国土空间规划背景下市县生态保护重要性评价实践探索——以武汉市江夏区为例

罗巧灵 马 杰 郑振华 郑 金

人类频繁的活动和城市飞速的扩张伴随着自然资源的过度利用和生态系统的受损退化，导致生态环境问题日渐增加、日趋严重，因此协调人类与自然的关系变得极为重要[1-2]。生态保护重要性标志着某个地区对维护区域生态安全的重要程度，生态保护重要性评价的实质是在空间上明晰生态保护的重要区域，优化生态保护重要性评价可以更好地保护生态空间，推动人与自然和谐共处[3]。

1 “双评价”指南中市县生态保护重要性评价的局限

生态保护重要性是表征区域生态系统结构和功能重要性程度的综合指标，包括生态系统服务功能重要性和生态敏感性。早在1969年，Mc Harg就在《设计结合自然》一书中提出了生态敏感性分析模型[4]。1970年联合国大会上发表的《人类对全球环境的影响》中首次提出生态系统服务的概念。1997年Costanza等[5]把生态系统服务功能细化后转换为货币形式进行生态系统服务价值计算，这一概念与方法迅速引起了国内外学者的关注。2000年欧阳志云等[6]首次提出生态敏感性的概念，开启了国内生态敏感性研究的序幕。2003年谢高地等[7]在Costanza等的研究基础上，结合我国实际情况制定出基于单位面积的中国陆地生态系统服务价值表，极大地推动了我国生态系统服务价值的相关研究。生态系统服务和生态敏感性的研究积累至21世纪初，综合两者的生态保护重要性研究应运而生[8]。近年来，生态保护重要性评价研究快速增加，整体上分3个方向：一是丰富不同尺度和区域的评价体系，以省[9]、市[10]级别的评价为基础，拓展对湿地[11]、县域[12]、怒江流域[3]、西南地区[13]、东北山地区[14]等区域进行研究；二是评价体系中增加外部因素对生态的影响，如李云等[15]引入“空间冲突指数”来反映人类活动干扰，杨昔等[1]将人类活动与经济发展视为生态保护的“压力”；三是基于生态保护重要性评价的应用研究，包括生态空间识别[10]、生态安全格局构建[16-18]、生态保护红线划定[19-20]、生态功能分区[21-23]等。

资源环境承载能力评价和国土空间开发适宜性评价(以下简称“双评价”)作为国土空间规划编制的基础性工作，是优化国土空间开发保护格局、完善主体功能定位，划定生态保护红线、永久基本农田、城镇开发边界，确定用地用海等规划指标的参考依据。然而，“双评价”指南中的生态保护重要性评价的方法在市县评价实践中存在一定局限，主要表现在以下几个方面。

1)评价指标主要针对省级尺度，缺乏针对市县地域特征的补充评价指标。虽然指南中提出市县评价时，可在省级评价结果基础上，根据更高精度数据和实地调查结果进行边界校核，并可结合重要地下水补给、洪水调蓄、河(湖)岸防护、自然遗迹、自然景观进行补充评价和修正，但是具体评价指标如何结合市县尺度和地域特征进行选择，指南并未给出相应的指引。

2)部分指标评价方法的优化与补充。一是部分指标的评价方法有待在市县尺度上进一步补充完善，如指南提出按照“生态系统、物种和遗传资源”3个层次进行生物多样性维护功能评价，但是由于各地生物多样性调查普遍滞后，导致部分层面尤其是物种层次在实践时缺乏有效的数据支撑。二是对于市县尺度新增的评价指标，需要探索相应的评价方法。

3)对初步评价结果的修正方式不够明确。指南提出可对单项评价结果结合相关规划及专项成果进行修正，但是如何修正，目前尚未有明确的做法。

因此，本文将以“双评价”指南为基础，从市县尺度的生态保护重要性评价着手，试构建层次清晰、结构完整的基于地域特征的生态保护重要性评价体系，并以武汉市江夏区为例，以期揭示城市生态保护重要性空间格局，为城市后续自然资源开发利用、生态保护政策制定提供理论依据，也为其他类似尺度的生态保护重要性研究和应用提供参考借鉴。

2 生态保护重要性评价技术路线与方法

2.1 地域特征分析

基于文献[10，12，16]、《生态保护红线划定指南》和“双评价”指南，将地域特征分析分为“维度-要素-表征”3个层次(图1)，从气候气象、自然要素、生物资源、土壤地质和风险灾害5个维度切入，每个维度包含不同的要素，每个要素又有不同的内容表征。全面细致的整合梳理研究区域的地域特征，为后续评价的进行奠定坚实的基础。

图1 地域特征分析“维度-要素-表征”层次图

2.2 生态保护重要性评价指标选择与方法构建

生态系统服务功能是指生态系统及其生态过程所形成与维持的人类赖以生存发展的自然环境条件与效用[3]。生态系统服务功能的分类体系在国内研究中影响力较大、认可度较高的包括Costanza等[5]、千年生态系统评估、谢高地等[24]提出的分类方法。这些分类是对生态系统的供给服务、调节服务、支持服务和文化服务的整体性阐述，实际基于面向确定空间分布格局的生态保护重要性评价应用中更倾向于关注调节功能与支持功能的评价[13-16]。

生态敏感性是指生态系统对区域中各种自然和人类活动的敏感程度[3]。目前，生态敏感性的评价指标没有普遍适用的分类，而是根据地域特征选择相应的指标进行评价。如翟端强等[25]选择自然要素敏感性、社会经济要素敏感性和生态安全要素敏感性评价浏阳市生态敏感性；张嫣等[26]叠加湿地敏感性、植被敏感性、景观要素敏感性3项得到生态敏感区并纳入湿地保护范围。

综上，在实际应用导向下，以“双评价”指南中生态保护重要性评价指标为基础指标，再结合区域的实际特点，增加如气候调节、洪水调蓄等功能指标和地质灾害、森林火灾等敏感性指标，参考文献[1-3，13-15]构建对应关系(图2)。在选定指标后针对每个指标采用合适的评价方法进行评价，部分指标具体评价方法见下文武汉市江夏区案例。

图2 地域特征与评价指标对应关系图

2.3 生态保护重要性评价结果初判

首先，应进行生态保护重要性的单项评价。然后，根据“双评价”指南将功能高度重要和高敏感区域设为生态保护极重要等级，功能较高重要和较高敏感区域设为生态保护重要等级，其他区域设为生态保护一般等级。最后，采用最大值法叠加得到生态保护重要性等级的初判结果。计算公式如下：

式中，EPIi为i空间单元上的生态保护重要性初判等级，Cni和Dni分别为i空间单元上第n项敏感性和服务功能重要性的生态保护重要性等级。

2.4 生态保护重要性评价结果修正

2.4.1 修正内容

1)政策性生态保护线：是指现状已经划定的各类生态保护线，如生态保护红线、蓝线等，它们一般是区域内具有特殊重要生态功能、必须强制性严格保护的区域[19]；

2)自然保护地：是指一个明确界定的地理空间，通过法律或其他有效方式获得认可、承诺和管理，以实现对自然资源及其所拥有的生态系统服务和文化价值的长期保育[27]，包括国家公园、自然保护区与自然公园三大类[28]；

3)重要自然要素：包括原真性、完整性较高的山体、水体、林地、草地、湿地和灌丛等本底要素。

2.4.2 修正级别

生态保护极重要区是划定生态保护红线的空间基础，应将关键生态空间纳入其中。生态保护重要区的功能重要性和敏感性略低于极重要区，往往是极重要区与外围空间的缓冲区域。考虑到修正内容中存在这样一类空间，其开发建设受到生态因素的限制，但是对于生产生活建设活动也有一定的包容性，如森林公园中的居民生活区，因此为了分级保护与管控精细化，在重要与一般间增加较重要等级。自然保护地优先以管控分区确定分级，无管控分区则依据功能分区分级。确定修正内容与修正等级后，采用最大值法进行结果修正(图3)。

图3 生态保护重要性初判结果修正内容分级图

3 生态保护重要性评价实证分析

3.1 研究区域现状特征

江夏区位于湖北省武汉市长江南岸，地处江汉平原向鄂南丘陵过渡地段，区内山体127座，主要呈东西向带状横刻在区境北部。行政区划包括纸坊、金口、金水等11个街道以及梁子湖风景区、江夏经济技术开发区，总面积1 650km2。截至2020年，江夏区常住人口98.7万人，GDP为842.04亿元。

江夏区水域面积540km2，是被誉为“百湖之市”的武汉市水域面积最大的行政区。大面积的水湿生境使得江夏区生物资源丰富，尤其是鸟类物种。区内国家一级保护动物3种(鸟类3种)，国家二级保护动物23种(鸟类20种)，国家二级保护植物4种(水生3种)，而为保护水湿生境，设立了湿地公园3处、湿地自然保护区1处及水产种质资源保护区1处。

江夏区属中亚热带向北亚热带过渡的湿润性季风型气候，多年平均降水量为1 277.1mm，且降水多集中于6—8月，因而存在内涝和水土流失风险。根据与江夏区水利局的交流沟通，鲁湖位于江夏区三大水系(汤逊湖水系、斧头湖水系和梁子湖水系)中的斧头湖水系，还位于湖北省十二大蓄滞洪区之一的西凉湖蓄滞洪区核心段，是防洪与内涝防控的重点区域。尽管区内主要土类(水稻土733km2、红壤560km2)可蚀性中等，但《2018年江夏区水土保持公报》显示2017年水土流失面积185.5km2，2018年流失面积增加43.3km2。

3.2 数据来源与处理

研究数据分为矢量数据、栅格数据和统计数据3类。

矢量数据包括武汉市土地利用和城市空间规划研究中心(以下简称“地空中心”)提供的土地利用、行政界线等数据；江夏区园林局提供的森林公园、湿地公园等数据。

栅格数据包括地空提供的DEM数据；地理空间数据云(http://www.gscloud.cn/)网站下载的Landsat 8遥感影像。

统计数据包括中国观鸟技术中心(http://www.birdreport.cn/)下载的江夏区鸟类观测报告289份(有效报告156份)，时间为2015年3月—2020年10月；国家气象科学数据中心(http://data.cma.cn/)下载的江夏、通山、黄石、麻城、嘉鱼、阳新站点2013—2019年的气象数据；地空中心及江夏区水务和湖泊局提供的统计年鉴等。

所有空间数据统一采用2000国家大地坐标系(CGCS2000)，栅格数据采用30m×30m的计算精度。

3.3 江夏区生态保护重要性评价指标与方法选择

基于已构建的地域特征与评价指标间的对应关系，根据上文对江夏区地域特征的整理描述，选择水源涵养功能(以下简称“WC”)、水土保持功能(以下简称“WSC”)、生物多样性维护功能(以下简称“BM”)和水土流失敏感性(以下简称“SES”)4项指标，并增加内涝风险(以下简称“WR”)指标。

WC、WSC及SES指标参考“双评价”指南进行计算。

“双评价”指南在生态系统、物种和遗传资源3个层次主要通过定性方法评价BM重要性，优点是简练快捷，但是需要大量翔实准确的生物多样性调查数据支撑。江夏区生物资源丰富，但分布数据支撑不足，为了更好地保持与提升BM，定性、定量结合对3个层次进行评价后通过最大值法叠加得到江夏区BM评价结果(表1)。生境是生物的生存环境空间，它为生物完成生活史过程提供需要的所有生物与非生物需求，是物种生存繁衍的基础保障[29]。生境适宜性模型在探索生物与环境间关系的基础上，可以良好地评估生境质量，进而预测生物潜在栖息地，在生物多样性研究领域被广泛采用[30-31]。由于鸟类的个体生物学被研究得较为透彻，且相对容易观察和识别，加之高度流动和环境敏感的特性，近年来国内外部分城市生物多样性及景观生态学研究选择鸟类作为生物多样性指示物种[32-35]，考虑到研究区内国家级保护动物基本都是鸟类，这种方法在江夏更为有效适用，因此物种层次通过量化观鸟记录数据，计算鸟类丰度、鸟类丰富度和鸟类多样性3个指标来测度物种多样性。遗传资源层次采用已划定的种质资源主要天然分布区域，如水产种质资源保护区、水产原良种场、畜禽遗传资源保护区等。

表1 BM重要性评价方法

本文采用Infoworks ICM水动力模型评估WR，其将自然环境和人工构筑环境下的水力水文特征完整融合，更为真实地模拟地下排水管网与地表收纳水体之间的相互作用，为预测评估城市洪涝灾害提供了有效技术支持。水动力模型通过暴雨计算、地面产流、地面汇流、管网汇流4个模块模拟地面径流形成和排放的过程(图4)，首先将降雨量按比例分解到24h模拟降雨事件；其次采用霍顿下渗公式量化雨水在不同土地利用类型下因植物截留、洼蓄、下渗等所造成的损失量；然后通过DEM数据计算其余雨水沿地表流动汇集到排水系统各个节点的量；最后比较排水设施排水能力和汇集水量获得模拟结果。

图4 Infoworks ICM水动力模型运行逻辑框架

由于江夏区风险灾害中WR的关键区域在鲁湖，故将鲁湖流域作为WR评价范围。分别进行重现期为20和50年的暴雨下内涝积水模拟，重现期为20年的内涝高风险区为高敏感区，重现期为50年的内涝高风险区为较高敏感区。

3.4 江夏区生态保护重要性综合评价及结果初判

江夏区单项指标评价结果如图5，高度重要与高敏感区域面积从大到小分别为WC(72.2 km2)、BM(30.6 km2)、WSC(9.5km2)、WR和SES；较高重要与较高敏感区域面积从大到小分别为BM(434.0km2)、WC(44.9km2)、WSC(27.0km2)、WR和SES。大量生态用地发挥着重要的水源涵养功能和生物多样性维护功能，这与江夏区自然资源与生物资源多样丰富的特征相呼应；水土保持功能和水土流失敏感性较高级别区域分布与山体几乎一致，良好体现了江夏区山体横贯的地貌特征。江夏区初判结果显示(图5)，生态保护极重要与重要区域面积分别为315.0和279.1km2，占总面积的19.1%和16.9%。

图5 江夏区生态保护重要性评价及修正图

3.5 江夏区生态保护重要性修正结果与分析

江夏区政策性生态保护线包括生态保护红线、湖泊蓝线、湖泊绿线与山体保护线；自然保护地包括湿地自然保护区、湿地公园、森林公园和水产种质资源保护区；重要自然要素包括山体和水体，水体包括湖泊和江河。根据表2确定修正等级。

表2 江夏区修正内容分级判定表

修正后(图5)，江夏区生态保护极重要、重要与较重要区域面积分别为564.5、220.0和194.9km2，占总面积的34.2%、13.3%和11.8%。生态保护极重要区域应引导以生态保育为主，除必要国家级公益性设施与重要建设项目外禁止任何建设活动；重要区域应引导以生态旅游为主，除极重要区域允许建设内容外，还可建设少量生态旅游、生态教育等相关内容；较重要区域应引导以生态农业为主，除重要区域允许建设内容外，还可允许符合规划要求的农业生产、农村生活和服务设施以及必要的公益性服务设施建设。

4 结论与讨论

本文探索了国土空间规划背景下市县生态保护重要性评价方法，并以武汉市江夏区为例验证此方法具有可行性。该方法具有如下特点。1)相较于“双评价”指南中主要针对省级尺度的生态保护重要性评价指标，本文针对市县尺度的框架以“特”为目标，根据区域的地域特征增减指标，使其更好地体现区域特色。2)针对市县尺度生物多样性维护和内涝风险探索其评价方法，为缺少详细的物种分布数据的区域物种层次生物多样性维护功能评价提供了思路，并为可能存在内涝风险的城市评估预测不同降雨事件下的内涝风险提供了可操作的方法。3)“双评价”指南中的基础指标大多不涉及(如水源涵养)或不针对(如生物多样性维护)水域进行定量评价，无法完全准确地反映江夏区水体的生态保护重要性，考虑到目前水体的定量研究往往存在数据要求量大且不易获取、水体质量的干扰因素过多导致不同研究结果间的通用性难以保证等问题，因此对于水域占比高的区域，尤其是水网密布的长江中下游地区，更有必要对生态保护重要性评价结果进行修正。4)“双评价”指南中通过生态保护重要性评价识别极重要与重要2个等级的区域进行保护，在修正时发现2个等级对于精细化推进落实生态保护和修复仍显不足，增加较重要级对于平衡生态保护和城市建设具有重要意义。

本次研究亦存在不足之处。内涝风险评价只有泵站数据，而无排水管网数据，尽管鲁湖流域位于农业生态区，排水管网建设不发达，但缺乏此数据仍导致地表径流模拟的精度下降。此外，本文使用具有算法维度科学性与合理性的自然间断点分级法对鸟类群落多样性3个指标进行分级，但是生态意义并不明确。生态保护重要性评价随着国土空间规划体系的确立备受学界瞩目。未来，应秉持地域性、保护性、可操作性等原则，在明确生态保护重要性的构成内涵和影响因素的基础上，结合中国各典型区域的生态问题和生态服务，定性与定量方法结合地探索优化不同尺度适宜的评价指标与方法，并提出有效、可行的生态保护策略。

注：文中图片均由作者绘制。

致谢：感谢武汉市土地利用和城市空间规划研究中心项目组、武汉大学城市设计学院刘学军老师、郭诗怡老师、研究生周俊方参与数据收集、项目讨论及设计、成果整理等。