应对建设用地快速扩张的生态敏感区划研究:以福州市域为例

2013-09-22齐志方蔡芫镔

复旦学报（自然科学版） 2013年6期

刘钰，齐志方，蔡芫镔，2，张浩

（1.复旦大学环境科学与工程系，上海市200433；2.福州市环境科学研究院，福州市350011）

伴随全球城市化进程，世界城市人口将从2011年的36亿增加到2050年的63亿［1－2］.未来的二十多年，全球城市建设用地面积可能要随之增加一百万平方公里［1］.对于中国，建设用地普遍呈现无序扩张趋势［3］；在1995—2000年，仅黄淮海、长江三角洲和四川盆地部分地区，建设用地面积就增加了310千公顷［4］.不合理的建设用地扩张会极大地改变生态系统的结构，导致生态系统提供服务的能力降低，威胁居民生活质量和社会经济可持续发展［5］.专家估计，到2030年我国100万人口以上的城市数量可能将超过100座，50万人口以上的城市数量可能将超过200座［6］.在快速城市化背景下，为了实现建设用地扩张的生态优化，保障居民生活质量、维护生态系统的结构和功能；在生态敏感性评价的基础上制订生态敏感区划有重要的理论和现实意义.

生态敏感性评价是根据区域主要生态环境问题及其形成机制和主导因素，分析生态环境敏感性的空间分异规律，明确特定生态环境问题可能发生的地区范围与可能程度［7－8］.生态敏感区划是在生态敏感性空间分异的基础上，划定适宜或限制建设用地扩张的空间范围，以便采取有针对性的保护与建设措施.生态敏感评价与区划，可定量分析区域各生态要素，并将其生态效应直观的转化为空间政策，因此在区域土地开发和城市建设用地规划上得到了广泛研究［9－14］.但现有研究大多基于个别生态因子的空间叠加进行评价和分析，对生态敏感区划技术框架的构建研究较少.其次，对基于生态敏感性评价和区划的空间政策，缺乏政策评估的实证研究，对生态空间政策的合理性和有效性的研究较少.本文构建了生态敏感区划的技术框架；并以福州市域为案例，对基于生态敏感区划的空间政策进行了实证评估；对生态敏感区划的理论基础和生态空间政策评估进行推进和支撑.

1 研究区域概况

福州市是福建省会，包括福州市辖区五个区，两个县级市和六个县.改革开放前，由于台海特殊情势，福州经济发展远远落后于其他的同类城市，城市化进程也进展缓慢［15］.改革开放后，受快速的经济发展推动，福州的城市化进程不断加快，建设用地也随之快速扩张.研究表明，2000—2009年福州建设用地从359.3平方公里扩张到1 283.1平方公里，扩张面积为2000年建成区面积的2.6倍（图1），而且土地利用方式的巨大变化已对区域生态产生了一定影响［16］.福州作为典型的建设用地快速扩张地区，对其建设用地扩张进行生态优化，对区域生态保护、城乡可持续发展有着重要意义.

图1 福州建设用地扩张Fig.1 The expansion of the construction land in Fuzhou

2 研究方法

2.1 生态敏感区划技术框架

建设扩张用地的选择，实质上是对建成区和生态空间的边界进行调整；调整的重要原则是避开存在生态风险的区域，并避免对重要生态功能区的干扰［16］.依据此原则构建了生态敏感区划的技术框架（图2）：

图2 生态敏感区划技术框架Fig.2 The technique framework of ecological sensitivity zoning

（1）生态敏感问题的识别是生态敏感区划的基础，应选择当地的主要生态风险、重要生态功能、关键资源环境限制因子进行分析.

（2）生态敏感评价是生态敏感区划的核心内容，包括单因子评价、单因子间的耦合、敏感性空间区划等环节.现有研究大多基于GIS的空间叠置工具完成规划任务，但对其理论基础的研究不够深入.可以进一步探讨的问题包括：单因子敏感分级的生态学依据、空间分异的表征；从多准则评价和信息融合的角度探索多因子耦合的技术途径；敏感区划的实质是空间控制政策，如何从空间弹性和政策制订的视角对其理论基础进行完善.

（3）依据生态敏感区划可制订相应的空间政策，指导建设用地规划.建设用地的扩张很大程度上是不可逆的，而且会对其已经占用的及其周边的自然生态空间造成各种不利的影响［16］.因此应将空间政策的评估纳入敏感区划技术体系，对其合理性和有效性进行必要的评估，以降低政策失误的几率.

2.2 生态敏感问题识别

基于实地调研及文献分析，福州主要的生态敏感问题包括：

（1）酸雨.福州市属于国家酸雨控制重点城市.1982—2001年酸雨发生频率为53.6%，降水pH最低值仅为3.23［17］.近10多年来，虽然福州市降雨的pH值的年均值呈上升的趋势，但酸雨出现率却没有明显下降，说明福州的酸雨状况仍未得到改善［18］.

（2）地质灾害.福州属于地质灾害多发地区.据不完全统计，全市分布有地质灾害隐患点970处，其中规模大于3.0×104m3的市级重要地质灾害防治点32处.仅2007年全市就发生次生地质灾害219起，直接经济损失1.73×106元［19］.

（3）土壤侵蚀与水土流失.福州土壤侵蚀区多分布于人类活动比较密集的低山丘陵地区，体现了人为活动对土壤环境的影响；福州地区共有水土流失面积1 759.9平方公里，占全市土地总面积的14.6%［16，20］.

（4）饮用水源水质下降。郑能雄等的检测结果表明，福州地区生活饮用水源水受到了不同程度的有机、无机和金属类污染；从工业发达区到海岛、市区、山区，水体总体污染呈下降趋势，下降趋势显著［21］.

基于以上分析结果，本文对福州的酸雨、地质灾害、土壤侵蚀和饮用水源保护进行了生态敏感性评价.

2.3 生态敏感性评价与生态敏感区划

生态敏感性评价的关键在于针对研究区域的特征，选取有代表性的生态因子，并制订适当的权重［16］.本文在郑达贤等进行福建省生态功能区划时的生态敏感性评价成果基础上［8］，根据福州的实际情况进行适当调整，制定了福州市生态敏感性的评价标准，见表1～4.

表1 酸雨敏感性评价标准Tab.1 The acid rain sensitive evaluation criteria

表2 地质灾害敏感性评价标准Tab.2 The geological hazards sensitivity evaluation criteria

表3 土壤侵蚀敏感性评价标准Tab.3 The soil erosion sensitivity evaluation criteria

表4 饮用水源保护敏感性评价标准Tab.4 The drinking water conservation sensitivity evaluation criteria

在ArcGIS空间叠置工具的支持下，对各生态敏感问题和综合生态敏感性进行评价；使用的空间叠置算法分别为：线性叠加（酸雨），几何平均（地质灾害、土壤侵蚀），Rank函数（饮用水源保护），算术平均（综合敏感性）［16］.

基于表5的标准，将敏感性评价结果分级；并进行生态敏感区划，将评价范围划分为适建区、限建区和禁建区，与《城市规划编制办法（建设部令第146号）》的相关要求相衔接.

表5 综合敏感性分级与区划标准Tab.5 The standards of comprehensive sensitivity and ecological sensitivity zoning

2.4 生态空间政策评估方法

依据生态敏感功能区划，可制订相应的生态空间政策指导城乡建设用地规划.为了评估生态空间政策的合理性和有效性，本研究对福州2000—2009年的建设用地扩张进行了实证分析，步骤如下：

（1）基于福州市域2000年和2009年的土地利用数据，提取建设用地扩张的空间范围（参见图1）.2000年数据来自中国科学院资源环境科学数据中心；2009年数据来自TM影像，采用文献［16］的解译方法，经随机抽样的点位验证，准确率为95%，可满足本研究分析的需要..

（2）在ArcGIS的支持下，识别位于不同生态敏感分区内的建设用地扩张范围.

（3）针对每种生态敏感问题，依次计算各敏感分区内的建设扩张用地中，敏感级别高于“敏感”的区域所占的面积比例.基于敏感用地比例对生态空间政策进行评估.

3 结果与分析

3.1 生态敏感性评价

在ArcGIS的支持下，通过相关生态因子的空间叠加，获得了福州市域酸雨、地质灾害、土壤侵蚀和水源保护的生态敏感性及其空间分布格局，见图3～图6.

3.2 福州市域生态敏感区划

将上述敏感性评价结果进行空间叠加和空间分区，制订了福州市域的生态敏感区划（图7，见第842页）.

分析结果表明适建区、限建区和禁建区所占比例分别为26.2%、71.9%和1.9%.适建区主要分布于闽江沿线和下游平原，以及福州东南的福清市东部地区；地形主要为台地和平原，其中福州平原是福建省沿海四大平原之一.本区农业和交通条件较好；是福州人口最密集，社会经济发展最快、水平最高的区域；而且生态敏感度较低，适宜在现有的基础上发展经济和城市建设.限建区位于福州中部和西部地区，地形以山地和丘陵为主，强行大规模开发存在一定的生态隐患，只能作为小规模建设用地扩张的备选用地.禁建区集中在福州北区的饮用水源核心区，并有零星分布于山地区域，生态敏感度较高，不宜作为建设用地开发.

图7 福州生态敏感区划Fig.7 Ecological sensitivity zoning of Fuzhou

3.3 基于福州建设用地扩张的生态空间政策分析

2000—2009年间位于不同生态敏感分区的建设扩张用地，各生态问题敏感性达到“敏感”级别以上的用地比例见图8.由图可见，位于禁建区、限建区和适建区的生态敏感用地比例依次下降.禁建区内的建设扩张用地，酸雨和地质灾害的敏感用地比例分别为88.8%和94.0%，土壤侵蚀和水源保护的敏感用地比例都在99%以上.而适建区内的建设扩张用地，除土壤侵蚀外，敏感用地比例都在15%以下，酸雨和水源保护敏感用地比例仅为5%左右.由于土壤侵蚀敏感度在福州市域绝大部分地区都处在“敏感”级别以上（见图5），因此适建区的敏感用地比例也较高，但明显低于禁建区和限建区（都高于99%）.限建区的敏感用地比例介于禁建区和适建区之间，而且大部分生态敏感问题的敏感用地比例与禁建区更为接近.

以上结果表明，位于禁建区内的建设扩张用地的生态隐患显著高于适建区内的扩张用地，限建区内的扩张用地也具有较高的生态隐患.可见，基于生态敏感区划制订空间政策，将建设用地控制在适建区内，可以有效地降低生态风险水平；相应的空间政策可以有效地指导城乡规划，引导城镇建设用地良性发展.

图8 建设扩张用地的生态敏感用地比例Fig.8 The ratios of ecological sensitive area of construction expansion land

4 结论与讨论

（1）本文依据生态学原理构建了应对建设用地快速扩张的生态敏感区划技术框架，通过生态敏感问题识别、生态敏感评价、生态空间政策评估等环节实现建设扩张用地的生态优化.

（2）基于实地调研及文献分析，识别了福州的主要生态敏感问题包括：酸雨、地质灾害、土壤侵蚀和饮用水源保护；并对其进行了系统的生态敏感性评价.在此基础上制定了生态敏感区划，与《城市规划编制办法（建设部令第146号）》的相关要求相衔接.

（3）以2000—2009年的福州建设用地扩张为案例，对基于生态敏感区划的空间政策进行了实证分析.结果表明，位于禁建区、限建区和适建区的建设扩张用地，其生态敏感用地比例依次下降；将建设用地控制在适建区内，可以有效地降低生态风险水平；从而验证了生态空间政策的合理性和有效性.

（4）生态敏感区划可从生态敏感性的角度实现对建设用地扩张的生态优化.在城乡规划的实际工作中，应结合生态系统服务功能评价，当地的社会经济发展用地需求，生态保育和防灾工程技术能力等实现最为科学合理的建设用地规划.

福州市环境科学研究院、国家自然科学基金委员会“中国西部环境与生态科学数据中心”（http：∥westdc.westgis.ac.cn）、中国科学院资源环境科学数据中心（http：∥www.resdc.cn／）、地球系统科学数据共享平台（http：∥www.geodata.cn）、中国科学院计算机网络信息中心国际科学数据服务平台（http：∥datamirror.csdb.cn）和国土资源科学数据中心的地质调查分中心（http：∥gsd.cgs.cn）等单位提供了本文所需的大量地理数据，福州市环科院的相关人员在遥感解译和实地勘察等方面提供了大量帮助，特此致谢！

［1］Mcdonald R I.Global urbanization：can ecologists identify a sustainable way forward？［J］.Frontiers in Ecology and the Environment，2008，6（2）：99－104.

［2］UNPD.World Urbanization Prospects：The 2011Revision（Highlights）［M］.New York：UN Population Division，2012.

［3］张浩，刘钰，范飞，等.城乡梯度带生态空间组织模式与生态功能区划研究——以大杭州都市区为例［J］.复旦学报：自然科学版，2011，50（2）：231－237.

［4］刘纪远，刘明亮，庄大方，等.中国近期土地利用变化的空间格局分析［J］.中国科学（D辑：地球科学），2002，32（12）：1031－1040.

［5］俞孔坚，王思思，李迪华，等.北京城市扩张的生态底线——基本生态系统服务及其安全格局［J］.城市规划，2010，34（2）：19－24.

［6］王素侠.快速城市化下的城市生态系统失衡及其对策［J］.城市问题，2012（6）：51－55.

［7］李东梅，高正文，付晓，等.云南省生态功能类型区的生态敏感性［J］.生态学报，2010，30（1）：138－145.

［8］郑达贤，汤小华.福建省生态功能区划研究［M］.北京：中国环境科学出版社，2007.

［9］陆同伟，宋珂，杨秀，等.基于生态适宜度分析的城市用地规划研究——以杭州市东南部生态带保护与控制规划为例［J］.复旦学报：自然科学版，2011，50（2）：245－251.

［10］黄孝艳，胡晓明.基于区域土地开发的生态适宜度研究——以重庆市九龙坡区为例［J］.荆楚理工学院学报，2012，27（2）：59－64.

［11］王玉国，尹小玲，李贵才.基于土地生态适宜性评价的城市空间增长边界划定——以深汕特别合作区为例［J］.城市发展研究，2012，19（1）：76－82.

［12］蒋玮.基于生态适宜性评价的城市空间增长边界划定方法［J］.四川建筑，2012，32（5）：41－42.