适宜性与冲突双重约束下生态空间管制分区研究——以天津市宝坻区为例

张 磊，马 超 前*，王 艳 霞，郝 烁

(1.天津工业大学经济与管理学院，天津 300387；2.河北省科学院，河北 石家庄 050052；3.易景环境科技(天津)股份有限公司，天津 300384)

0 引言

生态空间作为生态保护功能发挥的重要载体，与生产空间和生活空间并称为“三生空间”，其是维持生态平衡、保障区域生态安全的基本空间，也是支撑生产空间和生活空间实现自身功能的前提[1]。然而，由于我国长期以经济发展和产业优化为导向，生产空间和生活空间持续快速扩张，生态空间不断受到侵占，导致生态功能破坏、生态系统退化、生态保护乏力等问题不断凸显[2-5]。随着国土空间用途管制成为国土空间规划的核心[6]，合理确定生态空间管制分区已成为维护区域生态安全的关键所在。

当前理论上关于生态空间管制分区的依据主要集中在生态要素[7]、生态功能[8]和生态格局[9]三方面，尚缺少满足国土空间规划多维需求的综合理论与方法[10]。生态空间管制分区的实践则普遍采取以“三区三线”中的生态保护红线为主要管制依据[11]，属于生态保护的安全底线，重内部特征、轻外部影响[12-14]，使生态保护格局缺少必要的缓冲空间，一旦红线遭到破坏会对生态空间造成严重影响[15-19]。随着“两山理论”和《自然生态空间用途管制办法(试行)》提出，如何为应对外部影响提供缓冲空间，切实提高对生态空间的保护能力，已成为生态空间保护的关键所在。本文综合考虑生态空间的内部适宜及外部冲突双重约束作用，选取位于京津冀生态廊道节点位置的宝坻区为研究对象，在生态保护红线的基础上，开展生态空间管制分区研究，划定多种生态管制区域类型，以提升区域生态空间保护能力，为促进三生空间协调发展提供新的技术思路。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

宝坻区位于天津市北部，京津冀腹地，总面积150 977.03 hm2，地势平坦，原生性自然资源充沛。目前宝坻区生态保护红线范围为6 317.19 hm2，占天津市生态保护红线的5.24%，重点生态保护区包括潮白新河、青龙湾固沙林自然保护区、引滦入津渠、大唐湿地、青龙湾河及尔王庄水库等(图1)。宝坻区是全国首批50个国家级生态农业试点县(区)之一，是“优质小站稻振兴计划”的重要农业生产区。

图1 2019年宝坻区土地利用现状Fig.1 Current land use map of Baodi District in 2019

依据《天津市宝坻区国民经济和社会发展第十四个五年规划纲要》和《天津市制造业“十四五”规划》，宝坻区将作为非首都功能疏解重要承接地，构建“一带三廊、一环三区、一轴双心”的城市空间格局。可见，在推进“京东黄金走廊”的整体战略布局下，如何在保障宝坻区生产空间和生活空间稳步发展的同时，确保区域生态空间的格局优化和安全管控，实现三生空间的协调发展，已成为宝坻区用地规划的关键。

1.2 数据来源与处理方法

天津市2019年1∶5万土地利用现状数据来源于地理国情监测云平台(http://www.dsac.cn/)，天津市主要道路分布图来源于中国科学院资源环境科学数据中心(http://www.resdc.cn/)，1∶1万土壤盐渍化图来源于天津市地质调查中心，1∶5万活动断裂带图和地震烈度等级图来源于天津市地震局，宝坻区生态保护红线分布图来源于天津市生态环境局；生态服务功能价值数据由InVEST模型计算得到；属性数据以人口数据为主，来源于2019年《宝坻区统计年鉴》和天津市政府发布的第7次人口普查数据。

本文基于土地利用主导功能视角[20]，通过合理归并现有土地利用现状数据(表1)，划分研究区三生空间(图2)。基于ArcGIS平台对土壤盐渍化、活动断裂带和地震烈度等级数据进行矢量化处理。基于30 m×30 m栅格评价单元，对所有数据进行栅格化处理，为后续空间叠加奠定基础。

图2 2019年宝坻区三生空间分布Fig.2 Production-living-ecological space of Baodi District in 2019

表1 宝坻区三生空间划定依据Table 1 Basis for delimitation of production-living-ecological space in Baodi District

2 研究方法

本文通过识别生态空间的内部稳定力与外部压力关系，开展基于适宜性和冲突的内外部双重约束的空间分异分析，建立生态空间管制分区模型，确定生态空间管制分区，制定不同区域的管控政策，为生态保护红线增加必要的韧性空间，从而确保生产、生活活动远离生态安全底线，切实提升生态空间保护能力，进而为国土空间协调发展和区域生态安全提出建议和保障措施(图3)。

图3 生态空间管制分区机理Fig.3 Ecological space regulation zoning mechanism

2.1 生态适宜性评价指标体系

(1)指标选取和权重确定。基于准确、可行、稳定等原则，参考文献[21-23]并结合宝坻区“三生空间”土地开发利用、水资源稀缺、人口压力及地质活动等因素，从生态空间的稳定性、敏感性、干扰性和价值性四方面构建宝坻区生态空间适宜性评价指标体系(表2)。考虑到各指标对生态适宜性的影响程度不同[24,25]，对指标采用25、50、75、100分4级得分标准,分别表示某指标在生态适宜性评价中的得分，指标权重采用德尔菲法确定(表3)。

表2 宝坻区生态空间适宜性评价指标体系Table 2 Evaluation index system of ecological space suitability in Baodi District

表3 生态适宜性评价指标评分依据Table 3 Scoring basis of ecological suitability evaluation indexes

(2)适宜性等级确定。借助GIS平台将单因子指标栅格化(30 m×30 m)后加权叠加，再运用自然断点法将研究区域划分为不适宜区、低度适宜区、中度适宜区、高度适宜区4个等级。计算公式如下：

(1)

式中：S为研究单元生态适宜性总得分；Wi、Vi分别为第i个评价指标的权重和得分；n为指标总数。

2.2 生态空间冲突测度模型

空间冲突的产生是由于空间资源稀缺而导致的空间资源竞争与分配过程中形成的对立现象。由于利益分配不均，土地在提供空间稀缺性的同时，也将自身暴露于空间争夺之中。参考现有空间冲突研究[17,26]，基于景观格局分析方法从空间驱动力、空间脆弱性和空间稳定性三方面构建生态空间冲突测度模型(表4)。以30 m×30 m栅格为研究单元，借鉴冲突的“倒U形”曲线模型[16]，结合生态空间冲突指数累积频率曲线分布特征和自然断点法，将研究区域划分为潜在冲突、低度冲突、中度冲突、高度冲突4种类型。

表4 生态空间冲突指标体系Table 4 Index system of ecological space conflict

2.3 生态空间管制分区模型

生态适宜性是对生态空间内部生态条件的刻画，是生态空间管制的初次约束，而空间冲突则是借助空间的相互作用对生态空间外部条件的表征，对生态空间管制进行二次约束。生态空间内外部的协调稳定，有利于提高空间韧性，保障区域生态安全，从而为底线思维下的生态保护红线增加“防护网”。据此，本文选择将生态适宜性和空间冲突的双重约束与土地利用现状结合的方法，借助三维坐标系进行空间叠加分析，进而构建互斥矩阵确定分区单元，在此基础上依据各个单元所处的位置和原则进行生态空间管制分区。

为保障分区的准确性，减少非生态空间对生态空间管制分区的干扰，本文将土地利用现状划分为生态用地和非生态用地分别进行互斥矩阵构建(表5、表6)。分别针对现状生态用地和现状非生态用地，借助互斥矩阵的组合关系构建出16个分区基本单元。以“生态适宜为基础，减小冲突为导向”，遵循“区内相似，区间差异”原则，将32个基本分区单元转化为稳定型生态区(维持现状区域)、保护型生态区(涵养提升区域)、管控型生态区(易受侵占区域)、修复型生态区(生态挖潜区域)、后备生态区(生态储备区域)和非生态区(不宜发展生态区域)6类分区(表7)。

表5 生态适宜性—空间冲突互斥矩阵(现状生态用地)Table 5 Mutually exclusive matrix of ecological suitability-space conflict(ecological land)

表6 生态适宜性—空间冲突互斥矩阵(现状非生态用地)Table 6 Mutually exclusive matrix of ecological suitability-space conflict(non-ecological land)

表7 生态空间管制分区依据Table 7 Regulation zoning basis for ecological space

3 结果与分析

3.1 内部约束条件分析

内部约束条件以现状用地的生态适宜性表征。在宝坻区生态适宜性分区(图4)中，高度适宜区占9.6%，主要分布在生态本底较好、空间利用类型单一的区域；中度适宜区占35.57%，多集中在距河流、林地稍远且土地利用类别较少的区域；低度适宜区占36.65%，多分布在建设用地和耕地周围；不适宜区占18.18%，多以近城镇耕地和建设用地为主。通过与宝坻区现有生态空间对比可以看出，现有生态空间的北部林带并未落入高生态适宜区，该林带属于高速林带，并未生成完善的森林生态系统，说明路网绿廊的生态廊道功能有待提升。同时，在宝平街道、方家庄镇以及周良街道等出现明显由高生态适宜性骤变为不适宜现象，说明骤变区域缺乏一定的生态缓冲空间，不利于区域生态系统维持稳定，生态安全存在隐患。

图4 宝坻区现状用地生态适宜性分区Fig.4 Ecological suitability zoning based on land use in Baodi District

3.2 外部约束条件分析

外部约束条件以现状用地的空间冲突等级表征。宝坻区现状用地的空间冲突等级分区(图5)中，近79.49%的现状用地未出现较明显的空间冲突，高度冲突区主要分布在人口集中、空间利用复杂的城镇和农村居民点地区，中度冲突区约占11.59%，散布于高度冲突区与潜在冲突区之间。朝霞街道、宝平街道和周良街道人口较为集中，不合理的土地利用方式进一步加速了空间冲突的爆发。北部的林带和宝平街道附近的河流位于高度冲突区，说明生态用地占用风险较高，存在加剧扩散趋势，不利于林带和河流的生态保护。综上，宝坻区的空间冲突程度较低，相邻空间的差异程度以及人类干扰程度是影响冲突程度的主要因素，因此，限制高冲突区域的扩散和减少对生态空间的干扰将是宝坻区未来规划的重点。

图5 宝坻区现状用地空间冲突等级分区Fig.5 Spatial conflict classification based on land use in Baodi District

3.3 生态空间管制分区分析

借助ArcGIS平台，结合表7的管制分区依据，通过互斥矩阵叠加分析将宝坻区划分为稳定型生态区、保护型生态区、管控型生态区、修复型生态区、后备生态区和非生态区(图6)。宝坻区稳定型生态区面积为7 726.40 hm2，主要集中在中部的河流水系；保护型生态区面积为6 900.69 hm2，主要分布在北部、西部、南部的林地及部分河道；管控型生态区面积为306.68 hm2，主要分布在生态空间与生产、生活空间的交界处；修复型生态区面积为3 322.30 hm2，主要分布在交通沿线及其周围的林带和草地；后备生态区面积为55 172.88 hm2，主要分布在集中连片的中东部农用地；非生态区面积为77 357.55 hm2，主要分布在西北部，以非生态空间聚集区为主。

图6 生态空间管制分区及生态保护红线比较Fig.6 Contrast between the ecological space regulation zone and the ecological protection red line

为判断生态空间对于生态保护红线的韧性补充关系，将生态空间管制分区与现行生态保护红线相对比，宝坻区生态保护红线落在稳定型生态区的面积最大，达到红线总面积的71.64%，说明宝坻区生态保护红线划定与稳定型生态区分布具有一致性，二者相互支撑能够有效确保此类生态空间功能稳定、不受破坏。但多数生态保护红线与后备生态区和非生态区毗邻，其间缺少必要的韧性空间作为缓冲隔离区，一旦生态保护红线难以抵挡来自生产、生活空间的影响，则会造成底线失守。此外，目前宝坻区仍有41.95%的稳定型生态区未纳入生态保护红线，该部分主要集中在黄庄洼湿地，该湿地具有较好的生态功能且外部冲突较低，该部分稳定型生态区将与周边农业生产空间进行生态共建，打造宝坻区生态稻田主产区，推动生态空间与农业生产空间的和谐共生。

同时，本文结合生态空间各管制分区特点制定具有分区特色的解决方案(表8)，以保障分区的平稳健康发展。通过管制分区方案实现生态空间各分区之间相互协调、约束，使得生态空间能更适应其余国土空间所带来的变化和干扰，从而提升生态空间的韧性，实现生态空间的精准管控，进而保障区域生态安全。

表8 生态空间管制分区方案Table 8 Scheme of ecological space regulation zoning

4 结论与讨论

本文提出适宜性与冲突双重约束下的空间管制分区方法，相比现有空间分区[26,27,29-31]研究，体现出较好的政策一致性和方法科学性。在适宜性与冲突双重约束下，宝坻区生态安全空间分异明显，其中在生态适宜性由高至低的骤变区域、高适宜性与高冲突性重叠区，由于缺乏必要的韧性空间作为缓冲区，是宝坻区生态占用和安全风险的主要发生区，也是未来宝坻区生态修复和管控的重点区域。宝坻区设有6 317.19 hm2的生态保护红线，其中71.64%落在稳定型生态区，从规模上看基本能够有效确保此类生态空间功能稳定、不受破坏；但从空间分布看，多数生态保护红线与后备生态区或非生态区直接相邻，缺少必要的缓冲隔离区，易出现底线失守风险。通过划定稳定型生态区、保护型生态区、管控型生态区、修复型生态区、后备生态区和非生态区6类生态管制空间，有利于落实生态空间分区管制制度、缓解空间冲突、增加生态空间韧性、提升生态空间保护整体水平，同时为未来宝坻区生态保护红线调整和成效评估提供借鉴。

本文的生态空间管制分区与生态保护红线并非替代关系，“生态空间管制分区+生态保护红线”将作为未来生态空间保护的新模式，为划定生态缓冲空间、协调三生用地格局关系提供技术支持，也将为区域国土空间规划、全域综合整治与生态修复提供新的规划思路。但文中空间冲突分析基于现状数据，仅考虑了空间形状和现状类型，不能较好地诠释三生空间冲突的动态性和集体效应，今后将进一步完善指标体系，并探索引入演化博弈模型和机器学习以加强空间冲突测度模拟的动态性和科学性。