京津冀城市群擴(kuò)張模式對區(qū)域生態(tài)安全的影響預(yù)測

劉菁華,李偉峰,周偉奇,韓立建,錢雨果

1 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100085 2 中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100049

當(dāng)前,城市群作為我國城市化的主體形態(tài),在推進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí),也帶來了一系列生態(tài)環(huán)境問題,如資源短缺、環(huán)境污染、生態(tài)系統(tǒng)退化及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能下降等問題,已經(jīng)成為城市生態(tài)學(xué)與地學(xué)等相關(guān)學(xué)科,以及國家與地方規(guī)劃、管理部門關(guān)注的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)。例如,京津冀作為我國最重要的城市群之一,面臨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間的突出矛盾,城市之間的發(fā)展十分不均衡、水資源短缺、嚴(yán)重的霧霾等問題[1- 4]。2015年4月國家發(fā)布的《京津冀協(xié)同發(fā)展規(guī)劃綱要》明確指出,如何平衡社會、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間的矛盾是實(shí)現(xiàn)京津冀協(xié)同發(fā)展規(guī)劃的關(guān)鍵問題。因此,科學(xué)地預(yù)測京津冀城市群未來的發(fā)展模式,并探討其對區(qū)域生態(tài)安全格局的潛在影響,對制定區(qū)域發(fā)展規(guī)劃與國土空間優(yōu)化方案具有切實(shí)的指導(dǎo)意義。

構(gòu)建生態(tài)安全格局被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)區(qū)域和城市生態(tài)安全的基本保障和重要途徑[5-6],而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)作為聯(lián)系人地關(guān)系的重要橋梁,對保障生態(tài)安全格局具有重要的意義[7]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能概念自1970年提出以來[8],受到國內(nèi)外生態(tài)學(xué)家、經(jīng)濟(jì)學(xué)家和政策制定者的廣泛重視,尤其是2001—2005年實(shí)施的聯(lián)合國千年生態(tài)系統(tǒng)評估(MA)計(jì)劃,對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的研究產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響[9]。隨著研究的不斷深入,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的內(nèi)涵也越來越明晰,并發(fā)展了多種定量評價(jià)的方法,包括物質(zhì)量和價(jià)值量的評價(jià)方法[10]。目前,國內(nèi)外關(guān)于城市化區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究主要集中在生態(tài)服務(wù)功能的價(jià)值分類、定量評價(jià)等方面[11]。例如,歐陽志云等對我國陸地生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能價(jià)值進(jìn)行研究,換算得到生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[12]；謝高地等采用Costanza的方法對我國自然草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行評估[13]；余新曉等采用替代工程法以及市場價(jià)值法評估了北京市山區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值[14]。這些研究的開展為揭示城市發(fā)展對生態(tài)服務(wù)功能的影響原因與機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。如今,有關(guān)城市擴(kuò)張對生態(tài)服務(wù)功能的影響研究較少,且由于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的真實(shí)價(jià)值并沒有被納入到經(jīng)濟(jì)決策和土地規(guī)劃中,使得土地利用變化往往造成生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的退化與喪失[9],從而影響區(qū)域可持續(xù)發(fā)展及生態(tài)安全格局。已有研究表明,基于生態(tài)服務(wù)功能的土地利用規(guī)劃可以顯著減少土地開發(fā)的環(huán)境成本[15]。準(zhǔn)確地模擬預(yù)測城市擴(kuò)張趨勢,并探討其對生態(tài)服務(wù)功能的影響,可以為調(diào)控區(qū)域與城市未來協(xié)調(diào)發(fā)展提供更有針對性的科學(xué)依據(jù)。

本文以我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展格局中最具活力和潛力的京津冀城市群為實(shí)證案例,針對該區(qū)域生態(tài)服務(wù)功能重要性的空間分布特征,應(yīng)用模型模擬的方法,模擬京津冀城市群未來的擴(kuò)張趨勢,探討其對區(qū)域重要及以上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能區(qū)的影響與侵占。研究主要關(guān)注于兩個(gè)方面：一方面,應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估方法,定量分析京津冀城市群生物多樣性保護(hù)、防風(fēng)固沙功能、土壤保持功能與水源涵養(yǎng)生態(tài)服務(wù)功能的空間分布,從而量化區(qū)域內(nèi)生態(tài)安全格局；另一方面,應(yīng)用空間顯性CLUE-S模型,模擬預(yù)測京津冀城市群未來的城市擴(kuò)張趨勢及格局,并探討其對區(qū)域生態(tài)服務(wù)功能的影響,并對京津冀城市群不同城市的生態(tài)安全保障與城市擴(kuò)張模式提出對策建議。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

圖1 研究區(qū)位置及范圍Fig.1 Location and range of the study area

京津冀城市群位于華北平原北部,地處環(huán)渤海核心地帶,地勢西北較高、東南平坦,地貌以平原為主,沿渤海岸多灘涂、濕地,生態(tài)系統(tǒng)類型多樣。京津冀城市群包括北京、天津兩大直轄市以及河北省的石家莊、唐山、保定、廊坊、張家口、承德、秦皇島、滄州、衡水、邢臺與邯鄲11個(gè)地級市(圖1),交通縱橫便利,具有明顯區(qū)位優(yōu)勢。截止2014年,作為我國最具影響力的城市群之一,京津冀以僅占全國2.3%的土地面積和全國8.1%的總?cè)丝?創(chuàng)造了全國10.5%的生產(chǎn)總值,其中,北京和天津等中心城市的城鎮(zhèn)化率分別高達(dá)86.4%和82.3%,高于全國平均水平54.8%(數(shù)據(jù)來源：北京市統(tǒng)計(jì)局)。然而,在社會經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的同時(shí),高強(qiáng)度的城市擴(kuò)張也對京津冀原本脆弱的生態(tài)環(huán)境造成了巨大壓力,例如,水資源短缺、嚴(yán)重的霧霾等問題已成為制約區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要限制因素。一些地區(qū)的生態(tài)服務(wù)功能明顯下降,例如,西部太行山、燕山土壤侵蝕和壩上高原荒漠化加劇,平原洼淀萎縮及消失,以及地面沉降加劇[15]。2016年2月,全國第一個(gè)跨省市的區(qū)域“十三五”規(guī)劃印發(fā)實(shí)施,明確了京津冀地區(qū)未來五年的發(fā)展目標(biāo),提出到2020年,京津冀地區(qū)的整體實(shí)力將進(jìn)一步提升,在經(jīng)濟(jì)保持中高速發(fā)展的同時(shí),使生態(tài)環(huán)境質(zhì)量得到明顯改善。

1.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評價(jià)方法

已有研究表明,生物多樣性、防風(fēng)固沙、土壤保持和水源涵養(yǎng)這四種生態(tài)服務(wù)功能對區(qū)域的生態(tài)安全具有重要影響。例如,京津冀區(qū)域水資源過度開采,調(diào)蓄能力降低[16]；土壤侵蝕面積大,水土流失造成的土地退化現(xiàn)象降低土地生產(chǎn)力,并嚴(yán)重制約地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展[17-18]；長期以來,京津冀地區(qū)飽受風(fēng)沙危害,尤其是冬春季節(jié)頻發(fā)的沙塵天氣嚴(yán)重威脅區(qū)域空氣質(zhì)量和人民生活[19]；防風(fēng)固沙區(qū)域生物多樣性喪失的速度將直接影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能喪失的快慢[20-21],而京津冀區(qū)域內(nèi)的城市擴(kuò)張及開發(fā)活動導(dǎo)致自然生境面積不斷縮小,生境碎片化問題突出,將制約區(qū)域未來發(fā)展[22]。因此,本研究對京津冀區(qū)域生物多樣性、防風(fēng)固沙、土壤保持與水源涵養(yǎng)等4種生態(tài)服務(wù)功能的綜合重要性進(jìn)行了分析,評估方法用環(huán)境保護(hù)部與中國科學(xué)院“全國生態(tài)環(huán)境十年變化(2000—2010年)調(diào)查評估”中應(yīng)用的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的定量評價(jià)方法與結(jié)果[23- 25]。

1.2.1 生物多樣性功能

多種多樣的生態(tài)系統(tǒng)不僅為各類生物物種提供棲息繁衍的場所,還為生物進(jìn)化及生物多樣性的形成提供了條件,從而提高不同物種對氣候因子的擾動和化學(xué)環(huán)境變化的抵抗能力[12]。生物多樣性作為群落的可測性指標(biāo),反映了生態(tài)系統(tǒng)的基本特征,是生態(tài)系統(tǒng)各物種通過競爭或協(xié)調(diào)資源共存的結(jié)果[26-27],為生態(tài)系統(tǒng)功能的維持和運(yùn)行提供了種源基礎(chǔ)和支撐條件[26-29],主要受當(dāng)?shù)赝寥浪謼l件、生物量等因素的影響[30]。本文所指的生物多樣性功能利用基于縣域的特有、瀕危以及國家保護(hù)物種所在棲息地總面積來表示,在全國層面,共計(jì)選取了2820種物種作為生物多樣性指標(biāo),再將不同珍稀物種設(shè)置三級保護(hù)目標(biāo),例如式(1)簡化概念模型指定棲息地分布圖。

pHi=CiIH

(1)

式中,pHi表明多邊形i是否是潛在的物種棲息地；Ci指的縣域i內(nèi)指示物種的歷史分布記錄；I指的物種所處的適宜海拔、坡度及坡向的疊加；H為指示物種的適宜棲息地。利用MARXAN軟件,通過計(jì)算不可替代性指數(shù)來衡最終量每個(gè)分析單元中生物多樣性保護(hù)價(jià)值。

1.2.2 防風(fēng)固沙功能

防風(fēng)固沙服務(wù)功能是我國北方地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的主要服務(wù)功能之一,主要受植被覆蓋度、當(dāng)?shù)貧夂蛞蜃?風(fēng)、土壤濕度)、土壤可蝕性等的影響[31]。針對京津冀城市群區(qū)域氣候條件、土壤可蝕性、土壤結(jié)皮、地表粗糙度以及植被覆蓋特征,運(yùn)用修正風(fēng)蝕方程(RWEQ. Revised Wind Erosion Equation)來估算沙土損失量。修正風(fēng)蝕方程結(jié)合了經(jīng)驗(yàn)和過程建模,并已經(jīng)過大量野地試驗(yàn)所驗(yàn)證,如式(2—4)所示。

Qmax=109.8[WF×EF×SCF×K′×C]

(2)

S=150.71·(WF×EF×SCF×K′×C)-0.3711

(3)

(4)

式中,Qmax為最大轉(zhuǎn)移量(kg/m),S為關(guān)鍵地塊長度(m),z為最大風(fēng)蝕出現(xiàn)距離(m),SL(kg/m2)為風(fēng)力侵蝕量,WF(Wind factor)為氣候因子(kg/m),EF(Erosion factor)為土壤侵蝕因子,SCF(Soil crust factor)為土壤結(jié)皮因子,K′為地表粗糙度因子,C為植被覆蓋因子。

1.2.3 土壤保持功能

土壤保持是生態(tài)系統(tǒng)所提供的重要調(diào)節(jié)服務(wù)功能之一,受當(dāng)?shù)刂脖桓采w度、氣候條件、地形因子等的影響。研究應(yīng)用土壤流失通用方程(USLE. Universal Soil Loss Equation)和InVEST模型(式5)估算研究區(qū)內(nèi)的土壤保持量。

SC=R×K×LS×(1-C)

(5)

式中,SC表示土壤保持量(t hm-2a-1),R是降雨侵蝕因子(MJ mm hm-2h-1a-1),K是土壤可蝕性因子(t hm2h hm-2MJ-1mm-1),LS是地形因子,C是植被覆蓋度因子。

1.2.4 水源涵養(yǎng)功能

水源涵養(yǎng)服務(wù)功能對調(diào)節(jié)徑流、改善水文狀況、調(diào)節(jié)區(qū)域水循環(huán)等都有著關(guān)鍵作用,其受氣候因素、下墊面植被、土壤因素等的影響[32]。本研究運(yùn)用修正后的InVEST模型來估計(jì)水源涵養(yǎng)能力。

(6)

式中,TQ為總水源涵養(yǎng)量,Pi為降水量,Ri為徑流系數(shù),ETi為蒸散量,Ai為由土地覆蓋定義的生態(tài)系統(tǒng)面積。

1.2.5 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指數(shù)

研究通過建立生態(tài)服務(wù)綜合指標(biāo)來量化空間上每個(gè)柵格單元對維持國家和區(qū)域生態(tài)安全的相對重要性。首先,對每個(gè)柵格按提供特定服務(wù)功能價(jià)值量多少進(jìn)行排序,并分為4個(gè)等級：極重要、重要、中等重要以及一般。以土壤保持為例,分級步驟為：(1)計(jì)算每個(gè)柵格單元的土壤保持量；(2)將所有柵格按土壤保持能力降序排列,計(jì)算跨柵格單元的土壤保持累計(jì)比例；(3)累計(jì)比例在0—50%之間的為極重要區(qū)域,50%—75%累計(jì)比例的為重要區(qū)域,75%—90%為中等重要區(qū)域,90%—100%為一般區(qū)域,再將每項(xiàng)服務(wù)功能的重要性疊加,采用最大值方法,整合得到生態(tài)服務(wù)重要性綜合指數(shù)[23]。

1.3 京津冀城市群擴(kuò)張模擬預(yù)測方法

已有研究表明,模型是模擬與預(yù)測城市時(shí)空發(fā)展格局的有效方法,國內(nèi)外很多學(xué)者通過構(gòu)建模型的方法對不同類型的、單一的城市擴(kuò)張演變過程進(jìn)行了模擬與預(yù)測。其中,CLUE-S作為空間顯性模型,被國內(nèi)外很多學(xué)者應(yīng)用到城市土地覆蓋/利用變化的模擬預(yù)測研究[33-37]。一方面,CLUE-S模型可以從系統(tǒng)論角度很好的解釋土地利用變化過程,另一方面,其簡單且便于操作、方便用戶整合各種自然和社會經(jīng)濟(jì)因素進(jìn)行未來情景模擬。CLUE-S(the Conversion of Land Use and its Effects at Small regional extent)模型是荷蘭瓦赫寧根大學(xué)“土地利用變化和影響”研究小組在CLUE 模型的基礎(chǔ)上開發(fā)的[38]。其核心原理是基于Logistic回歸的區(qū)位適宜性,并結(jié)合模擬不同土地覆蓋類型隨時(shí)空變化過程中的競爭關(guān)系和相互作用的經(jīng)驗(yàn)性分析。本研究基于京津冀城市群2000—2010年的土地覆蓋/利用格局的變化特征與規(guī)律,應(yīng)用CLUE-S模型,模擬預(yù)測的2020年京津冀城市群的土地覆蓋/利用變化特征,分析城市建設(shè)用地的擴(kuò)張對重要生態(tài)服務(wù)功能的影響。其中,土地覆蓋/利用特征的獲取是基于Landsat- 5 TM遙感影像,利用面向?qū)ο蠛突厮菹嘟Y(jié)合的土地利用/覆被信息提取方法,結(jié)合高分辨率遙感數(shù)據(jù)和野外實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行修正及驗(yàn)證,從而將京津冀城市群主要景觀類型分為林地、草地、濕地、耕地、人工表面與其他用地6種。其中2000年及2010年的總體解譯精度均超過96%[39]。

2 研究結(jié)果與討論

2.1 京津冀城市群生態(tài)服務(wù)功能重要性空間分布格局

綜合生物多樣性保護(hù)、防風(fēng)固沙功能、土壤保持功能與水源涵養(yǎng)4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的空間重要性評估結(jié)果,至2010年,京津冀區(qū)域具有重要及以上等級的生態(tài)服務(wù)功能總面積達(dá)72805.32km2,占京津冀全區(qū)面積的近三分之一(圖2)。其中,具有重要及以上土壤保持和水源涵養(yǎng)服務(wù)功能的區(qū)域面積最大,分別占京津冀總區(qū)域面積的18.79%和19.56%(表1),主要分布在北部燕山山脈到西部太行山脈的林業(yè)帶。具有重要生物多樣性保護(hù)的地區(qū)分布在承德、北京、保定、石家莊以及邢臺,占區(qū)域總面積的12.13%。具有重要的防風(fēng)固沙功能的區(qū)域相較其他三類較少,僅占1.63%,主要分布在張家口和北京的西北方向。另外,4種生態(tài)服務(wù)功能的疊加分析顯示(表2),同時(shí)包含2種及以上重要生態(tài)服務(wù)功能的區(qū)域占京津冀城市群總區(qū)域面積的14.68%,這些區(qū)域由于功能更為復(fù)合,需要重點(diǎn)保護(hù)。其中同時(shí)包含生物多樣性、土壤保持和水源涵養(yǎng)3種服務(wù)功能的區(qū)域面積為7312.32km2,占總區(qū)域面積的3.41%,主要分布在承德南部、北京西北部,以及石家莊、邢臺的西部(圖3),而同時(shí)復(fù)合4種重要及以上生態(tài)服務(wù)功能的區(qū)域主要分散在承德與北京交接處。

表1 京津冀城市群2010年生態(tài)服務(wù)功能現(xiàn)狀

表2 京津冀城市群2010年綜合生態(tài)服務(wù)功能分布

bio：生物多樣性 Biodiversity；gusha：防風(fēng)固沙 Sand storm prevention；sc：土壤保持 Soil retention；water：水源涵養(yǎng) Water retention

圖2 2010年綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的空間分布 Fig.2 Distribution of integrated ecosystem services in BTH, 2010 bio：生物多樣性 Biodiversity；gusha：防風(fēng)固沙 Sand storm prevention；sc：土壤保持 Soil retention；water：水源涵養(yǎng) Water retention

2.2 京津冀城市群擴(kuò)張對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響

2.2.1 京津冀城市群土地覆蓋/利用變化特征

城市空間的快速發(fā)展使得原來以植被為主的自然景觀逐漸被眾多人工不透水建筑物所取代[40],而隨著我國城市化進(jìn)程的加快,作為城市化顯著特征之一的人工不透水表面也在不斷增加[41]。由解譯自Landsat- 5 TM遙感影像的土地覆被/利用分布特征(圖3)可知,2010年京津冀人工表面總面積達(dá)21333.96km2,相較2000年增長20.51%,低于全國水平的27.24%。其中北京、天津增長比例分別為35.66%和48.83%,均高于全國平均水平。這也體現(xiàn)了京津冀區(qū)域發(fā)展不均衡、呈兩極化等特點(diǎn)。

圖3 京津冀土地覆蓋/利用現(xiàn)狀圖Fig.3 Land cover/use pattern in BTH

圖4 2020年京津冀土地覆蓋/利用分布預(yù)測圖Fig.4 Simulated land cover/use patterns in BTH, 2020

2.2.2 京津冀城市群土地覆蓋/利用變化預(yù)測模擬

應(yīng)用CLUE-S模型模擬京津冀城市群2000—2010年土地覆被格局的變化結(jié)果顯示,六類土地覆蓋類型的ROC值均超過了0.70,其中林地、水體和耕地的ROC指數(shù)均在0.90左右,判別能力最好,Logistic回歸方程對各地類分布格局有較高的解釋能力[42]。通過對比2010年模型模擬結(jié)果與2010年京津冀地類分布現(xiàn)狀圖計(jì)算得到的Kappa系數(shù)為0.84,而通常Kappa系數(shù)的最低允許判別精度為0.7[43-44],這說明通過CLUE-S模型對京津冀城市群景觀格局的動態(tài)模擬有較好的模擬效果。Logistic回歸結(jié)果表明,京津冀城市群人工表面的增長主要受自然影響因素和社會經(jīng)濟(jì)要素的雙重影響。人工表面更易在平坦、地勢較低的位置分布,同時(shí),在靠近鐵路和高速路的位置分布概率較高,同時(shí)結(jié)合人口、燈光指數(shù)等要素分析可看出,人工表面的分布概率與人類活動總體呈現(xiàn)正相關(guān)[39]。

由于某時(shí)段景觀格局的變化機(jī)制與距其最近時(shí)段的景觀格局變化機(jī)制關(guān)系最為密切,故而假設(shè)2010—2020年期間影響土地覆被格局的驅(qū)動因素與2000—2010年相似,結(jié)合土地需求與各類景觀的歷史轉(zhuǎn)移規(guī)則,利用CLUE-S模型模擬預(yù)測京津冀城市群基于歷史演變條件下的2020年土地覆被空間格局,如圖4所示。

可以看出,2020年相較2010年新增人工表面3630.24km2,其中有76.28%來源于對耕地的侵占,其次有15.75%來源于林地和草地,7.00%來源于水體。從空間分布上看,人工表面的增長主要發(fā)生在、北京、天津以及河北的唐山和石家莊,不同區(qū)域、不同城市的新增人工表面的數(shù)量與來源并不相同,對重要及以上生態(tài)服務(wù)功能的侵占程度也有較大區(qū)別。

2.2.3京津冀城市群未來擴(kuò)張對區(qū)域生態(tài)服務(wù)功能的影響

土地利用方式及結(jié)構(gòu)變化改變了生物生境和資源的空間分布,對生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)過程和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)造成影響[45]。人工表面變化作為區(qū)域擴(kuò)張的直接表現(xiàn)形式,其不合理擴(kuò)張將加速生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的喪失。本研究通過疊加分析,量化區(qū)域及城市尺度上人工表面變化對區(qū)域綜合生態(tài)服務(wù)功能分布現(xiàn)狀的侵占或影響。

(1)區(qū)域尺度

從京津冀城市群整個(gè)區(qū)域看,2010—2020年,將有1/6的新增人工表面發(fā)生在具有重要及以上等級的生態(tài)服務(wù)功能區(qū)域,面積約為677.16km2(表3)。其中,對單一重要服務(wù)功能的侵占面積最大,為589.32km2,主要分布在北京、天津以及唐山這些發(fā)展速度較快的城市；同時(shí)侵占兩種重要服務(wù)功能的面積為84.24km2,主要分布在北京、承德以及唐山(圖5)；新增人工表面對同時(shí)包含3種重要生態(tài)服務(wù)功能的區(qū)域的侵占主要集中發(fā)生在北京的昌平、順義、懷柔及密云一帶,盡管侵占總面積不大,只有3.6km2,但由于這部分區(qū)域功能復(fù)合,極為重要,需要重點(diǎn)保護(hù),限制開發(fā)?？傮w上,2020年京津冀城市群的擴(kuò)張主要侵占的生態(tài)服務(wù)功能為防風(fēng)固沙及水源涵養(yǎng)。

表3 2020年京津冀城市擴(kuò)張對綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的侵占面積

bio：生物多樣性 Biodiversity；gusha：防風(fēng)固沙 Sand storm prevention；sc：土壤保持 Soil retention；water：水源涵養(yǎng) Water retention

圖5 2020年京津冀被侵占的綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的空間分布Fig.5 Distribution of occupied integrated ecosystem services in BTH, 2020

(2)城市尺度

對比不同城市的擴(kuò)張對生態(tài)服務(wù)功能的影響(表4),至2020年,北京、天津、唐山對生態(tài)服務(wù)功能的侵占最為強(qiáng)烈。其中,北京共侵占重要生態(tài)服務(wù)功能487.80km2,占總侵占面積的71.70%,被侵占的主要生態(tài)服務(wù)功能為防風(fēng)固沙功能及水源涵養(yǎng)功能,而這勢必會進(jìn)一步加劇北京水資源短缺以及沙暴災(zāi)害頻發(fā)的生態(tài)環(huán)境問題,對北京市生態(tài)安全格局產(chǎn)生不利影響。為此,北京市未來土地規(guī)劃中,應(yīng)著重保護(hù)西北方向的昌平、密云、延慶等地的森林植被資源以及順義、平谷、通州等地的水源涵養(yǎng)功能,限制開發(fā)。天津共侵占重要生態(tài)服務(wù)功能69.84km2,被侵占的主要生態(tài)服務(wù)功能為水源涵養(yǎng)功能；河北共侵占重要生態(tài)服務(wù)功能122.76km2,被侵占的主要生態(tài)服務(wù)功能為水源涵養(yǎng)和生物多樣性保護(hù),發(fā)生侵占的城市主要是唐山以及承德,共侵占綜合生態(tài)服務(wù)功能46.80km2和18.36km2。秦皇島和承德雖然被侵占的總面積較整個(gè)區(qū)域而言并不大,但是被侵占的地區(qū)多包含兩種以上的重要生態(tài)服務(wù)功能,其中承德城市擴(kuò)張過程所侵占的綜合生態(tài)服務(wù)功能中有1/3復(fù)合了兩種及以上重要生態(tài)服務(wù)功能,其城市化過程中勢必會對局地生態(tài)安全格局產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。

表4 2020年京津冀各城市綜合生態(tài)服務(wù)功能的侵占情況

bio：生物多樣性 Biodiversity；gusha：防風(fēng)固沙 Sand storm prevention；sc：土壤保持 Soil retention；water：水源涵養(yǎng) Water retention

3 結(jié)論

本文針對京津冀生態(tài)安全格局現(xiàn)狀,應(yīng)用CLUE-S模型模擬方法,定量分析了京津冀城市群未來城市擴(kuò)張對區(qū)域重要生態(tài)服務(wù)功能的影響,主要結(jié)論如下：

(1)2010年京津冀區(qū)域重要及以上的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能占總區(qū)域面積的三分之一左右,空間分布不均衡,且呈現(xiàn)多種服務(wù)功能在空間上相互疊加、復(fù)合的特點(diǎn),同時(shí)具有兩種及以上重要生態(tài)服務(wù)功能的區(qū)域占京津冀城市群總區(qū)域面積的14.68%,需要著重保護(hù)。

(2)近年來,京津冀城市群擴(kuò)張速度較快,2010年人工表面總面積相較2000年增長20.51%,低于全國水平的27.24%。但北京、天津的擴(kuò)張速度遠(yuǎn)高于全國平均水平,體現(xiàn)了京津冀區(qū)域發(fā)展不均衡,呈兩極化的特點(diǎn)。

(3)利用CLUE-S模型可以較好地模擬預(yù)測京津冀未來土地覆蓋變化?；诋?dāng)前的擴(kuò)張機(jī)制,預(yù)測2020年京津冀城市群新增的人工表面將侵占677.16km2綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的地區(qū),占新增人工表面總面積的六分之一。主要被侵占的生態(tài)服務(wù)功能類型為防風(fēng)固沙及水源涵養(yǎng)。北京、天津、唐山對生態(tài)服務(wù)功能的侵占最為強(qiáng)烈,不同城市擴(kuò)張對生態(tài)服務(wù)功能侵占的類型與程度存在較大差異。

(4)將生態(tài)安全格局保障納入京津冀未來土地利用規(guī)劃及區(qū)域發(fā)展規(guī)劃具有必要性及迫切性。綜合考慮重要生態(tài)服務(wù)功能對未來城市擴(kuò)張的限制作用,才可以更科學(xué)合理地實(shí)現(xiàn)對京津冀城市群生態(tài)環(huán)境的保護(hù),調(diào)控并優(yōu)化城市擴(kuò)張方向和范圍,指導(dǎo)區(qū)域未來健康有序發(fā)展。同時(shí),區(qū)域內(nèi)不同城市的擴(kuò)張對生態(tài)安全格局有不同強(qiáng)度的影響,而京津冀區(qū)域協(xié)同一體化發(fā)展的實(shí)施必然會有助于減輕北京、天津、唐山等城市在快速發(fā)展過程中所面臨的生態(tài)環(huán)境問題,緩解城市擴(kuò)張對重點(diǎn)城市的生態(tài)脅迫效應(yīng),有助于區(qū)域整體可持續(xù)發(fā)展。

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