劉宇舒

王振宇*

曲 藝

中國城鎮(zhèn)化正經(jīng)歷一個嚴(yán)峻的關(guān)鍵時期，一方面城市擴張與建設(shè)的突飛猛進，在獲得巨大經(jīng)濟成效的同時，環(huán)境與生態(tài)問題凸顯；另一方面，“新型城鎮(zhèn)化”“主體功能區(qū)規(guī)劃”“空間規(guī)劃試點方案”“國土空間規(guī)劃綱要”等國家重大政策的提出，將生態(tài)文明建設(shè)和綠色發(fā)展的戰(zhàn)略地位提升至前所未有的新高度，而與之密切相關(guān)的生態(tài)空間保障與底線控制則成為保證其實施的關(guān)鍵所在?，F(xiàn)階段，生態(tài)空間管控規(guī)劃編制主要包括生態(tài)功能區(qū)規(guī)劃(江蘇省、煙臺市為代表)、生態(tài)格局規(guī)劃(上海、成都為代表)和生態(tài)控制線規(guī)劃(深圳、長沙為代表)3種類型[1-2]，通常以GIS、RS等為技術(shù)手段，以生態(tài)環(huán)境敏感性[3]、生態(tài)功能重要性[4]、生物多樣性[5]、景觀格局[6]等為核心評測標(biāo)準(zhǔn)，管控重點強調(diào)生態(tài)要素載體空間的保護與利用，而忽視了何種自然組分、空間形態(tài)、分布格局才能最大限度地維持生態(tài)系統(tǒng)的健康、可持續(xù)運行。哈爾濱是東北地區(qū)的中心城市，生態(tài)空間問題凸顯且管控缺位，因此研究以實施管控為導(dǎo)引，注重空間視角，引入生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)認(rèn)知、評價、管理的研究范式，強調(diào)空間結(jié)構(gòu)、功能載體、網(wǎng)絡(luò)格局的關(guān)系與過程，對現(xiàn)有市域生態(tài)空間的關(guān)鍵核心、關(guān)鍵格局、關(guān)鍵區(qū)展開管控，能有效實現(xiàn)生態(tài)空間“功能-服務(wù)-人類收益”的級聯(lián)作用，并發(fā)揮最大效用。

1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)測度下生態(tài)空間體系構(gòu)建方法

研究基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)測度，應(yīng)用SCP方法，借助C-PLAN軟件平臺，實現(xiàn)生態(tài)空間關(guān)鍵區(qū)優(yōu)選、功能區(qū)劃以及格局優(yōu)化的體系構(gòu)建，主要包括以下4個主要步驟(圖1)。

1)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)測度。一方面，以既往研究為基礎(chǔ)構(gòu)建指標(biāo)初選庫，運用頻度統(tǒng)計法與目標(biāo)指向法對其進行甄別、篩選和調(diào)整，確定最終的測度指標(biāo)體系；另一方面，應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)領(lǐng)域質(zhì)量、價值量及能值量等理論[7]，根據(jù)各指標(biāo)自身特征與評價需求選取與之匹配的方法展開指標(biāo)測度。

2)生態(tài)空間功效評價。系統(tǒng)保護規(guī)劃(Systematic Conservation Planning，SCP)是一種系統(tǒng)、全面、結(jié)構(gòu)化的保護區(qū)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方法[8]。不可替代性是支撐其核心保護結(jié)構(gòu)和功能格局的關(guān)鍵指標(biāo)，表征了規(guī)劃單元在研究區(qū)實現(xiàn)總體保護目標(biāo)的重要程度。研究以SCP方法為核心，集成多元分析模型與空間算法，以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)為輸入?yún)?shù)，不可替代性(Irreplaceability)為核心輸出參數(shù)，表征生態(tài)空間功效水平，進而展開評價。

3)生態(tài)空間關(guān)鍵區(qū)識別與功能區(qū)劃?；谏鷳B(tài)空間功效評價，應(yīng)用Jenks Natural Break方法將評價單元進行類別劃分和空間熱點表達。一方面，提取生態(tài)空間功效的高值區(qū)，綜合考量單元與單元間的面積大小、集聚度、破碎度等要素，對邊界進行初步擬合，并結(jié)合各類空間要素、保護地的完整性，現(xiàn)狀與規(guī)劃銜接，跨區(qū)域協(xié)調(diào)等，對邊界做進一步的校驗和處理，最終確定關(guān)鍵區(qū)范圍；另一方面，根據(jù)研究區(qū)實際將各類分區(qū)與管控目標(biāo)予以對照，確定生態(tài)空間功能區(qū)劃。

4)生態(tài)空間關(guān)鍵格局構(gòu)建。以“源地-廊道-基質(zhì)”為基本結(jié)構(gòu)范式，應(yīng)用最小成本路徑法(LCP)優(yōu)化生態(tài)空間格局[9]：一是“源-目標(biāo)”組合選取，以生態(tài)空間關(guān)鍵區(qū)為樣本斑塊，兩兩成組，互為“源”點和“目標(biāo)”點；二是基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)傳導(dǎo)成本的阻力面確定，以不可替代性指數(shù)的倒數(shù)為核心表征指標(biāo)確定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)傳導(dǎo)成本，制作“源”點和“目標(biāo)”點之間的基質(zhì)阻力表面；三是借助ArcGIS中的Cost Path工具，跟蹤搜尋“源-目標(biāo)”周圍最小成本耗費像元傳遞路徑，用以判別生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的潛在趨勢與最大可能廊道，確定關(guān)鍵格局。

圖1 基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)測度的生態(tài)空間體系構(gòu)建技術(shù)路線(劉宇舒繪)

圖2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指標(biāo)篩選方法(劉宇舒繪)

2 基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的哈爾濱市域生態(tài)空間功效評價

2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指標(biāo)體系構(gòu)建與測度

生態(tài)空間功效評價的重點在于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平的度量，因此科學(xué)地建立測度的指標(biāo)體系以及量化方法尤為關(guān)鍵。Costanza等將生態(tài)服務(wù)定義為人類直接或間接地從生態(tài)系統(tǒng)功能獲取收益，將其劃分為17類，并評估了全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值；De Groot等[10]將生態(tài)服務(wù)定義為自然過程和組分提供產(chǎn)品與服務(wù)，將其劃分為調(diào)節(jié)功能、提供生境、供給服務(wù)和信息服務(wù)四大類別，23子類，為解釋、分類和評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提供了清晰而連續(xù)的概念框架；千年生態(tài)系統(tǒng)評估(MA)[11]將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)定義為人類從生態(tài)系統(tǒng)中獲得的收益，進而劃分了四大類別，并被廣泛應(yīng)用于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算與評價。此外Boyd和Banzhaf[12]、Wallace[13]、Costanza[14]、Fisher等[15]、張彪等[16]、李琰[17]、李廣東[18]也從與人類福祉關(guān)聯(lián)視角、特定服務(wù)屬性(空間屬性、市場屬性等)、人類需求、三生空間等不同角度提出了新的指標(biāo)體系與測度方法。

1)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指標(biāo)體系構(gòu)建。哈爾濱生態(tài)系統(tǒng)指標(biāo)體系構(gòu)建應(yīng)用前述學(xué)界較為認(rèn)可和應(yīng)用較廣泛的指標(biāo)體系為基本框架，利用頻度統(tǒng)計和理論分析相結(jié)合的方法建立初選庫。繼而，利用專家咨詢法，結(jié)合哈爾濱市域生態(tài)空間現(xiàn)實問題與目標(biāo)導(dǎo)向，充分考慮寒地氣候條件與地域特征，遵從科學(xué)性、系統(tǒng)性、典型性和可量化性原則，對指標(biāo)初選庫進行甄別、篩選與調(diào)整，最終形成適于哈爾濱市域范疇生態(tài)空間測度的指標(biāo)體系，具體包括供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)和文化服務(wù)4個一級指標(biāo)，以及食物供給、原材料供給、水資源供給、氣體與氣候調(diào)節(jié)、干擾(災(zāi)害調(diào)節(jié))、土壤保持、水源涵養(yǎng)、生物多樣性維持、景觀美學(xué)和娛樂休閑10個二級指標(biāo)(圖2)。

2)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指標(biāo)測度。氣體、氣候調(diào)節(jié)服務(wù)與植被的疏透度、郁閉度、綠量密切相關(guān)，研究應(yīng)用植被類型、郁閉度和歸一化植被指數(shù)(NDVI)進行測度；自然災(zāi)害調(diào)節(jié)服務(wù)以自然災(zāi)害綜合區(qū)劃研究為依據(jù)，從致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體脆弱性與防災(zāi)減災(zāi)能力4個方面進行測度；土壤保持服務(wù)與降雨、土壤、高程等密切相關(guān)[19]，研究綜合降雨侵蝕力因子(R)、土壤可蝕性因子(K)、坡長因子(L)、坡度因子(S)、植被覆蓋與管理因子(C)、水土保持措施因子(P)，運用土壤流失方程(RUSLE)進行測度；水源涵養(yǎng)服務(wù)應(yīng)用流域面積、河流等級、地貌、植被覆蓋類型、年降水量進行測度；生物多樣性維持通過構(gòu)建生物多樣性空間分布格局，應(yīng)用物種棲息地多度進行測度；休閑娛樂應(yīng)用潛力評估模型，選取坡度、坡向、高程、植被類型、水文條件、土地利用方式與道路交通可達性進行測度；而食物供給、原材料供給、水資源供給、景觀美學(xué)則根據(jù)謝高地2015年修訂的中國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量表[20]，通過度量土地利用類型指標(biāo)價值的相對數(shù)量關(guān)系進行測度。進而，應(yīng)用GIS數(shù)據(jù)整合、模型計算、空間分析等技術(shù)手段實現(xiàn)單一及綜合指標(biāo)的數(shù)據(jù)量化、標(biāo)準(zhǔn)化處理和空間表達(圖3)。

2.2 哈爾濱市域生態(tài)空間功效評價

基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)測度結(jié)果，應(yīng)用系統(tǒng)保護規(guī)劃(SCP)方法，針對哈爾濱市域生態(tài)空間效用水平進行評估，主要包括以下2個方面的內(nèi)容。

1)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)各項指標(biāo)的保護管理目標(biāo)。保護管理目標(biāo)是區(qū)域各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指標(biāo)項代表性承載空間實施保護的面積占比。學(xué)界普遍認(rèn)為10%～12%的管理目標(biāo)能夠滿足一般保護區(qū)維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定與安全的需求。研究以此為基礎(chǔ)，選用12%作為哈爾濱生態(tài)空間保護管理的最小目標(biāo)，如果各項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指標(biāo)代表性承載空間面積小于研究區(qū)總面積的12%，則賦予該指標(biāo)代表性承載空間實施100%的保護。同時，其他保護管理目標(biāo)的確定應(yīng)在滿足最小保護目標(biāo)的基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)域占比、代表性空間占比、保護需求與目標(biāo)、保護重要性等內(nèi)容進行綜合研判、科學(xué)確定(表1)。

圖3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指標(biāo)空間分布(曲藝?yán)L)

表1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指標(biāo)代表性承載空間面積比例及保護目標(biāo)

圖4 基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的不可替代性指數(shù)分布(曲藝?yán)L)

圖5 生態(tài)空間關(guān)鍵區(qū)識別及主導(dǎo)功能類型(曲藝?yán)L)

圖6 生態(tài)空間區(qū)劃(曲藝?yán)L)

圖7 哈爾濱市域生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)格局(曲藝?yán)L)

2)基于不可替代性的生態(tài)空間效用評價。應(yīng)用C-Plan軟件平臺的數(shù)理統(tǒng)計與空間分析模塊，選取1km×1km的柵格作為核算單元，建立生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指標(biāo)集的加和、平均、加權(quán)等數(shù)理運算函數(shù)群，設(shè)定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)各項指標(biāo)的保護管理目標(biāo)，計算各單元在完成上述保護管理目標(biāo)的各種情景組合方案中出現(xiàn)的概率，即不可替代性指數(shù)，用以科學(xué)研判核算單元承載生態(tài)空間功效的重要程度。繼而，借助C-Plan管理器與ArcView軟件結(jié)合，將運算結(jié)果可視化(圖4)，用以表征生態(tài)空間效用水平。

3 基于功效評價的哈爾濱市域生態(tài)空間管控體系構(gòu)建

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)測度的意義在于建立市域范疇生態(tài)空間效用水平的可比較的關(guān)系體系，支撐實施管控的關(guān)鍵核心、關(guān)鍵格局、關(guān)鍵區(qū)的識別與劃定。基于此，結(jié)合哈爾濱生態(tài)空間的現(xiàn)實問題與管控需求，構(gòu)建了“重點保護-分區(qū)指引-格局優(yōu)化”的生態(tài)空間管控體系，包括面向底線控制的生態(tài)空間關(guān)鍵區(qū)識別及分類指引，面向功能提升的生態(tài)空間區(qū)劃及分區(qū)指引，以及面向格局優(yōu)化的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和控制指引。

3.1 面向底線控制的生態(tài)空間關(guān)鍵區(qū)識別

生態(tài)空間關(guān)鍵區(qū)識別旨在針對直接關(guān)乎生態(tài)系統(tǒng)自我維持與調(diào)節(jié)能力的重要斑塊的底線控制，是維持生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與生態(tài)過程的基本保障。首先，基于生態(tài)空間功效評價，應(yīng)用Jenks Natural Break分類方法，將生態(tài)空間劃分為6個梯度等級；其次，結(jié)合哈爾濱現(xiàn)狀生態(tài)資源分布與生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)、生態(tài)功能重要區(qū)范圍進行初步擬合，提取前2個梯度作為生態(tài)空間關(guān)鍵區(qū)的基本范圍；再次，協(xié)調(diào)哈爾濱禁建區(qū)和各類保護區(qū)的范圍進行校核與調(diào)整，確定生態(tài)空間關(guān)鍵區(qū)的最終范圍；最后，應(yīng)用SPSS統(tǒng)計分析軟件平臺，采取K-means聚類方法，12個源地為聚類對象，以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指標(biāo)的主導(dǎo)水平(生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單項指標(biāo)面積與所在源地面積之比)為樣本數(shù)據(jù)進行相對同質(zhì)的群組聚簇分析，最終將劃分為5種不同的主導(dǎo)類型(表2，圖5)。

表2 生態(tài)空間關(guān)鍵區(qū)主導(dǎo)功能及類型劃分

3.2 面向功能提升的生態(tài)空間功能區(qū)劃

生態(tài)空間功能區(qū)劃旨在科學(xué)辨識生態(tài)空間功效強度的差異水平與空間規(guī)律，明確生態(tài)功能保障、環(huán)境質(zhì)量安全和自然資源利用的需求與目標(biāo)，建立嚴(yán)格的生態(tài)保護制度與差異化的管控策略?；谏鷳B(tài)空間功效水平評價結(jié)果，生態(tài)空間可劃分為6個梯度等級：Irr=0(R1)、0＜Irr≤0.17(R2)、0.17＜Irr≤0.40(R3)、0.40＜Irr≤0.59(R4)、0.59＜Irr≤0.80(R5)、0.80＜Irr≤1(R6)。研究根據(jù)前述提取生態(tài)空間關(guān)鍵區(qū)作為一級管控區(qū)，是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)不可替代性高的區(qū)域，重點包括風(fēng)景名勝區(qū)、自然保護區(qū)、水源保護區(qū)或其他具有重要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的用地；提取R4、R5、R6除去生態(tài)空間關(guān)鍵區(qū)的范圍作為二級管控區(qū)，是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)不可替代性一般的區(qū)域，主要功能是緩沖一級管控區(qū)內(nèi)保存完好的生態(tài)系統(tǒng)、珍稀瀕危動植物棲息地及生態(tài)過程的外界干擾；提取生態(tài)用地除去一級、二級管控區(qū)的范圍作為三級管控區(qū)，是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)不可替代性一般以下的區(qū)域，主要功能是控制建設(shè)用地與農(nóng)用地?zé)o序擴張，引導(dǎo)區(qū)域資源開發(fā)與生態(tài)保護的協(xié)調(diào)格局(圖6)。據(jù)此劃定生態(tài)紅線，來支撐生態(tài)空間實施分級分區(qū)管理的策略制定。

3.3 面向格局優(yōu)化的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建旨在維持生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在景觀分布和傳遞過程中的供給、輸送和使用環(huán)節(jié)的鏈?zhǔn)疥P(guān)系，支撐生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能形成到人類收益的惠及過程。哈爾濱市域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建主要包括以下3個步驟：1)“源-目標(biāo)”組合選取，以12個生態(tài)空間關(guān)鍵區(qū)為源地，互為組合，共同構(gòu)成23個組別；2)阻力面確定，以不可替代性指數(shù)的倒數(shù)為衡量指標(biāo)，并將其數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化在1～100區(qū)間內(nèi)，利用空間制圖形成阻力面；3)最小成本路徑識別，利用ArcGis中的Cost Path工具生成“源-目標(biāo)”在累積成本面表面?zhèn)鬟f過程中的最小成本路徑。其中，S1與S8之間有S6阻隔，選用S1與S6之間的廊道和S8與S6之間的廊道組合代替；S2與S7之間、S6與S10之間、S7與S11之間亦如此。因此，實際上可連接所有生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)源地，且不重復(fù)的廊道共20條(圖7)，以此來支撐哈爾濱市域生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)格局的構(gòu)建。

4 結(jié)論與討論

研究以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)測度為基礎(chǔ)，針對哈爾濱生態(tài)空間管控的現(xiàn)實問題與綠色發(fā)展需求，以“重點保護-分區(qū)指引-格局優(yōu)化”為目標(biāo)，基于系統(tǒng)保護規(guī)劃方法(SCP)、不可替代性評析、生態(tài)空間關(guān)鍵區(qū)識別、生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建等技術(shù)手段，探求適于哈爾濱市域的空間管控體系與實施手段，為哈爾濱新型城鎮(zhèn)化和綠色化發(fā)展提供理論依據(jù)與技術(shù)方案，其相關(guān)結(jié)論及應(yīng)用拓展如下。

1)提出了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)測度應(yīng)用于生態(tài)空間評價與管理的整體思路與體系框架。研究從哈爾濱資源稟賦和未來發(fā)展審視，認(rèn)為生態(tài)空間管控體系是保障生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)惠及作用以及破解城市經(jīng)濟發(fā)展負(fù)效應(yīng)的重要手段。進而，研究結(jié)合哈爾濱生態(tài)空間管控的現(xiàn)實問題，從底線保障、功能提升、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建3個維度構(gòu)建了市域生態(tài)空間管控體系。

2)應(yīng)用系統(tǒng)保護規(guī)劃方法，以不可替代性對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指標(biāo)進行參數(shù)運算與評估，與傳統(tǒng)加權(quán)賦值計算功效高低的評估相比，除了能夠表征相對重要程度以外，還能夠有效計算出評價單元與其他單元相比對實施保護目標(biāo)的貢獻度與優(yōu)先性，并以此為依據(jù)直接輸出既定管理目標(biāo)情景下的空間識別與區(qū)劃方案。

3)基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)測度的生態(tài)空間功效評價方法，與目前側(cè)重于生態(tài)資源自身價值的評價相比，能有效契合載體空間構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)要素、結(jié)構(gòu)和功能，以及維持生態(tài)過程的效用，所形成的區(qū)劃方案有利于提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可持續(xù)性，最終作用于人類福祉。

4)應(yīng)用景觀生態(tài)學(xué)“斑塊-廊道-基質(zhì)”的研究范式，運用最小成本路徑模型構(gòu)建市域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，有助于實現(xiàn)對生態(tài)空間保護起到關(guān)鍵作用的重要廊道的預(yù)留與保護。

此外，囿于資料、數(shù)據(jù)、模型的限制，研究建立的評價指標(biāo)體系與測度方法有待補充與完善，同時與格局優(yōu)化密切相關(guān)的廊道寬度、形態(tài)等有待進一步深化和拓展，以增強應(yīng)用性與實操性。