湖南省森林公園空間分布特征及其影響因素分析

徐　美,2,李達立,劉春臘3,鐘曉林,郭　鑫

(1.中南林業科技大學 旅游學院,湖南 長沙 410004;2.湖南省環境教育研究中心，湖南 衡陽 421008； 3.湖南師范大學 資源與環境科學學院,湖南 長沙 410081)

1　引言

近年來,隨著人們生活水平的不斷提高和旅游觀念的發展變化,以“走進森林、回歸自然”為主要特點的森林旅游日益受到人們的青睞,成為公眾旅游的新內容,發展勢頭強勁。據統計,2016年我國森林旅游游客量達到12億人次,超過國內旅游人數的27%[1],森林旅游已成為我國旅游業發展的重要組成部分。森林公園是森林旅游的主要載體之一,隨著森林旅游的快速發展,其發展也逐漸加快,成為人們休閑、觀光、游憩的重要目的地之一[2]。

空間格局決定產業發展的格局,森林公園的布局狀況對后續森林公園乃至森林旅游的發展速度、規模、效益和時空安排都有著重要影響[3]。在森林旅游日益火熱的大背景下,開展森林公園空間格局研究,對推進森林公園與森林旅游空間布局的優化,促進森林資源的合理有序開發,推進森林公園發展與市場需求的協同具有重要參考價值。近年來，相關研究引起了不少學者的關注。綜觀國內外的相關研究成果,在研究內容上涵蓋森林公園功能分區[4]、空間規劃與設計[5]、空間布局優化策略與方案[6,7]、空間分布與演變特征[8,9]、空間可達性[10]等方面;在研究方法上,定性分析與概括[7,11]、分形理論[12]、游憩機會類別方法[4]、空間計量模型[13]等方法均有一定運用;在研究范圍上,以微觀尺度的具體森林公園空間格局優化設計為主,部分成果對全國[8,10]、區域[13]和市縣尺度[6]的森林公園空間格局問題進行了探討。總體上,當前關于森林公園空間格局的研究成果不多、研究方法的創新性不強、現代空間分析手段和方法運用較少,在直觀有效地表達森林公園空間分布特征方面仍顯不足[10]。此外，研究尺度也以微觀尺度的具體森林公園為主,宏觀尺度的區域森林公園整體分布格局和特征研究成果不多,省域尺度的成果更少,對森林公園宏觀決策和布局的參考價值有限。

本文以湖南省為例,嘗試運用GIS的空間計量地理功能和空間分析功能對湖南省森林公園空間格局進行分析,以期較為直觀地揭示其森林公園的空間分布特征、規律和影響因素,為其森林公園及森林旅游業的優化布局提供參考。

2　研究方法及數據來源

2.1　研究區概況

湖南省是我國的森林資源大省。截至2015年底,全省林地面積達1102.28萬hm2,森林蓄積量達50487萬m3,森林覆蓋率達59.57%[14],森林資源十分豐富。豐富的森林資源為森林公園的建設和發展奠定了基礎。全省共有各級森林公園127個,位居全國第八位,其中國家級森林公園58個,居全國第一位。森林公園發展的效益也十分明顯,2015年全省森林公園總經營面積達49.75萬hm2,收入總額達51.59億元,總旅游人數達3995.64萬人次[15],森林公園已成為全省旅游業發展的重要載體。在森林旅游發展勢頭日益強勁的大背景下,以湖南省為例開展森林公園空間分布特征和影響因素研究,具有很強的典型性和代表性,不但有利于為其森林公園和森林旅游的優化布局提供理論依據,而且對國內森林公園空間分布規律的探索和發展格局的優化也有一定的參考借鑒價值。

2.2　研究方法

最鄰近比率:為分析湖南省森林公園空間分布類型的方法,公式為[16,17]:

R=r1/rt

(1)

(2)

式中,R為最鄰近點比率;r1為湖南省森林公園分布的實際平均最鄰近距離;rt為理論最鄰近距離;D為點密度;A為湖南省總面積;n為全省森林公園總個數。當R=1時,說明湖南省森林公園的空間分布類型為隨機型;當R>1時,說明湖南省森林公園的空間分布類型為均勻型;當R<1時,說明湖南省森林公園的空間分布類型為集聚型;當R=0時,表示湖南省森林公園的空間分布完全集中。

地理集中指數:用以衡量湖南省森林公園在空間分布上的集中化程度,公式為[16,18]:

(3)

式中,N為湖南省森林公園的地理集中指數,其值越大,說明湖南省森林公園空間分布的集聚狀況越突出;xi為第i個市州的森林公園數量;m為市州總數。

核密度:為分析湖南省森林公園空間集聚狀況的一種方法,公式為:

(4)

可達性:指在特定時間段內,從某森林公園出發向其周邊出行,所得出行距離的平均值。本文參考相關學者在旅游景點、景區可達性計算方面運用較多的“累積耗費距離算法”進行森林公園可達性計算,該方法通過在柵格數據上借助最短路徑法計算每個網格到某個目的網格的最短加權距離,從而求得森林公園的可達性,公式為:

(5)

式中,上分式表示通過代價表面垂直或平行的方向進行代價距離的計算,下分式表示通過代價表面對角線的方向進行代價距離的計算;Dk為第k個柵格的森林公園可達性;Zk為第k個像元的耗費值;Zk+1為沿運動方向上的第k+1個像元的耗費值;q為像元總數[3,20]。

緩沖區分析法:是按特定距離圍繞一組或一類地圖要素(點、線或面)而形成的具有一定范圍的多邊形實體,進而實現數據的二維空間擴展[21],以此來觀察森林公園在不同距離范圍內的分布狀況,并分析其空間分布特征和分異規律的方法[22]。

2.3　數據來源及處理

本文以截至2015年底湖南省內的127個森林公園(國家級58個、省級56個、縣級13個)為研究對象,在反復調查核對的基礎上,借助百度地圖將各森林公園的位置定位為點狀要素,并運用ArcGIS10.3軟件將各森林公園標注在已配準地理坐標的湖南省地圖數據庫上構建論文研究的基礎數據庫。本文的相關統計數據來源于2016年的《湖南統計年鑒》。

在可達性計算數據的柵格化處理上,用1000m×1000m的柵格網將湖南省矢量底圖柵格化,則全省共有有效網格330144個。在時間成本上,由于不同交通線的平均速度不同,參考相關學者有關成果[3,20,23],定義鐵路、高速公路、國道、省道、縣道的時間成本分別為0.6min/km、0.5min/km、0.75min/km、1min/km、1.5min/km。

3　湖南省森林公園空間分布特征分析

3.1　空間分布類型為集聚型

借助ArcGIS10.3軟件,求得湖南省森林公園的實際平均最鄰近距離為25919.03m,理論最鄰近距離為126862.54m,最鄰近比率為0.204(表1),其值<1,且其檢驗的Z<-2.58、P=0.00,均具有很強的顯著性(圖1),說明湖南省森林公園的空間分布類型為集聚型,具有集聚分布的特點。

表1　湖南省森林公園空間分布最鄰近比率計算結果

3.2　空間分布集中化程度不高

依據式(3)求得湖南省森林公園分布的地理集中指數為28.31。如果將森林公園理想地平均分布于各市州,則地理集中指數G′=26.72,G>G′,說明湖南省森林公園的空間分布較為集中,具有不均衡性。具體不均衡程度可由洛倫茲曲線來判斷,曲線的下凸程度越大,則森林公園分布越集中[17]。從圖2可見,湖南省森林公園分布的洛倫茲曲線有一定下凸,但下凸程度不大,說明湖南省森林公園空間分布的集中化程度不高。

圖1　湖南省森林公園空間集聚特征分析結果

圖2　湖南省森林公園分布的洛倫茲曲線

圖3　湖南省森林公園空間分布核密度分析結果

3.3　空間分布密度特點

運用ArcGIS10.3的Density工具生成湖南省森林公園分布核密度圖(圖3)。由圖3可知,按核密度值由高到低將空間分布密度分為高、較高、中、較低、低五等,湖南省森林公園在空間上總體呈現出“點狀集中,點帶狀分布”的格局,進一步論證了前文得出的湖南省森林公園在空間分布上具有集聚性和不均衡性特征的結論。具體而言,長沙周邊(長沙縣—汨羅交界處、長株潭綠心)的密度最大,平江—瀏陽交界處、懷化市周邊次之,為湖南省森林公園分布較為集中的地區;其他地區分布密度較小,且基本呈點狀或帶狀分布。但整體上,湖南省森林公園集聚分布的區域仍不多,基本以分散分布為主,尤其是各市州周邊的集聚態勢仍不明顯,與日益增長的市民休閑游憩需求不相適應。

圖4　湖南省森林公園可達性格局

3.4　空間可達性具有明顯的交通指向性

本文將湖南省各森林公園作為耗費距離源點,運用ArcGIS 10.3軟件求得每一個柵格到最近森林公園的時間,得到湖南省森林公園的可達性圖(圖4)。本文以15min為節點,將湖南省各森林公園的可達性分為7個時段,分別為[0,15]、(15,30]、(30,45]、(45,60]、(60,75]、(75,90]、(90,145],并分別計算了7個時間段在空間上的分布數量和比例,結果見表2。

表2　湖南省森林公園可達性比重統計

從表2可知,湖南省各森林公園的平均可達性時間為46.13min,在分布頻率上,可達性在60min以內的面積超過80%,在45min以內的面積超過1/2,說明湖南省森林公園的可達性較好。但與此同時,湖南省森林公園可達性的區域差異也較明顯,可達性較好的區域主要分布于長張高速及G319、滬昆高速及G320、包茂高速及G209等交通線沿線,表現出明顯的交通指向性;可達性較差的地區主要分布于洞庭湖區等湖區,以及武陵山、雪峰山、南嶺山區等山區的腹地和省際交界地區(圖4),前者受自然條件(湖泊)的限制,可達性較差;后者由于地理位置較偏、經濟發展相對滯后、交通條件相對較差,在一定程度上制約了森林公園的對外聯系和發展,可達性也較差。

3.5　空間分布數量趨勢

借助ArcGIS10.3軟件的緩沖區分析工具,以各市州政府所在地為中心,以20km為間距,以不同緩沖半徑進行緩沖區劃分,并進行點對點區的相交分析,得到湖南省森林公園在各緩沖半徑范圍內的分布狀況，見圖5。

圖5　湖南省各市州緩沖半徑與森林公園分布格局

統計圖5中不同緩沖半徑范圍內的森林公園數量可知,隨著距市中心距離的增加,森林公園的數量呈先增加后減少的態勢(圖6)。距離市中心20—80km的范圍為湖南省森林公園分布數量最多的區域,占全省森林公園總數的63.78%。這一區域基本為城市的環城游憩帶區域,區位交通條件相對較好,車程約在1h左右,具有最佳的旅行經濟距離[23],便于市民休閑游憩和游客旅游觀光。此后,隨著距離的增加,森林公園數量呈逐漸減少趨勢,分布逐漸稀疏。

圖6　不同緩沖半徑范圍內的森林公園數量統計

4　森林公園空間分布影響因素分析

4.1　植被覆蓋

森林公園以優美的森林資源和森林景觀為發展依托,而植被覆蓋狀況是表征森林公園的森林資源和景觀質量狀況的重要方面[9],對森林公園的建設和分布具有重要影響。

表3　湖南省森林公園植被覆蓋狀況統計

由表3的統計結果可知,湖南省有超過70%的森林公園分布在植被覆蓋指數大于0.45的地區,其中有35.43%的森林公園分布于植被覆蓋指數大于60%的高覆蓋地區,而小于0.3的低植被覆蓋地區森林公園較少,說明湖南省森林公園的分布與植被覆蓋情況關系密切,植被覆蓋情況較好的地區為湖南省森林公園分布的主要地區,有利于森林公園利用高質量的森林植被資源發展休閑、游憩、觀光、環境教育、科學研究等活動,提高其吸引力和影響力。

4.2　河流與湖泊

湖南省水系發達、河湖眾多,不少林區都是河流、湖泊的發源地或水源地,而這些地區也是森林植被資源豐富、生態環境優良、自然景觀優美的地區,森林公園分布較多。以湖南省主要河流、湖泊為依托,分別以2km、5km、10km、15km為距離進行緩沖區分析,得到湖南省森林公園分布與河流、湖泊的關系圖(圖7)。統計圖7中不同緩沖區范圍內的森林公園數量可知,超過1/2的森林公園分布在距主要河流、湖泊5km以內的范圍,距主要河流、湖泊5—10km范圍的森林公園數量也有27.56%(表4),說明湖南省森林公園的空間分布與河流、湖泊關系密切,沿河流、湖泊分布的特征較明顯,不少森林公園甚至是河流、湖泊的發源地和水生態環境的重要保護地,如湘江源國家森林公園是湘江和瀟水的發源地、天鵝山國家森林公園是東江湖的重要水源涵養區、柘溪國家森林公園是柘溪水庫生態環境保護的重要屏障。

圖7　湖南省主要河湖與森林公園分布的關系

表4　湖南省不同河湖緩沖區范圍內森林公園分布數量統計

圖8　湖南省人口數量與森林公園分布關系

4.3　人口數量

由圖8可知,湖南省森林公園空間分布與人口數量關系密切,基本呈“人口數量較多的市州,森林公園數量也較多;人口數量較少的市州,森林公園數量也相對較少”的格局。這主要是因為除張家界、天門山、天際嶺等少數森林公園知名度較高、對省內外游客有較大吸引力外,湖南省大部分森林公園的客源以本地為主,人口數量越多,對休閑游憩空間的需求也越多,也在一定程度上促使了相關市州森林公園建設的增加。

4.4　交通條件

以高速公路、國道、省道為依托,以5km為距離間距進行緩沖區分析,得到湖南省森林公園分布與交通線路的關系圖(圖9)。統計不同緩沖區范圍內的森林公園數量(表5)可知,湖南省森林公園空間分布與國道、高速公路、省道等主要交通干道分布的關系十分密切,超過50%的森林公園分布在主要交通線5km以內的范圍,超過80%的森林公園離主要交通線的距離在10km以內,表現出明顯的交通指向性,這也印證了相關學者的觀點[10]和前文得出的湖南省森林公園空間分布具有交通指向性的特點。究其原因,主要是因為交通線周邊可達性和可進入性較好,有利于森林公園對外聯系、吸引客源。同時,可在一定程度上減少森林公園建設的開支和由此產生的生態環境影響及破壞。

圖9　湖南省主要交通線與森林公園分布的關系

表5　湖南省主要交通線不同距離范圍內的森林公園分布狀況

5　結論與建議

在空間分布格局上,由鄰近指數、地理集中指數可知,湖南省森林公園呈現出集聚分布和不均衡分布的特點,但集中化程度不高,需要結合湖南實際和市場需求,進一步優化提升分布密集地區的森林公園發展格局,并引導分布較為稀疏的地區適當建設森林公園,推動全省森林公園空間布局與區域實際的進一步協調。具體而言,由空間分布密度分析結果可知,湖南省森林公園分布的高密度區主要分布在長沙南北郊區,次密度區主要分布在懷化周邊、東部羅霄山脈北段,其他地區分布密度較低。對長沙市、懷化市周邊地區的密集區而言,應以滿足市民周末和節假日的休閑游憩為主,優化提升關鍵節點的公共交通設施和配套服務設施,適當建設森林景觀車道、騎行道、步道等設施,發展完善健康服務、休閑娛樂、野營露營、徒步登山、自然觀光、自然體驗、生態科普教育等產品,打造更加便捷優質的游憩空間,提升市民福祉;對羅霄山脈北段的密集區而言,應引導各森林公園錯位發展、差異化定位,努力彰顯自身特色、培育自身的核心競爭力。同時,在線路、營銷、基礎設施建設等方面加強合作,聯合打造湘東森林公園群,發揮集聚效應,提升區域森林公園發展整體水平和影響力。對森林公園分布稀疏的地區,應結合自然地理條件,引導有條件的地區積極建設森林公園,如長沙的森林公園主要集中在市區的北部和南部,可適當加強東部和西部地區森林公園的建設力度,推動環城森林游憩帶的形成,滿足市民日益增長的休閑游憩需求;邵陽、永州、衡陽市區周邊森林公園分布較少,可適當加強建設,為市民的休閑、游憩、娛樂等活動提供空間;益陽南部和北部、郴州西部、懷化北部的森林公園密度也不高,可積極彰顯地域文化特色和森林景觀特色,適度規劃建設地方特色鮮明的森林公園,吸引客源。

在交通可達性方面,湖南省森林公園空間分布呈現出沿交通線帶狀發展的特點,表現出明顯的交通指向性,大部分地區的可達性較好,但也有部分地區的森林公園可達性較差。因此應進一步加強洞庭湖區、武陵山區、雪峰山區、南嶺山區等可達性較差地區的交通基礎設施建設力度,完善其交通條件,推進這些地區的森林公園與周邊地區通達性和聯系度的加強;同時,積極推動跨省區域協作,有效打通湖南與湖北、重慶、貴州、廣西、廣東、江西等周邊省市聯系的通道,推動省際森林公園的聯動發展和跨省森林公園帶、森林旅游帶的建設,帶動省際邊界地區森林公園發展條件的改善和發展水平的提升。

在空間位置上,湖南省森林公園主要分布在距離城市中心20—80km的范圍,這一距離具有最佳的旅行經濟距離,有利于更好地為市場服務,但整體數量較少,與人們日益增長的生態旅游和休閑旅游需求不相適應。因此,應進一步加強城市周邊地區森林公園建設,通過推進林場轉型、開展人工植樹造園等方式打造一批特色鮮明的城郊型森林公園,滿足市民休閑、健身、登山、游憩、親近自然等方面的需求。

影響湖南省森林公園空間格局的因素主要有植被覆蓋、河流、湖泊等自然因素及人口、交通等社會經濟因素,在今后森林公園規劃建設中,需要充分考慮這些因素,以推動森林公園空間布局與自然地理條件和社會經濟發展相協調。

空間格局分析對森林公園的優化布局和持續發展具有重要意義,本文僅結合數理模型和GIS的空間分析功能,對湖南省森林公園的空間分布特征及其影響因素進行了探索性分析,受資料數據等的限制,對不同等級森林公園的空間分布特點、空間格局差異等問題尚未涉及,有待進一步深化，關于時空二維視角下的森林公園格局變化規律分析是下一步研究的主要方向。