劉 頌

劉 蕾

中國正處于快速城鎮(zhèn)化發(fā)展時期，城市擴張和人類活動高強度地改變著區(qū)域生態(tài)空間的結(jié)構(gòu)與功能，造成經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)保護的矛盾日益激化。保護區(qū)域生態(tài)環(huán)境，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)生態(tài)空間、城鎮(zhèn)空間、農(nóng)業(yè)空間，實現(xiàn)精明發(fā)展與精明保護雙贏戰(zhàn)略下的區(qū)域生態(tài)安全格局，成為新型城鎮(zhèn)化進程中不容忽視的重要問題。

區(qū)域生態(tài)空間規(guī)劃就是通過規(guī)劃的正向引導(dǎo)，從空間上消除、削弱、控制外在壓力產(chǎn)生的生態(tài)風(fēng)險，構(gòu)建保護和維護生態(tài)系統(tǒng)整體性和生態(tài)過程連續(xù)性的生態(tài)空間安全格局。近20年來，國內(nèi)外學(xué)者圍繞區(qū)域生態(tài)安全格局構(gòu)建展開了廣泛的研究，如陳利頂?shù)萚1]提出了目標(biāo)原則與基本框架，歐定華等[2]探討了區(qū)域生態(tài)空間規(guī)劃內(nèi)涵和規(guī)劃技術(shù)流程，俞孔堅等[3-4]進行了諸多實踐應(yīng)用。從規(guī)劃核心內(nèi)容來看，識別“生態(tài)源地-廊道-節(jié)點”成為區(qū)域生態(tài)空間規(guī)劃的基本范式[5]。大多數(shù)研究都關(guān)注識別該三要素進而構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的方法，常見的分析方法有多目標(biāo)的生態(tài)適宜性分析、最小累積阻力法、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分析[6]、基于圖論的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建等。這些方法大多基于生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀建立靜態(tài)安全格局，忽視了城市發(fā)展的動態(tài)性及其對生態(tài)格局的動態(tài)干擾風(fēng)險。近年來，建設(shè)空間與生態(tài)空間的動態(tài)博弈[7]受到重視，城鎮(zhèn)發(fā)展過程的動態(tài)模擬和格局綜合優(yōu)化逐漸成為熱點[8]，但大多追求“藍圖式”的規(guī)劃目標(biāo)，缺乏應(yīng)對未來多種可能性的外力動態(tài)干擾的靈活性響應(yīng)策略，缺少對所構(gòu)建生態(tài)安全格局的有效性或合理性評價研究[5]。因此，本文以城鎮(zhèn)擴張給生態(tài)格局帶來的動態(tài)干擾風(fēng)險為切入點，以實現(xiàn)安全格局為目標(biāo)，探討區(qū)域生態(tài)空間發(fā)展的多種可能性，通過建立生態(tài)空間安全性評價體系，評價安全格局構(gòu)建的合理性，進而協(xié)調(diào)城鄉(xiāng)空間發(fā)展，為優(yōu)化區(qū)域生態(tài)空間彈性規(guī)劃方法提供思路。

1 城市擴張對生態(tài)安全格局的干擾影響機制

1.1 城市擴張產(chǎn)生景觀生態(tài)風(fēng)險

城市擴張是城鎮(zhèn)化進程的重要標(biāo)志，是土地利用變化最為直接的表現(xiàn)形式，呈現(xiàn)出空間上擴張與結(jié)構(gòu)的綜合變化。然而盲目無序的城市擴張導(dǎo)致生態(tài)用地流失，區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能及穩(wěn)定性等遭到破壞，干擾了景觀格局和生態(tài)過程，產(chǎn)生了生態(tài)風(fēng)險，從而威脅區(qū)域生態(tài)安全。

圖1 干擾導(dǎo)致生態(tài)空間格局變化的模式類型[9]

圖2 生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性解析[10]

1.2 城市擴張對生態(tài)安全格局的干擾過程與模式

Forman將干擾對生態(tài)安全格局影響變化的過程概括為穿孔、分割、破碎化、縮小和消失5種類型[9]，在干擾下形成邊緣式、廊道式、單核心式、多核心式、散布式和隨機式6種空間格局(圖1)。城市擴張作為強干擾源，導(dǎo)致生態(tài)安全格局的穿孔、分割、破碎化、縮小變化過程都使斑塊發(fā)生變化。城市擴張初期，建設(shè)用地以零星小斑塊形式散布于城市核心區(qū)，建設(shè)用地集聚程度和景觀格局的破碎化程度較低。隨著城市擴張加快，建設(shè)用地斑塊之間相互連接，用地比例上升，并將非建設(shè)用地割裂包圍，景觀格局破碎化程度提高。城市擴張后期被分割的非建設(shè)用地斑塊逐漸縮小并最終消失，建設(shè)用地擴張速度逐漸放緩。

1.3 城市擴張使生態(tài)安全性成為連續(xù)動態(tài)變化過程

城市擴張干擾影響下，生態(tài)安全格局及其安全性的實現(xiàn)是一個動態(tài)變化過程。從一種相對穩(wěn)定態(tài)變化為另一種相對穩(wěn)定態(tài)，呈現(xiàn)出進化或者退化的趨勢(圖2)。生態(tài)空間規(guī)劃的任務(wù)就是通過正向引導(dǎo)，順應(yīng)生態(tài)系統(tǒng)進化的趨勢或抑制退化的方向，在滿足城鄉(xiāng)建設(shè)發(fā)展需求的同時，使生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展實現(xiàn)新的安全格局。

2 區(qū)域生態(tài)空間彈性規(guī)劃的本質(zhì)屬性

“彈性規(guī)劃”是在空間規(guī)劃中引入彈性思維，關(guān)注空間在外力干擾下的變化對系統(tǒng)所產(chǎn)生的功能和結(jié)構(gòu)的影響，并預(yù)判未來可能產(chǎn)生的風(fēng)險干擾，因地制宜地提出解決預(yù)案。彈性規(guī)劃強調(diào)有針對性地、適宜性和靈活性地解決規(guī)劃問題，注重“剛性和韌性”并存的規(guī)劃策略。

筆者認(rèn)為，針對區(qū)域生態(tài)空間的彈性規(guī)劃是對未來發(fā)展的一種預(yù)判，通過研究未來可能出現(xiàn)的生態(tài)風(fēng)險及應(yīng)對方法，旨在對城市發(fā)展、資源的合理空間配置與利用有較強的適應(yīng)性和指導(dǎo)性。其本質(zhì)屬性可以概括為以下幾個方面。1)動態(tài)性：即打破以往靜態(tài)觀和確定性的思維方式，強調(diào)以變化和動態(tài)觀為前提來詮釋生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定態(tài)。在面對規(guī)劃中系統(tǒng)的內(nèi)外部環(huán)境及干擾的不確定性，動態(tài)思想使規(guī)劃更好地適應(yīng)變化發(fā)展。2)多樣性：即體現(xiàn)于多目標(biāo)性、方案的多情景、規(guī)劃方法和決策的多樣性等，注重“剛性+韌性”結(jié)合，有利于靈活與適宜地解決未來不確定性問題。3)協(xié)調(diào)性：即規(guī)劃具有復(fù)雜性特征，繁雜的各要素間相互制約、相互影響。因此協(xié)調(diào)各要素間的博弈關(guān)系，有利于協(xié)調(diào)各方的決策。

3 區(qū)域生態(tài)空間彈性規(guī)劃

3.1 方法步驟

基于彈性規(guī)劃的特點，本研究提出了針對區(qū)域生態(tài)空間的“動態(tài)多情景模擬預(yù)測-生態(tài)空間安全性評價-方案協(xié)調(diào)彈性響應(yīng)”3步規(guī)劃方法。

步驟一，建立城鎮(zhèn)空間發(fā)展的預(yù)測模型，以不同約束條件預(yù)測未來城鄉(xiāng)發(fā)展愿景下土地覆被的多情景預(yù)案。城鎮(zhèn)發(fā)展的不確定性或不同目標(biāo)導(dǎo)向，會產(chǎn)生不同訴求的規(guī)劃預(yù)案及相應(yīng)預(yù)案可能存在的景觀生態(tài)風(fēng)險。因此，多情景預(yù)案研究成為彈性規(guī)劃解決不確定性問題的有效方式。本研究采用CA-MARKOV模型對未來空間發(fā)展的土地覆被進行模擬，以無約束條件、底線約束、中等約束和理想約束條件4個安全等級參與未來城鎮(zhèn)和生態(tài)空間格局的多情景預(yù)測。

步驟二，對不同預(yù)案的區(qū)域生態(tài)格局進行辨識和安全性評價。區(qū)域生態(tài)空間彈性規(guī)劃主要目標(biāo)是通過優(yōu)化生態(tài)空間格局來提升生態(tài)空間的安全性。城市擴張風(fēng)險源對生態(tài)安全格局的干擾影響機制表明，城市擴張與區(qū)域生態(tài)空間格局存在明確的風(fēng)險源與風(fēng)險受體關(guān)系，因此本研究基于“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”生態(tài)安全評價模型構(gòu)建了“城市擴張生態(tài)風(fēng)險分析-生態(tài)空間格局狀態(tài)-生態(tài)空間格局管控等級響應(yīng)”的生態(tài)安全性評價指標(biāo)體系(表1)。

1)壓力維度，主要測度研究外力干擾下產(chǎn)生的生態(tài)風(fēng)險，分為自然風(fēng)險和人為風(fēng)險。本文側(cè)重城市擴張產(chǎn)生的人為生態(tài)風(fēng)險。2)狀態(tài)維度，研究風(fēng)險干擾發(fā)生后，生態(tài)空間的狀態(tài)變化，即對生態(tài)系統(tǒng)健康性狀態(tài)的診斷。生態(tài)系統(tǒng)健康由組成生態(tài)空間的景觀格局構(gòu)成與要素組成兩方面的狀態(tài)特征反映[11]。景觀格局構(gòu)成狀態(tài)包含結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和功能連通性；而要素組成特征由景觀要素系統(tǒng)健康性反映，具體指標(biāo)包括生態(tài)系統(tǒng)活力、彈性力、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值[11-13]。3)響應(yīng)維度，是對解決問題的管控分析。就生態(tài)空間安全性而言，側(cè)重對生態(tài)空間格局管控等級的研究。依據(jù)生態(tài)重要性程度劃分管控空間層級。在響應(yīng)維度度量中，重點評價外力干擾影響前后，生態(tài)空間格局的重要性等級變化情況。

圖3 滕州市2005—2015年土地利用分布及演變

步驟三，多方案比選與確定。在安全性綜合評估結(jié)果的基礎(chǔ)上，將生態(tài)空間安全性與城鎮(zhèn)空間發(fā)展建設(shè)需求以及農(nóng)業(yè)空間發(fā)展需求統(tǒng)籌考慮，確定適宜性方案，實現(xiàn)生態(tài)空間、城鎮(zhèn)空間與農(nóng)業(yè)空間的協(xié)調(diào)發(fā)展。

3.2 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)處理

滕州市位于山東省南部，地處淮海經(jīng)濟區(qū)和魯南經(jīng)濟帶的中心位置，轄17個鎮(zhèn)、4個街道辦事處、1 246個行政村(居)，2017年底常住人口171萬人，全市總面積1 485km2。2005年起，滕州市進入快速城市化階段；到2017年，城鎮(zhèn)化率由41.8%上升至58%。

研究獲取覆蓋滕州市的3個時相LANDSAT TM遙感影像，分別為2005年4月13日、2010年9月18日、2015年4月25日，空間分辨率均為30m。經(jīng)過幾何糾正和大氣校正，采取監(jiān)督分類中最大似然法和目視解譯相結(jié)合對遙感影像進行解譯，得到滕州市3個時期的耕地、濕地、林地、水域和建設(shè)用地(包含居民點用地、工礦用地和交通用地)5類用地分布，解譯結(jié)果滿足精度要求(圖3)。

3.3 區(qū)域生態(tài)空間格局的多情景動態(tài)模擬與預(yù)測

3.3.1 建立模擬預(yù)測模型

通過解譯獲得滕州市2005和2010年土地利用/覆被，建立MARKOV轉(zhuǎn)移概率矩陣，將采用CA-MARKOV模擬的滕州市2015年土地利用/覆被與解譯的2015年土地利用/覆被進行比較。一般當(dāng)一致性檢驗系數(shù)Kappa≥0.75時，模擬與實際土地利用之間具有較高的一致性，模擬效果良好，模擬結(jié)果精度較高。本研究中，Kappa=0.840 1，說明本模型作為預(yù)測模型的置信度較高。

3.3.2 判識現(xiàn)狀生態(tài)空間格局及分級

本研究采用水資源、地質(zhì)災(zāi)害、生物多樣性保護、文化遺跡和景觀游憩五大因子，經(jīng)垂直生態(tài)過程的空間疊置法和水平生態(tài)過程的最小累積阻力方法，綜合判定滕州市2015年生態(tài)空間格局后，按生態(tài)重要性將其進一步劃分出生態(tài)空間格局等級，根據(jù)等級設(shè)定了底線生態(tài)空間格局、中等生態(tài)空間格局和理想生態(tài)空間格局3種情景，其目的在于為目標(biāo)年(本研究為2030年)的生態(tài)空間模擬預(yù)測設(shè)定約束條件，以及多情景預(yù)案對2015年生態(tài)空間格局的生態(tài)風(fēng)險干擾分析做準(zhǔn)備。

表1 生態(tài)空間格局安全性評價指標(biāo)體系

圖4 無約束條件下2030年生態(tài)空間格局

圖5 底線約束條件下2030年生態(tài)空間格局

圖6 中等約束條件下2030年生態(tài)空間格局

圖7 理想約束條件下2030年生態(tài)空間格局

3.3.3 模擬預(yù)測2030年4種情景下的生態(tài)空間格局

將上述情景分別設(shè)定為無約束、底線約束、中等約束、理想約束條件對目標(biāo)年份2030年城市空間發(fā)展進行模擬預(yù)測(注：基本保護農(nóng)田均作為約束條件)，獲得4種情景下的2030年土地利用/覆被(圖4～7)。

3.4 生態(tài)空間格局安全性評價

采用3.1節(jié)建立的生態(tài)空間安全性評價體系，對模擬2030年4種情景的生態(tài)空間安全性進行評價與比較分析。

3.4.1 壓力維度

根據(jù)聯(lián)合國人道主義事務(wù)部(Department of Humanitarian Affairs，UNDHA)于1991年[14]提出風(fēng)險評價模型Risk＝Hazard×Vulnerability，本研究建立城市擴張風(fēng)險源對景觀格局的風(fēng)險干擾評價模型為“生態(tài)風(fēng)險指數(shù)＝生態(tài)危險度×生態(tài)易損度”。

其中，生態(tài)危險度是指城市擴張風(fēng)險源對景觀格局影響程度，是描述城市空間擴張變化速度和程度的指標(biāo)，最常采用的是城市擴張強度指數(shù)[15]。生態(tài)易損度是對景觀格局為風(fēng)險受體所引起的生態(tài)損害程度分析，其度量最常采用的景觀格局指數(shù)包括景觀損失度指數(shù)、景觀干擾度指數(shù)和景觀脆弱度指數(shù)[16-20]。

在4種情景模擬中，顯然在無約束條件下城市建設(shè)用地?zé)o序擴張產(chǎn)生的景觀生態(tài)危險度高于其他3種基于不同程度生態(tài)約束情景下產(chǎn)生的景觀生態(tài)危險度。

3.4.2 狀態(tài)維度

1)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。是斑塊穩(wěn)定性(包括斑塊特征穩(wěn)定性、斑塊密度穩(wěn)定性)、基質(zhì)穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性的綜合體現(xiàn)。在4種模擬情景的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性結(jié)果中，斑塊特征穩(wěn)定性與斑塊密度穩(wěn)定性、整體穩(wěn)定性數(shù)值逐漸增高，而基質(zhì)穩(wěn)定性越趨近于1，穩(wěn)定性就越高。

2)功能連通性。研究采用距離梯度法確定適宜距離閾值，根據(jù)山東省滕州市動植物物種及其搜索范圍進行調(diào)查，確定鳥類的活動范圍在30～3 200m，一些中小型哺乳動物和兩棲類爬行動物的擴散范圍在50～1 000m，因此研究設(shè)定100、500、1 000、1 500、2 000、2 500和3 000m 7個距離梯度值。而在距離1 500m處呈現(xiàn)出明顯拐點，由此確定適宜的距離閾值為1 500m，并應(yīng)用于4種模擬情景的功能連通性分析中進行結(jié)果比較，理想條件下情景功能連通性最高，說明景觀格局的結(jié)構(gòu)與功能狀態(tài)最佳。

3)系統(tǒng)健康性。由生態(tài)系統(tǒng)活力度、生態(tài)系統(tǒng)彈性力度、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值綜合體現(xiàn)系統(tǒng)健康性。在4種模擬情景下的系統(tǒng)健康性結(jié)果比較中，理想條件約束下的系統(tǒng)健康性數(shù)值最高，說明該條件下模擬產(chǎn)生的生態(tài)系統(tǒng)健康性優(yōu)于其他三者。

3.4.3 響應(yīng)維度

響應(yīng)維度是通過生態(tài)空間格局中各等級，即底線生態(tài)空間格局、中等生態(tài)空間格局、理想生態(tài)空間格局對應(yīng)的管控等級變化情況來度量。本研究中將各等級分別賦值為：3、2、1，通過綜合管理等級度和管理等級變化率計算，管理等級變化率最低的為理想條件下的模擬情景，說明該情景的城市擴張變化影響最??；而綜合管理等級度最高的為中等條件下模擬情景，說明該情景下具有重要等級的生態(tài)空間格局所占整體空間比重最大，空間管控程度相對其他3種情景要高。

圖8 4種情景生態(tài)空間格局安全性比較

圖9 滕州市2030年城鄉(xiāng)綠地系統(tǒng)規(guī)劃圖

3.4.4 綜合維度

基于模糊綜合評價法建立模糊綜合評判矩陣，將上述壓力維度、狀態(tài)維度、響應(yīng)維度的各度量指標(biāo)進行模糊綜合運算，最終獲得生態(tài)空間安全性評價結(jié)果(圖8)，結(jié)果顯示理想條件約束下模擬情景方案的生態(tài)安全性最佳，而中等條件和底線條件下生態(tài)安全性相近。

3.5 方案協(xié)調(diào)

采用定額指標(biāo)預(yù)測法中的綜合增長法、指數(shù)增長法、Logistic模型預(yù)測法，以及趨勢外推法和多元回歸模型法對山東省滕州市2030年城鄉(xiāng)建設(shè)用地需求總量進行預(yù)測，滕州市2030年城鄉(xiāng)建設(shè)用地需求總量預(yù)測為348.83km2，而滕州市永久性基本農(nóng)田保有量不得低于469.38km2。

通過對4種預(yù)案的土地利用規(guī)模預(yù)測(表2)同上述需求對比發(fā)現(xiàn)，中等約束條件下的土地利用/覆被和生態(tài)空間格局為更適宜未來統(tǒng)籌協(xié)調(diào)發(fā)展的方案選擇。以此方案為基礎(chǔ)，提取該情景生態(tài)安全格局中的滕州市生態(tài)空間保護規(guī)劃圖(圖9)。

表2 滕州市2030年4種情景預(yù)測下土地利用規(guī)模(單位：hm2)

4 結(jié)論與討論

1)在快速城鎮(zhèn)化背景下，生態(tài)空間與建設(shè)空間發(fā)展是動態(tài)的博弈過程，需要彈性規(guī)劃思維。城市擴張作為一種人為風(fēng)險源對生態(tài)安全格局產(chǎn)生景觀生態(tài)風(fēng)險，迫使生態(tài)安全的實現(xiàn)成為連續(xù)動態(tài)變化的過程。本文分析生態(tài)風(fēng)險對生態(tài)安全動態(tài)干擾影響機制，將彈性思維融入生態(tài)空間規(guī)劃，認(rèn)為應(yīng)對生態(tài)風(fēng)險的區(qū)域生態(tài)空間彈性規(guī)劃的本質(zhì)特性是強調(diào)動態(tài)的思維、協(xié)調(diào)的思想和規(guī)劃決策選擇的多樣性，其優(yōu)越于傳統(tǒng)靜態(tài)的規(guī)劃思維與“藍圖式”的規(guī)劃訴求，側(cè)重于“剛性和韌性”并存的彈性規(guī)劃策略，以適宜性和靈活性地解決規(guī)劃問題。

2)區(qū)域生態(tài)空間彈性規(guī)劃具有動態(tài)性、多樣性和協(xié)調(diào)性特征。動態(tài)性表現(xiàn)為城鎮(zhèn)擴張在時間維度上的動態(tài)模擬和風(fēng)險預(yù)判；多樣性體現(xiàn)為對未來城鎮(zhèn)發(fā)展的多種可能性預(yù)案研究，如未來城鎮(zhèn)發(fā)展無任何約束、底線約束、中等約束和理想約束條件等情景。區(qū)域生態(tài)空間規(guī)劃不是單純的生態(tài)用地的保護，應(yīng)綜合考慮城鎮(zhèn)建設(shè)和耕地保護的用地需求，選擇權(quán)衡協(xié)調(diào)下的相對最適宜方案，這體現(xiàn)了彈性規(guī)劃的協(xié)調(diào)性。

3)區(qū)域生態(tài)空間格局是復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)，本研究提出了“動態(tài)多情景模擬預(yù)測-生態(tài)空間安全性評價-方案協(xié)調(diào)彈性響應(yīng)”的區(qū)域生態(tài)空間彈性規(guī)劃途徑。其中，對某個時段生態(tài)安全格局的判識和分級依然需要采用當(dāng)前常見的分析規(guī)劃方法，但對生態(tài)安全等級的劃分標(biāo)準(zhǔn)仍有待進一步深入研究。然而無論劃分幾個等級，“底線生態(tài)空間格局”的識別非常重要，底線生態(tài)空間格局是城鄉(xiāng)生態(tài)空間生態(tài)價值最高、最重要的“生態(tài)內(nèi)核”，應(yīng)采取剛性的嚴(yán)格管控措施。對現(xiàn)存底線范圍內(nèi)建設(shè)活動應(yīng)予以禁止、拆除，或置換于“彈性保護層”范圍內(nèi)，并進行必要的生態(tài)修復(fù)措施；對于未來規(guī)劃新增的核心生態(tài)空間要素，將納入生態(tài)空間格局底線劃定范圍內(nèi)實施剛性保護策略。

4)本研究基于“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”框架建立的生態(tài)安全性評價模型，將生態(tài)空間放在城鎮(zhèn)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中研判生態(tài)風(fēng)險，體現(xiàn)了生態(tài)整體主義思想。但區(qū)域生態(tài)格局安全性評價體系還有待進一步驗證。判定生態(tài)安全的標(biāo)準(zhǔn)，即評價指標(biāo)的閾值，需要進一步研究，一般評判某個狀態(tài)是否安全在很大程度上取決于相關(guān)社會群體對人類福祉的期望，因此也是動態(tài)變化的。

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