適宜性與沖突雙重約束下生態(tài)空間管制分區(qū)研究
——以天津市寶坻區(qū)為例

張 磊，馬 超 前*，王 艷 霞，郝 爍

(1.天津工業(yè)大學經濟與管理學院，天津 300387；2.河北省科學院，河北 石家莊 050052；3.易景環(huán)境科技(天津)股份有限公司，天津 300384)

0 引言

生態(tài)空間作為生態(tài)保護功能發(fā)揮的重要載體，與生產空間和生活空間并稱為“三生空間”，其是維持生態(tài)平衡、保障區(qū)域生態(tài)安全的基本空間，也是支撐生產空間和生活空間實現(xiàn)自身功能的前提[1]。然而，由于我國長期以經濟發(fā)展和產業(yè)優(yōu)化為導向，生產空間和生活空間持續(xù)快速擴張，生態(tài)空間不斷受到侵占，導致生態(tài)功能破壞、生態(tài)系統(tǒng)退化、生態(tài)保護乏力等問題不斷凸顯[2-5]。隨著國土空間用途管制成為國土空間規(guī)劃的核心[6]，合理確定生態(tài)空間管制分區(qū)已成為維護區(qū)域生態(tài)安全的關鍵所在。

當前理論上關于生態(tài)空間管制分區(qū)的依據主要集中在生態(tài)要素[7]、生態(tài)功能[8]和生態(tài)格局[9]三方面，尚缺少滿足國土空間規(guī)劃多維需求的綜合理論與方法[10]。生態(tài)空間管制分區(qū)的實踐則普遍采取以“三區(qū)三線”中的生態(tài)保護紅線為主要管制依據[11]，屬于生態(tài)保護的安全底線，重內部特征、輕外部影響[12-14]，使生態(tài)保護格局缺少必要的緩沖空間，一旦紅線遭到破壞會對生態(tài)空間造成嚴重影響[15-19]。隨著“兩山理論”和《自然生態(tài)空間用途管制辦法(試行)》提出，如何為應對外部影響提供緩沖空間，切實提高對生態(tài)空間的保護能力，已成為生態(tài)空間保護的關鍵所在。本文綜合考慮生態(tài)空間的內部適宜及外部沖突雙重約束作用，選取位于京津冀生態(tài)廊道節(jié)點位置的寶坻區(qū)為研究對象，在生態(tài)保護紅線的基礎上，開展生態(tài)空間管制分區(qū)研究，劃定多種生態(tài)管制區(qū)域類型，以提升區(qū)域生態(tài)空間保護能力，為促進三生空間協(xié)調發(fā)展提供新的技術思路。

1 研究區(qū)概況與數據來源

1.1 研究區(qū)概況

寶坻區(qū)位于天津市北部，京津冀腹地，總面積150 977.03 hm2，地勢平坦，原生性自然資源充沛。目前寶坻區(qū)生態(tài)保護紅線范圍為6 317.19 hm2，占天津市生態(tài)保護紅線的5.24%，重點生態(tài)保護區(qū)包括潮白新河、青龍灣固沙林自然保護區(qū)、引灤入津渠、大唐濕地、青龍灣河及爾王莊水庫等(圖1)。寶坻區(qū)是全國首批50個國家級生態(tài)農業(yè)試點縣(區(qū))之一，是“優(yōu)質小站稻振興計劃”的重要農業(yè)生產區(qū)。

圖1 2019年寶坻區(qū)土地利用現(xiàn)狀Fig.1 Current land use map of Baodi District in 2019

依據《天津市寶坻區(qū)國民經濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃綱要》和《天津市制造業(yè)“十四五”規(guī)劃》，寶坻區(qū)將作為非首都功能疏解重要承接地，構建“一帶三廊、一環(huán)三區(qū)、一軸雙心”的城市空間格局?？梢姡谕七M“京東黃金走廊”的整體戰(zhàn)略布局下，如何在保障寶坻區(qū)生產空間和生活空間穩(wěn)步發(fā)展的同時，確保區(qū)域生態(tài)空間的格局優(yōu)化和安全管控，實現(xiàn)三生空間的協(xié)調發(fā)展，已成為寶坻區(qū)用地規(guī)劃的關鍵。

1.2 數據來源與處理方法

天津市2019年1∶5萬土地利用現(xiàn)狀數據來源于地理國情監(jiān)測云平臺(http://www.dsac.cn/)，天津市主要道路分布圖來源于中國科學院資源環(huán)境科學數據中心(http://www.resdc.cn/)，1∶1萬土壤鹽漬化圖來源于天津市地質調查中心，1∶5萬活動斷裂帶圖和地震烈度等級圖來源于天津市地震局，寶坻區(qū)生態(tài)保護紅線分布圖來源于天津市生態(tài)環(huán)境局；生態(tài)服務功能價值數據由InVEST模型計算得到；屬性數據以人口數據為主，來源于2019年《寶坻區(qū)統(tǒng)計年鑒》和天津市政府發(fā)布的第7次人口普查數據。

本文基于土地利用主導功能視角[20]，通過合理歸并現(xiàn)有土地利用現(xiàn)狀數據(表1)，劃分研究區(qū)三生空間(圖2)?；贏rcGIS平臺對土壤鹽漬化、活動斷裂帶和地震烈度等級數據進行矢量化處理?；?0 m×30 m柵格評價單元，對所有數據進行柵格化處理，為后續(xù)空間疊加奠定基礎。

圖2 2019年寶坻區(qū)三生空間分布Fig.2 Production-living-ecological space of Baodi District in 2019

表1 寶坻區(qū)三生空間劃定依據Table 1 Basis for delimitation of production-living-ecological space in Baodi District

2 研究方法

本文通過識別生態(tài)空間的內部穩(wěn)定力與外部壓力關系，開展基于適宜性和沖突的內外部雙重約束的空間分異分析，建立生態(tài)空間管制分區(qū)模型，確定生態(tài)空間管制分區(qū)，制定不同區(qū)域的管控政策，為生態(tài)保護紅線增加必要的韌性空間，從而確保生產、生活活動遠離生態(tài)安全底線，切實提升生態(tài)空間保護能力，進而為國土空間協(xié)調發(fā)展和區(qū)域生態(tài)安全提出建議和保障措施(圖3)。

圖3 生態(tài)空間管制分區(qū)機理Fig.3 Ecological space regulation zoning mechanism

2.1 生態(tài)適宜性評價指標體系

(1)指標選取和權重確定。基于準確、可行、穩(wěn)定等原則，參考文獻[21-23]并結合寶坻區(qū)“三生空間”土地開發(fā)利用、水資源稀缺、人口壓力及地質活動等因素，從生態(tài)空間的穩(wěn)定性、敏感性、干擾性和價值性四方面構建寶坻區(qū)生態(tài)空間適宜性評價指標體系(表2)?？紤]到各指標對生態(tài)適宜性的影響程度不同[24,25]，對指標采用25、50、75、100分4級得分標準,分別表示某指標在生態(tài)適宜性評價中的得分，指標權重采用德爾菲法確定(表3)。

表2 寶坻區(qū)生態(tài)空間適宜性評價指標體系Table 2 Evaluation index system of ecological space suitability in Baodi District

表3 生態(tài)適宜性評價指標評分依據Table 3 Scoring basis of ecological suitability evaluation indexes

(2)適宜性等級確定。借助GIS平臺將單因子指標柵格化(30 m×30 m)后加權疊加，再運用自然斷點法將研究區(qū)域劃分為不適宜區(qū)、低度適宜區(qū)、中度適宜區(qū)、高度適宜區(qū)4個等級。計算公式如下：

(1)

式中：S為研究單元生態(tài)適宜性總得分；Wi、Vi分別為第i個評價指標的權重和得分；n為指標總數。

2.2 生態(tài)空間沖突測度模型

空間沖突的產生是由于空間資源稀缺而導致的空間資源競爭與分配過程中形成的對立現(xiàn)象。由于利益分配不均，土地在提供空間稀缺性的同時，也將自身暴露于空間爭奪之中。參考現(xiàn)有空間沖突研究[17,26]，基于景觀格局分析方法從空間驅動力、空間脆弱性和空間穩(wěn)定性三方面構建生態(tài)空間沖突測度模型(表4)。以30 m×30 m柵格為研究單元，借鑒沖突的“倒U形”曲線模型[16]，結合生態(tài)空間沖突指數累積頻率曲線分布特征和自然斷點法，將研究區(qū)域劃分為潛在沖突、低度沖突、中度沖突、高度沖突4種類型。

表4 生態(tài)空間沖突指標體系Table 4 Index system of ecological space conflict

2.3 生態(tài)空間管制分區(qū)模型

生態(tài)適宜性是對生態(tài)空間內部生態(tài)條件的刻畫，是生態(tài)空間管制的初次約束，而空間沖突則是借助空間的相互作用對生態(tài)空間外部條件的表征，對生態(tài)空間管制進行二次約束。生態(tài)空間內外部的協(xié)調穩(wěn)定，有利于提高空間韌性，保障區(qū)域生態(tài)安全，從而為底線思維下的生態(tài)保護紅線增加“防護網”。據此，本文選擇將生態(tài)適宜性和空間沖突的雙重約束與土地利用現(xiàn)狀結合的方法，借助三維坐標系進行空間疊加分析，進而構建互斥矩陣確定分區(qū)單元，在此基礎上依據各個單元所處的位置和原則進行生態(tài)空間管制分區(qū)。

為保障分區(qū)的準確性，減少非生態(tài)空間對生態(tài)空間管制分區(qū)的干擾，本文將土地利用現(xiàn)狀劃分為生態(tài)用地和非生態(tài)用地分別進行互斥矩陣構建(表5、表6)。分別針對現(xiàn)狀生態(tài)用地和現(xiàn)狀非生態(tài)用地，借助互斥矩陣的組合關系構建出16個分區(qū)基本單元。以“生態(tài)適宜為基礎，減小沖突為導向”，遵循“區(qū)內相似，區(qū)間差異”原則，將32個基本分區(qū)單元轉化為穩(wěn)定型生態(tài)區(qū)(維持現(xiàn)狀區(qū)域)、保護型生態(tài)區(qū)(涵養(yǎng)提升區(qū)域)、管控型生態(tài)區(qū)(易受侵占區(qū)域)、修復型生態(tài)區(qū)(生態(tài)挖潛區(qū)域)、后備生態(tài)區(qū)(生態(tài)儲備區(qū)域)和非生態(tài)區(qū)(不宜發(fā)展生態(tài)區(qū)域)6類分區(qū)(表7)。

表5 生態(tài)適宜性—空間沖突互斥矩陣(現(xiàn)狀生態(tài)用地)Table 5 Mutually exclusive matrix of ecological suitability-space conflict(ecological land)

表6 生態(tài)適宜性—空間沖突互斥矩陣(現(xiàn)狀非生態(tài)用地)Table 6 Mutually exclusive matrix of ecological suitability-space conflict(non-ecological land)

表7 生態(tài)空間管制分區(qū)依據Table 7 Regulation zoning basis for ecological space

3 結果與分析

3.1 內部約束條件分析

內部約束條件以現(xiàn)狀用地的生態(tài)適宜性表征。在寶坻區(qū)生態(tài)適宜性分區(qū)(圖4)中，高度適宜區(qū)占9.6%，主要分布在生態(tài)本底較好、空間利用類型單一的區(qū)域；中度適宜區(qū)占35.57%，多集中在距河流、林地稍遠且土地利用類別較少的區(qū)域；低度適宜區(qū)占36.65%，多分布在建設用地和耕地周圍；不適宜區(qū)占18.18%，多以近城鎮(zhèn)耕地和建設用地為主。通過與寶坻區(qū)現(xiàn)有生態(tài)空間對比可以看出，現(xiàn)有生態(tài)空間的北部林帶并未落入高生態(tài)適宜區(qū)，該林帶屬于高速林帶，并未生成完善的森林生態(tài)系統(tǒng)，說明路網綠廊的生態(tài)廊道功能有待提升。同時，在寶平街道、方家莊鎮(zhèn)以及周良街道等出現(xiàn)明顯由高生態(tài)適宜性驟變?yōu)椴贿m宜現(xiàn)象，說明驟變區(qū)域缺乏一定的生態(tài)緩沖空間，不利于區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)維持穩(wěn)定，生態(tài)安全存在隱患。

圖4 寶坻區(qū)現(xiàn)狀用地生態(tài)適宜性分區(qū)Fig.4 Ecological suitability zoning based on land use in Baodi District

3.2 外部約束條件分析

外部約束條件以現(xiàn)狀用地的空間沖突等級表征。寶坻區(qū)現(xiàn)狀用地的空間沖突等級分區(qū)(圖5)中，近79.49%的現(xiàn)狀用地未出現(xiàn)較明顯的空間沖突，高度沖突區(qū)主要分布在人口集中、空間利用復雜的城鎮(zhèn)和農村居民點地區(qū)，中度沖突區(qū)約占11.59%，散布于高度沖突區(qū)與潛在沖突區(qū)之間。朝霞街道、寶平街道和周良街道人口較為集中，不合理的土地利用方式進一步加速了空間沖突的爆發(fā)。北部的林帶和寶平街道附近的河流位于高度沖突區(qū)，說明生態(tài)用地占用風險較高，存在加劇擴散趨勢，不利于林帶和河流的生態(tài)保護。綜上，寶坻區(qū)的空間沖突程度較低，相鄰空間的差異程度以及人類干擾程度是影響沖突程度的主要因素，因此，限制高沖突區(qū)域的擴散和減少對生態(tài)空間的干擾將是寶坻區(qū)未來規(guī)劃的重點。

圖5 寶坻區(qū)現(xiàn)狀用地空間沖突等級分區(qū)Fig.5 Spatial conflict classification based on land use in Baodi District

3.3 生態(tài)空間管制分區(qū)分析

借助ArcGIS平臺，結合表7的管制分區(qū)依據，通過互斥矩陣疊加分析將寶坻區(qū)劃分為穩(wěn)定型生態(tài)區(qū)、保護型生態(tài)區(qū)、管控型生態(tài)區(qū)、修復型生態(tài)區(qū)、后備生態(tài)區(qū)和非生態(tài)區(qū)(圖6)。寶坻區(qū)穩(wěn)定型生態(tài)區(qū)面積為7 726.40 hm2，主要集中在中部的河流水系；保護型生態(tài)區(qū)面積為6 900.69 hm2，主要分布在北部、西部、南部的林地及部分河道；管控型生態(tài)區(qū)面積為306.68 hm2，主要分布在生態(tài)空間與生產、生活空間的交界處；修復型生態(tài)區(qū)面積為3 322.30 hm2，主要分布在交通沿線及其周圍的林帶和草地；后備生態(tài)區(qū)面積為55 172.88 hm2，主要分布在集中連片的中東部農用地；非生態(tài)區(qū)面積為77 357.55 hm2，主要分布在西北部，以非生態(tài)空間聚集區(qū)為主。

圖6 生態(tài)空間管制分區(qū)及生態(tài)保護紅線比較Fig.6 Contrast between the ecological space regulation zone and the ecological protection red line

為判斷生態(tài)空間對于生態(tài)保護紅線的韌性補充關系，將生態(tài)空間管制分區(qū)與現(xiàn)行生態(tài)保護紅線相對比，寶坻區(qū)生態(tài)保護紅線落在穩(wěn)定型生態(tài)區(qū)的面積最大，達到紅線總面積的71.64%，說明寶坻區(qū)生態(tài)保護紅線劃定與穩(wěn)定型生態(tài)區(qū)分布具有一致性，二者相互支撐能夠有效確保此類生態(tài)空間功能穩(wěn)定、不受破壞。但多數生態(tài)保護紅線與后備生態(tài)區(qū)和非生態(tài)區(qū)毗鄰，其間缺少必要的韌性空間作為緩沖隔離區(qū)，一旦生態(tài)保護紅線難以抵擋來自生產、生活空間的影響，則會造成底線失守。此外，目前寶坻區(qū)仍有41.95%的穩(wěn)定型生態(tài)區(qū)未納入生態(tài)保護紅線，該部分主要集中在黃莊洼濕地，該濕地具有較好的生態(tài)功能且外部沖突較低，該部分穩(wěn)定型生態(tài)區(qū)將與周邊農業(yè)生產空間進行生態(tài)共建，打造寶坻區(qū)生態(tài)稻田主產區(qū)，推動生態(tài)空間與農業(yè)生產空間的和諧共生。

同時，本文結合生態(tài)空間各管制分區(qū)特點制定具有分區(qū)特色的解決方案(表8)，以保障分區(qū)的平穩(wěn)健康發(fā)展。通過管制分區(qū)方案實現(xiàn)生態(tài)空間各分區(qū)之間相互協(xié)調、約束，使得生態(tài)空間能更適應其余國土空間所帶來的變化和干擾，從而提升生態(tài)空間的韌性，實現(xiàn)生態(tài)空間的精準管控，進而保障區(qū)域生態(tài)安全。

表8 生態(tài)空間管制分區(qū)方案Table 8 Scheme of ecological space regulation zoning

4 結論與討論

本文提出適宜性與沖突雙重約束下的空間管制分區(qū)方法，相比現(xiàn)有空間分區(qū)[26,27,29-31]研究，體現(xiàn)出較好的政策一致性和方法科學性。在適宜性與沖突雙重約束下，寶坻區(qū)生態(tài)安全空間分異明顯，其中在生態(tài)適宜性由高至低的驟變區(qū)域、高適宜性與高沖突性重疊區(qū)，由于缺乏必要的韌性空間作為緩沖區(qū)，是寶坻區(qū)生態(tài)占用和安全風險的主要發(fā)生區(qū)，也是未來寶坻區(qū)生態(tài)修復和管控的重點區(qū)域。寶坻區(qū)設有6 317.19 hm2的生態(tài)保護紅線，其中71.64%落在穩(wěn)定型生態(tài)區(qū)，從規(guī)模上看基本能夠有效確保此類生態(tài)空間功能穩(wěn)定、不受破壞；但從空間分布看，多數生態(tài)保護紅線與后備生態(tài)區(qū)或非生態(tài)區(qū)直接相鄰，缺少必要的緩沖隔離區(qū)，易出現(xiàn)底線失守風險。通過劃定穩(wěn)定型生態(tài)區(qū)、保護型生態(tài)區(qū)、管控型生態(tài)區(qū)、修復型生態(tài)區(qū)、后備生態(tài)區(qū)和非生態(tài)區(qū)6類生態(tài)管制空間，有利于落實生態(tài)空間分區(qū)管制制度、緩解空間沖突、增加生態(tài)空間韌性、提升生態(tài)空間保護整體水平，同時為未來寶坻區(qū)生態(tài)保護紅線調整和成效評估提供借鑒。

本文的生態(tài)空間管制分區(qū)與生態(tài)保護紅線并非替代關系，“生態(tài)空間管制分區(qū)+生態(tài)保護紅線”將作為未來生態(tài)空間保護的新模式，為劃定生態(tài)緩沖空間、協(xié)調三生用地格局關系提供技術支持，也將為區(qū)域國土空間規(guī)劃、全域綜合整治與生態(tài)修復提供新的規(guī)劃思路。但文中空間沖突分析基于現(xiàn)狀數據，僅考慮了空間形狀和現(xiàn)狀類型，不能較好地詮釋三生空間沖突的動態(tài)性和集體效應，今后將進一步完善指標體系，并探索引入演化博弈模型和機器學習以加強空間沖突測度模擬的動態(tài)性和科學性。