浐灞國家生態(tài)文明先行示范區(qū)生態(tài)風險評價與管理

趙 丹, 馬俊杰, 劉 哲

(1.西北大學 城市與環(huán)境學院, 陜西 西安 710127;2.西安浐灞生態(tài)區(qū)管理委員會, 陜西 西安 710024; 3.西安市環(huán)境科學保護研究院, 陜西 西安 710161)

浐灞國家生態(tài)文明先行示范區(qū)生態(tài)風險評價與管理

趙 丹1,2, 馬俊杰1, 劉 哲3

(1.西北大學 城市與環(huán)境學院, 陜西 西安 710127;2.西安浐灞生態(tài)區(qū)管理委員會, 陜西 西安 710024; 3.西安市環(huán)境科學保護研究院, 陜西 西安 710161)

[目的] 開展城市生態(tài)風險評價研究，揭示景觀格局變化對城市生態(tài)風險空間變化的影響，以期為西部地區(qū)綠色城鎮(zhèn)化與城市生態(tài)建設提供決策參考。 [方法] 選取西安市浐灞國家生態(tài)文明先行示范區(qū)為研究對象，以2004，2009，2014年的遙感數(shù)據(jù)為基礎，開展生態(tài)景觀格局變化分析，構建研究區(qū)生態(tài)風險指數(shù)，擬合區(qū)域生態(tài)風險變化，對研究區(qū)2014年生態(tài)風險和生態(tài)服務價值進行空間疊加和優(yōu)化厘定，在分析生態(tài)風險的時空變化規(guī)律的同時給出研究區(qū)生態(tài)發(fā)展優(yōu)化調控對策。 [結果] 區(qū)域景觀由原來農(nóng)田景觀控制的絕對狀態(tài)變成多類型控制的城市景觀，區(qū)域景觀風險指數(shù)上升了25%，但區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務價值上升了5.5%。 [結論] 浐灞生態(tài)區(qū)成立10 a以來生態(tài)風險空間分布差異明顯，但由于該區(qū)堅持生態(tài)立區(qū)策略，區(qū)內(nèi)多建大型生態(tài)項目，雖然該區(qū)在短期內(nèi)呈現(xiàn)出生態(tài)風險指數(shù)上升的問題，但隨著項目完成建設，區(qū)域風險會回落到一個新的穩(wěn)定狀態(tài)，且區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務價值上升，表明其生態(tài)策略有利于該區(qū)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展。

土地利用； 景觀格局； 生態(tài)風險； 風險管理

城鎮(zhèn)化加速帶來的人口集中、高強度經(jīng)濟活動和交通困境導致了環(huán)境脅迫效應，進而影響到城市生態(tài)系統(tǒng)響應機制的改變。隨著環(huán)境政策研究引入風險管理概念，生態(tài)風險評價逐漸受到重視，研究人類生產(chǎn)生活對生態(tài)系統(tǒng)帶來不利影響的可能性，為風險管理提供決策依據(jù)。隨著近些年研究的不斷深入，生態(tài)風險評價的源頭分析已從環(huán)境污染事件和工業(yè)源頭逐漸發(fā)展到關注人類活動對生態(tài)環(huán)境的影響，研究范圍也逐漸擴展到流域、區(qū)域。近10 a來，城市范圍的生態(tài)風險評價逐漸得到發(fā)展，方法主要有綜合指數(shù)法、模型模擬法、景觀生態(tài)法、基于3S疊圖法等[1-2]?；诰坝^格局的生態(tài)風險空間分析，能準確地顯示出人類活動與自然因素影響的空間變化與梯度分布特征[3]。而生態(tài)風險管理是在生態(tài)風險評價和分析得出不同等級的風險區(qū)域后，在不同等級的風險區(qū)域內(nèi)分析其風險源的特點和強度，以采取不同的風險控制政策和措施[4-5]，其目的是將生態(tài)風險及其損失減小到最小。這對于解決城市問題，研究城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展，指導生態(tài)建設具有重要的現(xiàn)實意義。本研究選取西安浐灞國家生態(tài)文明示范區(qū)為研究對象，通過研究景觀格局變化與城市生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展的影響關系，對研究區(qū)生態(tài)風險進行分析，以期為北方半干旱地區(qū)城市建設及新型城鎮(zhèn)化建設中實現(xiàn)生態(tài)保護、經(jīng)濟建設之間的協(xié)調發(fā)展研究提供參考。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

浐灞生態(tài)區(qū)位于陜西省西安市主城區(qū)東部，該區(qū)北緯34°12′30″—34°26′00″，東經(jīng)108°57′10″—109°5′20″，東西長10 km，南北長25 km，規(guī)劃面積89 km2。屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，四季冷暖干濕分明。年平均氣溫13.3 ℃，年平均降水量570.5 mm，且主要集中在7—10月，降水量占全年降水量的60%以上，雨熱同季、氣候溫和。區(qū)內(nèi)有2條河流，名為浐河和灞河，兩河年徑流變化大，徑流量的55%左右集中于7—10月。浐灞生態(tài)區(qū)于2004年因治理浐河、灞河而成立，成立之初，該區(qū)積極開展河流治理和生態(tài)建設，將區(qū)內(nèi)原有的河流污染、建筑垃圾無序傾倒、沙土資源盜采嚴重等環(huán)境問題進行了全面治理，在積極開展河流治理和生態(tài)重建的同時，該區(qū)重點發(fā)展旅游、金融、會展等現(xiàn)代服務業(yè)，淘汰或搬遷原有建材、冶金等重工業(yè)。經(jīng)過10 a建設，區(qū)域生態(tài)景觀格局發(fā)生較大變化，該區(qū)生態(tài)治理帶動區(qū)域發(fā)展，新區(qū)發(fā)展反哺生態(tài)建設的獨特發(fā)展模式獲環(huán)保部授予“國家生態(tài)文明試點”稱號，并于2015年12月被國家發(fā)改委、環(huán)保部、水利部等9部委批準成為全國第2批國家生態(tài)文明先行示范區(qū)。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

以2004，2009，2014年SPOT遙感數(shù)字影像(2.5 m)為主，同時參考浐灞生態(tài)區(qū)總體規(guī)劃圖、區(qū)域自然概況、社會經(jīng)濟概況等數(shù)據(jù)。利用GIS 9.3，ERDAS 9.2平臺進行影像解譯。按照研究區(qū)總體規(guī)劃及建設現(xiàn)狀，結合景觀規(guī)劃特征以及不同景觀類型的經(jīng)濟、文化和生態(tài)功能，將浐灞景觀類型分為建設、生態(tài)及農(nóng)業(yè)3大類，并按照居住、工業(yè)、道路、商業(yè)文化、在建、綠化、水體和農(nóng)田分為8小類景觀。

1.3 研究方法

1.3.1 景觀格局分析 為反映生態(tài)區(qū)建設背景下浐灞區(qū)域景觀格局變化特征，參考景觀指數(shù)評價相關研究[6-9]，選取斑塊數(shù)，景觀破碎度，多樣性指數(shù)、景觀均勻度、景觀優(yōu)勢度等5指標，從類型水平和景觀水平分析景觀要素特征及其異質性。

1.3.2 生態(tài)服務價值 利用Costanza等[10]提出的估算公式，計算浐灞生態(tài)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務功能的經(jīng)濟價值(ESV)，計算公式為：

(1)

式中：Aj——j類生態(tài)系統(tǒng)的面積；Eij——j生態(tài)系統(tǒng)i種服務功能的當量因子。

1.3.3 生態(tài)風險分析 從景觀尺度進行區(qū)域生態(tài)風險分析，國外學者主要運用蔓延度指標進行評價，國內(nèi)學者主要通過構建景觀損失度、脆弱度、干擾度和綜合風險等指數(shù)表征生態(tài)風險。本研究提出景觀風險指數(shù)的概念，通過比較區(qū)域風險指數(shù)的變化，分析研究區(qū)建設過程對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的影響。景觀風險指數(shù)是一種空間變量，表示區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)潛在生態(tài)影響及其積累后果，利用地統(tǒng)計學方法進行空間特征分析，得到研究區(qū)生態(tài)風險變化圖。景觀風險指數(shù)計算公式為：

Sr=∑ai·Sri=∑ai·Fri·Pri

(2)

式中：αi——區(qū)域(某風險單元)內(nèi)i類景觀的比重;Sri——該類景觀的風險指數(shù)；Fri——景觀結構指數(shù)，表示不同景觀所代表的生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)，可利用景觀格局指數(shù)進行疊加來構建，通過參考林揚碧[11]、郭懷成[12]、謝花林[13]等的研究，通過景觀指數(shù)相關性分析，選取破碎度、分離度、分維數(shù)3個指標構建景觀結構指數(shù)，計算公式為：

(3)

式中：Ci——區(qū)域內(nèi)i類景觀的破碎度;Si——i類景觀的分離度;Fi——i類景觀的分維數(shù)；Pri——景觀脆弱度指數(shù)，表示不同生態(tài)系統(tǒng)的易損性，與生態(tài)系統(tǒng)在自然演替過程中所處的階段有關。但由于本研究以人活動影響為主，在脆弱性分析中應考慮到有關的影響因素，因此，參考陳春麗[14]、彭羽[15]、劉勇[16]等有關人為影響下的景觀脆弱度賦值研究，結合浐灞景觀組分自身特點，對各類景觀的脆弱度指數(shù)分別賦值，進行歸一化處理得到各自的脆弱度指數(shù)。

1.3.4 空間化 按照研究區(qū)范圍，采用1 km×1 km單元網(wǎng)格將研究區(qū)劃分為若干個風險小區(qū)，利用景觀風險指數(shù)公式計算出每個單元的景觀風險指數(shù)值后，利用ArcGIS 9.3的空間分析和地統(tǒng)計功能，進行Kriging空間插值，將所得的實際半方差圖用球狀模型擬合，進而得到研究區(qū)景觀風險指數(shù)空間分布圖。

2 結果與分析

2.1 景觀格局變化

在GIS 9.3支持下，借助Fragstas 3.3軟件計算出浐灞2004—2009年，2009—2014年2個時段的各類景觀指數(shù)(表1)。從表1來看，浐灞生態(tài)區(qū)成立10 a以來，區(qū)域景觀多樣性、均勻度增加，優(yōu)勢度降低，區(qū)域景觀由原來農(nóng)田景觀控制的絕對狀態(tài)變成多類型控制的城市景觀，各景觀組分比例間的差異縮小，分布更加均勻，景觀異質化程度上升明顯，生態(tài)區(qū)建設對區(qū)域景觀影響明顯。浐灞生態(tài)區(qū)已由原來以農(nóng)田景觀為主的“城郊景觀”演變?yōu)椤靶滦蜕鷳B(tài)城區(qū)”，城市特有景觀如居民點、街區(qū)、公園綠地、商業(yè)區(qū)、文教區(qū)、工業(yè)區(qū)等快速增長，區(qū)域景觀多樣性提高，景觀組分分散且均勻，呈現(xiàn)較強的異質性，這些變化將對區(qū)域生態(tài)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

表1 浐灞生態(tài)區(qū)2004—2014年區(qū)域景觀格局指數(shù)變化

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務價值分析

對研究區(qū)不同景觀類型生態(tài)服務價值系數(shù)的賦值，運用公式(1)計算得到2004，2009，2014年浐灞生態(tài)區(qū)生態(tài)服務價值(表2)。由表2可以看出,2004—2014年浐灞生態(tài)區(qū)的生態(tài)服務價值增加了55%，變化比較明顯的是農(nóng)田、綠地和水體景觀，其中農(nóng)田的生態(tài)服務價值損失近65%，說明生態(tài)區(qū)大量農(nóng)用地發(fā)生景觀變化。而由農(nóng)田轉化來的綠地和水體景觀生態(tài)服務價值呈大幅上升趨勢，2014年全區(qū)85%以上的生態(tài)功能服務來自這2種生態(tài)景觀。按照西安市第4輪修編總體規(guī)劃要求，浐灞生態(tài)區(qū)作為建成區(qū)，并未將大量的農(nóng)田轉化為城市基礎設施用地或建設用地，而是按照浐灞特有的“大水大綠”建設思路，將農(nóng)田轉化為生態(tài)用地，這無疑與浐灞提出的生態(tài)支撐城市系統(tǒng)建設的思路是相吻合的。

表2 浐灞生態(tài)區(qū)2004—2014年生態(tài)服務價值變化 萬元

2.3 生態(tài)風險分析

利用公式(2)計算得到?jīng)哄?004，2009，2014年各類型景觀的景觀風險指數(shù)和區(qū)域整體風險指數(shù)結果詳見表3。

由表3可以看出，浐灞區(qū)域整體景觀風險指數(shù)總體呈上升變化趨勢，由2004年的0.285 5上升到2014年的0.354 6；整體來看，區(qū)域景觀風險指數(shù)上升了21%，說明浐灞生態(tài)區(qū)建設對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了一定干擾。從各景觀類型生態(tài)風險勢變化看，景觀生態(tài)風險指數(shù)“五降三升”。居住景觀、道路景觀、商業(yè)文化景觀、綠地景觀和水體景觀這5類景觀風險指數(shù)降低，朝良性發(fā)展，趨于更加穩(wěn)定的狀態(tài)。其中，水體景觀風險指數(shù)降低幅度最大，達36%；道路景觀次之，降低了26%。值得注意的是，綠地景觀在2004—2007年這一建設期內(nèi)，景觀風險指數(shù)曾上升了3%，到2009年又下降了6%，這主要因為綠地景觀建設主要集中在2007—2009年這一階段，大量新增綠地斑塊，從空間上增加了綠地景觀的比重，使得斑塊連接概率提高，斑塊聚合度更好，這與該區(qū)采取的城市景觀配置原則和城市森林建設工程有較大關系，該區(qū)強調在形成區(qū)域景觀風貌的基礎上，所有園林工程的原生樹種種植比例達到85%，并盡可能增大林地郁閉度，開展鳥類孵化招引等生物多樣性保護系統(tǒng)工程等，并專門編制《浐灞生態(tài)區(qū)動植物資源》、《園林景觀植物配置指導規(guī)范》等文件指導景觀建設，確保重建的景觀生態(tài)系統(tǒng)結構合理、自然、穩(wěn)定。在2009—2014年，風險指數(shù)又迅速下降，這與該區(qū)域在此間開展2011年西安世園會、西安浐灞國家濕地公園等大規(guī)模生態(tài)項目建設，頻繁占用、恢復綠地，導致綠化用地破碎化程度增加有所關聯(lián)。在建景觀和農(nóng)田景觀、工業(yè)景觀3類景觀風險指數(shù)上升。其中農(nóng)田景觀風險指數(shù)上升了37%，在建景觀風險指數(shù)上升了14%，上升幅度均較大，高于研究區(qū)整體水平。研究區(qū)建設活動中，占用農(nóng)田和大面積建設這兩大人為行為，一定程度干擾區(qū)域景觀結構和功能，使區(qū)域景觀偏離穩(wěn)定狀態(tài)，處于潛在風險期。

表3 浐灞生態(tài)區(qū)2004—2014年區(qū)域景觀風險指數(shù)變化

如圖1所示，浐灞生態(tài)區(qū)的土地利用規(guī)劃圖對比發(fā)現(xiàn)景觀類型的轉移直接改變局部景觀結構和功能，影響區(qū)域景觀穩(wěn)定性。景觀風險指數(shù)上升的地方都是發(fā)生景觀類型轉移的區(qū)域，而在2004—2009年這些區(qū)域均開展大規(guī)模的生態(tài)建設或開發(fā)。根據(jù)之前的景觀格局分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)新增景觀多來自農(nóng)田景觀轉移，原本高度聚合、連接的景觀被大量割裂、分離，破碎化程度上升，而道路景觀更是切割沿線其他類型景觀斑塊，干擾和阻礙其聯(lián)通，一定程度提高區(qū)域破碎化程度，使得區(qū)域景觀風險指數(shù)上升。

圖1 研究區(qū)2004—2014年景觀風險指數(shù)空間變化

2.4 景觀格局優(yōu)化分析

參考景觀風險指數(shù)的分析方法，對2014年的生態(tài)服務價值變化量進行空間插值，通過風險指數(shù)變化圖和生態(tài)服務價值變化圖疊，對區(qū)域景觀格局重新厘定，確定出需要優(yōu)化的區(qū)域(圖2)。

由圖2可以看出，低風險區(qū)與較低風險區(qū)主要集中在灞河東岸世博園區(qū)域，約占區(qū)域總面積的55%，區(qū)域現(xiàn)狀景觀風險低，生態(tài)服務價值高，應繼續(xù)遵循生態(tài)優(yōu)先發(fā)展戰(zhàn)略。

較高風險區(qū)主要集中在浐灞河西側，約占區(qū)域景觀的38%，屬于建設用地景觀密集區(qū)，生態(tài)景觀比重較低，尤其是未央湖及世博園附近的建設用地，多為農(nóng)田景觀轉移而來，生態(tài)損失嚴重，建議對該區(qū)域進行景觀類型優(yōu)化以增強區(qū)域生態(tài)服務價值。

較高風險區(qū)為濕地公園周邊，僅占區(qū)域景觀的4.22%，景觀連接性、破碎化嚴重，應加強該區(qū)域的景觀綠化以及綠道網(wǎng)建設。

高風險區(qū)僅占區(qū)域景觀的2%左右，由于大量道路建設，切割原有農(nóng)田景觀,大規(guī)模新增居住景觀、在建景觀占用農(nóng)田，導致該區(qū)景觀破碎化驟增，風險上升，生態(tài)服務價值低，建議對該區(qū)域實行連片生態(tài)治理以提高區(qū)域景觀穩(wěn)定性。

圖2 研究區(qū)景觀格局優(yōu)化分析疊圖

3 結 論

生態(tài)風險評價旨在擬合和預測區(qū)域發(fā)展帶來的生態(tài)演變，為區(qū)域生態(tài)建設管理提供可量化的決策依據(jù)，從而為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展服務。本文對浐灞生態(tài)區(qū)生態(tài)風險研究的目的在于，在未開展有效的生態(tài)監(jiān)測和評價時，可對研究區(qū)開發(fā)建設、生態(tài)治理以及生態(tài)決策進行回顧衡量，提供量化的管理依據(jù)，并對今后可能存在的生態(tài)風險進行預警和管控，從而為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展服務。在2004—2009年，2009—2014年這2個5 a建設時段，浐灞生態(tài)區(qū)各期的高風險中心均位于在建的重點生態(tài)項目周邊。研究區(qū)生態(tài)風險整體呈現(xiàn)出，當區(qū)域景觀轉移正在進行時，局部景觀結構復雜多樣，破碎化程度較高，風險較高；但隨著景觀類型的完全轉移和穩(wěn)定，區(qū)域風險會回落到一個新的穩(wěn)定狀態(tài)的規(guī)律。通過對2014年研究區(qū)優(yōu)化分析發(fā)現(xiàn)，目前研究區(qū)生態(tài)風險空間差異仍較為明顯，高風險區(qū)和較高風險區(qū)主要集中在開發(fā)較為集中和頻繁的地區(qū)(雁鳴湖、商貿(mào)以及濕地園區(qū))，而低風險和較低風險區(qū)主要分布在已基本完成生態(tài)治理和開發(fā)的沿河景觀帶狀區(qū)域，呈現(xiàn)出區(qū)域重點項目建設開發(fā)力度較高，人類活動干擾嚴重的地區(qū)生態(tài)風險高，而沿河生態(tài)帶擾動較少，生態(tài)風險較低的狀態(tài)。這表明研究區(qū)在生態(tài)治理和開發(fā)建設過程中秉持的“河流治理帶動區(qū)域發(fā)展，生態(tài)建設支撐區(qū)域發(fā)展并反哺經(jīng)濟”的發(fā)展戰(zhàn)略，以及開展“大水大綠”工程，積極利用世園會、濕地公園等生態(tài)重點項目帶動周邊區(qū)域經(jīng)濟、生態(tài)建設發(fā)展的策略是可行的，這對于其他城市區(qū)域開展生態(tài)恢復和開發(fā)建設具有一定的借鑒意義。由于浐灞生態(tài)區(qū)在前期開發(fā)建設過程中主要著眼于景觀生態(tài)系統(tǒng)的構建和恢復，而對于城市生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的資、能源循環(huán)利用、土地集約節(jié)約利用以及低影響開

發(fā)利用技術應用等都涉獵較少，建議該區(qū)隨著國家生態(tài)文明先行示范區(qū)建設，依托浐灞現(xiàn)有優(yōu)勢，進一步開展再生水、污水廠尾水熱能等清潔能源利用、生活垃圾分類回收、海綿城市、低碳產(chǎn)業(yè)發(fā)展等工作，并構建區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)風險評估體系，在為區(qū)域發(fā)展提供數(shù)據(jù)基礎的同時也對同類型區(qū)域的生態(tài)建設提供借鑒。

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Ecological Risk Evaluation and Management of Chanba National Ecological Civilization Demonstration District

ZHAO Dan1,2, MA Junjie1, LIU Zhe3

(1.CollegeofUrbanandEnvironmentalScience,NorthwestUniversity,Xi’an,Shaanxi710127,China; 2.TheAdministrationCommitteeofXi’anChanbaNationalEcologicalDistrict,Xi’an,Shaanxi710024,China； 3.Xi’anEnvironmentScienceInstitute,Xi’an,Shaanxi710061,China)

[Objective] To provide decision-making reference for new city construction and the urban ecological construction in western areas by assessing the consequent results of ecological risk and urban ecological risk space from landscape pattern changes. [Methods] Selecting Chanba Ecological District(abbreviated as CBE below) in Xi’an City as the research area， based on the remote sensing data of 2004, 2009, 2014, the ecological landscape pattern change and ecological service value was analyzed based on an ecological risk index system. After that, space superposition was carried out to analyze the spatial and temporal change of ecological risk. In the end, practicable measures of ecological development in the study area were presented. [Results] The regional landscape changed from agricultural landscape to multiple urban landscape. Regional landscape risk index rose by 25 %, but ecosystem service value rose by 55.5%. [Conclusion] On the guideline of eco-development strategy, many ecological projects in this region had begun to be built and will go to run in the future, though a temporal ecological risk might appeared in the construction area,regional risk will drop and get a new stable state. Policy of ecological construction is thought good for the construction and development of regional ecosystems.

land use; landscape pattern; ecological risk; risk management

2015-01-05

2016-05-28

國家自然科學基金項目“干旱區(qū)生態(tài)城鎮(zhèn)規(guī)劃與地方資源利用研究與示范”(2013BAJ03B02)

趙丹(1979—),女(漢族),陜西省漢中市人,博士研究生,高級工程師,主要從事城市生態(tài)景觀及城市生態(tài)管理等方面的研究。E-mail:1516231294@qq.com。

10.13961/j.cnki.stbctb.2016.06.026

A

1000-288X(2016)06-0155-05

X24， X171.4

文獻參數(shù)： 趙丹, 馬俊杰, 劉哲.浐灞國家生態(tài)文明先行示范區(qū)生態(tài)風險評價與管理[J].水土保持通報，2016,36(6)：155-159.