基于空間多準(zhǔn)則的城鎮(zhèn)建設(shè)用地的生態(tài)耦合調(diào)控途徑

余卓芮 劉鈺 張?zhí)K

摘? 要：我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程中的建設(shè)用地快速擴(kuò)張，已成為城鄉(xiāng)可持續(xù)發(fā)展的重要脅迫，城鄉(xiāng)規(guī)劃實(shí)踐亟需生態(tài)空間調(diào)控的理論和技術(shù)支撐。本研究以福州為案例，在生態(tài)敏感性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于空間多準(zhǔn)則的生態(tài)耦合調(diào)控途徑。生態(tài)耦合調(diào)控方案實(shí)證結(jié)果顯示，適建區(qū)具有較高的生態(tài)敏感區(qū)位熵和較低的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)密度，生態(tài)耦合途徑可以同步調(diào)控城鎮(zhèn)建設(shè)引發(fā)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的干擾，從而降低決策風(fēng)險(xiǎn)。本研究對(duì)維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全，支持城鄉(xiāng)規(guī)劃決策有重要意義。

關(guān)鍵詞：建設(shè)用地;生態(tài)敏感性;生態(tài)系統(tǒng)服務(wù);空間多準(zhǔn)則;福州

中圖分類號(hào)：TU984? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）05-0014-05

Abstract： A sensitivities and ecosystem services were evaluated， using Fuzhou as a case study. Then， a spatially explicit MCDM approach was proposed for coupling ecological sensitivity and ecosystem service to regulate the urban sprawl. At last， ecological control zoning was made and evaluated based on the construction land expansion during 2000-2010. Results suggested that the ecological coupling approach can balance the tradeoffs between ecological sensitivity and ecosystem services， and support the sustainable urban planning.

Keywords： construction land; ecological sensitivity; ecosystem service; MCDM; Fuzhou

伴隨快速城鎮(zhèn)化進(jìn)程，建設(shè)用地的快速擴(kuò)張已成為我國(guó)土地利用變化的重要特征[1]，并造成了植被破壞、生物多樣性減少等一系列生態(tài)問題，削弱了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給能力[2]。生態(tài)空間的管控和城鎮(zhèn)開發(fā)邊界的劃定已成為城鄉(xiāng)規(guī)劃研究的熱點(diǎn)和實(shí)踐的迫切需求。我國(guó)現(xiàn)有的城鄉(xiāng)和生態(tài)規(guī)劃的研究和實(shí)踐大多基于國(guó)務(wù)院西部地區(qū)開發(fā)領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室、國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局發(fā)布的《生態(tài)功能區(qū)劃技術(shù)暫行規(guī)程》的框架，將生態(tài)敏感性與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)結(jié)果作為城鎮(zhèn)開發(fā)邊界劃定的主要決策依據(jù)。由于生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)關(guān)注的是潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的形成機(jī)制和主導(dǎo)因素[3]，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估則著眼于生態(tài)過程機(jī)制和生態(tài)產(chǎn)品的產(chǎn)出[4];實(shí)證研究表明兩者評(píng)價(jià)結(jié)果中適宜、限制和禁止開發(fā)的地域會(huì)存在較大差異[5-6]。由此導(dǎo)致規(guī)劃實(shí)踐中往往顧此失彼，成為生態(tài)空間調(diào)控科學(xué)決策的重要制約，而現(xiàn)有研究對(duì)其決策風(fēng)險(xiǎn)的分析還涉及較少。

近年來國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者嘗試將生態(tài)敏感性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行綜合分析，從而同時(shí)降低城鎮(zhèn)建設(shè)活動(dòng)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的干擾。Schr■ter等在《Science》上發(fā)表了全球變化背景下歐洲生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的脆弱性評(píng)估成果[7]。唐秀美等基于生態(tài)適宜性綜合指數(shù)對(duì)章丘市耕地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了修正[8]，張浩等將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值作為評(píng)價(jià)因子納入了生態(tài)適宜性的空間疊加過程[9]，也有學(xué)者在土地利用的生態(tài)分類和生態(tài)紅線劃分中，依次進(jìn)行生態(tài)敏感性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)，但并未進(jìn)行系統(tǒng)耦合[10-11]。上述研究或?qū)⑸鷳B(tài)敏感性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)作為輔助因子，納入對(duì)方的評(píng)價(jià)體系;或者只是將兩者作為獨(dú)立的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。為充分融合兩者的優(yōu)勢(shì)，有必要進(jìn)一步探索生態(tài)敏感性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的系統(tǒng)耦合方法，以實(shí)現(xiàn)更為全面和科學(xué)的生態(tài)空間調(diào)控。

空間多準(zhǔn)則是一種將GIS與傳統(tǒng)多準(zhǔn)則決策分析相結(jié)合，用來解決包含空間維度的，從可能相互矛盾的標(biāo)準(zhǔn)中篩選出最優(yōu)方案的決策方法。在其支持下，可對(duì)空間格局差異較大的諸多決策因子進(jìn)行協(xié)調(diào)，進(jìn)而形成最優(yōu)的空間決策;因此在地震評(píng)價(jià)，抗洪管理，城市公共設(shè)施布局，土地利用優(yōu)化等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。要將評(píng)價(jià)結(jié)果的空間格局差異較大的生態(tài)敏感性與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行耦合，空間多準(zhǔn)則是適宜的途徑，但現(xiàn)有的相關(guān)研究較少。

福州市是建設(shè)用地快速擴(kuò)張的典型地區(qū)，2000～2010年建設(shè)用地從359.3平方公里增長(zhǎng)到1283.1平方公里，新增面積為2000年原有面積的2.6倍;其土地利用的快速變化已對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了一定影響。隨著海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)戰(zhàn)略的實(shí)施，福州建設(shè)用地還有進(jìn)一步增長(zhǎng)的趨勢(shì)，亟需對(duì)其生態(tài)空間進(jìn)行科學(xué)調(diào)控。

本研究在對(duì)福州市生態(tài)敏感性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，分析了兩者作為獨(dú)立準(zhǔn)則時(shí)的生態(tài)空間調(diào)控的決策風(fēng)險(xiǎn);提出了基于空間多準(zhǔn)則的生態(tài)敏感性與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的耦合途徑，制定了多個(gè)情景的生態(tài)調(diào)控空間區(qū)劃;最后通過生態(tài)區(qū)位熵和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)密度指數(shù)，對(duì)生態(tài)耦合調(diào)控方案進(jìn)行了實(shí)證分析。本研究對(duì)完善生態(tài)評(píng)價(jià)與規(guī)劃理論，支持城鄉(xiāng)規(guī)劃決策都有重要意義。

1 研究方法

1.1 生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)

基于實(shí)地調(diào)研以及與福州當(dāng)?shù)貙＜业脑L談，識(shí)別了福州市的主要生態(tài)敏感問題為酸雨、地質(zhì)災(zāi)害、土壤侵蝕、飲用水源水質(zhì)。參考福建省生態(tài)功能區(qū)劃的生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)成果[12]，并根據(jù)福州的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整和完善，建立了福州生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)評(píng)價(jià)因子見表1，各因子的評(píng)價(jià)細(xì)則和模型詳見本文作者的前期成果[5，13]?；谏鷳B(tài)敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果，獲得1-5級(jí)的生態(tài)敏感性分級(jí)賦值，從而將區(qū)域劃定為生態(tài)敏感性從低到高的五級(jí)分區(qū)。

1.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估

謝高地等制定的我國(guó)生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子表[14]在國(guó)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估中得到了廣泛應(yīng)用。通過將獲取自中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心的福州市土地利用類型統(tǒng)一到謝高地當(dāng)量因子表中的相應(yīng)類型，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的評(píng)價(jià)，進(jìn)而獲得1-5級(jí)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分級(jí)賦值，從而將區(qū)域劃定為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從低到高的五級(jí)分區(qū)。

1.3 基于空間多準(zhǔn)則的生態(tài)耦合途徑

為降低生態(tài)決策風(fēng)險(xiǎn)，本研究提出了基于空間局域化和多準(zhǔn)則決策函數(shù)的生態(tài)耦合途徑，技術(shù)路線如圖1所示：

首先，進(jìn)行空間局域化劃分?；趦煞N生態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果賦值分別進(jìn)行空間分區(qū)，并在ArcGIS支持下進(jìn)行Intersect操作，使得每個(gè)空間局域都具有唯一的（x，y）二元生態(tài)分級(jí)賦值。圖1為簡(jiǎn)便表達(dá)，只顯示了兩級(jí)的x和y的賦值，在實(shí)際工作中可在ArcGIS的支持下進(jìn)行n級(jí)賦值的空間局域化操作，形成n2個(gè)空間局域，本研究中n=5。

其次，構(gòu)建二元的多準(zhǔn)則決策函數(shù)?；?.1節(jié)和1.2節(jié)的結(jié)果，可分別獲得相互獨(dú)立的生態(tài)敏感分級(jí)M與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分級(jí)S。為實(shí)現(xiàn)兩者的耦合，參考相關(guān)研究成果[15，16]，構(gòu)建二元的多準(zhǔn)則決策函數(shù)，可以獲得m個(gè)生態(tài)耦合分級(jí)O。圖1為便于表達(dá)，取m=4。本研究將生態(tài)耦合分級(jí)設(shè)定為m=3，分別對(duì)應(yīng)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(hào)）》的相關(guān)要求相銜接。

最后，以具有唯一的二元生態(tài)賦值（x，y）的空間局域?yàn)閱卧?，將其二元生態(tài)賦值（x，y）輸入多準(zhǔn)則決策函數(shù)，獲得該空間局域的生態(tài)耦合分級(jí)O，通過空間歸并形成生態(tài)空間的調(diào)控方案。

1.4 基于生態(tài)耦合控制區(qū)劃的實(shí)證分析

為評(píng)價(jià)生態(tài)耦合調(diào)控方案，本研究提出了生態(tài)敏感性區(qū)位熵和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分區(qū)密度兩個(gè)指標(biāo)，并結(jié)合福州市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張進(jìn)程（2000-2010年）進(jìn)行實(shí)證分析。

生態(tài)敏感性區(qū)位熵的計(jì)算方法見公式（1）：

其中，I12為生態(tài)敏感分級(jí)賦值為1-2的地域與適建區(qū)的交叉地域的面積，A12為生態(tài)敏感分級(jí)賦值為1-2的地域的面積，S為適建區(qū)的面積，A為整個(gè)區(qū)域的面積。熵值大于1，則說明適建區(qū)可以有效的集中生態(tài)敏感性較低的地域。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分區(qū)密度的計(jì)算方法見公式（2）：

其中，Ei為第i種用地類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量，Ai為第i種用地類型的面積，A為生態(tài)耦合分區(qū)的面積。

2 結(jié)果與分析

2.1 城鎮(zhèn)開發(fā)邊界劃定的決策風(fēng)險(xiǎn)

基于1.1和1.2節(jié)的方法，在福州市域進(jìn)行了生態(tài)敏感性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)。兩者評(píng)價(jià)結(jié)果在城鎮(zhèn)建設(shè)適宜區(qū)位、等級(jí)和空間格局都存在較大差異（圖2和3）。特別是作為國(guó)家級(jí)戰(zhàn)略開發(fā)區(qū)的平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)，生態(tài)敏感性結(jié)果顯示平潭島北部地區(qū)適宜進(jìn)行開發(fā)，而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示全島絕大部分都不宜進(jìn)行開發(fā)。由此可見，將生態(tài)敏感性與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)作為獨(dú)立的決策準(zhǔn)則，會(huì)導(dǎo)致生態(tài)空間調(diào)控方案具有較大的決策風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 生態(tài)敏感性與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間多準(zhǔn)則耦合

為降低生態(tài)敏感性與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)結(jié)果的沖突引起的規(guī)劃決策的風(fēng)險(xiǎn)，本研究基于1.3節(jié)的空間耦合方法，形成了空間多準(zhǔn)則支持下的城鎮(zhèn)建設(shè)用地調(diào)控方案，見圖4。該方案中，適建區(qū)主要分布于福州市轄區(qū)周邊及東南沿海一帶;地形主要為臺(tái)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(huì)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，單位面積產(chǎn)出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)較少，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)面積較小，在空間上呈零星分布。禁建區(qū)集中在福州西部與北部地區(qū);福州主要的林地及水源保護(hù)地都分布在本區(qū)，生態(tài)敏感性和單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值都比較高，應(yīng)作為生態(tài)涵養(yǎng)林和水源保護(hù)的重點(diǎn)區(qū)域，通過規(guī)劃政策嚴(yán)格控制建設(shè)開發(fā)。

2.3 基于福州建設(shè)用地?cái)U(kuò)張的生態(tài)耦合調(diào)控實(shí)證分析

為評(píng)價(jià)生態(tài)耦合調(diào)控對(duì)生態(tài)敏感性與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的協(xié)調(diào)能力，本研究將生態(tài)耦合方案與2000～2010年間福州的建設(shè)擴(kuò)張用地進(jìn)行空間疊加，獲得位于適建區(qū)、限建區(qū)和禁建區(qū)內(nèi)的新增建設(shè)用地范圍;進(jìn)而計(jì)算適建區(qū)內(nèi)的生態(tài)敏感因子的區(qū)位熵，以及各分區(qū)內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)密度。

結(jié)果表明，位于適建區(qū)內(nèi)的新增建設(shè)用地，除土壤侵蝕外，各生態(tài)敏感因子的區(qū)位熵都大于1（見表2）。由此可知，適建區(qū)內(nèi)聚集了較高比例的低敏感性地域，在適建區(qū)內(nèi)進(jìn)行建設(shè)可以有效降低由城鎮(zhèn)建設(shè)導(dǎo)致的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

位于各分區(qū)的新增建設(shè)用地，其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)密度見圖5。由圖可見，除食物生產(chǎn)外，其余8種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在適建區(qū)內(nèi)的密度都低于限建區(qū)和禁建區(qū)。由此可知，在適建區(qū)內(nèi)進(jìn)行建設(shè)可以有效降低城鎮(zhèn)建設(shè)活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的干擾。

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”及以上級(jí)別，其調(diào)控難度較大。生態(tài)耦合調(diào)控在同時(shí)調(diào)整多個(gè)因子的前提下，適建區(qū)內(nèi)的土壤侵蝕區(qū)位熵為0.98，達(dá)到了接近1的水平，說明其得到了較好的調(diào)控。食物生產(chǎn)服務(wù)的當(dāng)量因子與其他服務(wù)差異較大，很難在維護(hù)其他服務(wù)的同時(shí)對(duì)其進(jìn)行調(diào)控，由此導(dǎo)致適建區(qū)內(nèi)新增建設(shè)用地的食物生產(chǎn)服務(wù)密度較高。在適建區(qū)內(nèi)進(jìn)行建設(shè)時(shí)，應(yīng)注意耕地特別是基本農(nóng)田的保護(hù)。由于糧食生產(chǎn)服務(wù)的價(jià)值當(dāng)量較低，適建區(qū)內(nèi)新增建設(shè)用地的各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的總密度仍低于限建區(qū)和禁建區(qū)。

3 結(jié)論與討論

本研究以城鎮(zhèn)建設(shè)用地快速擴(kuò)張的福州市為案例，對(duì)其生態(tài)敏感性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行了系統(tǒng)評(píng)價(jià);并基于空間局域化和多準(zhǔn)則決策函數(shù)，構(gòu)建了對(duì)生態(tài)敏感性與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的生態(tài)耦合調(diào)控途徑，在此基礎(chǔ)上提出了多種情景的調(diào)控方案。

實(shí)證研究表明，生態(tài)耦合方案中的適建區(qū)具有較高的生態(tài)敏感性區(qū)位熵;同時(shí)，適建區(qū)內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)密度顯著低于限建區(qū)和禁建區(qū);表明其聚集了較高比例的低生態(tài)敏感性和低生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的地域，實(shí)現(xiàn)了兩者的同步協(xié)調(diào)，從而有效降低規(guī)劃決策風(fēng)險(xiǎn)。

由于福州市土壤侵蝕和食物生產(chǎn)服務(wù)的各自的特殊性，在實(shí)際工作中應(yīng)提出有針對(duì)性的土壤及耕地保護(hù)措施;結(jié)合生態(tài)耦合方案，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)和全面的避免城鎮(zhèn)建設(shè)活動(dòng)產(chǎn)生的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的干擾。

本研究提出的生態(tài)敏感性與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的調(diào)控決策風(fēng)險(xiǎn)分析方法、基于空間多準(zhǔn)則的生態(tài)耦合調(diào)控途徑，以及生態(tài)區(qū)位熵、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分區(qū)密度等實(shí)證評(píng)價(jià)指數(shù)，可為生態(tài)空間調(diào)控和城鄉(xiāng)規(guī)劃決策提供科學(xué)依據(jù)與技術(shù)支持。

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