生态用地研究进展探讨

张 慧,王立红

(山东师范大学人口◦资源与环境学院,山东济南250014)

1 引言

随着我国经济的高速发展和城市加速扩展,生产建设对土地的需求越来越高,使得原有的生态用地被大量挤占,许多具有特殊生态价值的土地如湿地、草地、水域等丧失其生态功能,使本来就十分脆弱的生态系统日趋恶化,进而导致诸多环境问题。生态用地具有涵养水源、调节小气候、净化空气、保护野生生物、增加景观类型和提供游憩场所等生态功能,是一个区域生态环境质量好坏的“晴雨表”。随着人们生活水平的提高,人们对生活质量的要求越来越高,在这种情况下,合理规划生态用地,使其发挥良好的生态环境调节功能是保障区域生态安全、提高居民生活环境的基础。

2 生态用地概念的发展和完善

随着人类对生活环境质量要求的提高,为了实现“自然-社会-人类系统”的和谐发展,“生态用地”一词频繁的出现在区域规划中。生态用地系指对人类生存环境发挥生态功能的土地[1]。由于各地区环境和生态功能的不同,生态用地概念可有不同的内涵及外延。

2.1 生态用地概念的研究进展

目前,在国外生态用地尚未作为一个独立和明确的类型名称明确提出,“ecological land classification”属于土地分类中的分布学途径,以景观生态学为指导思想,分类原则强调土地的综合性,不同的分类等级在地域上有密切联系[2]。虽然没有明确的概念,但在土地分类系统中渗透了生态用地的思想和内涵。

在国内,“生态用地”最早由董雅文等在《苏南太湖地区典型县、乡镇工业和农业对水体污染的预测及控制研究》一文中提出,并在1999年发表的《城市化地区生态防护研究-以江苏省、南京市为例》一文中对生态用地的概念作了阐述,认为生态要素的空间定位统称为生态用地：成片森林、湖泊水体、湿地、农业用地以及开敞空间等属于斑块状的生态用地;河流、交通走廊、沿海滩涂等属于线状或带状生态用地,或称生态走廊[3]。石元春院士于2001年考察宁夏回族自治区也提出了生态用地的概念,随后石玉林院士在中国工程院咨询项目《西北地区水资源配置与生态环境保护》报告中对生态用地概念也做了相应阐述,张红旗[4]2004年把其基本理念概括为在西北干旱区,生态用地是指具有干旱区防治和减缓土地荒漠化加速扩展功能的土地,可以作为“缓冲剂”,以达到保护和稳定区域生态系统的目标。岳健[5]2003年对生态用地的概念做了更为定性的描述,认为生态用地是指除农用地和建设用地以外的土地,包括为人类所利用但是用于农用和建设用以外的用途,或主要由除人类之外的其它生物所直接利用,或被人类或其它生物间接利用,并主要起着维护生物多样性及区域或全球的生态平衡以及保持地球原生环境作用的土地。宗毅[6]2005年认为生态用地是指包含水域和陆地等在内的各种发挥生态效用的自然和人工土地。邓红兵[7]于2009年在《区域生态用地的概念和分类》中提出生态用地较为完善的定义,认为生态用地指的是区域或城镇土地中以提供生态系统服务功能为主的土地利用类型,即能够直接或间接改良区域生态环境,改善区域人地关系的用地类型。学者从不同的角度对生态用地的概念进行了阐述和界定,使得生态用地概念不断的发展并完善。

2.2 生态用地的概念和内涵

不同地区生态用地的类型不同,生态用地的关键生态功能也有很大差异,因此,本文认为生态用地指具有自然生态服务功能,并对所在区域具有环境调节功能的土地类型。

(1)生态用地以生态环境保护为主要目的,与以人类活动为主的用地类型如建设用地相对应。

(2)生态用地主要包括自然土地类型,现行“全国土地分类(试行)”中的一级类“未利用地”所列的各类土地应当整体列入生态用地范畴。受人类活动影响较大的土地类型如农用地在特定的研究情况下也可以作为生态用地,但由于农用地结构单一和覆被变化大等原因,大多数情况下不列入生态用地类型。人工水系、湖泊等稳定性强的、生态功能明显的土地类型应当包括。

(3)生态用地可以通过自身的生态过程,为人类提供特定的生态服务功能。

(4)生态用地对人类生存、环境质量的提高、可持续性发展的保障以及人与自然的和谐具有关键性的作用。

3 生态用地分类的研究进展

国外的生态用地分类是从宏观上把土地看作一个整体进行分类,Bailey[8～10]将土地作为一个生态系统来看待,将生态系统综合为较大地理单元,将它们与其周围和它们有交互作用的单元联系起来。由于土地和景观都具有综合性的特点,Zonneveld[11]认为景观是土地的同意语,为了研究景观的空间分布提出不同的等级水平：生态地境(ecotope,等同于立地 site),土地片(land facet,或称 m icrochore,微域),土地系统(land system,或称 mesochore,中域),主景观(main landscape或称 macrochore,大域)。其它的研究还有Frans K lijn[12]明确了生态土地分类的等级生态系统分类的概念,并且例证了等级分类方法的实际意义和价值。Blasi Carlo等人[13]发展了等级土地分类在不同尺度景观的描述和制图中的作用。

欧洲早在1985年的土地分类中把土地分为人工表面、农业用地、森林和半自然区、沼泽地和水体[7],把具备自然生态属性的森林和半自然区、沼泽地和水体区别于以人类活动为主的人工表面和农业用地;美国1976-1992年的土地分类有城市或建设用地、农业用地、牧草地、森林、水体、湿地、冰(苔)原、多年积雪或结冰[14];联合国1993年土地利用分类体系中分为内地水域、木本沼泽、裸地、森林和林地、灌木群落、矮灌群落、草地、耕地、建设用地[7];韩国1993年的土地分类有城市地域、准城市地域、农林地域、准农林地域和自然环境保护地域[7];俄罗斯2000年的土地分类有农业用地、居民用地、专业用途用地、特别保护区和它的客体用地、森林资源用地、水资源用地和储备用地[7];日本现行的土地分类分为农用地、森林地、原野、水面、道路用地、宅地和其他用地[7]。各国的土地分类系统在一定程度上按土地受人类活动影响程度进行分类,强调土地的自然生态属性。

我国,学者对生态用地分类也进行了一系列的研究和发展。张红旗[4]2004年以人类对生态用地的影响程度为原则把生态用地划分为人工生态型用地和自然型生态用地。岳健[5]2003年把我国土地利用类型划分为农用地、建设用地和生态用地,然后又将生态用地划分为生态林地、生态水域及湿地、生态草地、生态裸露地、自然保护区用地和建设用地内的绿化及景观用地。邓小文[15]2005年将城市生态用地划分为服务型生态用地和功能型生态用地。宗毅[6]2005年认为生态用地包括园地、林地、牧草地、水域用地、未利用地中的荒草地、沼泽地和其它土地(指未列入农用地、建设用地的其他水域地-河流水面、湖泊水面、苇地、滩涂)中涉及包含湿地、森林、草原、城市绿地等的各类用地。邓红兵[7]于2009年把生态用地按照不同生态系统服务分为自然用地、保护区用地、休养与休闲用地和废弃与纳污用地。2009年赵丹[14]认为农用地也可归并到生态用地的范畴内。

生态用地的分类体系得到不断的完善,学者从人类对生态用地的影响程度和生态系统服务功能角度对生态用地进行分类,本文比较赞同按生态系统服务功能对生态用地进行分类。

4 生态用地的研究方法

从生态环境保护角度,规划生态保护用地或不能用于建设的用地[1]。在土地利用规划时,为了保护生态环境,保障区域生态安全,保留能维持区域生态系统平衡的最少生态用地或保护具有特殊生态功能价值的生态用地类型。这需要法律法规的支持。

4.1 基于生态足迹测算各种具有生态生产力的土地面积

生态足迹是加拿大雷斯和学生魏克内格首次提出,用于计算各类承载力问题的,计算步骤如下。

(1)计算各类消费所使用的土地Si。

Si=Ci/Yi=(Pi+li-Ei)/Yi.

式中Ci指i项消费总量;Yi指i类土地生产力;Pi指i项土地生产量;Li指i项消费的进口量;Ei指i项消费的出口量。

(2)计算土地占用。

∑Si=S1+S2+…+Sn.

式中Sn根据生态用地的土地分类来确定,可以为耕地、草地和林地等。

(3)折算为生态足迹EF。

EF=N×ef.

式中EF指总的生态足迹;N指人口数;ef指人数生态足迹。

4.2 应用碳氧平衡测算生态用地的规模

从区域的碳释氧的能力来看,植物生态系统则视为碳固定的重要“汇”,也是氧供应的唯一“源”。应用生物量法测算植被固碳释氧能力,再通过测算区域生态系统的释碳耗氧与固碳释氧能力差异,进而推算区域碳氧平衡所需要的生态用地数量,最后取较大者为区域生态用地需求量即：max(ELe,ELo),计算公式如下。

(1)释碳量与耗氧量。

D e=Ce+Cm+Cp,Do+Oe,Op.

式中 De、Do 指释碳量 、耗氧量;Ce、Cm 、Cp 、Oe、Op指能源的燃烧、水泥生产和人类自身呼吸等的释碳量与耗氧量。

(2)测算植被固碳释氧能力。

(3)推算生态用地数量。

ELe=(De-Se)/(αbi),ELo=(Do-So)/(βbi).

式中ELe、ELo指从固碳、释氧两个角度测算的生态用地数量。

4.3 利用3S技术定量研究生态用地

随着3S技术的日臻成熟,各个研究领域普遍应用,3S技术也应用到了生态用地的研究。利用RS获取影像图,用GIS处理影像图并结合社会统计数据对生态用地进行定量统计。

(1)通过遥感卫星获取所需的数据。由于卫星设置多光谱观察,对地观测范围大,数据信息收集快,并且宏观、直观,每个波段表示不同的地物类型。在遥感影像处理软件的支持下,可对遥感图像进行波段优化组合、增强以及裁剪等处理,形成遥感解释基础图件。

(2)运用GIS软件建立土地分类系统和遥感解译标志,通过人机交互屏幕目视解译方式,进行拓扑构建、属性赋值和统计计算绘制出土地利用现状图。根据研究区土地利用和覆盖和生态功能特点,结合遥感影像光谱特征,把研究区划分为林地、草地、水域等各种生态用地类型。

(3)进一步运用GIS软件和Excel等软件完成生态用地类型的面积等图形与属性数据的处理,获取生态用地类型的特征指标及特征值。并可以对不同年度的数据进行比较,通过计算结果,可以明显的看出研究区的各类生态用地类型面积都发生了不同程度的变化,有的会相当明显。由此可判断人类的建设活动是否影响到生态用地的发展,从而引起人们的注意,制止负面情况的继续恶化。为政府提供可持续发展决策。

4.4 生态用地研究方法的利弊分析

从生态环境保护角度规划生态保护用地或不能用于建设的用地是定性分析生态用地的一种方法,可用于土地利用规划。生态足迹分析方法通过引入生态生产性土地概念实现了对各种自然资源的统一描述;但生态足迹法的计算过程较为复杂,假设太多。碳氧平衡测算法侧重于植物生态系统,能从固碳和释氧两个角度测算生态用地的数量,但是不全面。3S技术是一种新的研究方法,随着科学技术的发展得到了广泛和深入的应用,3S技术应结合传统的研究方法和理论,特别是景观生态学的发展,来对生态用地进行研究。

5 结语

生态用地越来越受到重视,很多学者建议在编制和修订土地利用总体规划时充分考虑生态用地,并指出保护耕地是为了保障吃饭问题,而保护生态用地的生态质量是为了保障长远生存与发展。生态用地的理论研究如概念和分类体系已经逐步完善,我们进一步需要做的是把理论用于实践中。合理利用生态用地,发展绿色产业。生态用地具有生态环境价值,我们在不破坏其生态价值的基础上,适度开发环境影响小的绿色产业,如旅游、科研等。

定量与定性相结合的多因子多层次综合是未来生态土地研究发展的总趋势[16]。要根据生态功能特点确定各地区生态用地的数量及质量,即定量研究与定性研究相结合。现在生态用地一词虽然随处可见,但是还是一个模糊的概念。不同地区生态用地的功能不同,先要明确各生态用地类型的生态功能,了解生态用地的质量,然后进行定量研究,明确生态用地的数量。

3S技术日益完善和成熟,为区域生态用地的发展提供更加标准化、定量化的数据。运用空间分析法对相关的、性质相似的地区进行景观因素分层,利用GIS将对每个分离的信息进行合并,同时可以对物理的、生物的、社会的各个维量进行定义,绘制成生态系统图[16]。研究各生态用地类型之间的相互关系,建立生态用地保护网。土地具有综合性,一个地区的每种生态用地类型之间都相互联系、相互影响。明确它们之间的关系,建立起保护网络,生态用地才能得到良好的保护。

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