基于生態(tài)容量模擬的丘陵地區(qū)城鎮(zhèn)開發(fā)規(guī)模研究*
——以中新（廣州）知識(shí)城為例

蔡云楠 張曼瀅

0 引言

丘陵地區(qū)具有較高的用地潛力，合理確定開發(fā)規(guī)模、正確引導(dǎo)其城鎮(zhèn)開發(fā)建設(shè)是其中的關(guān)鍵問題。然而丘陵地區(qū)具有環(huán)境復(fù)雜性、開發(fā)敏感性、建設(shè)不可逆性等特征，在城鎮(zhèn)化進(jìn)程以及現(xiàn)代市政工程技術(shù)的迅猛推進(jìn)下，出現(xiàn)過城市蔓延、生態(tài)破壞、土地資源浪費(fèi)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入大等問題和教訓(xùn)[1]。

近年來各界對(duì)國(guó)土空間開發(fā)格局進(jìn)行了系統(tǒng)性的思考[2]，對(duì)丘陵地區(qū)的發(fā)展越來越重視，在其空間布局優(yōu)化、城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)等方面的研究較為深入，但對(duì)丘陵地區(qū)開發(fā)建設(shè)過程中所涉及的土地資源、生態(tài)景觀以及災(zāi)害韌性等方面的科學(xué)知識(shí)積累與技術(shù)經(jīng)驗(yàn)仍不成熟[3]，未能給丘陵地區(qū)城鎮(zhèn)開發(fā)提供完整系統(tǒng)的理論支持與技術(shù)參考。

國(guó)土空間規(guī)劃通過統(tǒng)籌布局生態(tài)、農(nóng)業(yè)、城鎮(zhèn)等功能空間從而優(yōu)化國(guó)土空間總體格局[4]。其中，科學(xué)合理地確定開發(fā)規(guī)模是國(guó)土空間規(guī)劃的重點(diǎn)和難點(diǎn)[5]。對(duì)于丘陵地區(qū)的開發(fā)而言，合理的生態(tài)容量是確定城鎮(zhèn)開發(fā)規(guī)模的重要前提以及生態(tài)安全的重要保障。后續(xù)研究和實(shí)踐應(yīng)融合發(fā)展與保護(hù)的價(jià)值理念，增強(qiáng)對(duì)于國(guó)土空間規(guī)劃相關(guān)理論的內(nèi)涵理解和層次推理，充分結(jié)合該類地區(qū)特征，有針對(duì)性地分析其自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)之間的關(guān)系，因地制宜構(gòu)建適當(dāng)?shù)哪M框架，以生態(tài)安全、剛彈結(jié)合等原則通過多情景模擬的形式確定最佳規(guī)模，最終達(dá)到生態(tài)效益與城鎮(zhèn)發(fā)展之間相互促進(jìn)。

本文對(duì)生態(tài)容量概念及丘陵地區(qū)城鎮(zhèn)生態(tài)容量確定中面臨的問題進(jìn)行闡述，分析國(guó)土空間規(guī)劃相關(guān)理論基礎(chǔ)并形成生態(tài)容量模擬的建構(gòu)邏輯，構(gòu)建生態(tài)容量模擬的理論框架，以中新（廣州）知識(shí)城為例，描述通過生態(tài)容量與多情景模擬的方法確定丘陵地區(qū)城鎮(zhèn)的開發(fā)規(guī)模的實(shí)踐做法。合理確定各類用地規(guī)模和空間布局，支撐丘陵城鎮(zhèn)生態(tài)安全和高質(zhì)量發(fā)展。

1 生態(tài)容量概念及丘陵地區(qū)城鎮(zhèn)生態(tài)容量確定中面臨的問題

1.1 生態(tài)容量的概念解析與理論基礎(chǔ)

城鎮(zhèn)生態(tài)容量與承載力密切相關(guān)，特指區(qū)域在資源環(huán)境可持續(xù)承載基礎(chǔ)上，城鎮(zhèn)化開發(fā)的最佳規(guī)模[6]。根據(jù)此限度鑒別區(qū)域中哪里能開發(fā)、哪里不能開發(fā)以及如何確定開發(fā)強(qiáng)度。

城市作為一個(gè)由“自然—社會(huì)—經(jīng)濟(jì)”構(gòu)成的復(fù)雜巨系統(tǒng)，不同子系統(tǒng)的屬性不同，但各個(gè)系統(tǒng)間存在著相互影響而又相互合作的關(guān)系[7]。城市中各子系統(tǒng)的聯(lián)合作用形成了城鎮(zhèn)宏觀尺度上的結(jié)構(gòu)和功能，子系統(tǒng)間的協(xié)同作用是城市復(fù)雜系統(tǒng)有序結(jié)構(gòu)形成的內(nèi)驅(qū)力，促進(jìn)穩(wěn)定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的形成。因此在城市發(fā)展過程中，只有生態(tài)效應(yīng)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)協(xié)調(diào)統(tǒng)一，我們才能找到城鎮(zhèn)發(fā)展的生態(tài)容量邊界，即城鎮(zhèn)的最佳規(guī)模[8]。

1.2 丘陵地區(qū)城鎮(zhèn)建設(shè)總體特點(diǎn)及生態(tài)容量確定的難點(diǎn)

丘陵地區(qū)具有山、水、城相融的獨(dú)特空間格局，其獨(dú)有的地質(zhì)條件、地貌變化、氣候特征及生態(tài)多樣性等特點(diǎn)，蘊(yùn)含了豐富的資源與能源，有著無限的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?jié)摿9]。然而，多數(shù)丘陵城市受到自然、環(huán)境、社會(huì)等因素的限制較多，其生態(tài)容量的確定存在許多問題與難點(diǎn)。

首先，丘陵地區(qū)生態(tài)環(huán)境較為復(fù)雜。在短距離內(nèi)就具有復(fù)雜的生態(tài)基底類型，造成勘測(cè)困難，勘測(cè)后信息歸類也較為復(fù)雜。其次，丘陵地區(qū)生態(tài)環(huán)境具有高敏感性，開發(fā)時(shí)極易影響到周邊地區(qū)，在確定具體的開發(fā)規(guī)模時(shí)在生態(tài)條件與其他因素之間的權(quán)衡需要有更多考量。同時(shí)，丘陵地區(qū)難以形成連續(xù)、平整的地塊范圍，其建設(shè)具有較高的不可逆性，工程技術(shù)要求較高，需考慮到不同坡度大小所要求的特殊建設(shè)條件[10]。

2 現(xiàn)有主要生態(tài)容量確定方法與分析

2.1 生態(tài)容量測(cè)算方法

當(dāng)前，生態(tài)容量測(cè)算常用的研究與計(jì)算方法有生態(tài)足跡法、生態(tài)承載力計(jì)算、生態(tài)赤字或生態(tài)冗余計(jì)算等。調(diào)查通常會(huì)從能源、生態(tài)資源、生物資源等方面入手，列出既定分析框架和測(cè)算模型，將其現(xiàn)有數(shù)量和消費(fèi)需求等轉(zhuǎn)化為具體的土地面積或生物生產(chǎn)面積，通過計(jì)算公式換算成具體的指標(biāo)從而確定發(fā)展規(guī)模[11]。

2.2 生態(tài)容量確定方法與分析

生態(tài)足跡法是生態(tài)容量確定方法中一種最普遍并最具代表性的方法。生產(chǎn)個(gè)人、城市或國(guó)家等已知人口消費(fèi)的所有能源和資源以及吸納該人口產(chǎn)生所有廢棄物所需要的生物生產(chǎn)面積（含水域和陸地），將其與該范圍內(nèi)自然所能供給人類的生物生產(chǎn)土地面積（生態(tài)承載力的量化）相比較，定量分析生態(tài)承載力能否滿足城市經(jīng)濟(jì)日益發(fā)展的需求，以此判斷其生態(tài)安全及可持續(xù)狀況[12]。

在生態(tài)足跡的計(jì)算中，各種資源和能源消費(fèi)項(xiàng)目被折算為耕地、草場(chǎng)、林地、建筑用地、化石能源土地和海洋（水域）等6種生物生產(chǎn)面積類型。所涉及到的資源水平都用同樣的指標(biāo)來衡量或者將其折算為基本的生物生產(chǎn)面積，以量化方法來找到生態(tài)承載能力的閾值上限，從而為城市或區(qū)域的生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)數(shù)據(jù)支撐。

總體而言，生態(tài)容量測(cè)算具有統(tǒng)一、量化評(píng)定的作用，但依舊存在著不足，如缺乏針對(duì)丘陵地區(qū)復(fù)雜生境的技術(shù)手段、技術(shù)體系和標(biāo)準(zhǔn)較久遠(yuǎn)長(zhǎng)期未更新等。后文將借鑒并吸收此方法的系統(tǒng)建構(gòu)優(yōu)勢(shì)，并在國(guó)土空間規(guī)劃相關(guān)理念背景下構(gòu)建更適合丘陵地區(qū)的理論框架和技術(shù)體系。

3 生態(tài)容量模擬的理論建構(gòu)與多情景模擬方法

3.1 生態(tài)容量模擬的理論建構(gòu)

國(guó)土空間規(guī)劃作為區(qū)域空間發(fā)展戰(zhàn)略性、系統(tǒng)性安排，強(qiáng)調(diào)國(guó)土空間結(jié)構(gòu)和布局的整體優(yōu)化，從全域的國(guó)土層面對(duì)生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)提出更高的要求，綜合的理論支撐可為國(guó)土空間規(guī)劃城市開發(fā)規(guī)模確定提供科學(xué)的決策依據(jù)。通過國(guó)土空間“雙評(píng)價(jià)”理論、生態(tài)安全格局理論、用途管制博弈理論等的內(nèi)涵理解和層次推理，能夠科學(xué)評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量和生態(tài)服務(wù)價(jià)值。結(jié)合丘陵地區(qū)的城市特點(diǎn)，同時(shí)融入現(xiàn)有生態(tài)容量測(cè)算方法中量化折算與系統(tǒng)建構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建生態(tài)容量模擬理論。生態(tài)容量模擬的定義是指區(qū)域在資源環(huán)境可持續(xù)承載基礎(chǔ)上，運(yùn)用生態(tài)本底分析、系統(tǒng)評(píng)價(jià)和多情景模擬法，針對(duì)城鎮(zhèn)不同發(fā)展情景而確立最佳城鎮(zhèn)化開發(fā)規(guī)模。

3.1.1 國(guó)土空間“雙評(píng)價(jià)”理論

資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)能夠識(shí)別區(qū)域自然條件對(duì)生態(tài)保護(hù)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及城鎮(zhèn)建設(shè)的支撐能力，定量評(píng)估區(qū)域自然條件對(duì)人類各種生產(chǎn)建設(shè)的承載閾值；國(guó)土空間開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)能夠判斷區(qū)域?qū)嵤┺r(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城鎮(zhèn)開發(fā)建設(shè)等人類活動(dòng)的適宜程度[13]，定量評(píng)估區(qū)域生態(tài)保護(hù)重要性等級(jí)，進(jìn)而有效識(shí)別區(qū)域自然資源的優(yōu)勢(shì)和短板，篩選出區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能較強(qiáng)、生態(tài)敏感性較高的空間?！半p評(píng)價(jià)”是對(duì)資源環(huán)境承載狀況的全面審視，是有效規(guī)范國(guó)土空間開發(fā)秩序、合理控制空間開發(fā)強(qiáng)度的國(guó)土空間開發(fā)格局的重要科學(xué)依據(jù)。

3.1.2 國(guó)土空間生態(tài)安全格局理論

生態(tài)安全格局是指對(duì)維護(hù)生態(tài)過程安全起關(guān)鍵作用的“點(diǎn)、線、面”等構(gòu)成的空間格局[14]。其中“面”是指生態(tài)源地，一般是指對(duì)促進(jìn)生態(tài)安全具有重要意義或者擔(dān)負(fù)向外輻射重要生態(tài)功能的關(guān)鍵生態(tài)用地；“線”是指生態(tài)廊道，是保障生態(tài)空間連通穩(wěn)定的重要組成部分；“點(diǎn)”是指生態(tài)節(jié)點(diǎn)，是由于人類進(jìn)行城鎮(zhèn)開發(fā)建設(shè)或農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等活動(dòng)形成的生態(tài)敏感性較高、規(guī)模較小的空間單元。依據(jù)景觀格局與生態(tài)過程的互饋?zhàn)饔茫R(shí)別關(guān)鍵景觀要素，實(shí)現(xiàn)對(duì)研究區(qū)區(qū)域生態(tài)過程及服務(wù)的有效維持，從而保障區(qū)域生態(tài)安全及生態(tài)持續(xù)性。

3.1.3 國(guó)土空間用途管制博弈理論

國(guó)土空間用途管制強(qiáng)調(diào)將“山水林田湖草海”作為生命共同體，作為空間治理手段，涉及對(duì)生命共同體綜合管制和各類資源要素的保護(hù)、開發(fā)、利用，國(guó)土空間開發(fā)利用者嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)定的用途開發(fā)利用國(guó)土空間[15]。然而，在最佳生態(tài)容量的基礎(chǔ)上，各類用地最優(yōu)使用的情況往往是一種理想狀態(tài)，各類用地的開發(fā)與保護(hù)之間將存在用途博弈，國(guó)土空間用途管制博弈提倡各類用途區(qū)域的彈性規(guī)劃與管理，通過多種方案的權(quán)衡使用地達(dá)到最佳使用規(guī)模。

3.2 多情景模擬

多情景模擬是探索土地利用優(yōu)化的重要原則。城市發(fā)展的外部環(huán)境變化充滿不確定性，通過不同發(fā)展模式選擇與模型構(gòu)建，依據(jù)不同區(qū)域、不同生態(tài)問題及生態(tài)優(yōu)勢(shì)，綜合考慮人口密度、經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r等因素，模擬外部因素可能發(fā)生變化的情景，根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)其中的各類因子、生態(tài)系統(tǒng)總體效益與城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展效益之間的關(guān)系進(jìn)行正向調(diào)整，有效提高邊界的彈性以及邊界管理的效果與效率。

同時(shí)，在實(shí)踐中還應(yīng)遵循“生態(tài)安全”與“剛彈結(jié)合”原則[16]。在各項(xiàng)開發(fā)建設(shè)前注重生態(tài)安全及生態(tài)背景，立足自然地理格局，遵循自然生態(tài)系統(tǒng)演替規(guī)律和內(nèi)在機(jī)理，保持自然生態(tài)功能的穩(wěn)定。強(qiáng)調(diào)“剛性管控”與“彈性引導(dǎo)”相結(jié)合，對(duì)涉及底線性、基礎(chǔ)性、生態(tài)敏感、公共利益等方面的內(nèi)容進(jìn)行嚴(yán)格管控，而底線之外的內(nèi)容應(yīng)該采取更為靈活的方式進(jìn)行彈性引導(dǎo)。

3.2.1 剛性基礎(chǔ)容量

“剛性”是力學(xué)上的一個(gè)概念，特指基礎(chǔ)性條件限制。將剛性運(yùn)用到生態(tài)容量測(cè)算，可以理解為一個(gè)區(qū)域生態(tài)資源能夠承載的最大城市發(fā)展體量，以及這些生態(tài)資源能否對(duì)城市發(fā)展提供相應(yīng)的供給能力。關(guān)于基礎(chǔ)剛性容量測(cè)算，主要基于國(guó)土空間“雙評(píng)價(jià)”理論框架確定。具體而言，就是通過土地資源承載力和城鎮(zhèn)開發(fā)適宜性評(píng)估，確定基礎(chǔ)剛性生態(tài)容量規(guī)模和基礎(chǔ)剛性開發(fā)邊界。

3.2.2 剛性結(jié)構(gòu)容量

剛性基礎(chǔ)容量確定了區(qū)域最大開發(fā)容量，但該容量沒有考慮國(guó)土空間生態(tài)安全格局的塑造，因此該容量不具備生態(tài)屬性[17]。剛性結(jié)構(gòu)容量是在剛性基礎(chǔ)容量基礎(chǔ)上，根據(jù)國(guó)土空間生態(tài)安全格局理論，將維持國(guó)土空間生態(tài)安全格局的區(qū)域從剛性基礎(chǔ)容量中核減，賦予剛性容量以生態(tài)屬性。剛性結(jié)構(gòu)容量既保留了符合城市發(fā)展的自然生態(tài)，又能夠使城市得到最大開發(fā)容量，為區(qū)域空間開發(fā)提供了強(qiáng)有力的科學(xué)依據(jù)和理論支持。

3.2.3 彈性發(fā)展容量

剛性結(jié)構(gòu)容量估算出了理論最大潛力，但在實(shí)際發(fā)展過程中受社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、農(nóng)田和生態(tài)保護(hù)等各種不確定性因素的制約，完全剛性規(guī)劃不符合實(shí)際發(fā)展需求。就空間規(guī)劃而言，任何生態(tài)容量都必須要針對(duì)各種不確定性考慮其彈性特征。城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中的彈性控制是促進(jìn)城市有效、有序建設(shè)發(fā)展的重要手段，合理運(yùn)用彈性原則可有效激發(fā)城市建設(shè)的能動(dòng)性，提高城市建沒的運(yùn)作效應(yīng)。城市生態(tài)容量彈性本質(zhì)是國(guó)土空間用途管制博弈的后果，通過空間博弈理論分析，可以得到區(qū)域不同容量發(fā)展情景，為區(qū)域國(guó)土空間用途管制提供多種彈性容量選擇，保障規(guī)劃既嚴(yán)肅又靈活。

3.2.4 最佳建設(shè)容量

基于上述概念內(nèi)涵，綜合考慮城市發(fā)展的“剛性”和“彈性”特征，構(gòu)建如圖1所示的研究范式。“剛性”邊界分為剛性基礎(chǔ)邊界和剛性結(jié)構(gòu)邊界，“彈性”邊界考慮其彈性發(fā)展容量，為城市發(fā)展預(yù)留緩沖地帶。

圖1 生態(tài)容量模擬理論框架Fig. 1 theoretical framework of ecological capacity simulation

基于此，生態(tài)容量模擬能成為城市最佳建設(shè)容量確定的重要方法。基于多情景的空間模擬結(jié)果，提煉出不同生態(tài)安全水平和發(fā)展速度下城市增長(zhǎng)邊界相關(guān)策略組合，為城市發(fā)展熱點(diǎn)區(qū)域識(shí)別、城市增長(zhǎng)邊界體系建立和土地利用空間布局的優(yōu)化戰(zhàn)略提供依據(jù)[18-19]。

3.3 小結(jié)

綜上所述，城市生態(tài)容量模擬是在多方面因素考慮下逐步確定適宜城鎮(zhèn)開發(fā)規(guī)模的過程，是復(fù)合視角下以城市空間為樞紐統(tǒng)籌生態(tài)安全保障與城市增長(zhǎng)管理的過程。融合發(fā)展與保護(hù)的價(jià)值理念，建立一個(gè)以生態(tài)安全格局提升邊界管控效率、邊界管控促進(jìn)生態(tài)安全格局優(yōu)化兩者相統(tǒng)一的理論框架，為我國(guó)城市增長(zhǎng)管理提供新的思路[20]。

4 中新（廣州）知識(shí)城開發(fā)生態(tài)容量模擬應(yīng)用

4.1 中新知識(shí)城生態(tài)空間多功能評(píng)價(jià)與生態(tài)問題辨識(shí)

中新（廣州）知識(shí)城是中國(guó)與新加坡合作的國(guó)家級(jí)平臺(tái)，位于廣州市東北部，距廣州中心城區(qū)約35 km，毗鄰帽峰山東麓，珠江三角洲平原東北緣和粵中丘陵區(qū)的過渡地帶，處于由北部山地形成的“屏山”與帽峰山系形成的“秀峰”之間，東西兩側(cè)群山連綿，為典型的谷地地形。南部、中部、西北兩側(cè)均為嶺南高丘陵地貌，其余為低丘陵臺(tái)地或河谷平原地貌。本次規(guī)劃范圍為九龍鎮(zhèn)域、長(zhǎng)嶺居范圍，總面積為232 km2，其中，中新廣州知識(shí)城片區(qū)面積123 km2，鎮(zhèn)龍片區(qū)面積55 km2，長(zhǎng)嶺居片區(qū)面積104 km2。

4.1.1 自然環(huán)境與生態(tài)要素分析

知識(shí)城山體生態(tài)環(huán)境總體良好，林地主要分布于帽峰山、福和山、油麻山及知識(shí)城主要建成區(qū)周邊。擁有鳳凰河、平崗河和金坑河三大流域，共有現(xiàn)狀河涌19條。17座水庫中最大的水庫為新陂水庫，集雨面積41 km2，庫容為1 931.9萬m3。同時(shí)，在知識(shí)城東南側(cè)為萬畝良田，農(nóng)田類型多樣。整體來說，知識(shí)城現(xiàn)狀具有“山、水、林、田、湖”等多種類型的生態(tài)資源，并在前期建設(shè)中進(jìn)行了有效保護(hù)（表1）。

表1 知識(shí)城生態(tài)要素構(gòu)成表Tab.1 table of ecological elements of knowledge city

4.1.2 生態(tài)空間多功能評(píng)價(jià)

知識(shí)城生態(tài)系統(tǒng)可分為森林生態(tài)系統(tǒng)、濱水生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)以及聚落生態(tài)系統(tǒng)四類[21]。森林生態(tài)系統(tǒng)具有綠量供給、固碳釋氧、水源涵養(yǎng)等功能，其森林綠量供給較好。濱水生態(tài)系統(tǒng)具有雨洪調(diào)蓄、降溫增濕、生物信息交流、文化服務(wù)等功能。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)具有生產(chǎn)、提供農(nóng)耕文化服務(wù)、農(nóng)業(yè)旅游資源等功能，農(nóng)田山林聯(lián)系較密切。聚落生態(tài)系統(tǒng)中城鄉(xiāng)聚落發(fā)展有序。四類生態(tài)系統(tǒng)具有豐富多樣的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，保障了知識(shí)城的生態(tài)安全。

4.1.3 生態(tài)問題辨識(shí)

4.1.3.1 生態(tài)結(jié)構(gòu)面臨建設(shè)侵入威脅

通過生境斑塊連接度分析可知（圖2），結(jié)構(gòu)性廊道，即位于生態(tài)廊道及通風(fēng)廊道上的生態(tài)斑塊阻隔較為明顯。具體表現(xiàn)在東西向動(dòng)物遷徙廊道人工化嚴(yán)重、綠量不足、海綿性不足；南北向通風(fēng)廊道規(guī)劃建設(shè)密度過高。

圖2 知識(shí)城生境連通性Fig. 2 habitat connectivity of knowledge city

4.1.3.2 部分生境斑塊質(zhì)量不高，自然性和本土性不足

山林生境動(dòng)植物多樣性具有一定優(yōu)勢(shì)，但缺乏生態(tài)景觀特色；城中建成區(qū)生境斑塊未能形成復(fù)層植物群落，鄉(xiāng)土植物比率有待提升；河流、湖泊岸線自然性不足，生境類型較單一。

4.1.3.3 生態(tài)景觀社會(huì)服務(wù)和生態(tài)形象感知較弱

知識(shí)城生態(tài)空間對(duì)城市獨(dú)特品質(zhì)、對(duì)居民宜居貢獻(xiàn)等感知較弱；生態(tài)空間可達(dá)性較弱、社會(huì)服務(wù)存在盲區(qū)；生態(tài)文化品位未能形成。

4.2 中新知識(shí)城生態(tài)容量模擬

知識(shí)城總體規(guī)劃通過生態(tài)本底調(diào)查，科學(xué)評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量和生態(tài)服務(wù)價(jià)值，分析其生態(tài)安全格局、風(fēng)熱環(huán)境和生態(tài)、農(nóng)業(yè)用地構(gòu)成等，科學(xué)預(yù)測(cè)生態(tài)容量，協(xié)調(diào)統(tǒng)籌人口、產(chǎn)業(yè)、支撐配套等發(fā)展需求與“山水林田湖草”等生態(tài)要素的關(guān)系，并進(jìn)行多情景模擬，提出最優(yōu)生態(tài)用地規(guī)模和總體空間布局。

4.2.1 生態(tài)安全格局構(gòu)建

4.2.1.1 生態(tài)安全格局構(gòu)建范式

首先，根據(jù)生態(tài)安全格局構(gòu)建范式，對(duì)知識(shí)城生態(tài)源、生態(tài)廊及生態(tài)網(wǎng)進(jìn)行分析、模擬及構(gòu)建。從土地利用類型上看，生態(tài)源斑塊主要以山地及水流為主，山脈主要分布在研究區(qū)中部西側(cè)及西南部，水脈則以河道和庫塘的形式貫穿于研究區(qū)之中。提供多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的生態(tài)源斑塊占比較少，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的協(xié)同與權(quán)衡關(guān)系較為明顯。

處于最小累計(jì)阻力勢(shì)能面上的斑塊應(yīng)優(yōu)先作為生態(tài)廊道加以構(gòu)建，知識(shí)城北部及中部偏北地區(qū)的阻力值呈現(xiàn)最高水平（圖3）。該區(qū)域城鎮(zhèn)建設(shè)較為集中、河湖水體密布，人類活動(dòng)頻率較高，在空間上呈現(xiàn)出帶狀的高阻力值格局，并對(duì)周邊區(qū)域物種的擴(kuò)散產(chǎn)生一定的負(fù)向滯后效應(yīng)；中部及中部東側(cè)的阻力值處于中等水平，該區(qū)域地勢(shì)較為平坦，多以耕地為主，人類活動(dòng)頻率一般；南部及剩余地區(qū)的阻力值處于低與較低水平，因?yàn)樵搮^(qū)域地形地貌較復(fù)雜，地勢(shì)較高，多為生態(tài)林地，人類活動(dòng)足跡較少?？傮w來看，知識(shí)城生態(tài)阻力低值區(qū)在空間上能形成集聚成片的格局，對(duì)周邊物種擴(kuò)散產(chǎn)生正向推動(dòng)效應(yīng)。

圖3 知識(shí)城生態(tài)阻力值評(píng)價(jià)Fig. 3 evaluation of ecological resistance value of knowledge city

根據(jù)生態(tài)源空間分布集中情況及生態(tài)安全網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建下生態(tài)廊道鏈接關(guān)系，其中處于最小累計(jì)阻力勢(shì)能面上的斑塊應(yīng)優(yōu)先作為生態(tài)廊道加以構(gòu)建。受地形地貌的特征影響，生態(tài)源地多分布在東西兩側(cè)，潛在生態(tài)廊道大多呈現(xiàn)出東西連接走向，但廊道之間相互連接的空間網(wǎng)絡(luò)化程度較低，不利于區(qū)域內(nèi)生態(tài)源之間生態(tài)流、物種流、能量流、人口流的相互連接與擴(kuò)散。

因此，知識(shí)城未來需要在東西向生態(tài)廊道的基礎(chǔ)上推動(dòng)區(qū)域生態(tài)廊道向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。如通過容積率控制主要交通網(wǎng)絡(luò)沿線地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，增強(qiáng)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)空間連接度。

4.2.1.2 單一安全格局分析

首先對(duì)地質(zhì)災(zāi)害安全格局進(jìn)行分析，結(jié)合知識(shí)城的自然資源以及地形地貌特點(diǎn)，綜合考慮高程、坡度和地表的植被覆蓋進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析，并以此劃分高、中、低三個(gè)生態(tài)安全等級(jí)（圖4）。其次從水資源保護(hù)和水環(huán)境重要性兩個(gè)方面，對(duì)知識(shí)城內(nèi)的水安全問題展開分析，在此基礎(chǔ)上結(jié)合地理信息系統(tǒng)（GIS）空間分析構(gòu)建水綜合安全格局（圖5）。同時(shí)遵從動(dòng)植物生物保護(hù)要求構(gòu)建生物保護(hù)安全格局，從生境質(zhì)量和生態(tài)阻力面兩個(gè)視角，疊加分析生物過程，構(gòu)建生物保護(hù)安全格局（圖6）。

圖4 地質(zhì)災(zāi)害安全格局Fig. 4 security pattern of geological disasters

圖5 水綜合安全格局Fig. 5 security pattern of comprehensive water

圖6 生物保護(hù)安全格局Fig. 6 security pattern of biological protection

4.2.1.3 綜合生態(tài)安全格局

綜合基于分系統(tǒng)安全格局，建立具有多種功能的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施，知識(shí)城生態(tài)安全格局設(shè)施總體上呈現(xiàn)為由具有重要生態(tài)意義的斑塊和廊道構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)狀空間結(jié)構(gòu)（圖7）。在中新知識(shí)城范圍內(nèi)，低安全水平區(qū)域主要集中在九佛街西部、新龍鎮(zhèn)南部以及長(zhǎng)嶺街西部的自然保護(hù)用地，以及包含鳳尾坑在內(nèi)的水庫坑塘以及南崗河等河流的重要地表水源地保護(hù)區(qū)，這些區(qū)域需重點(diǎn)保護(hù)和管控，應(yīng)禁止開發(fā)建設(shè)。中安全水平區(qū)域主要分布在知識(shí)城東西兩側(cè)，以及中南部新龍鎮(zhèn)與長(zhǎng)嶺街的交匯處，包含了自然保護(hù)地周邊的主要生態(tài)用地以及對(duì)景觀連通性起主要作用的生態(tài)廊道，這個(gè)區(qū)域在保證生態(tài)優(yōu)先的基礎(chǔ)上允許開發(fā)建設(shè)；高安全水平區(qū)域主要分布在九佛街、龍湖街以及新龍鎮(zhèn)的西南部，屬于生態(tài)重要空間。

圖7 知識(shí)城綜合生態(tài)安全格局Fig. 7 comprehensive ecological security pattern of knowledge city

4.2.2 生態(tài)容量模擬

4.2.2.1 剛性基礎(chǔ)容量分析

根據(jù)知識(shí)城的規(guī)模開發(fā)需求，項(xiàng)目主要選取高程以及坡度來反映基礎(chǔ)地形地貌承載潛力，可以基本反映出知識(shí)城的地形地貌特點(diǎn)，以及大致鎖定適宜開發(fā)的區(qū)域范圍，同時(shí)，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析。最后，進(jìn)行自然保護(hù)地體系分析。通過一系列分析得出具體數(shù)據(jù)后進(jìn)行剛性基礎(chǔ)容量綜合測(cè)算，可以判別出非常適宜區(qū)、一般適宜區(qū)域和不適宜開發(fā)區(qū)域，得到城鎮(zhèn)開發(fā)適宜性初判結(jié)果（圖8），并得出知識(shí)城剛性基礎(chǔ)容量數(shù)據(jù)如下表所示（表2）。

表2基礎(chǔ)剛性容量測(cè)算表Tab. 2 foundation rigid capacity measurement table

圖8 知識(shí)城基礎(chǔ)剛性容量評(píng)價(jià)結(jié)果Fig. 8 evaluation result of the foundation rigid capacity ofknowledge city

4.2.2.2 剛性結(jié)構(gòu)容量分析

結(jié)構(gòu)剛性容量的大小是通過核減生態(tài)安全格局管控區(qū)域得到的。綜合生態(tài)安全格局的中安全水平作為參考，考慮到知識(shí)城中部的海拔較高，山體資源豐富，長(zhǎng)嶺街也有較多自然資源，新增了一條鳳凰湖東西向生態(tài)廊道，以及一條經(jīng)過長(zhǎng)嶺街的生態(tài)廊道，便于知識(shí)城中南部地區(qū)的生態(tài)交流和生態(tài)安全格局的穩(wěn)定發(fā)展。

根據(jù)基礎(chǔ)剛性容量測(cè)算結(jié)果，利用生態(tài)安全格局管控區(qū)域?qū)傂匀萘窟M(jìn)行核減，最終得到結(jié)構(gòu)剛性容量約為11 800 hm2，占整個(gè)知識(shí)城國(guó)土空間的51%，評(píng)價(jià)結(jié)果如圖9所示。結(jié)構(gòu)剛性容量是維持知識(shí)城生態(tài)安全和保障可持續(xù)發(fā)展的本底，原則上不宜突破。

圖9 基于生態(tài)安全網(wǎng)控制的剛性結(jié)構(gòu)Fig. 9 rigid structure based on ecological safety netcontrol

4.2.2.3 彈性生態(tài)容量模擬

知識(shí)城作為一個(gè)中新合作示范區(qū)，具有較高的發(fā)展定位，因而知識(shí)城的農(nóng)田保護(hù)是一個(gè)巨大的不確定性因素，基于剛性區(qū)域，可以確定城市發(fā)展的范圍，將永久基本農(nóng)田作為彈性區(qū)域，規(guī)劃主要考慮了三種農(nóng)田保護(hù)博弈的情景方案。情景一：生態(tài)安全格局外農(nóng)田全部調(diào)保；情景二：城鎮(zhèn)開發(fā)邊界內(nèi)集中發(fā)展區(qū)內(nèi)農(nóng)田全部調(diào)保，但彈性區(qū)內(nèi)農(nóng)田則保留；情景三：城鎮(zhèn)開發(fā)邊界內(nèi)，只調(diào)重點(diǎn)項(xiàng)目涉及農(nóng)田，其他全部保留。最終得出最佳的彈性發(fā)展情景為情景二，具體數(shù)據(jù)如表3所示。再根據(jù)不同的發(fā)展方式，可以分為粗放型、精明型和集約型，進(jìn)行元胞自動(dòng)機(jī)的空間擴(kuò)張情景模擬，各情景模擬的規(guī)模增長(zhǎng)情況如下表所示（表4）?？傮w來看，粗放型和精明型發(fā)展均可滿足知識(shí)城在2035年前的大規(guī)模開發(fā)需求，然而精明型比粗放型預(yù)留了更多后期指標(biāo)，儲(chǔ)備了更多的彈性空間，為2050年后更高端產(chǎn)業(yè)的落地預(yù)留了彈性，是更適合中新知識(shí)城的發(fā)展模式。

表3 知識(shí)城農(nóng)田保護(hù)策略情景Tab. 3 farmland protection strategy scenario of knowledge city

表4 知識(shí)城建設(shè)用地規(guī)模增長(zhǎng)曲線情景Tab.4 construction land scale growth curve scenario of knowledge city

4.2.3 最佳生態(tài)容量建議

通過開發(fā)與保護(hù)關(guān)系的多情景假設(shè)，結(jié)合基礎(chǔ)剛性容量評(píng)估、結(jié)構(gòu)剛性容量評(píng)估與彈性生態(tài)容量模擬等多層次推演和綜合分析，論證出知識(shí)城科學(xué)擴(kuò)容的最適宜規(guī)?？砂?0%計(jì)，即“一半山水一半城”的城市發(fā)展格局。根據(jù)論證，面向2035年，知識(shí)城可劃定8 984 hm2的城鎮(zhèn)集中發(fā)展區(qū)，但需要對(duì)區(qū)內(nèi)934 hm2的農(nóng)田進(jìn)行核減，實(shí)施調(diào)?；虍惖卮?；彈性發(fā)展區(qū)1 330 hm2，包括79 hm2農(nóng)田；特殊發(fā)展區(qū)1 684 hm2（主要是生態(tài)廊道），生態(tài)廊道內(nèi)也存在 384 hm2的農(nóng)田可以復(fù)合利用。展望2050年，知識(shí)城最佳生態(tài)容量應(yīng)控制在110 km2以內(nèi)。綜合來看，知識(shí)城城鎮(zhèn)開發(fā)邊界管控規(guī)模應(yīng)控制在120 km2以內(nèi)（包含8條生態(tài)廊道），實(shí)現(xiàn)“一半山水一半城”（即城鎮(zhèn)空間≤115 km2）的國(guó)土空間規(guī)劃戰(zhàn)略目標(biāo)，滿足生態(tài)文明建設(shè)和城市可持續(xù)發(fā)展需求。

5 結(jié)論與展望

在國(guó)土空間規(guī)劃背景下，從全域的國(guó)土層面對(duì)生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)提出了更高的要求。在丘陵地區(qū)的城市開發(fā)建設(shè)中，其資源環(huán)境配置運(yùn)用與城鎮(zhèn)發(fā)展之間的關(guān)系便尤為重要。首先，丘陵資源環(huán)境是城鎮(zhèn)發(fā)展的基礎(chǔ)和保障，為城鎮(zhèn)提供生產(chǎn)生活的原料。其次，丘陵資源環(huán)境是城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約條件，一旦城鎮(zhèn)發(fā)展帶來的負(fù)面影響超出資源環(huán)境的承受能力，會(huì)影響城鎮(zhèn)發(fā)展和人類自身健康與安全。第三，人類對(duì)丘陵資源環(huán)境的利用與改造以城鎮(zhèn)發(fā)展為主導(dǎo)。第四，資源環(huán)境和經(jīng)濟(jì)可以相互促進(jìn)，丘陵資源環(huán)境為城鎮(zhèn)發(fā)展提供物質(zhì)資料和環(huán)境條件，修復(fù)城市發(fā)展帶來的不良影響，從而促進(jìn)城市發(fā)展；城市發(fā)展帶來的經(jīng)濟(jì)支持，能夠更好的進(jìn)行環(huán)境的防治與治理，提高資源利用的深度與廣度，開發(fā)更多替代性可再生資源。

在明確其內(nèi)在機(jī)制的基礎(chǔ)上，針對(duì)丘陵地區(qū)提出生態(tài)容量模擬的方法，將預(yù)測(cè)、模擬、多目標(biāo)決策以及政策設(shè)計(jì)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建出一套開發(fā)規(guī)模確定的多情景模擬方法，使開發(fā)的規(guī)模與發(fā)展方向更加科學(xué)，更好地實(shí)現(xiàn)生態(tài)空間系統(tǒng)的保護(hù)優(yōu)化和提質(zhì)增效，具有巨大的實(shí)踐價(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義。

未來研究應(yīng)立足國(guó)際趨勢(shì)與我國(guó)國(guó)情，繼續(xù)探索丘陵地區(qū)與其他地區(qū)的區(qū)別與規(guī)律特性，深化生態(tài)容量模擬方法、運(yùn)行機(jī)制、保障體系等科學(xué)難點(diǎn)問題，從多方面入手探尋更加精細(xì)化、體系化的開發(fā)規(guī)模確定模式，推動(dòng)未來城鎮(zhèn)更加可持續(xù)發(fā)展。

圖表來源：

圖1-9：作者繪制

表1-4：作者繪制