基于多种生态分析的生态空间格局构建和研究<br/>——以长治“双修”为例

基于多种生态分析的生态空间格局构建和研究
——以长治“双修”为例

2020-05-20孙道成杨立

国土与自然资源研究 2020年3期

孙道成，杨立

（中规院（北京）规划设计公司，北京100044）

引言

随着经济发展和城市扩展，生态环境可能导致被破坏。十九大提出，核心矛盾在于人民日益增长的美好生活需求与不平衡不充分发展之间的矛盾，因此随着人口的增长和人们消费需求的增加，迫切需要发展经济，改善人民生活。第十三届全国人民代表大会上习总书记提出要以更大的力度推进生态文明建设，加快形成绿色生产方式和生活方式，着力解决突出环境问题，使我们的国家天更蓝、山更绿、水更清、环境更优美，让绿水青山就是金山银山的理念在祖国大地上更加充分的展示出来。因此，在区域开发建设前，综合评价拟建开发建设区的生态环境条件，在区域土地配置和空间分区规划的基础上，对区域可持续发展和生态环境管理起到基础性的作用。

城市生态空间部分规划存在误区，导致其生态功能不足，主要体现在以下几方面：生态空间在城市规划中以附庸存在，得不到应有的重视；较少考虑与区域生态基底的联系，导致城市生态空间与区域格局相对孤立[1]；山体侵占，自然河流硬化，湖区、沼泽地等自然生态区域存在过度开发现象[2]；规划中忽视对生态格局建设的关注，生态廊道建设不足，生态破碎的现象较为严重[3]。城市生态空间规划对于优化城市生态环境极为重要，针对目前规划存在的误区，提出生态规划的策略更加具有紧迫性。

基于现实需求和现状问题的双重驱动，本文依据“斑块—廊道—空间”的模式重新认识生态结构，构建生态空间。其中，生态廊道作为一种生态空间结构模式，并且是连接斑块与斑块间的重要桥梁，其核心思想是优化生态结构、提升生态服务功能和构建健康生态支持系统[4]。可通过综合运用GIS等分析工具，通过生态斑块识别、生态廊道构建和生态空间分级实现优化生态空间[5，6]。同时，立足“生态—农业—建设”管控思维[7]，构建生态空间格局，以空间形式解构空间边界管治，通过形成相统一的空间观实施生态空间管治。最终形成以生态空间为引导的“空间评价—格局构建—空间管控”框架来探索生态空间格局。

1 数据来源及研究方法

文中以长治“一城四区”为例，通过对生态破碎度和敏感性分析，探索廊道构建，最后构建分级生态空间，并提出管控要求。

1.1 生态破碎度分析

生态破碎度分析是基于景观形状破碎化指数（FN）方法进行计算。该方法主要使用有效粒度尺寸来反映景观面积权重和结构上的差异性特征，该指数融合了生态过程与空间格局，可以更为综合、客观地表征破碎化状况[8]。有效粒度尺寸越小，破碎化程度就越高。计算公式表示为：

式中，m表示景观i的有效粒度尺寸，n为景观i中非破碎斑块的数量，a2ij表示斑块ij的面积，A为景观总面积。该指标等于某一斑块类型中所有斑块面积的平方和除以总面积，然后除以10000转化为hm2。

1.2 生态敏感性分析

生态敏感性分析的核心工作是评价指标体系的构建，指标体系的建立没有统一的规范标准，需要充分考虑区域的实际情况。本研究借鉴已有的研究成果[9-12]，结合长治市区域特点，并遵循代表性、综合性、区域完整性、资料完备性、可操作性等原则，集“地”、“水”、“林”、“人”、“生物”五方面，选取地形地貌、土地利用、生物栖息地、流域水系、抗震安全、林地保护、水源保护地和生态红线等9个因素作为生态敏感性的评价因子，以此进行定量评价，详见表1。

其中生物阻力指数选取最小累积阻力面模型（Minimum Cumulative Resistance，MCR）模拟生物物种在空间运动过程中所受的阻碍，这一模型主要考虑生态源地、距离和阻力因子（或称空间介面）三个方面的特征因素[13]。

1.3 廊道构建

从空间结构上看，生态廊道主要是由纵横交错的廊道构建的生态网络体系，使生态系统基本空间格局呈整体性、系统内部呈高度关联性，具有保护生物多样性、过滤污染物、防止水土流失、防风固沙、调控洪水等生态服务功能，是环境安全的生态屏障，也是重要的生态源地，是解决当前人类剧烈活动造成的生态系统、单元破碎化以及随之而来的众多生态环境问题的重要措施，是深化治水、治霾等工作的新战场。结合长治市区域特点，本案例中构建区域交通生态廊道、河流绿廊、避震廊道和生物迁徙廊道。

区域交通生态廊道将城市与城市间分散孤立的生态空间结构要素联系起来，构筑形成区域网络状生态空间格局，维护区域生态系统的稳定和健康。根据上位规划要求区域交通生态廊道构建要求见表2。

表1 生态敏感性因子及其分级

河流绿廊为加强主要河流水系的保护，在河流廊道两侧建设大尺度绿色空间，进一步提升河流水系水源涵养和水土保持功能。根据上位规划要求河流绿廊构建要求见表3。

区内地震断裂带较多，地震风险较高，断裂带以前第四系断裂、晚更新世断裂、中更新世断裂为主。避震廊道根据断裂带两侧各200米设置为地震避让空间，加强管控。

生物迁徙廊道是连接生物栖息地和其他生态结构要素的重要纽带，是连接生物栖息地和外围生态空间以构成区域大网络化生态空间格局的重要基础。生物迁徙廊道构建方法根据用图论中最短路算法思想和ArcGIS的空间分析功能，对生境中动物迁徙廊道的识别与构建[14]。构建三级生物迁徙廊道，形成区域生物迁徙网络。规划一级生物迁徙廊道控制宽度500米，二级生物迁徙廊道控制宽度200米，三级生物迁徙廊道控制宽度80米。

1.4 数据来源

研究区位于山西省的东南部，长治市的中部（图1）。研究区由长治市的潞州区、屯留区、上党区和潞城区组成，总国土面积约2630km2。研究区域形态为南北向的“T”形，东部毗邻为太行山区、西部接近太岳山区，中部区域为上党盆地。

数据来源为：（1）土地利用现状图、基本农田分布图、湿地和森林公园边界、地貌和路网等由地方政府部门提供。（2）DEM数据（30m分辨率）由地理空间数据云（http://www.gscloud.cn/）下载得到，利用 ArcGIS提取得到坡度数据。

2 分析结果

2.1 生态破碎度分析结果

使用生态形状破碎指数方法（FN）对研究区域内的生态破损度进行计算，结果见图2。结果显示：（1）面积越大、连续成片的生态斑块对生态系统的调节作用越强，也越稳定，更加应在城乡建设中得到保护；（2）建设用地无序扩张，导致生态斑块破碎加剧，生态空间交流不畅，各个生态斑块之间的有效联系大大降低，生态系统的稳定性遭到破坏，需要通过构建廊道将破碎生态斑块进行连通。

2.2 生态敏感性分析结果

对地形地貌、土地利用、生物栖息地、流域水系、抗震安全、林地保护、水源保护地和生态红线等9个因素作为生态敏感性分析。生态环境敏感性因子结果见图3。

德尔菲法与层次分析法相结合的方法（简记Delphi-AHP法）常用于多属性综合评价问题中的权重确定，其特点是结合二者优势，用定性与定量相结合的方法将复杂问题系统化、层次化，充分反映专家经验判断，目前许多文献采用该方法分析实际问题[15-18]。本案例基于Delphi-AHP评价指标体系进行综合生态敏感性分析，权重计算结果见表4。生态保护区敏感性使用表4权重进行叠加分析计算。

表2 区域交通生态廊道构建要求

表3 河流绿廊构建要求

图1 研究区示意图

图2 生态破损度

生态保护区敏感性评价分析结果显示：水系水面以及河滨岸带生态敏感性较高，浊漳河、漳河南源和漳泽水库生态敏感性极高；老顶山区域，潞城区、屯留区和上党区山地区域生态敏感性极高；水源保护区和生物栖息地生态敏感性较高；中度敏感区主要位于现状建成区域和山体水系之间，主要包括农业用地、草地和其他用地等；现状建成区域敏感性较弱（见图4）。

图3 生态敏感因子图

极敏感、高度敏感和中度敏感占比54.54%，研究区域内生态系统较为脆弱（见表5）。

2.3 廊道构建结果

对研究区内的区域交通生态廊道、河流绿廊、避震廊道和生物迁徙廊道进行构建，结果见图5。

3 生态空间格局构建

3.1 本底生态空间构建

本底生态空间是确定生态用地空间布局和区域城镇发展方向的重要参数。以生态敏感性分析为依据，从分析结果可以得出：从生态服务功能和地形敏感性角度考虑，山体林地地区应考虑严格保护，担负着防治水土流失和保护生物多样性的生态功能，生态定位非常重要。主要河流水面、滨河岸带和蓄滞洪区具有涵养水资源、防治水土流失和保护优势林木资源等功能，区域内河流水面、沿河绿带和蓄滞洪区应重点考虑。林地、湿地和草地具有防止土壤侵蚀、恢复水源涵养的功能，并且是生物栖息地的重要构成，应给与重要的生态定位。地震断裂带避让区具有较好的生态建设基础，生态定位重要。基于国土数据库，根据各生态要素敏感性分析结果，构建一级、二级和三级生态空间（见图6）。

表4 权重计算结果

表5 生态敏感性评价计算结果

基于“生态优先、建设最后”的排序，按照叠加区域生态资源、自然地理和生态安全现状条件，获得本底型生态空间要素的综合叠加结果（见图7）。

分析结果表明，一级生态空间占总面积的8.44%；二级生态空间占比21.08%；三级生态空间占比18.93%；农业空间占比37.27%；城市建设空间占比14.27%。整体来看，一级生态空间、二级生态空间和三级生态空间占区域面积比例为48.45%。通过3.1节分析结果显示生态破碎度较高，需要构建生态空间格局。