基于生态系统服务功能和生态敏感性的空间修复研究_孙一帆.pdf

北京规划建设 101 RESEARCH 研究引言城市化进程的快速推进对生态环境造成冲击和破坏。生产生活空间的无序扩张长期挤压生态空间的发展，导致三生空间冲突加重。在“多规合一”的背景下，需加强生态空间保护，修复国土空间生态格局，从全域性、整体性和系统性的角度出发1，综合考虑各项生态要素系统之间的联系，在识别生态系统服务功能重要性和生态敏感性空间范围的基础上，确保生态空间的平衡和可持续发展。本研究以国家生态文明建设示范县栾川县为研究区域。该区域生态资源丰富，山、水、林、田、城相互镶嵌，生态格局较为完整，但特殊的地理环境及矿产资源的开发对生态环境造成了很大破坏，仍存在一定生态安全风险。为化解自然环境与经济发展之间及生态修复与国土空间开发利用进程中的矛盾，本文将资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价指南（试行）（以下简称“双评价”）作为指导，参考生态保护红线划定技术指南（以下简称指南）中“重要性-敏感性”评价方法和指标，针对存在的主要生态问题提出生态修复对策，完善栾川县生态修复布局，对我国未来的国土空间生态保护与修复起到实践指导作用。研究区概况和数据预处理研究区概况栾川县是河南省洛阳市下辖县，总面积2477平方千米，拥有良好的自然生态本底，在河南省主体功能区规划中被划定为重点生态功能区。栾川县境内水系分属黄河、长江两大水系，森林资源丰富，构成乔、灌、草三种植物群落。栾川县域内有三个自然保护地，全域空间以山区和深山区为主。土壤包括棕壤、褐土和潮土三类，地形地貌复杂，矿产资源储量位居洛阳市前列，已探明矿种50余种，矿产地200余处，伏牛、熊耳两大山脉贯彻县域东西，是河南省西南部生态屏障的重要组成部分。同时，栾川县既位于黄河流域高质量发展的伊河重要支流上，又位于南水北调水源地区域，属于汉江生态经济带重要组成部分，需做好充分对接、构筑生态屏障，融入国家生态大格局当中的准备。数据来源及预处理研究使用数据包括：第一，气象数据，来自“中国地面气候资料日值数据集(V3.0)”，选取洛阳市内共九个气象站点2000-2020年气温和降水量监测数据，通过空间插值转换为栅格数据；第二，DEM数据，来自地理空间数据云，获取坡度和海拔等数据；第三，土壤数据，来自中国土壤数据集（V1.2），并在查阅整理资料的基础上，得到土壤可蚀性因子K值和Fsic值；第四，植被覆盖信息，使用LANDSAT8影像图，经ENVI软件进行镶嵌、波段计算得到；第五，2000年、2010年和2020年土地利用类型数据，分别来源于Landsat-TM/ETM和Landsat8影像图，采用LUCC分类系统，进行遥感解译；第六，NPP数据，来自MODIS MOD17A3HGF产品。研究方法本文所涉及的“双评价”指南和自然生态空间用途管制办法（试行）中的评价指标和方法，为生态空间的识别管理提供有力的理论指导和技术支持，符合国家决策管理。同时我国目前对生态系统服务功能重要性和生态敏感性研究的内容主要集中在生态安全格局构建2、优化生态空间结构3、生态用地的演变和规划4等方面。结合栾川县生态环境现状，使用指南中的NPP定量指标评价法；结合“双评价”，重要性评价选取水源涵养、水土保持、生物多样性保护功能，敏感性评价选取地形起伏度、坡度、河流、植被覆盖、土地利用。多元化地针对典型生态服务功能和生态敏感性方面的问题，构建评价指标体系。生态系统服务功能重要性评价生态系统服务功能通常是指生态系统为人类创造了有益功能和赖以生存的自然环境条件与效用，使人类能够直接或间接从生态系统中获取收益5。本文考虑数据的代表性和可运用性，综合有关的研究成果，选用“物种生境因子”6和“自然保护地”分别作为生物多样性保护功能重要性和综合生态系统服务功能重要性的修正指标（表1）。通过使用NPP定量指标法计算和ArcGIS10.2软件对各类型的生态系统服务进行归一后，得到单因子重要性服务值栅格图，将其进行叠加，得到综合重要性服务值栅格图，采用自然间断点法，将生态系统服务功能重要性分为三级：极重要、重要和一般重要。生态敏感性评价生态敏感性本质上是指生态系统在自然环境自主变化下及人为活动干扰中，所反映出的变化适应能力7。栾川县有河基于生态系统服务功能和生态敏感性的空间修复研究孙一帆 汪霞（通讯作者）102 北京规划建设研究 RESEARCH 谷、低山、中山和丘陵四种地势类型，地形起伏度的变化对生物多样性、气温等都有显著影响。不同于平原河网缓流慢走，栾川河道具有锐角相汇、水急势大的特点；植被覆盖情况在很大程度上能反映出区域的整体生态环境；土地利用是人类活动和自然环境相互作用的结果，有效地监测出各区域人为利用程度和自然环境的变化8。参考既有研究成果9，10，根据“双评价”中分级标准，对生态敏感性进行定量评价，将各因子对敏感性的影响程度分为低、较低、中等、较高和高敏感五级，赋值为1、3、5、7、9（表2），采用层次分析法（AHP）和咨询专家意见相结合的方式，确定各因子权重。对各因子逐项比较打分并计算矩阵权重，进行一致性查验，一致性比例CR值为0.062，在0-0.1之间，矩阵具有可行性，经计算矩阵最大特征根满足要求，结果可行，具体情况如表3所示。空间识别结果与分析栾川县生态系统服务功能重要性评价分析水源涵养功能重要性水源涵养能够有效反映生态系统的优劣程度。水源涵养功能指在特点区域范围内，使水分维持于系统内的过程和水文调节的能力，还可拓展为系统外部提供生态产品和服务。栾川水源涵养服务功能重要性数值与生态系统服务功能价值呈正相关。基本呈西-东递增的空间分布特征（图1），结果表明，低值一般重要性区分布最广，占研究区总面积的66.41%，主要分布在矿产资源开发、产业经济活动频繁等以商贸和工业为主导的镇域，在一定程度上对水源涵养功能维护起约束作用；高值极重要性区包括龙峪湾森林旅游度假区和老君山风景名胜区等，以旅游型和综合型镇域为主，占研究区总面积的10.27%，水土保持功能重要性水土保持通常是对水土流失所导致的严重后果，通过生态系统内部的结构和过程相互作用减轻其危害。水土流失越严重，区域所提供的水土保持重要性越高。结果表明，高值极重要区占研究区总面积的34.06%，西部抱犊山和中部遏遇岭位于南水北调水源区内，北部熊耳山区域海拔较高，地形评价因子计算公式参数水源涵养WR=NPPmeanFsicFpre（1-Fslo）WR：生态系统水源涵养服务能力指数；NPPmean：多年植被净初级生产力平均值；Fslo：坡度因子，使用模糊隶属度工具进行归一化；Fsic：土壤渗流能力因子；Fpre由多年（21年）平均年降水量数据处理获得。水土保持Spro=NPPmean（1-K）（1-Fslo）Spro：水土保持服务能力指数；K：土壤可蚀性因子。生物多样性Sbio=NPPmeanFpreFtem（1-Falt）物种生境因子Sbio：生物多样性保护服务能力指数；Ftem由多年（21年）平均年气温数据处理获得；Falt：海拔因子；物种生境因子赋值：中、低覆盖度草地0.6，建设用地0.01，旱地、裸土地0.2，有林地1，水域0.4，高覆盖度草地、灌木林、疏木林0.8。表1 生态系统服务功能重要性评价指标评价因子单因子生态敏感性评级权重低敏感较低敏感中等敏感较高敏感高敏感地形起伏度2022-5050-100100-3003000.0456坡度1010-1818-2626-35350.0807河流缓冲区1200米800-1200米500-800米200-500米200米0.2171植被覆盖0-0.20.2-0.40.4-0.60.6-0.80.8-10.4020土地利用类型建设用地耕地草地水域、林地未利用土地0.2546赋值13579表2 生态敏感性评价指标评价因子地形起伏度坡度河流缓冲区植被覆盖土地利用类型地形起伏度11/31/31/91/5坡度311/51/51/3河流缓冲区3511/31植被覆盖95311土地利用类型53111一致性检验计算最大特征根5.2779一致性指标CI0.069是否通过验证是表3 判断矩阵、特征根及一致性检验 北京规划建设 103 RESEARCH 研究生态系统服务重要性水源涵养水土保持生物多样性保护综合生态系统服务面积比例面积比例面积比例面积比例低值一般重要区1644.9866.41305.1512.32915.7336.97575.2823.22中值重要区577.7123.321328.1153.621100.0344.41957.9338.67高值极重要区254.3110.27843.7434.06461.2418.62943.7938.10表4 生态系统服务功能重要性评价统计（单位：平方公里；%）起伏大，易受强降水等极端气候影响，造成水土流失；水土保持中值重要区主要分布在明白河、伊河和小河沿岸地区，占研究区总面积的53.62%，这些地区大部分为镇域中心城区，地势相对平坦（图1）。水土流失现象基本处于山丘区和老少边穷地区，类型主要为水力侵蚀。生物多样性保护功能重要性生物多样性保护重要性评价是指生态系统在遗传基因与物种多样性保护方面的价值体现11。采用“物种生境因子”作为修正指标，增强评价结果准确性。结果表明，高值极重要区主要集中在小河流域和明白河流域，整体以落叶阔叶灌丛和落叶阔叶林为主，占研究区总面积的18.62%；中值重要区南北跨度较大，占研究区总面积的44.41%，该区域降水、气温适中，为生物提供良好的生存条件；低值重要区主要分布在各个镇域，开发建设程度大，生物类型单一。综合生态系统服务功能重要性将上述单因子评价结果进行综合叠加分析后，得到栾川县生态系统服务功能重要性评价成果，利用自然保护地作为修正性指标对综合评价结果进行叠加，校正评价过程中自然保护区域的充分纳入。总体上，高值极重要区主要在县域西部，占研究区总面积的38.10%，包括三川镇、叫河镇和白土镇，北部的部分狮子庙镇和秋扒乡，此外，合峪镇的部分地区也有分布，可针对该区域建立更加完善的生态保护政策和机制；低值一般重要区主要分布在合峪镇、庙子镇和县城区，承担生态功能较弱，可作为生态保护的备选和城市建设开发的重要区域；中值重要区主要分布在南部沟川区伊河沿岸，适宜开展生态保护，对研究区内生态修复具有重要意义（图1、表4）。栾川县生态敏感性评价分析单因子生态敏感性分析结果表明，生态敏感性与河流呈负相关关系，与地形起伏度、坡度和植被覆盖度呈正相关关系（图2）。河流敏感性根据缓冲区距离确定，河流低敏感性和较低敏感性区占研究区总面积的47.37%；根据植被覆盖评价图来看（图2），较高敏感性和高敏感性区占研究区总面积的66.00%，主要分布图1 生态系统服务重要性空间分布 104 北京规划建设研究 RESEARCH 在北部熊耳山和西南部山地区域，植被覆盖率高达83.51%，一起构筑环县生态屏障；坡度变化越大的区域，水土流失现象越严重，大规模的开采活动造成山体不稳定性增大，高敏感区包括伏牛山西南部，中部和北部呈斑块状分布，脆弱的生态环境易诱发地质灾害；土地利用类型之间的差异，使其反应出的敏感性程度也不同，以建设用地为主的土地利用类型，生态系统结构相对稳定，水域、林地和未利用用地敏感性偏高，易受到影响。综合生态敏感性根据确定的权重，各因子按相应比例相乘计算，得出栾川县生态综合敏感性评价栅格图，将研究区划分为五个分级。低敏感和较低敏感总面积为639.20平方公里，占研究区总面积的25.80%，该区域主要为中心城镇、乡镇建设用地和地势较为平坦的农田，是地质灾害发生的重点防治区；中等敏感性区域占研究区总面积的25.08%，主要分布在明白河、小河河流沿岸；较高敏感性和高敏感性区域广泛分布在县域全境，包括南水北调水源区、部分自然保护区和森林公园等，占研究区总面积的49.12%，该区域主要以自然景观为主，可作为生态空间保护重点（图2、表5）。土地利用格局变化对生态空间的影响分析通过将土地利用类型前后变化对比（图3、表6），有助于识别生态保护与土地利用类型之间的问题及潜在风险。截止2020年，栾川县林地面积呈持续增长趋势，占县域面积的84.97%，为主要景观类型；建设用地2000-2010年面积增长速度快于2010-2020年，表明城市建设由增量规划逐渐向存量规划转变，对一些未利用开发的土地进行一定的开发再利用；降水呈先增加后减少的趋势，2010年栾川县降雨量超过全国年均降水量，受到降雨影响，2000-2010年水域面积增加；2002年我国颁布退耕还林条例，林地面积增加，草地和耕地面积减少，但减少较少，到2020年草地面积减少1%。整体上看，未利用地的开发整治及退耕还林政策的颁布，有利于生态系统服务功能的提高，但建设用地的扩张及矿产资源的开发在一定程度上对生态空间造成了破坏12。保护与修复策略综合分析可知，栾川县生态系统服务功能重要程度和敏感程度偏高，林地占比较大；矿产开发对生态环境的影响持续图2 生态敏感性空间分布生态敏感性地形起伏度坡度河流植被覆盖土地利用类型综合面积比例面积比例面积比例面积比例面积比例面积比例低10.680.43314.2712.69681.2727.5283.5711.4538.161.54236.479.55较低43.741.77526.6121.26491.9919.86192.177.76275.7511.13402.7316.26中等246.169.94671.9327.13440.0917.77366.3314.7947.591.92621.1325.08较高2146.4386.65636.7225.71495.2619.99791.7031.962114.4885.36785.0131.68高29.991.21327.4713.22368.3814.87843.2334.041.020.04432.3317.44表5 生态敏感性评价统计（单位：平方公里；%）北京规划建设 105 RESEARCH 研究增加，部分地区水土保持工作开展难度较大，水土流失严重，植被覆盖亟待恢复。生态空间的识别分析是开展生态修复的前提，需因地制宜地、系统地采取相应的生态保护修复措施。矿区修复治理矿产开发对生态环境的影响持续增加。矿山地质环境保护修复需符合生态文明建设要求。开采后的矿区不注重生态环境的治理与恢复，降低了生态系统服务功能和价值。本文建议充分挖掘利用矿坑遗址景观价值并与栾川“生态旅游立县”有机结合，从生态性和安全性出发，划分多种修复模式，包括建设生态保育绿地、土壤污染治理及客土覆盖等措施，建设绿色矿山，实施矿区矿山复绿工程，重建矿坑生态景观与人居和谐关系。栾川县矿区总面积429平方公里，综合治理修复区范围为：狮子庙镇-白土镇一带及三川镇、冷水镇、陶湾镇、石庙镇、栾川乡、城关镇、合峪镇矿山开采区域。水源涵养和水土保持林地是栾川县生态用地主体，河流在其中具有较高的生态价值，应重点对二者加强保护。本文建议重视县域西部淯河流域南水北调水源区沿线的生态廊道建设。栾川县河网密布，沿较低敏感性区域附近水系设置缓冲隔离带，减少建设活动，以保护自然生态系统为基础；顺应植被自然生长规律和森林演替的动态变化过程，加以适当人工干预，提高林分品质，增加森林生态效能；广泛开展小流域治理，针对主要流域开展保土耕作、退耕还林、水土流失防治、水文修复和水源涵养保护等工程。综合治理修复区范围为：陶湾镇、石庙镇、赤土店镇、城关镇、庙子镇、合峪镇、白土镇、狮子庙镇等11个镇区熊耳山伏牛山片区，冷水镇-三川镇-叫河镇丹江口水库上游水源地片区，秋扒乡-潭头镇一带坡耕地区域等。生物多样性保护加强生物多样性保护与修复，是维持提升生态系统服务功能价值、提高资源环境承载能力及实现持续发展的有力保障。本文建议保护现有森林资源，对植物进行优化配置和调控，大力开展中幼林抚育，提高森林生态功能和自我修复能力，实现生态系统的良性循环，在水库上游、水源区地段开展河道治理，对污染土壤进行修复，改善流域环境，增加生态效能。森林质量提升修复区范围为：叫河镇、陶湾镇、石庙镇、栾川乡、城关镇、庙子镇伏牛山生物多样性及外方山生物多样性保护片区，白土镇、狮子庙、秋扒乡、潭头镇、赤土店镇熊耳山生物多样性保护片区。土地利用格局土地利用的变化影响着生态系统的结构和功能13，需提高土地利用效率，增加生态服务价值。从生态环境保护和可持续发展的视角考虑，遵循优先生态建设的原则，逐步改善和提高国土的生态环境品质。注意城镇的有序扩张，提升城镇用地效率，合理调整产业结构，加强耕地集约利用度，改善人居环境，维护人与自然的和谐发展。生态用地重点保护体现为：现有林地、未利用地绿化、建设用地绿化及农田林网建设方面。结语国土空间生态修复是优化生态系统服务、提升人类生活品质的重要手段14，更加注重生态系统内部的完整性和系统性。目前生态空间保护修复的量化研究方法非常广泛。因此，结合栾川县的生态本底及资源开发利用现状，评价指标由单一生态因子综合为重要性及敏感性等综合表征生态功能的指标体系，更具科学性和客观性，在此基础上加入物种生境因子和自然保护区对评价体系进行修正，符合现实情况。研究结果表明：第一，研究区矿山地质环境问题突出，历史矿山生产、道路修建主要分布在北部的小河河谷地带、伊河河谷和北侧的低山区，对地形地貌造成破坏，易引发地质灾害问题，具有较大的生态安全风险；第二，城市边缘区土地发生侵占耕地、水域和山体的现象，可利用的土地资源紧张，土地空间开发效率较低，用于植树造林和恢复生态的用地空间不足；第三，研究区内森林覆盖率高，生境基础良好，“两山一川多廊”的生态格局是栾川县区别于其他城市的特色。根据评价结果识别生态空间分布，并找出目前存在的主要生态问题。从矿区修复治理、水源涵养和（转下页）用地类型2000年2010年2020年变化值耕地185.21166.88167.28-17.93林地2135.382158.622140.174.79草地139.07114.33114.09-24.98水域1.381.503.281.9建设用地15.9534.7149.1033.15未利用地-0.963.07-表6 2000-2020年土地利用类型面积（单位：平方公里）图3 2000-2020年土地利用格局变化空间分布106 北京规划建设研究 RESEARCH（承上页）水土保持、生物多样性保护及土地利用格局方面切入，以期为栾川县生态空间的保护修复提供有益参考，使人们清楚认识到栾川县生态系统的重要性和敏感性，对同类型县域的生态问题具有一定指导借鉴意义。但研究也存在一定局限性，一方面重要性-敏感性划定方式存在差异，易忽视不同生态系统服务间的相互作用关系；另一方面，栾川县县域内地理环境变化多样，生态保护修复仅针对主要生态问题，是否需要分区进行保护修复需依据实际情况进行调整。因此，需加强生态系统服务间的联系，深入研究县域尺度的生态空间保护修复，有效衔接和协调市县级生态空间划设结果。河南省科技攻关项目：生态融城理念下的郑州都市圈生态安全网络构建与保障技术研究（课题号：202102310256）；河南省科技攻关项目：韧性城市理念下基于气候适应性的景观基础设施规划设计方法与技术研究（课题号：182102210177）参考文献1 王晨旭,刘焱序,于超月,等.国土空间生态修复布局研究进展J.地理科学进展,2021,40(11):1925-1941.2 王浩,马星,杜勇.基于生态系统服务重要性和生态敏感性的广东省生态安全格局构建J.生态学报,2021,41(5):1705-1715.3 高吉喜,徐德琳,乔青,等.自然生态空间格局构建与规划理论研究J.生态学报,2020,40(3):749-755.4 周锐,胡远满,王新军,等.快速城镇化地区生态用地演变及驱动力分析J.引言老旧菜市场是居民生活的重要载体，作为城市内的存量建筑，其更新数量庞多且分布广泛，又因大部分位于北京核心区内，周围现实环境复杂且限制条件多，导致整体的发展速度相对缓慢，并存在大量问题，给周围居民的生活带来巨大困扰。解决老城区菜市场在城市更新大背景下如何实现高颜值且有烟火气的问题，成为城市更新行动面对物质空间和社会环境的双重考验。近年来，国内外许多学者对老旧菜市场的地方性建构1、菜市场模式2、农贸市场新型智慧化3等方面研究均有重要成果。目前，对菜市场空间的研究整体上还是以宏观层面和提出问题为主，缺乏考虑老旧菜市场在更新改造中如何将“创造形象”逐步转移到“创造场所”4，以及在提升功能环境景山街道菜市场:首都功能核心区老旧菜市场更新策略蒋方 仝海平 董方园长江流域资源与环境,2015,24(6):1012-1020.5 曹祺文,卫晓梅,吴健生.生态系统服务权衡与协同研究进展J.生态学杂志,2016,35(11):3102-3111.6 张雪飞,王传胜,李萌.国土空间规划中生态空间和生态保护红线的划定J.地理研究,2019,38(10):2430-2446.7 黄心怡,赵小敏,郭熙,等.基于生态系统服务功能和生态敏感性的自然生态空间管制分区研究J.生态学报,2020,40(3):1065-1076.8 王世东,吴超.基于改进指数和法的地形因素对土地利用变化影响程度评价J.中国生态农业学报,2018,26(3):442-452.9 袁领兄,李坤,范舒欣,等.基于GIS的太原市土地生态敏感性评价J.中国城市林业,2021,19(3):19-24.10 王李睿,邓西鹏,王晨,等.基于生态系统服务重要性与生态敏感性的生态空间划设以福建省永春县为例J.生态学杂志,2022,41(1):166-173.11 凡非得,罗俊,王克林,等.桂西北喀斯特地区生态系统服务功能重要性评价与空间分析J.生态学杂志,2011,30(4):804-809.12 陈万旭,李江风,姜卫,等.豫西山区土地利用变化对生态服务价值的影响J.水土保持研究,2018,25(1):376-381.13 郭椿阳,高尚,周伯燕,等.基于格网的伏牛山区土地利用变化对生态服务价值影响研究J.生态学报,2019,39(10):3482-3493.14 李锋,刘海轩,马远,等.国土空间生态修复研究进展及规划策略J.北京规划建设,2021,(5):5-9.作者单位：郑州大学建筑学院责任编辑：刘逍然的同时保留老城传统特色和市井味，来维持“规划理性”和“生活感性”之间的平衡5。本文依据首都功能核心区内景山街道菜市场的更新策略，对创造场所、规划理性和生活感性与更新策略结合进行分析，旨在为北京老城区的老旧菜市场优化升级提供思路。首都功能核心区老旧菜市场更新背景2020年发布的首都功能核心区控制性详细规划（街区层面）（2018年-2035年）中明确提出，要加强老城整体保护，要保证基本民生，要规范提升现有菜场等便民服务设施。2021年，北京市商务局印发的“十四五”期间推动全市社区菜市场（农贸市场）转型升级行动方案，明确要求菜市场要实现“颜值”“内涵”双提升，打造满足群众多样化生活消费需求的高品质菜市场。在2022年5月北京市政府印