基于人類足跡（HF）理論的臺灣日月潭風景區(qū)人類活動影響評估

高譽珈 原友蘭 翁奕城

人類活動指的是人類在地球上一切可能的活動或行為，觸及地球上的每個地點、組成部分和過程。本文所指的活動影響主要是從人與自然相互關(guān)系的角度出發(fā)，包括為了滿足生存和發(fā)展對環(huán)境采取的各種開發(fā)利用、保護，甚至是破壞行為，例如建設性活動、生產(chǎn)性活動和游憩性活動等[1]。

臺灣觀光局2013—2017 年旅游狀況調(diào)查報告書統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示：近5年內(nèi)，臺灣地區(qū)居民島內(nèi)旅游比例均維持在90%以上，平均每人每年旅游次數(shù)為8～9 次，說明人民對于島內(nèi)旅游有較大的需求[2]。在不斷創(chuàng)造活動空間滿足外出需求的同時，人類活動會對自然環(huán)境產(chǎn)生影響，而致其變化。研究[3]發(fā)現(xiàn)對人類活動影響程度的絕對評價是相當困難的，因此只能進行相對評價，評價過程中需要一些指標將影響程度進行轉(zhuǎn)化。通過對相應測量指標來代表人類活動的影響程度，以便得到量化的結(jié)果，而長期測評人類活動對風景區(qū)的影響有助于了解風景區(qū)環(huán)境的狀況。

對于風景區(qū)的研究，以往常常關(guān)注其旅游資源本身的商業(yè)與游憩價值，以及是否值得被開發(fā)建設，忽視了其被人為使用與活動可能產(chǎn)生的負面影響和影響程度。而這種影響對風景區(qū)很可能是毀滅性、不可恢復的傷害。為了降低過度旅游開發(fā)對風景區(qū)的負面影響，本研究希望通過量化人類使用與活動對對環(huán)境所產(chǎn)生的影響，以期能夠協(xié)助景區(qū)經(jīng)營管理者評估人類活動在景區(qū)產(chǎn)生的影響程度，作為未來降低人為使用沖擊的參考依據(jù)。

1 人類影響的量化研究

國外眾多學者對量化人類活動影響做出了研究。2002 年Sanderson等人提出人類足跡（Human Footprint，HF）的理論基礎，首次制作了全球人類足跡地圖，試圖通過圖示化的方式，解讀人類活動對全球造成的影響。人類足跡指的是每個生物群系中人類影響的相對程度。HF 取值范圍為0～100，值0 代表受到影響最低的區(qū)域，即荒野程度最高的區(qū)域；值100 代表受到影響最高的區(qū)域，即荒野程度最低的區(qū)域[4]。其全球人類地圖主要包含4 種類型的數(shù)據(jù)：土地利用現(xiàn)狀、人口密度、人類可達性以及電力基礎設施。2008 年，Woolmer[5]等人對Sanderson 等人提出的方法進行改良和移植，首次將其應用于北美北部的Appalachian/Acadian(NAP)生態(tài)區(qū)域研究范圍縮小，對人類足跡地圖進行重新繪制。由于數(shù)據(jù)增加了尺度上的細節(jié)，因此人類足跡不再只是全球范圍內(nèi)趨勢的評估，而能夠適用于地方保護規(guī)劃。2016年，Venter[6]等人將時間因素納入考慮后發(fā)現(xiàn)，在生物多樣性豐富的地區(qū)，人類足跡的壓力正在迅速增加；同時，在發(fā)達國家和政府控制力強的國家，因為采取有效的控制措施，部分區(qū)域的環(huán)境壓力在減輕。由此可知，人類對地球的影響無時無刻在產(chǎn)生，如果能夠采取有效的措施，可降低人類活動對環(huán)境的負面影響，并實現(xiàn)有助環(huán)境持續(xù)與長遠的存在。Tapia-Armijos 等學者則是從人類足跡地圖中對比熱點區(qū)域，分析足跡變化的原因，針對該地區(qū)環(huán)境狀態(tài)提出更貼切的規(guī)劃建議（表1）[4～9]。

表1 人類足跡文獻回顧

雖然目前對HF 的研究、應用已有初步成果，但是仍然存在以下幾個方面的問題：1）研究區(qū)域面積大，但是數(shù)據(jù)精確度有限，因此在解譯過程中會因為每個層次數(shù)據(jù)精度需要保持統(tǒng)一的原則，降低數(shù)據(jù)的準確性。2）大區(qū)域范圍內(nèi)均以相同的方式解釋人類足跡，忽視地域性的影響因素，使人們對人與自然相互作用的復雜性的感知下降。3）目前國內(nèi)地區(qū)對該領(lǐng)域理論研究主要集中在大面積的自然生態(tài)保護區(qū)框架研究，而將其應用于風景區(qū)空間的研究較少。

本研究基于Sanderson 等人提出的HF 量測架構(gòu)，將此一全球尺度的量表根據(jù)風景區(qū)的空間尺度特質(zhì)進行適地性的修改，并選取Flickr①Flickr 是一家提供免費及付費數(shù)字照片儲存、分享的在線服務平臺（https://www．flickr．com/），其特點是基于社會網(wǎng)絡的人際關(guān)系的拓展與內(nèi)容的組織。Flickr 照片數(shù)據(jù)是臺灣大數(shù)據(jù)的典型代表，這些來自非專業(yè)大眾的照片簽到數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、信息豐富、獲取成本低等優(yōu)勢。的照片對臺灣日月潭風景區(qū)的使用進行研究。由于Flickr 照片數(shù)據(jù)能夠完整記錄上傳者的地理信息（經(jīng)緯度坐標）、時間信息以及卷標信息（tags），并及時有效地反映使用者在風景區(qū)內(nèi)的活動[10～11]，因此進一步擷取Flickr 的照片內(nèi)的空間點位數(shù)據(jù)，以增加人類足跡指數(shù)的準確性，對風景區(qū)內(nèi)人群分布進行分析。將人類足跡指數(shù)進行定量和定性的研究，得到人類活動在風景區(qū)的影響。

2 日月潭風景區(qū)人類活動影響研究

2.1 研究區(qū)域

日月潭位于臺灣南投縣魚池鄉(xiāng)日月村，常水位面積7.93 km2（滿水位面積8.4 km2），自然資源豐富，是臺灣地區(qū)外來種生物最多的淡水湖泊之一。其景色優(yōu)美，“雙潭秋月”是臺灣八景之一，每年吸引了大量游客到此游覽，因此更需要關(guān)注人類足跡，以維持其經(jīng)濟、生態(tài)價值。為了更充分捕捉人類活動對日月潭風景區(qū)的影響，將研究范圍擴大到該風景區(qū)行政邊界5 km 以外的區(qū)域（圖1）。

2.2 數(shù)據(jù)選擇

遵循Sanderson 等人最初建立人類足跡指數(shù)的方法，根據(jù)以下3個原則進行數(shù)據(jù)選擇和利用：1）根據(jù)最佳可利用的數(shù)據(jù)進行空間分析，但是確保資料在進行空間迭加時，每一個類型的數(shù)據(jù)是統(tǒng)一尺度層級；2）考慮適地性，選擇最能夠代表風景區(qū)人類足跡的數(shù)據(jù)來展現(xiàn)人為影響，給予分數(shù)值0～10；3）數(shù)據(jù)間通過GIS 的迭加來量化人類足跡，得到人類足跡（HF）地圖。

根據(jù)以上3 點要求，對于日月潭風景區(qū)的人類足跡指數(shù)進行選擇。對于人口密度，不但考慮當?shù)鼐用袢丝诿芏龋页浞挚紤]其風景區(qū)特性，增加游客訪問量進行評估。在土地利用現(xiàn)狀方面，根據(jù)Sanderson、Venter 等學者的研究，從建筑密度、土地利用和城市區(qū)域3方面的數(shù)據(jù)進行評估。對于人類可到達性，需要對指標進行適地性的改良：首先，因為本區(qū)域不存在鐵路交通運輸，所以刪除全球尺度下運用的鐵路交通指標；再者，本區(qū)域不存在海洋，因此刪除海岸線影響，將航線長度影響改為日月潭中水上航線的影響評估；最后，考慮到景區(qū)不同功能的道路影響。由于日月潭風景區(qū)游覽多集中于白天，夜晚游覽多集中于周邊村落，因此未納入電力基礎設施影響。最終，基于日月潭風景區(qū)的人類影響地圖采用了6 個數(shù)據(jù)來代表3 種不同類型的人類足跡（表2）。

圖1 研究范圍

表2 日月潭人類足跡利用數(shù)據(jù)

2.2.1 人口密度

日月潭風景區(qū)當?shù)鼐用袢丝诿芏仁噶繑?shù)據(jù)源于臺灣內(nèi)政部國土信息中心2015 年日月潭地區(qū)人口調(diào)查結(jié)果，將其數(shù)化后和研究區(qū)域重疊。游客密度的數(shù)據(jù)來自Flickr 網(wǎng)站采集的相片資料，通過API 接口調(diào)用日月潭區(qū)域數(shù)據(jù)資料，通過AcrGIS 的空間推估工具對整個景區(qū)范圍內(nèi)的人口密度影響進行給分。基于Sanderson 等人評價體系原則，對于游客量的評分，以每平方千米（km2）采集的拍攝照片數(shù)量為代表數(shù)據(jù)，以0～100 張/km2評分為1，101～200 張/km2評 分 為2，以 此 類推，超過900 張/km2評分均為10 分。對于當?shù)鼐用袢丝诿芏鹊脑u分，按照Sanderson 等人提出評分標注，以0～0.5 人/km2為0，0.6～1 人/km2為2，以此類推，超過9.5 人/km2為10。

2.2.2 土地利用現(xiàn)狀

通過臺灣內(nèi)政部國土測繪中心2015 年土地使用分類圖（2006—2015 年）得到研究范圍內(nèi)的土地利用現(xiàn)狀（圖2）。按照Sanderson 等人提出的土地利用對自然的影響的分類標準進行細化，在此研究基礎上為9 種土地利用規(guī)范HF 分數(shù)。例如：土地使用分類方面，公共使用、交通的HF 評分為10，礦堿的HF 評分為8，農(nóng)業(yè)、水利的HF 評分為6，森林的HF 評分為4 和其他0（空置地）等（表3）；城市區(qū)域統(tǒng)一分數(shù)為10 分，非城市區(qū)域統(tǒng)一為0 分。按照Venter 等人提出的建筑對自然的影響的分類標準，將建筑區(qū)域統(tǒng)一為10 分，非建筑區(qū)域統(tǒng)一分數(shù)為0。

圖2 研究范圍土地利用現(xiàn)狀

表3 臺灣土地利用發(fā)分類系統(tǒng)（1995 年版）

表4 人類足跡道路評分

2.2.3 人類的可達性

人類可達性在日月潭風景區(qū)表現(xiàn)為地上交通和水上交通：地上交通分為車行交通和非車行交通；水上交通主要為游船航線。二者的矢量資料均來自開源數(shù)據(jù)平臺Open Street Map（https://www.openstreetmap.org/）。 最 后 按 照Woolmer 等學者提出的道路對風景區(qū)的影響標準進行分類細化，在此研究基礎上為3 種類型道路分配相應的HF 分數(shù)。例如：車行道路0～90 m 分 數(shù) 值 為10，90～500 m 分數(shù)值為8，500～1 000 m 分數(shù)值為6，1 000～3 000 m 分數(shù)值為0，得到各類交通HF 分數(shù)（表4）。

2.3 迭加計算

基于人類足跡指數(shù)評估模型，根據(jù)之前的評分規(guī)則，在ArcGIS 里進行數(shù)值到圖面的轉(zhuǎn)換，最后進行迭加計算，得到最終的人類足跡地圖（圖3）。

2.4 研究結(jié)果與分析

從分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，以日月潭管理邊界擴充5 km 范圍的區(qū)域中，人類足跡最低的區(qū)域（深綠色）分值為5，最高的區(qū)域（紅色）分值為50（越紅的區(qū)域被視為人類足跡影響越大）。HF 評分最高為100，最低為0，也就是說在研究范圍內(nèi)的大部分區(qū)域都處于被干擾的狀態(tài)。紅色區(qū)域主要集中在日月潭潭區(qū)周圍、臺鐵水里車站、臺鐵集集站以及周邊的九族文化村和靠近民間鄉(xiāng)的部分；綠色區(qū)域主要集中于日月潭環(huán)山區(qū)域，因為開發(fā)強度和人為可到達性低，人為影響指數(shù)相對較低，保護得相對較好（圖4）。

根據(jù)地圖得分進行統(tǒng)計：HF 分數(shù)100% 集中于50 分以下（含50分）。其中，HF 分數(shù)為5～10 分的區(qū) 域 占2%，11～20 分 的 占80%，21～30 分 的 占14%， 31～40 分 的占3%， 41～50 分的占2%。人類足跡對日月潭風景區(qū)的影響分數(shù)集中在11～30 分，集中了94%的影響數(shù)據(jù)，包括了68 192 個區(qū)塊，面積達681.92 km2。根據(jù)以上的分析結(jié)果，得知日月潭地區(qū)整體的人類足跡指數(shù)影響還處于比較低的狀態(tài)，最高分數(shù)集中在50 分，但是由于電力基礎數(shù)據(jù)未納入，故整個區(qū)域的評分值可能較低。另外，日月潭風景區(qū)沒有HF=0 的區(qū)域，也反映出其每個區(qū)域都有受到人為影響，均有受到破壞的可能性。其中，潭區(qū)的人為影響特別高，受到威脅也會更多，未來需要持續(xù)發(fā)展該區(qū)域，更需要注意對其進行保護和管理。

圖3 日月潭人類足跡評估模型

圖4 全球尺度下日月潭人類足跡地圖

圖5 風景區(qū)尺度日月潭人類足跡地圖

在Sanderson 等人制作的全球人類足跡地圖中，截取研究范圍內(nèi)人類足跡地圖（圖5）。HF 分數(shù)100%集中于54 分以下（含54 分），但是HF 分數(shù)低于10 分的區(qū)域為0，HF 分 數(shù) 為11～20 分 的 區(qū) 域 占11.1%，21～30 分 的 占29.6%，31～40分的占33.3%，41～50 分的占18.6%，51～60 分的占7.4%。人類足跡在日月潭風景區(qū)的影響分數(shù)集中在21～40分，占62.9%。根據(jù)以上結(jié)果可知，日月潭地區(qū)整體的人類足跡指分布較為均勻。將其與改良后的風景區(qū)人類足跡指數(shù)地圖進行對比，可以明顯看出：全球尺度下的人類足跡地圖不能代表風景區(qū)的人類足跡，從圖面上看，研究范圍內(nèi)受影響的程度趨于均質(zhì)，影響低則出現(xiàn)大片綠色，影響相對較高則出現(xiàn)大片橙色；并且忽略了人在風景區(qū)中的空間分布影響，如日月潭潭區(qū)影響程度中等，呈現(xiàn)黃色。而改良后的人類足跡指數(shù)地圖，因為數(shù)據(jù)的細化和游客影響數(shù)據(jù)的加入，更能夠反映出風景區(qū)受影響的指數(shù)，也能夠為未來的保護給出確定的區(qū)域和范圍。

3 結(jié)論

以臺灣日月潭風景區(qū)作為實例，證明在精細化數(shù)據(jù)的支持下，全球人類足跡地圖的測量方法在改良后能夠在風景區(qū)尺度進行，通過ArcGIS 進行數(shù)據(jù)的處理，能夠有效地反映人類活動在空間中的影響。下一步的規(guī)劃，可在本研究的基礎上，通過套疊重要資源保護范圍圖，有針對性地對影響較大的區(qū)域進行嚴格的控制管理，減少人為可進入?yún)^(qū)域和范圍，對影響較小的地方進行適當界限劃分，以保證其資源不被進一步破壞。

本文改良全球尺度下的人類足跡量表，用于研究風景區(qū)的人為影響。與前者相較，風景區(qū)的研究范圍縮小，數(shù)據(jù)采集更全面，能夠利用Flickr 數(shù)據(jù)分析游客的影響。因此，風景區(qū)尺度人類足跡量表能更準確、更細致地表達場地信息，形成一個更具綜合意義的評價指標。但是此研究方法也存在不足：1）基于Flickr 開放數(shù)據(jù)，在某些區(qū)域可能由于數(shù)據(jù)的不準確性，導致分析有誤差；2）研究區(qū)域資料收集過程中，資料精度有的是100 m×100 m，有的是50 m×50 m，為了統(tǒng)一均轉(zhuǎn)化為100 m×100 m，使得某些數(shù)據(jù)精細度下降，也影響結(jié)果的呈現(xiàn)；3）對于分析的結(jié)果來說，現(xiàn)在3 個類型的數(shù)據(jù)均是以相同的權(quán)重進行迭加，在實際情況中，每個因子對于區(qū)域的影響肯定存在差異，之后應該考慮權(quán)重大小。期待今后各種數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量進一步擴展，精細度增加，能為風景區(qū)的規(guī)劃和保護提供更加完善且具參考性的基礎條件。

致謝：感謝臺灣大學鐘明光老師提供研究咨詢，支援空間數(shù)據(jù)收集與分析技術(shù)支持。

注：本文圖片均為作者自繪。