人居生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)中的生態(tài)輻射模型研究
——以深圳市龍崗區(qū)為例

解宇峰,李德波,馬曉明,張書海

(1.環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所,江蘇 南京210042；2.北京大學(xué)深圳研究生院,廣東 深圳 518055；3.北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院,北京 100871)

人居生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)中的生態(tài)輻射模型研究
——以深圳市龍崗區(qū)為例

解宇峰1*,李德波1,馬曉明2,張書海3

(1.環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所,江蘇 南京210042；2.北京大學(xué)深圳研究生院,廣東 深圳 518055；3.北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院,北京 100871)

當(dāng)前研究者往往是把生態(tài)用地質(zhì)量評(píng)價(jià)同人居環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)各自分隔開(kāi)來(lái)進(jìn)行研究,而沒(méi)能很好的把二者結(jié)合起來(lái).本研究將生態(tài)輻射的概念引入人居生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)中,利用GIS技術(shù)構(gòu)建了生態(tài)輻射模型,并以深圳市龍崗區(qū)為例進(jìn)行了分析.在生態(tài)輻射模型中將城市用地分為生態(tài)用地和建設(shè)用地兩類,以建設(shè)用地作為人居用地來(lái)進(jìn)行研究.對(duì)不同大小的生態(tài)用地斑塊提出不同的服務(wù)半徑,作為生態(tài)用地的輻射范圍,其大小決定于生態(tài)用地的斑塊大小和土地類型.模型計(jì)算結(jié)果顯示,生態(tài)用地分布較為均勻的坪地街道,其森林覆蓋率雖然比大鵬街道要低,但生態(tài)輻射強(qiáng)度值卻略高于后者,這說(shuō)明本研究建立的生態(tài)輻射模型有一定的合理性,能夠反映生態(tài)用地分布均勻程度對(duì)人居環(huán)境的影響,為人居生態(tài)環(huán)境研究提供了新的思路.

深圳市；人居生態(tài)環(huán)境；生態(tài)輻射；地理信息系統(tǒng)

Abstract：The concept of ecological radiation was proposed first time in this study for ecological environmental assessment of human settlement. The GIS technology was used to develop the ecological radiation model (ERM). The urban land was classified into two categories in ERM, including ecological land and construction land. The construction land was viewed as human settlement in the current study. The ecological radiation extension of each land depends on its size and type and the land type was treated as weights in the model. According to the ecological urban construction theory and practical application examples, the ecological land with various sizes has different extension of ecological service, which is represented as radius in ERM. The Longgang District of Shenzhen City was taken as a case study to demonstrate the application of the proposed model. The ERM results showed that the developed model could reflect the effects of ecological land patterns to human settlement and, thereby, provides a new method for ecological environmental assessment of human settlement.

Key words：Shenzhen City；human settlement；ecological environmental assessment；ecological radiation；GIS

當(dāng)前,對(duì)人居環(huán)境的研究已成為一個(gè)熱點(diǎn).不同研究者從人居環(huán)境的理論[1-3]、人居環(huán)境評(píng)價(jià)模型與指標(biāo)體系[4-7]、人居環(huán)境規(guī)劃與評(píng)價(jià)的實(shí)踐[8-12]等方面進(jìn)行了探索,對(duì)城市人居環(huán)境、居住區(qū)環(huán)境、水網(wǎng)平原區(qū)人居環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了研究,在杭州、上海、大連、常德等城市開(kāi)展了實(shí)踐.但在當(dāng)前的人居生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)研究中,研究者往往是把生態(tài)用地的質(zhì)量評(píng)價(jià)同建設(shè)用地(居住區(qū))的質(zhì)量評(píng)價(jià)各自分隔開(kāi)來(lái)進(jìn)行研究,而沒(méi)能很好的把二者結(jié)合起來(lái).事實(shí)上,有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的研究[13-16]有很多,但生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能對(duì)人類的作用機(jī)理方面的研究很少被關(guān)注,本研究借鑒生態(tài)服務(wù)半徑相關(guān)理論[17-23],利用地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)[23-24],通過(guò)建構(gòu)生態(tài)輻射模型,嘗試把生態(tài)用地同建設(shè)用地二者聯(lián)系起來(lái).

本研究提出了生態(tài)輻射的概念,建立了生態(tài)輻射模型,用生態(tài)輻射強(qiáng)度值來(lái)表示,并引入到人居生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)工作中.生態(tài)輻射的概念能夠反映生態(tài)用地分布對(duì)人居環(huán)境的影響,體現(xiàn)景觀生態(tài)學(xué)中“集中與分散相結(jié)合”的原則.它是衡量城市綠地分布均勻與否的一個(gè)方法,落實(shí)景觀生態(tài)學(xué)“集中與分散相結(jié)合”原則的一次嘗試.

1 模型簡(jiǎn)介

生態(tài)輻射強(qiáng)度是指具有生態(tài)功能的土地斑塊,對(duì)建設(shè)用地斑塊產(chǎn)生的作用強(qiáng)度.生態(tài)輻射強(qiáng)度基于以下假設(shè):

(1) 所有土地類型斑塊分為生態(tài)用地和建設(shè)用地兩種,根據(jù)全國(guó)土地分類辦法,把除了建設(shè)用地的大類之外的統(tǒng)歸為生態(tài)用地.

(2) 建設(shè)用地包括多種類型,但本研究將其簡(jiǎn)化,將建設(shè)用地統(tǒng)一作為城市人居用地.人居生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)主要是評(píng)價(jià)生態(tài)用地對(duì)城市人居用地(建設(shè)用地)的生態(tài)影響.

(3) 生態(tài)輻射強(qiáng)度受到生態(tài)用地斑塊類型、生態(tài)用地斑塊面積(A)以及生態(tài)用地與建設(shè)用地斑塊的距離(s)三個(gè)方面的影響.模型如下:

式中:ER為生態(tài)輻射強(qiáng)度;Ecotype代表斑塊生態(tài)類型;A代表斑塊面積;s代表斑塊的生態(tài)輻射范圍(距離).

本研究中“生態(tài)用地斑塊類型”采用中華人民共和國(guó)國(guó)土資源部頒發(fā)并于2002年試行的全國(guó)土地分類(過(guò)渡期間用),各種斑塊類型的權(quán)重賦值參考深圳市生態(tài)規(guī)劃中的有關(guān)數(shù)據(jù),并結(jié)合專家評(píng)估法確定,見(jiàn)表1.

生態(tài)用地斑塊面積大小及相應(yīng)權(quán)重賦值采用專家評(píng)估法確定,見(jiàn)表2.

生態(tài)用地與建設(shè)用地的距離用生態(tài)輻射范圍來(lái)衡量.本研究參考多個(gè)生態(tài)區(qū)建設(shè)規(guī)劃的研究成果,以及服務(wù)半徑理論的相關(guān)研究[17-23],提出生態(tài)輻射范圍如下:

斑塊面積大小等級(jí)為 1等的生態(tài)斑塊輻射范圍是3km,2等的輻射范圍是2km,3等的輻射范圍1km,4等的輻射范圍是0.5m.輻射范圍是指從生態(tài)用地斑塊的邊緣向斑塊外側(cè)延展的距離.為了便于計(jì)算和更加客觀的描述,分級(jí)計(jì)算輻射范圍.例如,某一生態(tài)用地斑塊大小為30hm2,那么它為 1等面積的斑塊,輻射范圍 3km,3km中分為0～0.5km, 0.5～1km, 1～2km,2～3km四個(gè)級(jí)別的輻射段.采用專家評(píng)估法確定各級(jí)別距離權(quán)重,其中0～0.5km的輻射段的距離權(quán)重為1, 0.5～1km的距離權(quán)重為1/4,1～2km距離權(quán)重為1/9, 2～3km距離權(quán)重為1/16.如表3所示.

表2 斑塊面積大小權(quán)重賦值Table 2 Patches’ area and weight value

基于以上的模型假設(shè),采用2006年深圳市龍崗區(qū)南灣、坪地和大鵬三個(gè)街道的土地利用調(diào)查矢量數(shù)據(jù),通過(guò)Arc GIS info 9.1軟件來(lái)計(jì)算生態(tài)輻射強(qiáng)度.技術(shù)流程如下:

① 利用selection by attributes工具提取具有生態(tài)輻射功能的斑塊;

② 在生態(tài)輻射功能地塊屬性中增加地塊面積規(guī)模、地塊類型級(jí)別屬性字段;

③ 按照面積規(guī)模對(duì)生態(tài)輻射功能地塊進(jìn)行分組;

④ 按照生態(tài)地塊類型對(duì)生態(tài)輻射功能地塊進(jìn)行分組;

⑤ 對(duì) 2、3兩步驟的分組結(jié)果進(jìn)行 merge操作,建立分析斑塊組;

⑥ 分別針對(duì)不同的斑塊組進(jìn)行buffer操作,并根據(jù)面積分組進(jìn)行二次、三次、四次 buffer運(yùn)算;

⑦ 對(duì)二次、三次、四次buffer運(yùn)算進(jìn)行權(quán)重計(jì)算;

⑧ 利用union工具對(duì)緩沖區(qū)進(jìn)行空間疊加;

⑨ 利用calculate中的加法對(duì) union疊加的結(jié)果進(jìn)行計(jì)算,得到區(qū)域生態(tài)服務(wù)質(zhì)量空間分布.

表3 斑塊的輻射范圍及權(quán)重賦值Table 3 Radiation distance and weight value

2 研究區(qū)域概況

本研究選取深圳市龍崗區(qū)的 3個(gè)植被覆蓋率不同的街道南灣街道、坪地街道和大鵬街道進(jìn)行研究(圖1).

該區(qū)屬南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候.日照充足,雨量充沛,氣候溫和.多年平均氣溫 22℃,無(wú)霜期達(dá)355d.每年的4～9月為雨季,10月至次年3月為旱季,年均降雨量 1993mm.境內(nèi)有龍崗河、坪山河、布吉河、崗頭河、坂田河、觀瀾河等河流.土壤以赤紅壤為主,其余為紅壤和黃壤.目前經(jīng)常發(fā)生的水土流失現(xiàn)象主要分布在丘陵地區(qū).植被屬于亞熱帶常綠季雨林,由于雨量充沛,植被覆蓋率較高,在低丘陵上主要為人工桉樹(shù)林、相思林及荔枝、龍眼、芒果等果林等.

圖1 研究區(qū)示意Fig.1 The location of study site in Shenzhen city

南灣街道與羅湖區(qū)相望,轄區(qū)內(nèi)交通四通八達(dá).街道轄區(qū)總面積 24.68km2.地貌以丘陵為主,地勢(shì)西北高,東北低,母巖為砂頁(yè)巖及花崗巖,屬中國(guó)東南沿海構(gòu)造地震帶外帶,位于布吉-松子坑斷裂帶上.

坪地街道地處深圳經(jīng)濟(jì)特區(qū)通往惠州、河源、梅州等地的交通要道,深惠一級(jí)公路和惠鹽高速公路貫穿全街道.街道面積 57.6km2.地貌以低丘、川地為主,四周群山環(huán)繞,中間一馬平川,地勢(shì)極其平坦,坪地也因此而得名,非常適合農(nóng)業(yè)生產(chǎn).

大鵬街道于2004年由大鵬鎮(zhèn)改設(shè)而成,距離深圳市區(qū)48公里,總面積82.81km2.區(qū)內(nèi)各類基礎(chǔ)設(shè)施配套完善并適度超前,實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)超前化、旅游開(kāi)發(fā)區(qū)域化、工業(yè)開(kāi)發(fā)集中化、農(nóng)業(yè)發(fā)展基地化、商貿(mào)發(fā)展規(guī)?；?、民宅建設(shè)城市化,走上了一條經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、環(huán)境綜合保護(hù)、土地集約利用的可持續(xù)發(fā)展的路子.

3 結(jié)果與討論

從表4,表5,圖2可見(jiàn),南灣、坪地和大鵬3個(gè)街道的生態(tài)輻射強(qiáng)度值(標(biāo)準(zhǔn)值)分別為0.548、1和 0.696.坪地街道的生態(tài)輻射強(qiáng)度值最大,大鵬街道次之,而南灣街道最低,并且 3個(gè)街道的值相差不大.從表 5來(lái)看,南灣街道的生態(tài)輻射面積以及建設(shè)用地上的生態(tài)輻射面積總量都是最低的,得分值相應(yīng)也是最低;大鵬街道總的生態(tài)輻射面積最大,但是建設(shè)用地上的生態(tài)輻射面積還是低于坪地街道,并且生態(tài)分級(jí)中,3級(jí)和4級(jí)所占的絕對(duì)面積坪地街道都是遙遙領(lǐng)先于大鵬街道的,最終使得坪地街道的生態(tài)輻射強(qiáng)度值是 3個(gè)街道中最高的.究其原因,本研究認(rèn)為是坪地街道較為均勻的生態(tài)用地分布以及大塊的生態(tài)用地造成的,而大鵬街道雖然森林覆蓋率最高,但其主要生態(tài)用地林地主要集中于北部和西部,分布并不均勻,使得大鵬街道的生態(tài)輻射強(qiáng)度值處于第2位.

表5 評(píng)價(jià)區(qū)域生態(tài)輻射面積及強(qiáng)度評(píng)價(jià)結(jié)果Table 5 Assessment result of ecological radiation area

從另外一個(gè)角度分析,南灣、坪地和大鵬3個(gè)街道中,受到輻射的建設(shè)用地占建設(shè)用地總量的比例分別為88.9%、90.5%和90.5%.這一方面印證了3個(gè)街道生態(tài)輻射強(qiáng)度值差別不大,另一方面也能看出,雖然大鵬街道的總生態(tài)輻射強(qiáng)度值低于坪地街道,但由于大鵬街道生態(tài)用地斑塊大,建設(shè)用地總面積相對(duì)小,所以最終產(chǎn)生了如此的結(jié)果.

圖2 評(píng)價(jià)區(qū)域生態(tài)輻射強(qiáng)度評(píng)價(jià)結(jié)果示意Fig.2 Assessment result of ecological radiation

4 結(jié)論

4.1 本研究建立的生態(tài)輻射模型有一定的合理性,能夠反映生態(tài)用地分布均勻程度對(duì)人居環(huán)境的影響體現(xiàn)了景觀生態(tài)學(xué)“集中與分散相結(jié)合”的原則,為人居生態(tài)環(huán)境研究提供了新的思路.

4.2 生態(tài)輻射的概念是首次提出的,新生事物的不足需要更多人來(lái)補(bǔ)充完善.在本研究中,生態(tài)輻射強(qiáng)度值大小只考慮了生態(tài)用地的類型、面積大小和輻射距離,但是沒(méi)有考慮生態(tài)用地斑塊的形狀(例如狹長(zhǎng)型的斑塊,尤其像河流類型).事實(shí)上,生態(tài)用地的形狀對(duì)生態(tài)輻射的范圍也同樣起著重要的作用,以后的研究可以在模型中補(bǔ)充生態(tài)用地的形狀因子.另外,生態(tài)輻射的范圍也不是簡(jiǎn)單的0～0.5km、0.5～1km、1～2km、2～3km這幾個(gè)區(qū)間能夠描繪的,它應(yīng)該是一個(gè)連續(xù)的函數(shù),如何定義這個(gè)連續(xù)函數(shù)以及怎樣實(shí)現(xiàn)它都有待進(jìn)一步研究.最后,把建設(shè)用地等同于人居用地來(lái)考慮,這在研究中可能包含著一定的不確定性.在條件許可時(shí),應(yīng)該用分辨率更高的影響資料進(jìn)行分析,并把建設(shè)用地中的不同小類加以區(qū)別對(duì)待.

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Ecological radiation model research in human settlement ecological environment assessment: a case study of Longgang District of Shenzhen City.

XIE Yu-feng1*, LI De-bo1, MA Xiao-ming2, ZHANG Shu-hai3

(1.Nanjing Institute of Environmental Sciences, Ministry of Environment Protection, Nanjing 210042, China；2.Shenzhen Graduate School, Peking University, Shenzhen 518055, China；3.College of Urban and Environment, Peking University, Beijing 100871, China). China Environmental Science, 2010,30(2)：279～283

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1000-6923(2010)02-0279-05

2009-06-30

* 責(zé)任作者, 碩士, pkuyufeng@163.com

解宇峰(1982-),男,安徽太和人,碩士,主要從事生態(tài)環(huán)境規(guī)劃、水污染防治等研究工作.