人居生态环境评价中的生态辐射模型研究——以深圳市龙岗区为例

解宇峰,李德波,马晓明,张书海

(1.环境保护部南京环境科学研究所,江苏 南京210042；2.北京大学深圳研究生院,广东 深圳 518055；3.北京大学城市与环境学院,北京 100871)

人居生态环境评价中的生态辐射模型研究
——以深圳市龙岗区为例

解宇峰1*,李德波1,马晓明2,张书海3

(1.环境保护部南京环境科学研究所,江苏 南京210042；2.北京大学深圳研究生院,广东 深圳 518055；3.北京大学城市与环境学院,北京 100871)

当前研究者往往是把生态用地质量评价同人居环境质量评价各自分隔开来进行研究,而没能很好的把二者结合起来.本研究将生态辐射的概念引入人居生态环境评价中,利用GIS技术构建了生态辐射模型,并以深圳市龙岗区为例进行了分析.在生态辐射模型中将城市用地分为生态用地和建设用地两类,以建设用地作为人居用地来进行研究.对不同大小的生态用地斑块提出不同的服务半径,作为生态用地的辐射范围,其大小决定于生态用地的斑块大小和土地类型.模型计算结果显示,生态用地分布较为均匀的坪地街道,其森林覆盖率虽然比大鹏街道要低,但生态辐射强度值却略高于后者,这说明本研究建立的生态辐射模型有一定的合理性,能够反映生态用地分布均匀程度对人居环境的影响,为人居生态环境研究提供了新的思路.

深圳市；人居生态环境；生态辐射；地理信息系统

Abstract：The concept of ecological radiation was proposed first time in this study for ecological environmental assessment of human settlement. The GIS technology was used to develop the ecological radiation model (ERM). The urban land was classified into two categories in ERM, including ecological land and construction land. The construction land was viewed as human settlement in the current study. The ecological radiation extension of each land depends on its size and type and the land type was treated as weights in the model. According to the ecological urban construction theory and practical application examples, the ecological land with various sizes has different extension of ecological service, which is represented as radius in ERM. The Longgang District of Shenzhen City was taken as a case study to demonstrate the application of the proposed model. The ERM results showed that the developed model could reflect the effects of ecological land patterns to human settlement and, thereby, provides a new method for ecological environmental assessment of human settlement.

Key words：Shenzhen City；human settlement；ecological environmental assessment；ecological radiation；GIS

当前,对人居环境的研究已成为一个热点.不同研究者从人居环境的理论[1-3]、人居环境评价模型与指标体系[4-7]、人居环境规划与评价的实践[8-12]等方面进行了探索,对城市人居环境、居住区环境、水网平原区人居环境质量评价方法进行了研究,在杭州、上海、大连、常德等城市开展了实践.但在当前的人居生态环境评价研究中,研究者往往是把生态用地的质量评价同建设用地(居住区)的质量评价各自分隔开来进行研究,而没能很好的把二者结合起来.事实上,有关生态系统服务功能的研究[13-16]有很多,但生态系统服务功能对人类的作用机理方面的研究很少被关注,本研究借鉴生态服务半径相关理论[17-23],利用地理信息系统(GIS)技术[23-24],通过建构生态辐射模型,尝试把生态用地同建设用地二者联系起来.

本研究提出了生态辐射的概念,建立了生态辐射模型,用生态辐射强度值来表示,并引入到人居生态环境评价工作中.生态辐射的概念能够反映生态用地分布对人居环境的影响,体现景观生态学中“集中与分散相结合”的原则.它是衡量城市绿地分布均匀与否的一个方法,落实景观生态学“集中与分散相结合”原则的一次尝试.

1 模型简介

生态辐射强度是指具有生态功能的土地斑块,对建设用地斑块产生的作用强度.生态辐射强度基于以下假设:

(1) 所有土地类型斑块分为生态用地和建设用地两种,根据全国土地分类办法,把除了建设用地的大类之外的统归为生态用地.

(2) 建设用地包括多种类型,但本研究将其简化,将建设用地统一作为城市人居用地.人居生态环境评价主要是评价生态用地对城市人居用地(建设用地)的生态影响.

(3) 生态辐射强度受到生态用地斑块类型、生态用地斑块面积(A)以及生态用地与建设用地斑块的距离(s)三个方面的影响.模型如下:

式中:ER为生态辐射强度;Ecotype代表斑块生态类型;A代表斑块面积;s代表斑块的生态辐射范围(距离).

本研究中“生态用地斑块类型”采用中华人民共和国国土资源部颁发并于2002年试行的全国土地分类(过渡期间用),各种斑块类型的权重赋值参考深圳市生态规划中的有关数据,并结合专家评估法确定,见表1.

生态用地斑块面积大小及相应权重赋值采用专家评估法确定,见表2.

生态用地与建设用地的距离用生态辐射范围来衡量.本研究参考多个生态区建设规划的研究成果,以及服务半径理论的相关研究[17-23],提出生态辐射范围如下:

斑块面积大小等级为 1等的生态斑块辐射范围是3km,2等的辐射范围是2km,3等的辐射范围1km,4等的辐射范围是0.5m.辐射范围是指从生态用地斑块的边缘向斑块外侧延展的距离.为了便于计算和更加客观的描述,分级计算辐射范围.例如,某一生态用地斑块大小为30hm2,那么它为 1等面积的斑块,辐射范围 3km,3km中分为0～0.5km, 0.5～1km, 1～2km,2～3km四个级别的辐射段.采用专家评估法确定各级别距离权重,其中0～0.5km的辐射段的距离权重为1, 0.5～1km的距离权重为1/4,1～2km距离权重为1/9, 2～3km距离权重为1/16.如表3所示.

表2 斑块面积大小权重赋值Table 2 Patches’ area and weight value

基于以上的模型假设,采用2006年深圳市龙岗区南湾、坪地和大鹏三个街道的土地利用调查矢量数据,通过Arc GIS info 9.1软件来计算生态辐射强度.技术流程如下:

① 利用selection by attributes工具提取具有生态辐射功能的斑块;

② 在生态辐射功能地块属性中增加地块面积规模、地块类型级别属性字段;

③ 按照面积规模对生态辐射功能地块进行分组;

④ 按照生态地块类型对生态辐射功能地块进行分组;

⑤ 对 2、3两步骤的分组结果进行 merge操作,建立分析斑块组;

⑥ 分别针对不同的斑块组进行buffer操作,并根据面积分组进行二次、三次、四次 buffer运算;

⑦ 对二次、三次、四次buffer运算进行权重计算;

⑧ 利用union工具对缓冲区进行空间叠加;

⑨ 利用calculate中的加法对 union叠加的结果进行计算,得到区域生态服务质量空间分布.

表3 斑块的辐射范围及权重赋值Table 3 Radiation distance and weight value

2 研究区域概况

本研究选取深圳市龙岗区的 3个植被覆盖率不同的街道南湾街道、坪地街道和大鹏街道进行研究(图1).

该区属南亚热带海洋性季风气候.日照充足,雨量充沛,气候温和.多年平均气温 22℃,无霜期达355d.每年的4～9月为雨季,10月至次年3月为旱季,年均降雨量 1993mm.境内有龙岗河、坪山河、布吉河、岗头河、坂田河、观澜河等河流.土壤以赤红壤为主,其余为红壤和黄壤.目前经常发生的水土流失现象主要分布在丘陵地区.植被属于亚热带常绿季雨林,由于雨量充沛,植被覆盖率较高,在低丘陵上主要为人工桉树林、相思林及荔枝、龙眼、芒果等果林等.

图1 研究区示意Fig.1 The location of study site in Shenzhen city

南湾街道与罗湖区相望,辖区内交通四通八达.街道辖区总面积 24.68km2.地貌以丘陵为主,地势西北高,东北低,母岩为砂页岩及花岗岩,属中国东南沿海构造地震带外带,位于布吉-松子坑断裂带上.

坪地街道地处深圳经济特区通往惠州、河源、梅州等地的交通要道,深惠一级公路和惠盐高速公路贯穿全街道.街道面积 57.6km2.地貌以低丘、川地为主,四周群山环绕,中间一马平川,地势极其平坦,坪地也因此而得名,非常适合农业生产.

大鹏街道于2004年由大鹏镇改设而成,距离深圳市区48公里,总面积82.81km2.区内各类基础设施配套完善并适度超前,实现了基础设施建设超前化、旅游开发区域化、工业开发集中化、农业发展基地化、商贸发展规模化、民宅建设城市化,走上了一条经济快速发展、环境综合保护、土地集约利用的可持续发展的路子.

3 结果与讨论

从表4,表5,图2可见,南湾、坪地和大鹏3个街道的生态辐射强度值(标准值)分别为0.548、1和 0.696.坪地街道的生态辐射强度值最大,大鹏街道次之,而南湾街道最低,并且 3个街道的值相差不大.从表 5来看,南湾街道的生态辐射面积以及建设用地上的生态辐射面积总量都是最低的,得分值相应也是最低;大鹏街道总的生态辐射面积最大,但是建设用地上的生态辐射面积还是低于坪地街道,并且生态分级中,3级和4级所占的绝对面积坪地街道都是遥遥领先于大鹏街道的,最终使得坪地街道的生态辐射强度值是 3个街道中最高的.究其原因,本研究认为是坪地街道较为均匀的生态用地分布以及大块的生态用地造成的,而大鹏街道虽然森林覆盖率最高,但其主要生态用地林地主要集中于北部和西部,分布并不均匀,使得大鹏街道的生态辐射强度值处于第2位.

表5 评价区域生态辐射面积及强度评价结果Table 5 Assessment result of ecological radiation area

从另外一个角度分析,南湾、坪地和大鹏3个街道中,受到辐射的建设用地占建设用地总量的比例分别为88.9%、90.5%和90.5%.这一方面印证了3个街道生态辐射强度值差别不大,另一方面也能看出,虽然大鹏街道的总生态辐射强度值低于坪地街道,但由于大鹏街道生态用地斑块大,建设用地总面积相对小,所以最终产生了如此的结果.

图2 评价区域生态辐射强度评价结果示意Fig.2 Assessment result of ecological radiation

4 结论

4.1 本研究建立的生态辐射模型有一定的合理性,能够反映生态用地分布均匀程度对人居环境的影响体现了景观生态学“集中与分散相结合”的原则,为人居生态环境研究提供了新的思路.

4.2 生态辐射的概念是首次提出的,新生事物的不足需要更多人来补充完善.在本研究中,生态辐射强度值大小只考虑了生态用地的类型、面积大小和辐射距离,但是没有考虑生态用地斑块的形状(例如狭长型的斑块,尤其像河流类型).事实上,生态用地的形状对生态辐射的范围也同样起着重要的作用,以后的研究可以在模型中补充生态用地的形状因子.另外,生态辐射的范围也不是简单的0～0.5km、0.5～1km、1～2km、2～3km这几个区间能够描绘的,它应该是一个连续的函数,如何定义这个连续函数以及怎样实现它都有待进一步研究.最后,把建设用地等同于人居用地来考虑,这在研究中可能包含着一定的不确定性.在条件许可时,应该用分辨率更高的影响资料进行分析,并把建设用地中的不同小类加以区别对待.

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Ecological radiation model research in human settlement ecological environment assessment: a case study of Longgang District of Shenzhen City.

XIE Yu-feng1*, LI De-bo1, MA Xiao-ming2, ZHANG Shu-hai3

(1.Nanjing Institute of Environmental Sciences, Ministry of Environment Protection, Nanjing 210042, China；2.Shenzhen Graduate School, Peking University, Shenzhen 518055, China；3.College of Urban and Environment, Peking University, Beijing 100871, China). China Environmental Science, 2010,30(2)：279～283

X826

A

1000-6923(2010)02-0279-05

2009-06-30

* 责任作者, 硕士, pkuyufeng@163.com

解宇峰(1982-),男,安徽太和人,硕士,主要从事生态环境规划、水污染防治等研究工作.