰指數（NNI）判斷空間聚集性。

式中，Di表示第i個斑塊與其最近鄰斑塊之間的距離，n表示每類森林景觀的斑塊數，A表示研究區(qū)域面積。當近鄰指數接近1時，呈隨機分布；當近鄰指數小于1時，呈集聚分布；近鄰指數大于1，呈均勻分布。用正態(tài)分布檢驗得出標準分數（Z-score，Z值）。Z值越小，分布越趨于集聚分布；Z值越大則呈均勻分布；位于二者之間則隨機分布。

式中，x為森林景觀的斑塊數，μ為平均數，σ為標準差。

2 結果與分析

2.1 植物生態(tài)影響程度分析

根據上述的評價方法，計算各樣地的植物生態(tài)指標值和影響度指數。由表1可知，陰生種數量、凋落層厚度、喬灌幼苗量、物種多樣性指數均與植物生態(tài)影響度呈顯著的負相關關系。這表明從旅游活動對保護區(qū)植物的負面影響來看，這4個指標具有良好的表征作用。而草本層蓋度的表征作用不太好。此外，相關系數也表明凋落層越厚，林木的遮陰作用也就越強，林下喬灌幼苗量和陰生種數量越多，物種多樣性也相應偏大[9,18-19]。而草本層蓋度越大，表明林木占地比例越小，喬灌幼苗量和林下陰生種數量也相應趨向減少[18-19]。相關分析表明物種多樣性和陰生種數量及草本層蓋度之間并無必然聯系。

由表2可知，溝谷雨林和山地灌叢的旅游影響度呈一般水平，針葉林和山地草甸為較嚴重級，常綠針闊葉混交林為嚴重影響級，而季風常綠闊葉林屬極嚴重影響級。原因是由于季風常綠闊葉林接近山頂，旁邊建有休憩亭和活動廣場，游客在此停留休息與觀賞，逗留時間較長，活動較頻繁。同時，樣地屬山地矮小灌叢景觀，花崗巖基底，土層瘠薄，植物抗干擾能力較弱，受旅游活動影響大。針葉林和山地草甸植物生境惡劣，風大土薄，抗外界干擾力差。接近山頂處建有停車場，工程建設使近山頂微地貌景觀受到很大改觀，并給山頂植物帶來深刻影響，便利的交通使山頂成為游客必到之處，而且停留的時間平均長達半小時左右，旅游對山頂植物的影響非常大，植被開始退化，地表業(yè)已裸露。綜合各樣地的植物生態(tài)影響度指數，不難看出保護區(qū)的旅游開發(fā)與活動已開始給區(qū)內植物產生了較大的負面影響。

表 1 植物生態(tài)影響指標間的相關分析Table 1 Correlation coefficients among impact indices of phytoecology

表 2 各樣地植物生態(tài)影響度指數Table 2 Impact indices of phytoecology in different sample plots

2.2 景觀生態(tài)影響程度分析

由表3知，常綠針闊葉混交林的綜合均值（MVS值）最大（2.569），其次是季風常綠闊葉林（1.697）和針葉林（1.433），山地草甸的綜合值最?。?.324），表明常綠針闊葉混交林受到的人為影響最大，其次是季風常綠闊葉林，對山地草甸和溝谷雨林的影響最小。調查中發(fā)現近年不斷受到因旅游開發(fā)而補栽被破壞的植被和林場間伐造林的雙重影響，使常綠針闊葉混交林和季風常綠闊葉林受到較大影響，因此景觀生態(tài)影響度指數較大；而山地草甸和溝谷雨林因分布較集中而使綜合均值偏小。

圖1顯示了保護區(qū)開展旅游前后的景觀指標值。由圖1可知，各項景觀生態(tài)指標比森林公園成立初期都偏高。其中，變化最大的是景觀視覺綜合敏感度指數，比建園初提高了6倍以上，此外，人工建筑面積比率也有大幅度增大，目前的建筑面積已是建園初期的2倍多。由于保護區(qū)旅游工程建設中，多數建筑設施在用材和著色等方面未能充分考慮到旅游視覺沖擊，多設計成紅、黃等亮麗顏色，非常醒目剌眼，極大地增強了旅游設施的視覺敏感性。另外，有些建筑選址和布局也沒有考慮視覺影響，進一步加重了景觀的視覺敏感程度。隨著旅游開發(fā)的不斷深入，保護區(qū)的公路和部分游道不斷增寬、加長和硬化，使不少旅游景點設施的可視性得以增強，提高了視覺敏感性；另一方面，廊道的增長增多也相應地增加了保護區(qū)的景觀破碎度。從統計結果看，目前整個研究區(qū)的景觀生態(tài)影響度指數（0.423）為“比較嚴重級”臨界值。這些指標的前后變化，表明保護區(qū)的旅游活動給中觀尺度的景觀帶來了較大的負面影響。綜合以上分析，張家界自然保護區(qū)的旅游開發(fā)活動已開始給區(qū)內的植物生態(tài)和景觀生態(tài)產生了較大的不利影響，生態(tài)危機和景觀不協調初步凸現。

表 3 不同景觀類型景觀生態(tài)指標值Table 3 Index values of landscape ecology for different landscape types

圖1 不同時期全區(qū)景觀生態(tài)指數Figure 1 Indices of landscape ecology at different stages

2.3 植物生態(tài)影響度空間分析

各樣地垂直游徑方向連續(xù)樣方的植物生態(tài)影響度指數（圖 1）。為比較各景觀類型的植物生態(tài)影響度，分別統計BRF，MEF，EMF，CF，MS，MF和WA中各樣地垂直游徑方向的連續(xù)樣方（樣方1到樣方5，距離由2 m增加到10 m植物生態(tài)影響度指數及其梯度變化）。由圖2可知，和類型的第1樣方（0～2 m）的植物生態(tài)影響度指數都非常大，表明受旅游開發(fā)和旅游活動的影響很強烈；其中溝谷雨林、季風常綠闊葉林、常綠針闊葉混交林、山地草甸和水域的第2樣方（1～4 m）甚至第3樣方（3～6 m）都明顯受到旅游沖擊。總體上，從樣方1到樣方5植物生態(tài)影響度指數漸次降低，隨著距離的增加，個類型的影響指數總體呈下降趨勢。其中溝谷雨林、季風常綠闊葉林和水域表現為持續(xù)下降態(tài)勢，而常綠針闊葉混交林、針葉林和山地灌叢呈不穩(wěn)定下降；樣方5的影響指數有上升的趨勢，這反映旅游活動或旅游開發(fā)帶來的植物生態(tài)影響具有垂直于游徑或旅游景點邊界由內向外逐漸降低的變化規(guī)律，這與一些學者的研究結論一致[9,18-20]。除山地灌叢在第1樣方下降急速外，下降幅度表現出：季風常綠闊葉林＞常綠針闊葉混交林＞山地草甸＞針葉林＞溝谷雨林，表明了在森林景觀類型中，雖然某樣方受到了較大的旅游影響，但由于森林強大的抗干擾能力，會大大降低其相鄰樣方的干擾程度。但不同的森林景觀類型其阻抗力存在差異，針闊葉混交林弱于常綠闊葉林，常綠闊葉林又弱于溝谷雨林。山地灌叢和山地草甸因先天具有一定的生態(tài)脆弱性，對外界干擾的阻抗力沒有森林景觀類型強大。因而，旅游給其帶來的負面影響往往非常強烈，影響度峰值常比森林類型大。

圖2 各樣地植物生態(tài)影響指數梯度變化Figure 2 Variation of ecological index at different sample plots

2.4 景觀空間分布格局分析

最鄰近距離分析法通過近鄰比和Z值可探測景觀要素空間分布形態(tài)，從而判斷自然保護區(qū)景觀是否服從集聚分布、隨機分布還是均勻分布[18-19]。由表4可知，建園初自然保護區(qū)景觀的近鄰比接近1（0.97），Z值落在隨機分布區(qū)間，呈現隨機分布形態(tài)，主要是由于張家界屬于山地類型，森林植被廣泛分布，集聚程度不明顯。而單一景觀類型的近鄰比均小于1，經正態(tài)分布檢驗（P＜0.01），季風常綠闊葉林、常綠針闊葉混交林、山地草甸和水域的集聚特征明顯，顯著偏離隨機分布，這主要受地形、氣候土壤、坡度、海拔等因素影響，斑塊在其特定的地域范圍內集聚分布；溝谷雨林、山地灌叢和山地草甸分布較廣泛，集聚不顯著，集聚程度弱于其它景觀類型，針葉林和山地灌叢呈隨機分布。目前自然保護區(qū)景觀的近鄰比接近1（1.03），呈現聚集分布形態(tài)，主要是由于張家界屬于山地類型，集聚程度不明顯。經正態(tài)分布檢驗（P＜0.01），溝谷雨林、山地草甸和水域的集聚特征明顯，顯著聚集分布，這與目前的生態(tài)旅游開發(fā)及建設有關，斑塊在其特定的地域范圍內集聚分布；山地灌叢和山地草甸分布較廣泛，集聚不顯著，集聚程度弱于其它景觀類型，針葉林和山地灌叢呈隨機分布，與建園初的景觀分布類型相一致。綜合來看，與建園初各景觀類型相比，受旅游開發(fā)及旅游干擾等影響，斑塊數由建園初的1 061個減少到目前的858個，近鄰比由建園初的0.97增加到目前的1.03，Z值也由建園初的隨機分布變?yōu)槟壳暗木奂植?；除了水域，建園初不同景觀分布類型也相應的發(fā)生了改變，季風常綠闊葉林由建園初的聚集分布變?yōu)槟壳暗娘@著聚集，季風常綠闊葉林和常綠針闊葉混交林由建園初的顯著聚集分布變?yōu)槟壳暗碾S機分布，針葉林和山地灌叢由建園初的隨機分布變?yōu)槟壳暗木奂植?，山地草甸由建園初的聚集分布變?yōu)槟壳暗娘@著聚集分布。

表 4 不同景觀類型景觀生態(tài)指標值Table 4 Index values of landscape ecology for different landscape types

3 結論與討論

（1）植物生態(tài)影響指標間的相關分析表明，從旅游活動對湖南省張家界自然保護區(qū)植物的負面影響來看，陰生種數量、喬灌幼苗量、凋落層厚度、物種多樣性指數4個指標具有較好的表征作用，草本層蓋度表征作用則不明顯；物種多樣性與陰生種數量及草本層蓋度之間并無必然聯系。

（2）溝谷雨林和山地灌叢的旅游影響呈一般水平，針葉林和山地草甸為較嚴重級，常綠針闊葉混交林為嚴重影響級，而季風常綠闊葉林屬極嚴重影響級，整個研究區(qū)的平均植物生態(tài)影響度指數均已顯示出比較嚴重級的負面影響。為確保保護區(qū)生態(tài)旅游和生態(tài)環(huán)境的持續(xù)健康發(fā)展，建議重視旅游調控，重點保護季風常綠闊葉林和常綠針闊葉混交林，減少游客對旅游區(qū)的干擾等一系列防范措施。

（3）目前保護區(qū)的各項景觀生態(tài)指標比森林公園成立初期都偏高，變化最大的是景觀視覺綜合敏感度指數。目前整個研究區(qū)的景觀生態(tài)影響度指數（0.423）已接近“比較嚴重級”臨界值，表明保護區(qū)的旅游活動也已經給中觀尺度的景觀帶來了較大的負面影響。張家界自然保護區(qū)的旅游開發(fā)活動已開始給區(qū)內的植物生態(tài)和景觀生態(tài)產生了較大的不利影響，生態(tài)危機和景觀不協調初步凸現，自然保護區(qū)旅游開發(fā)必要的建設項目，其選址、規(guī)模、風格應經過充分論證，務求隱蔽、寧靜和協調，確保自然地貌與植被的完整性、連續(xù)性和一致性。

（4）不同景觀類型植物生態(tài)影響度指數受旅游開發(fā)和旅游活動的影響較強烈，隨著距離的增加，個類型的影響指數總體呈下降趨勢，這反映旅游活動或旅游開發(fā)帶來的植物生態(tài)影響具有垂直于游徑或旅游景點邊界由內向外逐漸降低的變化規(guī)律。

（5）最鄰近距離分析法分析可知，建園初自然保護區(qū)景觀的近鄰比接近 1（0.97），呈現隨機分布形態(tài)，目前的近鄰比超過1（1.03），呈聚集分布形態(tài)。與建園初各景觀類型相比，受旅游開發(fā)及旅游干擾等影響，斑塊數由建園初的1061減少到目前的858，近鄰比由建園初的0.97增加到目前的1.03，Z值也由建園初的隨機分布變?yōu)槟壳暗木奂植?；除了水域，建園初不同景觀分布類型也相應的發(fā)生了改變。

（6）多指標定量化綜合指數具有較好的環(huán)境預警意義，為自然保護區(qū)生態(tài)旅游管理提供更多的生態(tài)環(huán)境信息。從微觀和中觀尺度上探討了張家界自然保護區(qū)的旅游開發(fā)影響，但多尺度指標的融合有待進一步研究。

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