基于生态安全格局的大别山区“三生”空间格局优化——以安徽省六安市为例.pdf

第 卷 第 期 年 月绵阳师范学院学报(自然科学版)().收稿日期:基金项目:安徽省高校自然科学研究项目()第一作者简介:叶小群()男安徽安庆人教授硕士生导师研究方向:城乡规划与设计、城乡规划管理 基于生态安全格局的大别山区“三生”空间格局优化 以安徽省六安市为例叶小群程少山王钱(安徽建筑大学建筑与规划学院安徽合肥)摘 要:快速城镇化导致大别山地区生态空间破碎化严重生产与生活空间矛盾突出区域国土开发格局亟需优化 以六安市为例耦合 模型于“三生”空间格局优化应用中在多情景模式下模拟出 年“三生”空间格局分布情况探索研究区未来“三生”空间格局优化配置方法提出“三生”空间优化策略 结果表明:()根据 模型模拟结果建立六安市“三生”空间利用优化配置分区其中生态空间保护区总面积 .()模型模拟精度达.预测结果较为理想 ()在生态安全格局情景方案下丘陵山区生态空间减少率由.降至.生活与生产空间布局得到优化其规模得到一定程度的控制 研究结果可为大别山区国土开发格局优化提供思路与参考 关键词:“三生”空间 生态安全格局 格局优化 六安市中图分类号:文献标志码:文章编号:():././.:():.:().().().:引言在进入高质量发展的新时代以来优化国土开发格局成为生态文明建设的首要举措 党的十八大首次提出“三生”空间的发展概念作为优化国土开发格局的重要途径 目前对“三生”空间格局优化的方式主要有基于数理模型测算、各种评价体系和宏观策略引导等 数理模型主要被运用于“三生”空间的数量结构和布局优化上借助土地利用变化模拟模型进行空间优化成为研究热点之一 利用各种评价方式和宏观策略引导体现的是“三生”空间优化的目标导向关注于国土利用质量、“三生”功能适宜性以及空间承载力在大别山地区为满足发展需求农业生产空间延伸向山地导致其丘陵山区的农业生产空间与生态空间的矛盾尤其突出 随着城镇化的快速推进平原地区生活空间的扩张也带来了一系列问题 因此以区域典型城市六安市为例融入生态安全格局理念通过构建 耦合模型在国土开发和保护的统筹考虑下模拟未来多情景下的“三生”空间优化格局以期为大别山区优化国土开发格局提供科学参考 图 研究区地理区位图.研究区概况及数据来源.研究区概况六安市(东经 北纬)地处安徽省西部介于长江与淮河之间是大别山区域中心城市(图)六安市地势起伏变化较大且分异明显呈现西南高、东北低的地形态势包含山地、丘陵、平原等土地资源市域国土总面积为 .数据来源与预处理主要研究数据见表 所有研究数据均统一转换为 坐标系栅格数据统一重采样至 空间分辨率大小并保持一致的行列数 绵阳师范学院学报(自然科学版)表 研究数据来源.数据名称预处理数据来源河流分布、年均降水量与气温、土壤分布河流分布采用欧式距离法计算中国科学院资源环境科学与数据中心 遥感影像经 软件解译处理后获取土地利用数据地理空间数据云 数据经 软件处理后获取高程、坡度数据归一化植被指数()数据经 软件计算出植被覆盖度 数据、人口数据采用克里金插值法获得栅格数据六安市统计年鉴道路交通、居民点分布采用欧式距离法计算地理国情监测平台研究方法.构建生态安全格局.最小累计阻力模型 最小累计阻力模型()最初由荷兰生态学家 提出其本质就是体现源点在抵达目标地所要克服的阻力的最小值 公式如下:()()式中 为最小累计阻力值 是 和变量()之间的正函数 代表源 扩张到土地单元 的空间距离 代表景观单元 对源扩张方向的阻力.“源”的提取 形态学空间格局分析()方法是可对栅格图像进行像元层面的识别和处理可以有效地确定生态源地的数量与范围 将林地、草地、水域等生态要素作为分析地类其余为背景转换成二值栅格数据 基于 .软件根据研究区实际情况采取八邻域分析方法得到 类要素:核心区、孤岛、边缘、孔隙、桥接、环道和支线 核心区可作为生态源地其含义为大型自然斑块、野生动物栖息地、森林自然保护区等 但为避免核心区斑块过度破碎化对生态安全格局构建产生影响结合相关研究筛选面积大于 且空间连接度较高的斑块作为生态源地 最终确定生态源地总面积为 .城镇源地由城镇建设用地与农村居民点构成.阻力因子选取 以丘陵山区生态环境保护为出发点兼顾平原地区城镇用地扩张的影响共选取 项阻力因子 各阻力因子划分 个等级赋值、依次表示阻力从小到大增长并利用层次分析法计算各因子权重(表)高程按自然断点法并结合实际划分等级坡度按相关规定以 作为建设用地的临界点划分等级土地利用类型按土地利用数据重分类为 级植被覆盖度结合相关研究划分等级年均降水量按自然断点法并结合实际划分等级土壤因子按土壤属性划分等级与道路、水体、居民点距离参考相关研究划分等级.最小累计阻力面差值计算 利用 软件对阻力因子叠加权重后得出源地扩张的综合阻力大小并计算两种源地的最小累计阻力面的差值公式如下:差值 生态源地 城镇源地()式中差值为最小累计阻力面的差值 若该 差值则表示该处的生态源更易扩 叶小群等 基于生态安全格局的大别山区“三生”空间格局优化张代表该处更适宜作为生态空间当 差值.坡度/.自然环境植被覆盖度/.年均降水量/.土地覆盖土地利用类型林地、水域草地耕地未利用地建设用地.土壤类型黄棕壤、棕壤、黄褐土、水库粗骨土、山地草甸土、紫色土、水稻土、石质土潮土石灰土.城镇发展与道路距离/.与水体距离/.与居民点距离/.“三生”空间格局情景模拟方法斑块级土地利用变化模拟模型()集成了土地利用扩张策略分析和基于多类型随机斑块种子机制的元胞自动机模型 选取影响土地变化的 项驱动因子利用随机森林算法挖掘出六安市各类用地的发展概率 以生态安全格局构建结果作为运算限制条件继而设定不同情景下各类用地的转移概率最后结合随机斑块种子生成和阈值递减机制模拟土地利用变化具体参数设置见表 表 土地利用模拟变化参数设置.模块参数设置情况 以、年两期土地利用数据提取土地扩张图 高程、坡度、坡向、土壤类型、植被覆盖度、年平均气温、年平均降水、与生态水系距离、与县道距离、与居民点距离、人口分布、地均(随机森林回归采样)采样方式:均匀采样采样率:.决策树:、年两期土地利用数据 由 模块获取各类用地发展概率 自然发展趋势情景:无生态源地保护情景:由 模型提取的核心生态空间区域生态安全格局情景:由 模型确定的生态保护空间范围 随机斑块种子参数设置邻域范围:斑块生成阈值:.扩散系数:.随机种子比例:.(由多次模拟实验比较后得出)由土地利用扩张中的各类型用地面积比例设置邻域权重(取值 值越大表示邻域影响越大)由 年各类型用地面积转移矩阵设置(“”代表可以转换“”表示不允许发生转换)绵阳师范学院学报(自然科学版)结果与分析.六安市生态安全格局构建.阻力面的建立 依托 技术平台构建出源地扩张综合阻力分布后(图)可以看出:两种源地阻力值空间分布相反在平原与丘陵山区源地扩张阻力值分化差异明显 城镇源地在丘陵山区的扩张阻力值处在最高水平空间上呈现连片分布格局 这些区域山林水体密布是六安市主要的自然保护区和风景名胜区所处地 在霍邱县、叶集区、舒城县北部等地区城镇源地的扩张阻力值处在中等以下水平低水平阻力值在空间上呈现点轴分布格局 该区域多为平原地形人类建设活动频繁也对生态源地的扩张产生了阻隔.生态安全格局分析 依据 模型计算出的最小累计阻力面差值结果结合相关研究利用自然断点法划定“三生”空间利用优化配置分区(图)结果表明:生态空间保护区总面积为 .空间分布以西南部丘陵山区为主该处以保护生态为主导原则上禁止任何建设活动 生态空间优化区总面积为 .空间上呈现点状圈层分布规模小、较为分散 生产空间开发区总面积为 .空间上呈现北部、中部的闭合连片分布该处适合农业生产活动生产空间限制区总面积为 .空间分布不均匀该处可以适当建设开发生活空间适宜区总面积为.空间上以中心城区为主向东延伸分布该处建设适宜性强 图 “源地”扩张综合阻力分布.图 “三生”空间利用优化配置分区.“三生”空间格局模拟.模型模拟结果 现状发展趋势情景为满足经济建设的最大化需求生活空间土地需求按相对稳定的历史转移概率发展不加任何限制转移条件 生态源地保护情景为满足生产空间的扩张需求只将生态源地作为发展禁区允许一定的生态空间向生产、生活空间转移 生态安全格局情景将“三生”空间利用优化配置分区中的生态空间保护区作为土地转移的限制区域以满足生态空间保护的需求 模拟结果如表 所示空间分布格局见图 叶小群等 基于生态安全格局的大别山区“三生”空间格局优化表 年各情景下的“三生”空间模拟结果.情景 生产空间 生活空间 生态空间 耕地/占比/建设用地/占比/林地/水域/其他/小计/占比/自然发展趋势.生态源地保护.生态安全格局.图 年“三生”空间格局分布.“三生”空间格局模拟结果分析()现状发展趋势情景 生活空间总面积 .相较于 年增加了.空间上主要以平原地区的城镇用地向外扩张为主 生态空间面积相较于 年下降.主要是丘陵山区林地的大幅度减少 生产空间相较于 年增加了.占到林地减少面积的.空间上的扩张主要体现在南部丘陵山地 该情景下不受约束的发展会造成生活空间的迅速扩张同时丘陵山区的生产空间侵占生态空间的问题进一步加深()生态源地保护情景 生活空间面积相较于现状发展趋势情景减少了.减缓了建设用地快速扩张的趋势 生态空间总面积.空间分布变化明显有效地避免了林地空间的过度破碎化 由于允许了生产空间的扩张需求生产空间面积有所增加达到 .扩张体现在裕安区与金安区南部区域 该情景下生活空间的规模得到一定程度的控制南部丘陵山区范围内的生活空间较多地转向了生产空间生态空间的分布格局得到明显优化()生态安全格局情景 对比前两种情景生活空间增长率分别降低了.和.个百分点 平原地区生活空间的总体布局更为紧凑有减缓侵占农业生产空间的趋势 相较于 年生态空间减少率由现状发展趋势情景下的.降低至.向其他空间的转化得到了一定程度的调控 该情景下丘陵山区的生态空间得到充分的保护有效缓解了丘陵山区生产空间侵占生态空间和平原地区建设用地侵占生产空间的问题对维持区域生态安全具有一定作用.六安市“三生”空间格局优化策略.集约节约用地推进生活空间组团式发展 根据“三生”空间利用优化配置分区结果绵阳师范学院学报(自然科学版)生活空间在中东部地区建设适宜性较高而南部为了维护生态安全格局不适于大规模的开发建设 因此六安市生活空间应推进集中组团式发展策略 为保证城市高质量、可持续发展以平原地区主要城镇作为集中发展区使得整体格局集约紧凑运行高效 在丘陵山区优化居民点布局实行“生活转生产生产让生态”的策略改善居住条件不便的同时维持生态环境同时在建设开发过程中实行最严格的生态管控.维护生态安全强化生态空间整体性保护 根据 模型的结果生态空间较为集中地分布在西南部地区这为生态空间的保护创造了有力的条件 但目前林地大规模地减少造成了丘陵山区生态空间的过度破碎化 因此应提高生态空间的“完整性、活力性、层次性”首要保证核心生态源地不受破坏实行最严格的保护制度不批准任何建设开发行为 另一方面开展现有林地、水域的生态修复工作让生态空间之间相互联系丰富六安市生态网络的层次性也可促进物种交流增强空间活力.增加利用效率推进生产空间规模化提升生产空间的保护与控制是发展的必要前提因此可采取“总量满足动态平衡空间布局可调”的原则 一是严禁平原地区城镇扩张触碰到永久基本农田严控永久基本农田红线 二是丘陵山区在保证永久基本农田不变的同时进行分区域差异控制 调整分散居民点的布局促使城镇建设用地集中布局结合生态空间保护转移部分生产空间 同时依据生态安全格局情景可将霍山县北部、金安区与裕安区南部以及舒城县中部的部分丘陵山地转为生产空间开发区 结语耦合 模型的模拟结果显示:种情景下“三生”空间格局均呈现“生态空间减少生活与生产空间增加”的特征 这表明六安市当前仍处于快速城市化阶段在此发展背景下进行的“三生”空间格局优化可提高六安市国土利用效率助力高质量发展与生态文明建设 优化结果与策略可为大别山区资源开发保护以及区域发展规划提供科学参考 但当前主要是模拟了“三生”空间的数量与分布格局在其“三生”功能以及所产生的社会经济效益上没有进行量化评估未来将在情景模式中加入评价指标全面判定各情景方案的综合效益 参考文献:江东林刚付晶莹.“三生空间”统筹的科学基础与优化途径探析.自然资源学报():.任玉鹏.基于 模型的国土空间结构和布局优化研究:以沁源县为例.科技与创新():.李媛洁叶长盛黄小兰.基于 模型的南昌市“三生”空间时空演变及情景模拟研究.水土保持研究():.杨惠.“三生”空间适宜性评价及优化路径研究.南京:南京师范大学.张景鑫.基于“三生空间”的区域国土空间利用质量及耦合协调度评价:以苏南城市群为例.农业科学研究():.(下转第 页)叶小群等 基于生态安全格局的大别山区“三生”空间格局优化了遥感科学与技术、地理科学等专业学生学习热情和实践应用能力的提升 近三年 多位同学考取、高校地图学与地理信息系统、土地资源与空间信息技术等地理信息相关专业硕士研究生 多位同学获得“全国高等学校大学生测绘科技论文大赛”“全国高校大学生 技能大赛”等学科竞赛奖 位同学取得制图工程师资格证和中级职称 人次参加“第三次国土利用调查”实践锻炼完成 矢量制图、土地利用动态变化分析以及相关报告编制等工作 虽然取得了一些成果但一流课程建设任重道远 后续将围绕课程大纲和教案修订、优化课程配置、思政和实践教学案例库建设、教学方法改革、软硬件教学资源和师资队伍五个方面持续开展建设 参考文献:吴岩.勇立潮头赋能未来:以新工科建设领跑高等教育变革.高等工程教育研究():.张海生.我国高校“新工科”建设的实践探索与分类发展.重庆高教研究():.林健.面向未来的中国新工科建设.清华大学教育研究():.施晓秋.新需求、新理念视域下一流课程建设思考与实践.高等工程教育研究():.李德仁.从测绘学到地球空间信息智能服务科学.测绘学报():.高井祥.智能时代测绘高等教育的几点思考.测绘通报():.闫长斌时刚张素磊等.“双一流”和“双万计划”背景下学科、专业、课程协同建设:动因、策略与路径.高教文摘():.习近平:坚持中国特色社会主义教育发展道路培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人.教育科学论坛():.翟萍陆慧.应用型本科高校翻转课堂实施的现状调查研究.高教学刊():.汤国安.地理信息系统教程.版.北京:高等教育出版社.李建荣.线上线下混合式教学探索与实践.教育教学论坛():.王建华董廷旭李辉等.校企共建应用型人才培养实践教学基地探索与实践.绵阳师范学院学报():.(责任编辑:陈桂芳)(上接第 页)金贵.国土空间综合功能分区研究.北京:中国地质大学.王玉莹沈春竹金晓斌等.基于 和 模型的江苏省生态网络构建与优化.生态科学():.李全宝.基于 与 模型的城镇增长边界划定研究:以江苏省新沂市为例.中国国土资源经济():.金杰朱海岩李子潇等.遥感图像处理中几种监督分类方法的比较.水利科技与经济():.赵筱青李思楠谭琨等.城镇农业生态协调的高原湖泊流域土地利用优化.农业工程学报():.():.:.刘媛.基于 模型的志丹县土地利用生态安全格局构建.西安:长安大学.(责任编辑:陈桂芳)贾 俊等 面向新工科的“地理信息系统原理”混合式一流课程建设实践