浐灞国家生态文明先行示范区生态风险评价与管理

赵 丹, 马俊杰, 刘 哲

(1.西北大学 城市与环境学院, 陕西 西安 710127;2.西安浐灞生态区管理委员会, 陕西 西安 710024; 3.西安市环境科学保护研究院, 陕西 西安 710161)

浐灞国家生态文明先行示范区生态风险评价与管理

赵 丹1,2, 马俊杰1, 刘 哲3

(1.西北大学 城市与环境学院, 陕西 西安 710127;2.西安浐灞生态区管理委员会, 陕西 西安 710024; 3.西安市环境科学保护研究院, 陕西 西安 710161)

[目的] 开展城市生态风险评价研究，揭示景观格局变化对城市生态风险空间变化的影响，以期为西部地区绿色城镇化与城市生态建设提供决策参考。 [方法] 选取西安市浐灞国家生态文明先行示范区为研究对象，以2004，2009，2014年的遥感数据为基础，开展生态景观格局变化分析，构建研究区生态风险指数，拟合区域生态风险变化，对研究区2014年生态风险和生态服务价值进行空间叠加和优化厘定，在分析生态风险的时空变化规律的同时给出研究区生态发展优化调控对策。 [结果] 区域景观由原来农田景观控制的绝对状态变成多类型控制的城市景观，区域景观风险指数上升了25%，但区域生态系统服务价值上升了5.5%。 [结论] 浐灞生态区成立10 a以来生态风险空间分布差异明显，但由于该区坚持生态立区策略，区内多建大型生态项目，虽然该区在短期内呈现出生态风险指数上升的问题，但随着项目完成建设，区域风险会回落到一个新的稳定状态，且区域生态系统服务价值上升，表明其生态策略有利于该区生态系统发展。

土地利用； 景观格局； 生态风险； 风险管理

城镇化加速带来的人口集中、高强度经济活动和交通困境导致了环境胁迫效应，进而影响到城市生态系统响应机制的改变。随着环境政策研究引入风险管理概念，生态风险评价逐渐受到重视，研究人类生产生活对生态系统带来不利影响的可能性，为风险管理提供决策依据。随着近些年研究的不断深入，生态风险评价的源头分析已从环境污染事件和工业源头逐渐发展到关注人类活动对生态环境的影响，研究范围也逐渐扩展到流域、区域。近10 a来，城市范围的生态风险评价逐渐得到发展，方法主要有综合指数法、模型模拟法、景观生态法、基于3S叠图法等[1-2]。基于景观格局的生态风险空间分析，能准确地显示出人类活动与自然因素影响的空间变化与梯度分布特征[3]。而生态风险管理是在生态风险评价和分析得出不同等级的风险区域后，在不同等级的风险区域内分析其风险源的特点和强度，以采取不同的风险控制政策和措施[4-5]，其目的是将生态风险及其损失减小到最小。这对于解决城市问题，研究城市生态系统可持续发展，指导生态建设具有重要的现实意义。本研究选取西安浐灞国家生态文明示范区为研究对象，通过研究景观格局变化与城市生态系统发展的影响关系，对研究区生态风险进行分析，以期为北方半干旱地区城市建设及新型城镇化建设中实现生态保护、经济建设之间的协调发展研究提供参考。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

浐灞生态区位于陕西省西安市主城区东部，该区北纬34°12′30″—34°26′00″，东经108°57′10″—109°5′20″，东西长10 km，南北长25 km，规划面积89 km2。属暖温带半湿润大陆性季风气候，四季冷暖干湿分明。年平均气温13.3 ℃，年平均降水量570.5 mm，且主要集中在7—10月，降水量占全年降水量的60%以上，雨热同季、气候温和。区内有2条河流，名为浐河和灞河，两河年径流变化大，径流量的55%左右集中于7—10月。浐灞生态区于2004年因治理浐河、灞河而成立，成立之初，该区积极开展河流治理和生态建设，将区内原有的河流污染、建筑垃圾无序倾倒、沙土资源盗采严重等环境问题进行了全面治理，在积极开展河流治理和生态重建的同时，该区重点发展旅游、金融、会展等现代服务业，淘汰或搬迁原有建材、冶金等重工业。经过10 a建设，区域生态景观格局发生较大变化，该区生态治理带动区域发展，新区发展反哺生态建设的独特发展模式获环保部授予“国家生态文明试点”称号，并于2015年12月被国家发改委、环保部、水利部等9部委批准成为全国第2批国家生态文明先行示范区。

1.2 数据来源与处理

以2004，2009，2014年SPOT遥感数字影像(2.5 m)为主，同时参考浐灞生态区总体规划图、区域自然概况、社会经济概况等数据。利用GIS 9.3，ERDAS 9.2平台进行影像解译。按照研究区总体规划及建设现状，结合景观规划特征以及不同景观类型的经济、文化和生态功能，将浐灞景观类型分为建设、生态及农业3大类，并按照居住、工业、道路、商业文化、在建、绿化、水体和农田分为8小类景观。

1.3 研究方法

1.3.1 景观格局分析 为反映生态区建设背景下浐灞区域景观格局变化特征，参考景观指数评价相关研究[6-9]，选取斑块数，景观破碎度，多样性指数、景观均匀度、景观优势度等5指标，从类型水平和景观水平分析景观要素特征及其异质性。

1.3.2 生态服务价值 利用Costanza等[10]提出的估算公式，计算浐灞生态区生态系统服务功能的经济价值(ESV)，计算公式为：

(1)

式中：Aj——j类生态系统的面积；Eij——j生态系统i种服务功能的当量因子。

1.3.3 生态风险分析 从景观尺度进行区域生态风险分析，国外学者主要运用蔓延度指标进行评价，国内学者主要通过构建景观损失度、脆弱度、干扰度和综合风险等指数表征生态风险。本研究提出景观风险指数的概念，通过比较区域风险指数的变化，分析研究区建设过程对区域生态系统的影响。景观风险指数是一种空间变量，表示区域生态系统潜在生态影响及其积累后果，利用地统计学方法进行空间特征分析，得到研究区生态风险变化图。景观风险指数计算公式为：

Sr=∑ai·Sri=∑ai·Fri·Pri

(2)

式中：αi——区域(某风险单元)内i类景观的比重;Sri——该类景观的风险指数；Fri——景观结构指数，表示不同景观所代表的生态系统状态，可利用景观格局指数进行叠加来构建，通过参考林扬碧[11]、郭怀成[12]、谢花林[13]等的研究，通过景观指数相关性分析，选取破碎度、分离度、分维数3个指标构建景观结构指数，计算公式为：

(3)

式中：Ci——区域内i类景观的破碎度;Si——i类景观的分离度;Fi——i类景观的分维数；Pri——景观脆弱度指数，表示不同生态系统的易损性，与生态系统在自然演替过程中所处的阶段有关。但由于本研究以人活动影响为主，在脆弱性分析中应考虑到有关的影响因素，因此，参考陈春丽[14]、彭羽[15]、刘勇[16]等有关人为影响下的景观脆弱度赋值研究，结合浐灞景观组分自身特点，对各类景观的脆弱度指数分别赋值，进行归一化处理得到各自的脆弱度指数。

1.3.4 空间化 按照研究区范围，采用1 km×1 km单元网格将研究区划分为若干个风险小区，利用景观风险指数公式计算出每个单元的景观风险指数值后，利用ArcGIS 9.3的空间分析和地统计功能，进行Kriging空间插值，将所得的实际半方差图用球状模型拟合，进而得到研究区景观风险指数空间分布图。

2 结果与分析

2.1 景观格局变化

在GIS 9.3支持下，借助Fragstas 3.3软件计算出浐灞2004—2009年，2009—2014年2个时段的各类景观指数(表1)。从表1来看，浐灞生态区成立10 a以来，区域景观多样性、均匀度增加，优势度降低，区域景观由原来农田景观控制的绝对状态变成多类型控制的城市景观，各景观组分比例间的差异缩小，分布更加均匀，景观异质化程度上升明显，生态区建设对区域景观影响明显。浐灞生态区已由原来以农田景观为主的“城郊景观”演变为“新型生态城区”，城市特有景观如居民点、街区、公园绿地、商业区、文教区、工业区等快速增长，区域景观多样性提高，景观组分分散且均匀，呈现较强的异质性，这些变化将对区域生态稳定性产生影响。

表1 浐灞生态区2004—2014年区域景观格局指数变化

2.2 生态系统服务价值分析

对研究区不同景观类型生态服务价值系数的赋值，运用公式(1)计算得到2004，2009，2014年浐灞生态区生态服务价值(表2)。由表2可以看出,2004—2014年浐灞生态区的生态服务价值增加了55%，变化比较明显的是农田、绿地和水体景观，其中农田的生态服务价值损失近65%，说明生态区大量农用地发生景观变化。而由农田转化来的绿地和水体景观生态服务价值呈大幅上升趋势，2014年全区85%以上的生态功能服务来自这2种生态景观。按照西安市第4轮修编总体规划要求，浐灞生态区作为建成区，并未将大量的农田转化为城市基础设施用地或建设用地，而是按照浐灞特有的“大水大绿”建设思路，将农田转化为生态用地，这无疑与浐灞提出的生态支撑城市系统建设的思路是相吻合的。

表2 浐灞生态区2004—2014年生态服务价值变化 万元

2.3 生态风险分析

利用公式(2)计算得到浐灞2004，2009，2014年各类型景观的景观风险指数和区域整体风险指数结果详见表3。

由表3可以看出，浐灞区域整体景观风险指数总体呈上升变化趋势，由2004年的0.285 5上升到2014年的0.354 6；整体来看，区域景观风险指数上升了21%，说明浐灞生态区建设对区域生态系统产生了一定干扰。从各景观类型生态风险势变化看，景观生态风险指数“五降三升”。居住景观、道路景观、商业文化景观、绿地景观和水体景观这5类景观风险指数降低，朝良性发展，趋于更加稳定的状态。其中，水体景观风险指数降低幅度最大，达36%；道路景观次之，降低了26%。值得注意的是，绿地景观在2004—2007年这一建设期内，景观风险指数曾上升了3%，到2009年又下降了6%，这主要因为绿地景观建设主要集中在2007—2009年这一阶段，大量新增绿地斑块，从空间上增加了绿地景观的比重，使得斑块连接概率提高，斑块聚合度更好，这与该区采取的城市景观配置原则和城市森林建设工程有较大关系，该区强调在形成区域景观风貌的基础上，所有园林工程的原生树种种植比例达到85%，并尽可能增大林地郁闭度，开展鸟类孵化招引等生物多样性保护系统工程等，并专门编制《浐灞生态区动植物资源》、《园林景观植物配置指导规范》等文件指导景观建设，确保重建的景观生态系统结构合理、自然、稳定。在2009—2014年，风险指数又迅速下降，这与该区域在此间开展2011年西安世园会、西安浐灞国家湿地公园等大规模生态项目建设，频繁占用、恢复绿地，导致绿化用地破碎化程度增加有所关联。在建景观和农田景观、工业景观3类景观风险指数上升。其中农田景观风险指数上升了37%，在建景观风险指数上升了14%，上升幅度均较大，高于研究区整体水平。研究区建设活动中，占用农田和大面积建设这两大人为行为，一定程度干扰区域景观结构和功能，使区域景观偏离稳定状态，处于潜在风险期。

表3 浐灞生态区2004—2014年区域景观风险指数变化

如图1所示，浐灞生态区的土地利用规划图对比发现景观类型的转移直接改变局部景观结构和功能，影响区域景观稳定性。景观风险指数上升的地方都是发生景观类型转移的区域，而在2004—2009年这些区域均开展大规模的生态建设或开发。根据之前的景观格局分析发现，研究区新增景观多来自农田景观转移，原本高度聚合、连接的景观被大量割裂、分离，破碎化程度上升，而道路景观更是切割沿线其他类型景观斑块，干扰和阻碍其联通，一定程度提高区域破碎化程度，使得区域景观风险指数上升。

图1 研究区2004—2014年景观风险指数空间变化

2.4 景观格局优化分析

参考景观风险指数的分析方法，对2014年的生态服务价值变化量进行空间插值，通过风险指数变化图和生态服务价值变化图叠，对区域景观格局重新厘定，确定出需要优化的区域(图2)。

由图2可以看出，低风险区与较低风险区主要集中在灞河东岸世博园区域，约占区域总面积的55%，区域现状景观风险低，生态服务价值高，应继续遵循生态优先发展战略。

较高风险区主要集中在浐灞河西侧，约占区域景观的38%，属于建设用地景观密集区，生态景观比重较低，尤其是未央湖及世博园附近的建设用地，多为农田景观转移而来，生态损失严重，建议对该区域进行景观类型优化以增强区域生态服务价值。

较高风险区为湿地公园周边，仅占区域景观的4.22%，景观连接性、破碎化严重，应加强该区域的景观绿化以及绿道网建设。

高风险区仅占区域景观的2%左右，由于大量道路建设，切割原有农田景观,大规模新增居住景观、在建景观占用农田，导致该区景观破碎化骤增，风险上升，生态服务价值低，建议对该区域实行连片生态治理以提高区域景观稳定性。

图2 研究区景观格局优化分析叠图

3 结 论

生态风险评价旨在拟合和预测区域发展带来的生态演变，为区域生态建设管理提供可量化的决策依据，从而为区域可持续发展服务。本文对浐灞生态区生态风险研究的目的在于，在未开展有效的生态监测和评价时，可对研究区开发建设、生态治理以及生态决策进行回顾衡量，提供量化的管理依据，并对今后可能存在的生态风险进行预警和管控，从而为区域可持续发展服务。在2004—2009年，2009—2014年这2个5 a建设时段，浐灞生态区各期的高风险中心均位于在建的重点生态项目周边。研究区生态风险整体呈现出，当区域景观转移正在进行时，局部景观结构复杂多样，破碎化程度较高，风险较高；但随着景观类型的完全转移和稳定，区域风险会回落到一个新的稳定状态的规律。通过对2014年研究区优化分析发现，目前研究区生态风险空间差异仍较为明显，高风险区和较高风险区主要集中在开发较为集中和频繁的地区(雁鸣湖、商贸以及湿地园区)，而低风险和较低风险区主要分布在已基本完成生态治理和开发的沿河景观带状区域，呈现出区域重点项目建设开发力度较高，人类活动干扰严重的地区生态风险高，而沿河生态带扰动较少，生态风险较低的状态。这表明研究区在生态治理和开发建设过程中秉持的“河流治理带动区域发展，生态建设支撑区域发展并反哺经济”的发展战略，以及开展“大水大绿”工程，积极利用世园会、湿地公园等生态重点项目带动周边区域经济、生态建设发展的策略是可行的，这对于其他城市区域开展生态恢复和开发建设具有一定的借鉴意义。由于浐灞生态区在前期开发建设过程中主要着眼于景观生态系统的构建和恢复，而对于城市生态系统内的资、能源循环利用、土地集约节约利用以及低影响开

发利用技术应用等都涉猎较少，建议该区随着国家生态文明先行示范区建设，依托浐灞现有优势，进一步开展再生水、污水厂尾水热能等清洁能源利用、生活垃圾分类回收、海绵城市、低碳产业发展等工作，并构建区域生态系统风险评估体系，在为区域发展提供数据基础的同时也对同类型区域的生态建设提供借鉴。

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Ecological Risk Evaluation and Management of Chanba National Ecological Civilization Demonstration District

ZHAO Dan1,2, MA Junjie1, LIU Zhe3

(1.CollegeofUrbanandEnvironmentalScience,NorthwestUniversity,Xi’an,Shaanxi710127,China; 2.TheAdministrationCommitteeofXi’anChanbaNationalEcologicalDistrict,Xi’an,Shaanxi710024,China； 3.Xi’anEnvironmentScienceInstitute,Xi’an,Shaanxi710061,China)

[Objective] To provide decision-making reference for new city construction and the urban ecological construction in western areas by assessing the consequent results of ecological risk and urban ecological risk space from landscape pattern changes. [Methods] Selecting Chanba Ecological District(abbreviated as CBE below) in Xi’an City as the research area， based on the remote sensing data of 2004, 2009, 2014, the ecological landscape pattern change and ecological service value was analyzed based on an ecological risk index system. After that, space superposition was carried out to analyze the spatial and temporal change of ecological risk. In the end, practicable measures of ecological development in the study area were presented. [Results] The regional landscape changed from agricultural landscape to multiple urban landscape. Regional landscape risk index rose by 25 %, but ecosystem service value rose by 55.5%. [Conclusion] On the guideline of eco-development strategy, many ecological projects in this region had begun to be built and will go to run in the future, though a temporal ecological risk might appeared in the construction area,regional risk will drop and get a new stable state. Policy of ecological construction is thought good for the construction and development of regional ecosystems.

land use; landscape pattern; ecological risk; risk management

2015-01-05

2016-05-28

国家自然科学基金项目“干旱区生态城镇规划与地方资源利用研究与示范”(2013BAJ03B02)

赵丹(1979—),女(汉族),陕西省汉中市人,博士研究生,高级工程师,主要从事城市生态景观及城市生态管理等方面的研究。E-mail:1516231294@qq.com。

10.13961/j.cnki.stbctb.2016.06.026

A

1000-288X(2016)06-0155-05

X24， X171.4

文献参数： 赵丹, 马俊杰, 刘哲.浐灞国家生态文明先行示范区生态风险评价与管理[J].水土保持通报，2016,36(6)：155-159.