廣州自然資源監(jiān)測預(yù)警機制與方法研究?

摘 要：自然資源監(jiān)測預(yù)警是推動自然資源治理重心由事后督查轉(zhuǎn)向事前預(yù)警的關(guān)鍵。目前，自然資源監(jiān)測預(yù)警以單要素為主，尚未確立系統(tǒng)性的自然資源監(jiān)測預(yù)警機制與方法。通過梳理集成現(xiàn)有規(guī)程和研究中的要素指標(biāo)，圍繞數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)3大方面，構(gòu)建自然資源調(diào)查監(jiān)測指標(biāo)體系；通過趨勢分析和風(fēng)險評估2種方式的系統(tǒng)結(jié)合，設(shè)計自然資源風(fēng)險預(yù)警機制與模型方法，綜合劃定風(fēng)險預(yù)警分區(qū)。結(jié)果顯示：廣州自然資源數(shù)量侵占高風(fēng)險區(qū)主要位于城市建成區(qū)周邊，質(zhì)量退化高風(fēng)險區(qū)主要分布在花都區(qū)中北部和白云區(qū)東南部，生態(tài)功能退化高風(fēng)險區(qū)主要分布在從化區(qū)西南部和黃埔區(qū)南部；提出監(jiān)測預(yù)警結(jié)果在國土空間規(guī)劃中的應(yīng)用路徑，包括實施差異化的風(fēng)險分級監(jiān)管，構(gòu)建自然資源常態(tài)化監(jiān)管機制，打造“數(shù)據(jù)—規(guī)劃—決策”管理服務(wù)閉環(huán)，實現(xiàn)自然資源“監(jiān)測—預(yù)警—調(diào)控”一體化。

關(guān)鍵詞：自然資源；監(jiān)測指標(biāo)體系；預(yù)警模型；廣州

中圖分類號：P962；X83 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-060X（2023）02-0052-05

Abstract： Natural resources monitoring and early warning is the key to promote the focus of natural resource governance from post-event supervision to pre-event warning. At present， natural resources monitoring and early warning is based on single elements， and a systematic mechanism and method has not been established. This study constructs a natural resource monitoring index system by combining and integrating the elemental indicators in existing protocols and studies， focusing on three major aspects： quantity， quality and ecology. And then， through the systematic combination of both trend analysis and risk assessment， the study designs natural resource risk early warning mechanisms and model methods， and comprehensively delineates risk early warning zones. The results show that the high-risk areas of natural resources encroachment in Guangzhou are mainly located around the built-up areas of the city， the high-risk areas of quality degradation are mainly distributed in the north-central Huadu District and the southeastern Baiyun District， and the high-risk areas of ecological function degradation are mainly distributed in the southwestern Conghua District and the southern Huangpu District. The application paths of monitoring and early warning results in territorial spatial planning are also proposed， including the implementation of differentiated risk-grading supervision， the construction of a permanent supervision mechanism for natural resources， and the creation of a closed loop of data-planning-decision management services， which will realize the integration of natural resources monitoring， warning and controlling.

Key words： natural resources; monitoring index system; early warning model; Guangzhou

自然資源管理“兩統(tǒng)一”職責(zé)，即“統(tǒng)一行使全民所有自然資源資產(chǎn)所有者職責(zé)”和“統(tǒng)一行使所有國土空間用途管制和生態(tài)保護修復(fù)職責(zé)”，是新一輪國家機構(gòu)改革賦予自然資源部的重要任務(wù)。其中，“統(tǒng)一行使全民所有自然資源資產(chǎn)所有者職責(zé)”的本質(zhì)是對自然資源實行全要素、全過程、全方位管理，需要結(jié)合從“土地要素”到“自然資源”帶來的主體、尺度、維度、機制等方面的變化，逐步補齊自然資源空間協(xié)同治理短板。

2020年1月，自然資源部印發(fā)《自然資源調(diào)查監(jiān)測體系構(gòu)建總體方案》，要求加快建立自然資源統(tǒng)一調(diào)查、評價、監(jiān)測制度，健全自然資源監(jiān)管體制。自然資源監(jiān)測預(yù)警作為推進和深化自然資源管理制度改革的重要支撐，也是自然資源管理與國土空間規(guī)劃、用途管制深度融合的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著遙感衛(wèi)星技術(shù)、資源調(diào)查手段等的快速發(fā)展，海量的調(diào)查、普查和管理信息數(shù)據(jù)得以大量匯集，但全要素、系統(tǒng)性的調(diào)查監(jiān)測和評估預(yù)警機制與方法尚未完全建立，給自然資源監(jiān)測預(yù)警的全面開展和規(guī)劃應(yīng)用造成阻礙。

筆者基于現(xiàn)有調(diào)查規(guī)程和研究成果中涉及的要素指標(biāo)，面向自然資源統(tǒng)一管理要求，構(gòu)建了自然資源調(diào)查監(jiān)測指標(biāo)體系；在此基礎(chǔ)上，綜合考慮自然資源變化趨勢與影響因素的相關(guān)關(guān)系，通過趨勢分析和風(fēng)險評估2種方式的結(jié)合，設(shè)計了新的自然資源風(fēng)險預(yù)警機制與模型方法；并且面向規(guī)劃管理，提出了自然資源監(jiān)測預(yù)警結(jié)果在國土空間規(guī)劃管控中的應(yīng)用實踐。

1 研究現(xiàn)狀

監(jiān)測是對事物及時地連續(xù)追蹤，強調(diào)數(shù)據(jù)的收集方法，這種方法最終應(yīng)通過足夠的信息來控制形式，并合理地管理所監(jiān)測的對象。預(yù)警則是指對某一要素的現(xiàn)狀和未來進行測度，預(yù)報非正常狀態(tài)的時空范圍和危害程度，并提出防范措施[1]。監(jiān)測和預(yù)警應(yīng)當(dāng)是自然資源統(tǒng)一管理工作的上下游環(huán)節(jié)，在工作方法與運行機制上應(yīng)具有一致性。現(xiàn)有研究主要在監(jiān)測對象、監(jiān)測指標(biāo)、預(yù)警方法和規(guī)劃應(yīng)用等方面進行了大量探索。

在研究對象方面，以單一自然資源類型的監(jiān)測預(yù)警為主，基于自然資源全類型的系統(tǒng)性研究偏少。例如耕地資源早期強調(diào)對總量動態(tài)平衡的監(jiān)測預(yù)警[2]，

但隨著國家對耕地質(zhì)量的日漸重視，逐步體現(xiàn)耕地“質(zhì)”與“量”綜合演化規(guī)律，注重土壤理化性狀和生物學(xué)特性變化[3]的NYT 1634—2008 耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)程和NYT 395—2017 農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范 等技術(shù)文件陸續(xù)出臺。

在監(jiān)測指標(biāo)方面，由于監(jiān)測目標(biāo)的深化，各類自然資源的監(jiān)測指標(biāo)不斷延伸和細化[4-5]，隨之出現(xiàn)的是指標(biāo)體系的多樣化，難以統(tǒng)一，需要對指標(biāo)體系進行綜合重構(gòu)。

在預(yù)警方法方面，大體分為目標(biāo)比較法和趨勢分析法2大類，模型方法都相對簡單，主要針對評價指標(biāo)進行比較分析。目標(biāo)比較法通過比較預(yù)警綜合指數(shù)和安全界線，進行預(yù)警判斷[6]；趨勢分析法根據(jù)基于突變函數(shù)、最小二乘法等的變化趨勢指數(shù)，形成預(yù)警判斷[7-8]。

在規(guī)劃應(yīng)用方面，目前基于自然資源監(jiān)測預(yù)警的規(guī)劃調(diào)控應(yīng)用研究較少，自然資源“監(jiān)測—預(yù)警—調(diào)控”一體化的機制研究也相對缺乏[9]，監(jiān)測預(yù)警作為優(yōu)化國土空間開發(fā)保護格局的抓手作用尚未有效發(fā)揮。

2 自然資源調(diào)查監(jiān)測指標(biāo)體系構(gòu)建

2.1 指標(biāo)體系構(gòu)建思路

2.1.1 銜接現(xiàn)有規(guī)程 自然資源調(diào)查監(jiān)測是以資源調(diào)查為基礎(chǔ)，監(jiān)測指標(biāo)的數(shù)據(jù)獲取必須對現(xiàn)有耕地資源、林地資源、濕地資源、水資源、礦產(chǎn)資源、草地資源、海洋資源等調(diào)查監(jiān)測中的指標(biāo)因子進行繼承和集成，從系統(tǒng)整體性出發(fā)統(tǒng)籌兼顧。

2.1.2 立足稟賦特點 通過三調(diào)數(shù)據(jù)分析，綜合陸域和海域自然資源的類型構(gòu)成、結(jié)構(gòu)比例，確立自然資源監(jiān)測預(yù)警的主要對象，結(jié)合專項資源調(diào)查中監(jiān)測對象的觀測內(nèi)容、數(shù)據(jù)質(zhì)量情況確定指標(biāo)體系構(gòu)建的層次模型，提升針對性和操作性。

2.1.3 聚焦監(jiān)測重點 不同自然資源具有特有的屬性特征和管理需求，其調(diào)查監(jiān)測指標(biāo)需要以主導(dǎo)影響因素為導(dǎo)向進行整合歸納，既便于采集收集，也應(yīng)避免數(shù)據(jù)繁雜和冗余，通過典型指標(biāo)因子反映核心管控訴求。

2.2 自然資源調(diào)查監(jiān)測指標(biāo)體系

廣州地處南嶺山地向南海的過渡地帶，陸域自然資源以耕地、林地、水資源和濕地為主要類型，礦產(chǎn)資源、草地資源和自然保留地資源相對較少；海域自然資源受調(diào)查數(shù)據(jù)限制，現(xiàn)階段難以滿足監(jiān)測要求?；诖?，綜合現(xiàn)有自然資源調(diào)查監(jiān)測規(guī)程指標(biāo)體系和因子類型，以主導(dǎo)影響因素為導(dǎo)向、兼顧指標(biāo)數(shù)據(jù)可獲得性進行篩選與整理，構(gòu)建“監(jiān)測對象—監(jiān)測內(nèi)容—監(jiān)測指標(biāo)—監(jiān)測因子”4個層次的自然資源監(jiān)測指標(biāo)體系總體架構(gòu)。

“監(jiān)測對象”為自然資源類型[10]，包括耕地、林地、水資源和濕地4大類；“監(jiān)測內(nèi)容”指資源屬性維度，歸納為數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)3大方面，合計11項內(nèi)容；“監(jiān)測指標(biāo)”為各項監(jiān)測內(nèi)容下的分指標(biāo)，細分為19個監(jiān)測指標(biāo)；“監(jiān)測因子”指構(gòu)成與測算各類監(jiān)測指標(biāo)的最終監(jiān)控因子，共涵蓋77個指標(biāo)因子（表1）。

3 自然資源風(fēng)險預(yù)警機制與模型方法

3.1 預(yù)警機制設(shè)計

預(yù)警方法主要有3種，一是設(shè)定目標(biāo)閾值，當(dāng)超過目標(biāo)閾值時發(fā)出警示；二是研究目標(biāo)變化趨勢，當(dāng)目標(biāo)呈現(xiàn)變壞趨勢時發(fā)出警示；三是研究目標(biāo)面臨風(fēng)險，當(dāng)目標(biāo)面臨高風(fēng)險時發(fā)出警示。自然資源位于城市的巨系統(tǒng)中，受生態(tài)規(guī)律和經(jīng)濟規(guī)律的綜合影響，通過將趨勢分析和風(fēng)險評估兩種方式進行系統(tǒng)結(jié)合，設(shè)計自然資源風(fēng)險預(yù)警機制。

趨勢分析基于自然資源基礎(chǔ)評價，以監(jiān)測指標(biāo)作為數(shù)據(jù)來源，通過加權(quán)量化評估自然資源本底狀況，綜合分析自然資源的變化趨勢與主要風(fēng)險因素的關(guān)聯(lián)關(guān)系。風(fēng)險評估即自然資源風(fēng)險評價，基于趨勢分析結(jié)果，通過構(gòu)建預(yù)警模型，計算風(fēng)險概率，綜合評估自然資源的風(fēng)險等級，對高風(fēng)險地區(qū)發(fā)出警示。

3.2 自然資源風(fēng)險預(yù)警模型

按照自然資源風(fēng)險預(yù)警機制設(shè)計思路，圍繞監(jiān)測指標(biāo)體系中的數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)3大屬性維度，設(shè)計基礎(chǔ)評價和風(fēng)險評價的具體模型方法。

3.2.1 邏輯回歸分析 將自然資源數(shù)量侵占、質(zhì)量退化、生態(tài)功能退化等的變化情況視為二分變量，選取與事件發(fā)生相關(guān)聯(lián)的經(jīng)濟社會和生態(tài)環(huán)境因素作為解釋變量，通過Logistic回歸分析，建立起因變量和自變量之間的函數(shù)關(guān)系（圖1）。

設(shè)因變量Y為二分類變量，Y=1表示資源增加、質(zhì)量變好或生態(tài)變好，Y=0表示資源減少、質(zhì)量變壞或生態(tài)變差。風(fēng)險評價指標(biāo)因子作為解釋變量X1，X2，LXk，風(fēng)險概率。Logistic回歸模型如下所示。

式中，α是與諸因素xi無關(guān)的常數(shù)項，βi是回歸系數(shù)，由回歸過程得到。

采用回歸系數(shù)、統(tǒng)計量、顯著水平等統(tǒng)計參數(shù)，反映諸因素對自然資源變化的影響程度。其中，回歸系數(shù)β沒有解釋意義，是風(fēng)險評價模型中的主要參數(shù)；Wald統(tǒng)計量表示每個解釋變量對因變量的影響權(quán)重；顯著性水平P表示檢驗?zāi)Ｐ蛿M合效果，取顯著性水平0.05作為可信度閾值，P值越小，結(jié)果越具有統(tǒng)計學(xué)意義，可信度越高。

3.2.2 風(fēng)險概率評估 根據(jù)分析得到的相關(guān)系數(shù)，構(gòu)建風(fēng)險評價模型，計算自然資源柵格單元的數(shù)量侵占、質(zhì)量退化、生態(tài)功能退化等風(fēng)險概率，采用小聚類算法劃分高、中、低風(fēng)險預(yù)警區(qū)，形成預(yù)警判斷。如下所示。

式中，P為自然資源風(fēng)險概率，α為常數(shù)項，βi為回歸系數(shù)，xi為解釋變量。

式中，SDCM是每一類方差的和，SDAM是原始數(shù)據(jù)的方差。SDAM是一個常數(shù)，而SDCM與分類數(shù)k有關(guān)。一定范圍內(nèi)，GVF越大，分類效果越好。

3.2.3 風(fēng)險預(yù)警結(jié)果 以林地資源生態(tài)功能退化風(fēng)險預(yù)警為例，兼顧各項監(jiān)測指標(biāo)數(shù)據(jù)的可獲取性和調(diào)查口徑的延續(xù)性，綜合考慮人類活動、環(huán)境污染、區(qū)位和生態(tài)脆弱性4個方面對2010—2019年廣州林地生態(tài)功能變化的影響，評價林地生態(tài)功能退化風(fēng)險，識別風(fēng)險區(qū)。

首先確定因變量，對在研究時段2010—2019年期間林地生態(tài)功能變好的柵格單元賦值為1，生態(tài)功能變差的賦值為0。解釋變量中，人類活動指標(biāo)因子選取人口分布聚集度；生態(tài)脆弱性指標(biāo)因子選取土壤侵蝕程度、石漠化程度；環(huán)境污染指標(biāo)因子選取距工礦企業(yè)距離、距超載水源距離；區(qū)位指標(biāo)因子選取一級、二級、三級、四級公路可達性。采用空間分析方法，量化9項林地生態(tài)功能退化評價指標(biāo)，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后進入模型。

采用邏輯回歸模型，分析影響因子對林地生態(tài)功能變化的影響，評價現(xiàn)狀林地生態(tài)退化風(fēng)險。分析結(jié)果表明，距工礦企業(yè)距離和人口集聚度這兩個風(fēng)險因子對林地生態(tài)退化的影響最大；距超載水源距離和一級公路可達性這兩個因子的顯著性水平P＞0.05，不顯著，在計算風(fēng)險概率時，刪減不顯著因子（表2）。

利用風(fēng)險評價模型，估算現(xiàn)狀林地柵格單元的生態(tài)功能退化概率，通過退化概率的聚類分析劃分現(xiàn)狀林地生態(tài)功能退化的高、中、低風(fēng)險預(yù)警區(qū)。

通過耕地、林地、水資源和濕地4類主要自然資源在數(shù)量侵占、質(zhì)量退化、生態(tài)功能退化3個方面風(fēng)險評估結(jié)果的空間綜合，形成市域自然資源風(fēng)險預(yù)警分區(qū)一張圖（圖2），應(yīng)用于自然資源利用與規(guī)劃調(diào)控。廣州自然資源數(shù)量侵占的高風(fēng)險區(qū)主要位于城市建成區(qū)周邊，受建設(shè)用地蔓延拓展的影響較大，如白云山周邊和南沙區(qū)北部；自然資源質(zhì)量退化的高風(fēng)險區(qū)分布相對分散，以花都區(qū)中北部和白云區(qū)東南部最為顯著，與當(dāng)?shù)毓さV企業(yè)的空間分布密切相關(guān)，其中耕地資源還受到排灌條件的長期影響；自然資源生態(tài)功能退化的高風(fēng)險區(qū)主要位于從化區(qū)西南部和黃埔區(qū)南部，受到自然地形條件和工農(nóng)業(yè)污染的多重作用，以林地資源的生態(tài)功能退化最為明顯，是未來規(guī)劃生態(tài)功能保育和修復(fù)的重點資源類型。

4 自然資源監(jiān)測預(yù)警結(jié)果的規(guī)劃應(yīng)用

4.1 實施差異化的風(fēng)險分級監(jiān)管

根據(jù)自然資源風(fēng)險預(yù)警結(jié)果，對建設(shè)占用、環(huán)境污染、生態(tài)災(zāi)害等造成自然資源數(shù)量、質(zhì)量和生態(tài)功能退化的風(fēng)險行為進行分級監(jiān)管。高風(fēng)險預(yù)警區(qū)通過無人機遙感技術(shù)實行月度動態(tài)監(jiān)測，實時監(jiān)控自然資源保護利用風(fēng)險行為，研判風(fēng)險變化趨勢，對風(fēng)險趨勢增大的區(qū)域，及時施行封山封林禁漁等強管制措施；中風(fēng)險預(yù)警區(qū)通過航空遙感技術(shù)實行季度監(jiān)測，及時捕捉自然資源風(fēng)險隱患，在重點區(qū)域施行開發(fā)利用行為的強度管制措施，例如限制森林公園人數(shù)、控制捕撈強度等；低風(fēng)險預(yù)警區(qū)通過衛(wèi)星遙感技術(shù)實行年度監(jiān)測，常態(tài)化監(jiān)控自然資源保護利用狀態(tài)，鼓勵綠色可持續(xù)性的自然資源開發(fā)利用行為準(zhǔn)入。

4.2 建立自然資源的常態(tài)化監(jiān)管機制

將自然資源監(jiān)測重點指標(biāo)納入國土空間規(guī)劃評估指標(biāo)體系，將自然資源監(jiān)測預(yù)警結(jié)果納入體檢評估工作報告，實現(xiàn)從現(xiàn)狀調(diào)查到規(guī)劃調(diào)控的應(yīng)用銜接。根據(jù)自然資源監(jiān)測預(yù)警結(jié)果，及時調(diào)整自然資源保護利用策略，適時進行國土空間規(guī)劃修改或動態(tài)調(diào)整完善。

4.3 形成數(shù)據(jù)—規(guī)劃—決策的管理服務(wù)閉環(huán)

依托國土空間信息平臺和相關(guān)模塊工具開發(fā)，補充自然資源監(jiān)測預(yù)警功能模塊，配套政策管控機制和國土空間開發(fā)風(fēng)險防控制度，支撐產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、資源節(jié)約集約利用、生態(tài)環(huán)境綜合防治等決策制定，形成“數(shù)據(jù)—規(guī)劃—決策”的自然資源和規(guī)劃管理服務(wù)閉環(huán)。

5 結(jié) 論

5.1 面向統(tǒng)籌管理要求，構(gòu)建多層次、多維度的自然資源調(diào)查監(jiān)測指標(biāo)體系

繼承和集成現(xiàn)有各類自然資源調(diào)查監(jiān)測中的指標(biāo)因子，從自然資源統(tǒng)籌管理的系統(tǒng)整體性出發(fā)，統(tǒng)籌兼顧稟賦特點和監(jiān)測重點，從數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)3個屬性維度，構(gòu)建由4類監(jiān)測對象、11項監(jiān)測內(nèi)容、19項監(jiān)測指標(biāo)、77個監(jiān)測因子構(gòu)成的4個層次的廣州市自然資源監(jiān)測指標(biāo)體系。

5.2 銜接調(diào)查監(jiān)測重點，設(shè)計系統(tǒng)性的自然資源風(fēng)險預(yù)警模型

將趨勢分析和風(fēng)險評估兩種預(yù)警方式進行系統(tǒng)結(jié)合，通過邏輯回歸模型，分析自然資源的變化趨勢與主要風(fēng)險因素的關(guān)聯(lián)關(guān)系。基于趨勢分析結(jié)果，構(gòu)建自然資源風(fēng)險概率預(yù)警模型，綜合評估自然資源數(shù)量侵占、質(zhì)量退化、生態(tài)功能退化等的風(fēng)險概率。采用小聚類算法劃分風(fēng)險預(yù)警區(qū)，通過空間矢量綜合，形成自然資源風(fēng)險預(yù)警分區(qū)一張圖。

5.3 按照監(jiān)測—預(yù)警—調(diào)控一體化要求，深化監(jiān)測預(yù)警結(jié)果的規(guī)劃應(yīng)用

利用監(jiān)測預(yù)警結(jié)果，對建設(shè)占用、環(huán)境污染、生態(tài)災(zāi)害等造成自然資源數(shù)量、質(zhì)量和生態(tài)功能退化的風(fēng)險行為進行分級監(jiān)管，對高、中、低預(yù)警分區(qū)按月度、季度、年度實行分級監(jiān)測。將監(jiān)測指標(biāo)和預(yù)警結(jié)果分別納入國土空間規(guī)劃體檢評估，及時調(diào)整自然資源保護利用策略。補充開發(fā)自然資源監(jiān)測預(yù)警功能模塊，配套政策管控機制和開發(fā)風(fēng)險防控制度，支撐國土空間規(guī)劃調(diào)控決策制定。

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（責(zé)任編輯：張煥裕）