應(yīng)對建設(shè)用地快速擴(kuò)張的生態(tài)敏感區(qū)劃研究:以福州市域為例

劉 鈺，齊志方，蔡芫鑌，2，張 浩

（1.復(fù)旦大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程系，上海市200433；2.福州市環(huán)境科學(xué)研究院，福州市350011）

伴隨全球城市化進(jìn)程，世界城市人口將從2011年的36億增加到2050年的63億［1－2］.未來的二十多年，全球城市建設(shè)用地面積可能要隨之增加一百萬平方公里［1］.對于中國，建設(shè)用地普遍呈現(xiàn)無序擴(kuò)張趨勢［3］；在1995—2000年，僅黃淮海、長江三角洲和四川盆地部分地區(qū)，建設(shè)用地面積就增加了310千公頃［4］.不合理的建設(shè)用地擴(kuò)張會極大地改變生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)提供服務(wù)的能力降低，威脅居民生活質(zhì)量和社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展［5］.專家估計，到2030年我國100萬人口以上的城市數(shù)量可能將超過100座，50萬人口以上的城市數(shù)量可能將超過200座［6］.在快速城市化背景下，為了實現(xiàn)建設(shè)用地擴(kuò)張的生態(tài)優(yōu)化，保障居民生活質(zhì)量、維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能；在生態(tài)敏感性評價的基礎(chǔ)上制訂生態(tài)敏感區(qū)劃有重要的理論和現(xiàn)實意義.

生態(tài)敏感性評價是根據(jù)區(qū)域主要生態(tài)環(huán)境問題及其形成機(jī)制和主導(dǎo)因素，分析生態(tài)環(huán)境敏感性的空間分異規(guī)律，明確特定生態(tài)環(huán)境問題可能發(fā)生的地區(qū)范圍與可能程度［7－8］.生態(tài)敏感區(qū)劃是在生態(tài)敏感性空間分異的基礎(chǔ)上，劃定適宜或限制建設(shè)用地擴(kuò)張的空間范圍，以便采取有針對性的保護(hù)與建設(shè)措施.生態(tài)敏感評價與區(qū)劃，可定量分析區(qū)域各生態(tài)要素，并將其生態(tài)效應(yīng)直觀的轉(zhuǎn)化為空間政策，因此在區(qū)域土地開發(fā)和城市建設(shè)用地規(guī)劃上得到了廣泛研究［9－14］.但現(xiàn)有研究大多基于個別生態(tài)因子的空間疊加進(jìn)行評價和分析，對生態(tài)敏感區(qū)劃技術(shù)框架的構(gòu)建研究較少.其次，對基于生態(tài)敏感性評價和區(qū)劃的空間政策，缺乏政策評估的實證研究，對生態(tài)空間政策的合理性和有效性的研究較少.本文構(gòu)建了生態(tài)敏感區(qū)劃的技術(shù)框架；并以福州市域為案例，對基于生態(tài)敏感區(qū)劃的空間政策進(jìn)行了實證評估；對生態(tài)敏感區(qū)劃的理論基礎(chǔ)和生態(tài)空間政策評估進(jìn)行推進(jìn)和支撐.

1 研究區(qū)域概況

福州市是福建省會，包括福州市轄區(qū)五個區(qū)，兩個縣級市和六個縣.改革開放前，由于臺海特殊情勢，福州經(jīng)濟(jì)發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其他的同類城市，城市化進(jìn)程也進(jìn)展緩慢［15］.改革開放后，受快速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展推動，福州的城市化進(jìn)程不斷加快，建設(shè)用地也隨之快速擴(kuò)張.研究表明，2000—2009年福州建設(shè)用地從359.3平方公里擴(kuò)張到1 283.1平方公里，擴(kuò)張面積為2000年建成區(qū)面積的2.6倍（圖1），而且土地利用方式的巨大變化已對區(qū)域生態(tài)產(chǎn)生了一定影響［16］.福州作為典型的建設(shè)用地快速擴(kuò)張地區(qū)，對其建設(shè)用地擴(kuò)張進(jìn)行生態(tài)優(yōu)化，對區(qū)域生態(tài)保護(hù)、城鄉(xiāng)可持續(xù)發(fā)展有著重要意義.

圖1 福州建設(shè)用地擴(kuò)張F(tuán)ig.1 The expansion of the construction land in Fuzhou

2 研究方法

2.1 生態(tài)敏感區(qū)劃技術(shù)框架

建設(shè)擴(kuò)張用地的選擇，實質(zhì)上是對建成區(qū)和生態(tài)空間的邊界進(jìn)行調(diào)整；調(diào)整的重要原則是避開存在生態(tài)風(fēng)險的區(qū)域，并避免對重要生態(tài)功能區(qū)的干擾［16］.依據(jù)此原則構(gòu)建了生態(tài)敏感區(qū)劃的技術(shù)框架（圖2）：

圖2 生態(tài)敏感區(qū)劃技術(shù)框架Fig.2 The technique framework of ecological sensitivity zoning

（1）生態(tài)敏感問題的識別是生態(tài)敏感區(qū)劃的基礎(chǔ)，應(yīng)選擇當(dāng)?shù)氐闹饕鷳B(tài)風(fēng)險、重要生態(tài)功能、關(guān)鍵資源環(huán)境限制因子進(jìn)行分析.

（2）生態(tài)敏感評價是生態(tài)敏感區(qū)劃的核心內(nèi)容，包括單因子評價、單因子間的耦合、敏感性空間區(qū)劃等環(huán)節(jié).現(xiàn)有研究大多基于GIS的空間疊置工具完成規(guī)劃任務(wù)，但對其理論基礎(chǔ)的研究不夠深入.可以進(jìn)一步探討的問題包括：單因子敏感分級的生態(tài)學(xué)依據(jù)、空間分異的表征；從多準(zhǔn)則評價和信息融合的角度探索多因子耦合的技術(shù)途徑；敏感區(qū)劃的實質(zhì)是空間控制政策，如何從空間彈性和政策制訂的視角對其理論基礎(chǔ)進(jìn)行完善.

（3）依據(jù)生態(tài)敏感區(qū)劃可制訂相應(yīng)的空間政策，指導(dǎo)建設(shè)用地規(guī)劃.建設(shè)用地的擴(kuò)張很大程度上是不可逆的，而且會對其已經(jīng)占用的及其周邊的自然生態(tài)空間造成各種不利的影響［16］.因此應(yīng)將空間政策的評估納入敏感區(qū)劃技術(shù)體系，對其合理性和有效性進(jìn)行必要的評估，以降低政策失誤的幾率.

2.2 生態(tài)敏感問題識別

基于實地調(diào)研及文獻(xiàn)分析，福州主要的生態(tài)敏感問題包括：

（1）酸雨.福州市屬于國家酸雨控制重點城市.1982—2001年酸雨發(fā)生頻率為53.6%，降水pH最低值僅為3.23［17］.近10多年來，雖然福州市降雨的pH值的年均值呈上升的趨勢，但酸雨出現(xiàn)率卻沒有明顯下降，說明福州的酸雨狀況仍未得到改善［18］.

（2）地質(zhì)災(zāi)害.福州屬于地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)地區(qū).據(jù)不完全統(tǒng)計，全市分布有地質(zhì)災(zāi)害隱患點970處，其中規(guī)模大于3.0×104m3的市級重要地質(zhì)災(zāi)害防治點32處.僅2007年全市就發(fā)生次生地質(zhì)災(zāi)害219起，直接經(jīng)濟(jì)損失1.73×106元［19］.

（3）土壤侵蝕與水土流失.福州土壤侵蝕區(qū)多分布于人類活動比較密集的低山丘陵地區(qū)，體現(xiàn)了人為活動對土壤環(huán)境的影響；福州地區(qū)共有水土流失面積1 759.9平方公里，占全市土地總面積的14.6%［16，20］.

（4）飲用水源水質(zhì)下降。鄭能雄等的檢測結(jié)果表明，福州地區(qū)生活飲用水源水受到了不同程度的有機(jī)、無機(jī)和金屬類污染；從工業(yè)發(fā)達(dá)區(qū)到海島、市區(qū)、山區(qū)，水體總體污染呈下降趨勢，下降趨勢顯著［21］.

基于以上分析結(jié)果，本文對福州的酸雨、地質(zhì)災(zāi)害、土壤侵蝕和飲用水源保護(hù)進(jìn)行了生態(tài)敏感性評價.

2.3 生態(tài)敏感性評價與生態(tài)敏感區(qū)劃

生態(tài)敏感性評價的關(guān)鍵在于針對研究區(qū)域的特征，選取有代表性的生態(tài)因子，并制訂適當(dāng)?shù)臋?quán)重［16］.本文在鄭達(dá)賢等進(jìn)行福建省生態(tài)功能區(qū)劃時的生態(tài)敏感性評價成果基礎(chǔ)上［8］，根據(jù)福州的實際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，制定了福州市生態(tài)敏感性的評價標(biāo)準(zhǔn)，見表1～4.

表1 酸雨敏感性評價標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 The acid rain sensitive evaluation criteria

表2 地質(zhì)災(zāi)害敏感性評價標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 The geological hazards sensitivity evaluation criteria

表3 土壤侵蝕敏感性評價標(biāo)準(zhǔn)Tab.3 The soil erosion sensitivity evaluation criteria

表4 飲用水源保護(hù)敏感性評價標(biāo)準(zhǔn)Tab.4 The drinking water conservation sensitivity evaluation criteria

在ArcGIS空間疊置工具的支持下，對各生態(tài)敏感問題和綜合生態(tài)敏感性進(jìn)行評價；使用的空間疊置算法分別為：線性疊加（酸雨），幾何平均（地質(zhì)災(zāi)害、土壤侵蝕），Rank函數(shù)（飲用水源保護(hù)），算術(shù)平均（綜合敏感性）［16］.

基于表5的標(biāo)準(zhǔn)，將敏感性評價結(jié)果分級；并進(jìn)行生態(tài)敏感區(qū)劃，將評價范圍劃分為適建區(qū)、限建區(qū)和禁建區(qū)，與《城市規(guī)劃編制辦法（建設(shè)部令第146號）》的相關(guān)要求相銜接.

表5 綜合敏感性分級與區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)Tab.5 The standards of comprehensive sensitivity and ecological sensitivity zoning

2.4 生態(tài)空間政策評估方法

依據(jù)生態(tài)敏感功能區(qū)劃，可制訂相應(yīng)的生態(tài)空間政策指導(dǎo)城鄉(xiāng)建設(shè)用地規(guī)劃.為了評估生態(tài)空間政策的合理性和有效性，本研究對福州2000—2009年的建設(shè)用地擴(kuò)張進(jìn)行了實證分析，步驟如下：

（1）基于福州市域2000年和2009年的土地利用數(shù)據(jù)，提取建設(shè)用地擴(kuò)張的空間范圍（參見圖1）.2000年數(shù)據(jù)來自中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心；2009年數(shù)據(jù)來自TM影像，采用文獻(xiàn)［16］的解譯方法，經(jīng)隨機(jī)抽樣的點位驗證，準(zhǔn)確率為95%，可滿足本研究分析的需要..

（2）在ArcGIS的支持下，識別位于不同生態(tài)敏感分區(qū)內(nèi)的建設(shè)用地擴(kuò)張范圍.

（3）針對每種生態(tài)敏感問題，依次計算各敏感分區(qū)內(nèi)的建設(shè)擴(kuò)張用地中，敏感級別高于“敏感”的區(qū)域所占的面積比例.基于敏感用地比例對生態(tài)空間政策進(jìn)行評估.

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)敏感性評價

在ArcGIS的支持下，通過相關(guān)生態(tài)因子的空間疊加，獲得了福州市域酸雨、地質(zhì)災(zāi)害、土壤侵蝕和水源保護(hù)的生態(tài)敏感性及其空間分布格局，見圖3～圖6.

3.2 福州市域生態(tài)敏感區(qū)劃

將上述敏感性評價結(jié)果進(jìn)行空間疊加和空間分區(qū)，制訂了福州市域的生態(tài)敏感區(qū)劃（圖7，見第842頁）.

分析結(jié)果表明適建區(qū)、限建區(qū)和禁建區(qū)所占比例分別為26.2%、71.9%和1.9%.適建區(qū)主要分布于閩江沿線和下游平原，以及福州東南的福清市東部地區(qū)；地形主要為臺地和平原，其中福州平原是福建省沿海四大平原之一.本區(qū)農(nóng)業(yè)和交通條件較好；是福州人口最密集，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展最快、水平最高的區(qū)域；而且生態(tài)敏感度較低，適宜在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上發(fā)展經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè).限建區(qū)位于福州中部和西部地區(qū)，地形以山地和丘陵為主，強(qiáng)行大規(guī)模開發(fā)存在一定的生態(tài)隱患，只能作為小規(guī)模建設(shè)用地擴(kuò)張的備選用地.禁建區(qū)集中在福州北區(qū)的飲用水源核心區(qū)，并有零星分布于山地區(qū)域，生態(tài)敏感度較高，不宜作為建設(shè)用地開發(fā).

圖7 福州生態(tài)敏感區(qū)劃Fig.7 Ecological sensitivity zoning of Fuzhou

3.3 基于福州建設(shè)用地擴(kuò)張的生態(tài)空間政策分析

2000—2009年間位于不同生態(tài)敏感分區(qū)的建設(shè)擴(kuò)張用地，各生態(tài)問題敏感性達(dá)到“敏感”級別以上的用地比例見圖8.由圖可見，位于禁建區(qū)、限建區(qū)和適建區(qū)的生態(tài)敏感用地比例依次下降.禁建區(qū)內(nèi)的建設(shè)擴(kuò)張用地，酸雨和地質(zhì)災(zāi)害的敏感用地比例分別為88.8%和94.0%，土壤侵蝕和水源保護(hù)的敏感用地比例都在99%以上.而適建區(qū)內(nèi)的建設(shè)擴(kuò)張用地，除土壤侵蝕外，敏感用地比例都在15%以下，酸雨和水源保護(hù)敏感用地比例僅為5%左右.由于土壤侵蝕敏感度在福州市域絕大部分地區(qū)都處在“敏感”級別以上（見圖5），因此適建區(qū)的敏感用地比例也較高，但明顯低于禁建區(qū)和限建區(qū)（都高于99%）.限建區(qū)的敏感用地比例介于禁建區(qū)和適建區(qū)之間，而且大部分生態(tài)敏感問題的敏感用地比例與禁建區(qū)更為接近.

以上結(jié)果表明，位于禁建區(qū)內(nèi)的建設(shè)擴(kuò)張用地的生態(tài)隱患顯著高于適建區(qū)內(nèi)的擴(kuò)張用地，限建區(qū)內(nèi)的擴(kuò)張用地也具有較高的生態(tài)隱患.可見，基于生態(tài)敏感區(qū)劃制訂空間政策，將建設(shè)用地控制在適建區(qū)內(nèi)，可以有效地降低生態(tài)風(fēng)險水平；相應(yīng)的空間政策可以有效地指導(dǎo)城鄉(xiāng)規(guī)劃，引導(dǎo)城鎮(zhèn)建設(shè)用地良性發(fā)展.

圖8 建設(shè)擴(kuò)張用地的生態(tài)敏感用地比例Fig.8 The ratios of ecological sensitive area of construction expansion land

4 結(jié)論與討論

（1）本文依據(jù)生態(tài)學(xué)原理構(gòu)建了應(yīng)對建設(shè)用地快速擴(kuò)張的生態(tài)敏感區(qū)劃技術(shù)框架，通過生態(tài)敏感問題識別、生態(tài)敏感評價、生態(tài)空間政策評估等環(huán)節(jié)實現(xiàn)建設(shè)擴(kuò)張用地的生態(tài)優(yōu)化.

（2）基于實地調(diào)研及文獻(xiàn)分析，識別了福州的主要生態(tài)敏感問題包括：酸雨、地質(zhì)災(zāi)害、土壤侵蝕和飲用水源保護(hù)；并對其進(jìn)行了系統(tǒng)的生態(tài)敏感性評價.在此基礎(chǔ)上制定了生態(tài)敏感區(qū)劃，與《城市規(guī)劃編制辦法（建設(shè)部令第146號）》的相關(guān)要求相銜接.

（3）以2000—2009年的福州建設(shè)用地擴(kuò)張為案例，對基于生態(tài)敏感區(qū)劃的空間政策進(jìn)行了實證分析.結(jié)果表明，位于禁建區(qū)、限建區(qū)和適建區(qū)的建設(shè)擴(kuò)張用地，其生態(tài)敏感用地比例依次下降；將建設(shè)用地控制在適建區(qū)內(nèi)，可以有效地降低生態(tài)風(fēng)險水平；從而驗證了生態(tài)空間政策的合理性和有效性.

（4）生態(tài)敏感區(qū)劃可從生態(tài)敏感性的角度實現(xiàn)對建設(shè)用地擴(kuò)張的生態(tài)優(yōu)化.在城鄉(xiāng)規(guī)劃的實際工作中，應(yīng)結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評價，當(dāng)?shù)氐纳鐣?jīng)濟(jì)發(fā)展用地需求，生態(tài)保育和防災(zāi)工程技術(shù)能力等實現(xiàn)最為科學(xué)合理的建設(shè)用地規(guī)劃.

福州市環(huán)境科學(xué)研究院、國家自然科學(xué)基金委員會“中國西部環(huán)境與生態(tài)科學(xué)數(shù)據(jù)中心”（http：∥westdc.westgis.ac.cn）、中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http：∥www.resdc.cn／）、地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺（http：∥www.geodata.cn）、中國科學(xué)院計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心國際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺（http：∥datamirror.csdb.cn）和國土資源科學(xué)數(shù)據(jù)中心的地質(zhì)調(diào)查分中心（http：∥gsd.cgs.cn）等單位提供了本文所需的大量地理數(shù)據(jù)，福州市環(huán)科院的相關(guān)人員在遙感解譯和實地勘察等方面提供了大量幫助，特此致謝！

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