蘇敬華，東陽(yáng)

(1.上海市環(huán)境科學(xué)研究院，上海 200233； 2.上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司，上海 200092)

生態(tài)空間是指具有自然屬性、以提供生態(tài)服務(wù)或生態(tài)產(chǎn)品為主體功能的國(guó)土空間[1]，是維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全、可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵區(qū)域。開(kāi)展生態(tài)評(píng)價(jià)并識(shí)別生態(tài)空間可以有效遏制生態(tài)系統(tǒng)退化，保障區(qū)域國(guó)土安全、生態(tài)環(huán)境安全以及資源安全[2-4]。探究生態(tài)空間識(shí)別方法是生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)之一[5]，目前生態(tài)空間識(shí)別主要基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估結(jié)果[6-9]，如遲妍妍等[7]結(jié)合資源環(huán)境承載能力和開(kāi)發(fā)適宜性評(píng)價(jià)技術(shù)，開(kāi)展生態(tài)功能重要性評(píng)價(jià)和生態(tài)環(huán)境敏感性評(píng)價(jià)，確定京津冀地區(qū)水源涵養(yǎng)、水土保持、防風(fēng)固沙等生態(tài)功能極重要區(qū)域及極敏感區(qū)域；彭佳捷等[8]從生態(tài)敏感性、生態(tài)服務(wù)價(jià)值兩個(gè)方面系統(tǒng)探討了生態(tài)空間的識(shí)別方法，構(gòu)建了安化縣生態(tài)保護(hù)空間分級(jí)管控體系。

上海作為特大型城市，人口密集、產(chǎn)業(yè)密集、資源緊缺、環(huán)境負(fù)荷重，城市生態(tài)安全面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)，生態(tài)空間亟須得到有效保障。本文依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性和生態(tài)環(huán)境敏感性開(kāi)展評(píng)估，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果識(shí)別并確定生態(tài)空間，為上海市可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 案例區(qū)域概況與生態(tài)評(píng)價(jià)方法

1.1 案例區(qū)域概況

上海地處長(zhǎng)江三角洲東緣、太平洋西岸、亞洲大陸東沿、中國(guó)南北海岸中心點(diǎn)、長(zhǎng)江和錢(qián)塘江入海匯合處，其地理位置在北緯30°40’～31°53’、東經(jīng)120°51’～122°12’，是長(zhǎng)江三角洲城市群的核心城市。全市陸域轄區(qū)范圍面積6833 km2，海洋功能區(qū)劃面積10 754.6 km2。區(qū)域內(nèi)常住人口2400余萬(wàn)，城鎮(zhèn)化率達(dá)到87.7%。上海以不到0.1%的國(guó)土面積承載著全國(guó)1.7%的人口和4%的生產(chǎn)總值，是中國(guó)典型的特大型城市。上海位于長(zhǎng)江河口地區(qū)，具有極其特殊的生境條件，分布著大量長(zhǎng)江流域特有的珍稀瀕危物種，也是重要的洄游魚(yú)類(lèi)、經(jīng)濟(jì)魚(yú)類(lèi)的水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)，還是東亞—澳大利西亞國(guó)際候鳥(niǎo)遷徙路線(xiàn)中段的組成部分，具有全球尺度上的生物多樣性保護(hù)功能。本研究以上海市的陸域和長(zhǎng)江河口沖積沙洲為研究對(duì)象。

1.2 技術(shù)路線(xiàn)與研究方法

1.2.1技術(shù)路線(xiàn)

本研究技術(shù)路線(xiàn)如圖1所示。根據(jù)上海市生態(tài)環(huán)境特征和主要生態(tài)問(wèn)題，本研究確定了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和敏感性評(píng)估的邊界，在對(duì)現(xiàn)狀進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，充分考慮了特大型城市對(duì)生態(tài)空間格局的特有需求，確定了適用于上海市的生態(tài)空間類(lèi)型，結(jié)合管理可操作性的要求，對(duì)初步識(shí)別的生態(tài)空間斑塊進(jìn)行合并、扣除和疊加等校驗(yàn)，最終確定上海市的生態(tài)空間分布。

圖1 技術(shù)路線(xiàn)圖Fig.1 Technology roadmap

1.2.2研究方法

1.2.2.1生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)

本研究以基于高分辨率遙感影像解譯的土地利用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，確定開(kāi)展上海市生物多樣性維護(hù)、水源涵養(yǎng)、水土保持三項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性評(píng)估和鹽漬化、水土流失兩項(xiàng)生態(tài)環(huán)境敏感性評(píng)估，用于識(shí)別生態(tài)功能重要區(qū)域、生態(tài)環(huán)境敏感脆弱區(qū)域的空間分布。綜合考慮上海市的評(píng)價(jià)范圍、所需輸入的數(shù)據(jù)可獲得性以及生態(tài)空間精細(xì)化管理的需求，本研究確定以100 m×100 m網(wǎng)格為基本評(píng)估空間單元，評(píng)估工作運(yùn)行環(huán)境采用地理信息系統(tǒng)軟件ArcGIS 10.2。

(1)生態(tài)功能重要性評(píng)價(jià)

生物多樣性維護(hù)功能以國(guó)家一級(jí)、二級(jí)保護(hù)物種和其他具有重要保護(hù)價(jià)值的物種(含旗艦物種)作為生物多樣性保護(hù)功能的評(píng)估指標(biāo)。在本研究中，該項(xiàng)功能的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)主要來(lái)源于已開(kāi)展的實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)，包括陸生野生動(dòng)物資源調(diào)查數(shù)據(jù)、水鳥(niǎo)同步調(diào)查數(shù)據(jù)、保護(hù)物種記錄數(shù)據(jù)以及其他歷史相關(guān)資料，通過(guò)獲取其中國(guó)家一級(jí)、二級(jí)保護(hù)物種和國(guó)際相關(guān)保護(hù)協(xié)定以及其他具有重要價(jià)值的保護(hù)物種，建立物種分布區(qū)及其潛在分布區(qū)。

水源涵養(yǎng)功能以水源涵養(yǎng)量作為評(píng)估指標(biāo)，采用水量平衡方程計(jì)算，公式為：

(1)

式中，TQ為總水源涵養(yǎng)量(m3)；Pi為降雨量(mm)；Ri為地表徑流量(mm)；ETi為蒸散發(fā)(mm)；Ai為第i類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)面積(km2)；i為研究區(qū)第i類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型；j為研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型數(shù)。

水土保持功能以水土保持量作為評(píng)估指標(biāo)，采用修正通用水土流失方程(RUSLE)計(jì)算，公式如下：

Ac=Ap-Ar=R×K×L×S×(1-C)

(2)

式中，Ac為水土保持量(t/hm2·a)；Ap為潛在土壤侵蝕量；Ar為實(shí)際土壤侵蝕量；R為降雨侵蝕力因子(MJ·mm/hm2·h·a)；K為土壤可蝕性因子(t·hm2·h/hm2·MJ·mm)；L、S為地形因子，L表示坡長(zhǎng)因子，S表示坡度因子；C為植被覆蓋因子。

因上海市地形差異較小，本研究參考《上海市水土保持規(guī)劃(2015—2030年)》對(duì)水土保持功能的評(píng)估結(jié)果進(jìn)行了修正。

(2)生態(tài)環(huán)境敏感性評(píng)價(jià)

鹽漬化敏感性主要取決于蒸發(fā)量/降雨量、地下水礦化度、地下水埋深、土壤質(zhì)地等因子，計(jì)算公式如下：

(3)

式中，Si為i評(píng)估區(qū)域鹽漬化敏感性指數(shù)；Ii、Mi、Di、Ki分別為i評(píng)估區(qū)域蒸發(fā)量/降雨量、地下水礦化度、地下水埋深和土壤質(zhì)地的敏感性等級(jí)值，各地區(qū)可根據(jù)實(shí)際對(duì)分級(jí)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)作相應(yīng)的調(diào)整。

水土流失敏感性主要取決于降雨侵蝕力、土壤可蝕性、坡度坡長(zhǎng)和地表植被覆蓋等因子，計(jì)算公式如下：

(4)

式中，SSi為i空間單元水土流失敏感性指數(shù)，評(píng)估因子包括降雨侵蝕力(Ri)、土壤可蝕性(Ki)、坡長(zhǎng)坡度(LSi)、地表植被覆蓋(Ci)。

(3)生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估分級(jí)

本研究根據(jù)生態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果，將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性依次劃分為一般重要、重要和極重要三個(gè)等級(jí)，并將生態(tài)環(huán)境敏感性依次劃分為一般敏感、敏感和極敏感三個(gè)等級(jí)。

通過(guò)上述模型計(jì)算，得出不同類(lèi)型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)值柵格圖并進(jìn)行歸一化處理。將柵格單元的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)值按從高到低的順序排列，計(jì)算累加服務(wù)值。將累加服務(wù)值占生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總值比例的50%與80%所對(duì)應(yīng)的柵格值作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估分級(jí)的分界點(diǎn)。

鹽漬化和水土流失敏感性評(píng)估的各項(xiàng)指標(biāo)綜合采用自然分界法等確定分級(jí)賦值標(biāo)準(zhǔn)，不同評(píng)估指標(biāo)對(duì)應(yīng)的敏感性等級(jí)值見(jiàn)表1和表2，生態(tài)環(huán)境敏感性的評(píng)估分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

表1 鹽漬化敏感性評(píng)估指標(biāo)及分級(jí)賦值

表2 水土流失敏感性的評(píng)價(jià)指標(biāo)及分級(jí)賦值

表3 生態(tài)環(huán)境敏感性評(píng)估分級(jí)

1.2.2.2生態(tài)空間識(shí)別

(1)生態(tài)空間要素類(lèi)型確定

本研究基于上海市已有各類(lèi)保護(hù)地的分布，結(jié)合上海市生態(tài)保護(hù)紅線(xiàn)的劃定成果以及上海市對(duì)生態(tài)空間格局的需求，確定了符合當(dāng)?shù)靥攸c(diǎn)的11種生態(tài)空間要素類(lèi)型，如表4所示。

表4 上海市生態(tài)空間要素類(lèi)型

(2)生態(tài)空間邊界確定

為了保證生態(tài)空間的完整性和連續(xù)性以及今后對(duì)生態(tài)空間管控的可操作性，需要在初步識(shí)別結(jié)果圖的基礎(chǔ)上扣除獨(dú)立和細(xì)小的圖斑。本研究在廣泛調(diào)研國(guó)內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合上海市精細(xì)化管理水平及專(zhuān)家咨詢(xún)結(jié)果，最終確定細(xì)小斑塊扣除的閾值為0.1km2。

本研究從各行業(yè)主管部門(mén)獲取了本市林地、公園、湖泊、河流和飲用水水源保護(hù)區(qū)等生態(tài)空間要素類(lèi)型的管理邊界矢量數(shù)據(jù)，采用地理信息系統(tǒng)軟件，將各類(lèi)邊界分別與校驗(yàn)后的生態(tài)空間識(shí)別結(jié)果進(jìn)行空間疊加，進(jìn)一步校驗(yàn)和最終確定本市生態(tài)空間的邊界。

1.2.2.3管控單元?jiǎng)澐?/p>

為了便于生態(tài)空間用途分區(qū)和后續(xù)差異化管控要求的落實(shí)，本研究將生態(tài)空間分為生態(tài)保護(hù)紅線(xiàn)和一般生態(tài)空間兩種類(lèi)型。由于上海市生態(tài)保護(hù)紅線(xiàn)已對(duì)外公開(kāi)發(fā)布且管理邊界和責(zé)任主體較為明確，因而本研究中將各紅線(xiàn)區(qū)塊劃分為獨(dú)立的管控單元。對(duì)公園、水源保護(hù)區(qū)等有明確管理邊界與管理要求的一般生態(tài)空間，依照現(xiàn)有邊界劃定管控單元；對(duì)林地、湖泊、河流等要素類(lèi)型的一般生態(tài)空間，考慮到空間分布較廣且涉及斑塊眾多，依據(jù)行政區(qū)劃邊界作管控單元合并處理；對(duì)灘涂沼澤類(lèi)型的一般生態(tài)空間，管控單元?jiǎng)t在實(shí)地踏勘核實(shí)邊界的基礎(chǔ)上劃定。

1.3 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

本研究根據(jù)生態(tài)評(píng)價(jià)方法，搜集了生態(tài)服務(wù)功能重要性和生態(tài)環(huán)境敏感性評(píng)估所需的遙感影像、1 m分辨率土地利用、降雨量、蒸發(fā)量、地面高程、土壤類(lèi)型、地下水礦化度、地下水埋深、陸生野生動(dòng)物資源調(diào)查、水鳥(niǎo)同步調(diào)查、保護(hù)物種記錄等調(diào)查數(shù)據(jù)?；贏rcGIS 10.2平臺(tái)對(duì)非柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為便于空間計(jì)算的網(wǎng)格化柵格數(shù)據(jù)。同時(shí)本研究還從各相關(guān)管理部門(mén)獲取了各生態(tài)空間要素類(lèi)型的管理邊界矢量數(shù)據(jù)，便于進(jìn)行生態(tài)空間邊界的疊加校驗(yàn)。

2 生態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果與管控單元?jiǎng)澐?/h2>

2.1 生態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果

2.1.1重要性評(píng)價(jià)結(jié)果

上海市生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)功能主要處于一般重要等級(jí)，面積為4501.97 km2，其中極重要的面積為298.34 km2，主要分布在本市的濕地以及蓋度高的林地；水土保持功能主要處于一般重要等級(jí)，面積為6925.85 km2，其中極重要的面積為157.64 km2，主要分布在本市的潮間帶灘涂以及坡度較大的殘丘；生物多樣性維護(hù)功能主要處于一般重要等級(jí)，面積為4393.04 km2，其中極重要的面積為1476.92 km2，主要分布于濕地以及斑塊大、蓋度高的林地。

2.1.2敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果

上海市水土流失生態(tài)敏感性主要處于一般敏感等級(jí)，面積為7851.36 km2，其中極敏感的面積為154.35 km2，主要分布于潮間帶灘涂及部分殘丘；鹽漬化生態(tài)敏感性主要處于一般敏感等級(jí)，面積為5229.27 km2，其中極敏感的面積為273.83 km2，主要分布于沿海新近圍墾區(qū)、潮間帶灘涂。

2.2 生態(tài)空間識(shí)別與管控單元?jiǎng)澐?/h3>

2.2.1初步生態(tài)空間識(shí)別結(jié)果

通過(guò)對(duì)評(píng)估得到的生物多樣性維護(hù)、水源涵養(yǎng)和水土保持等各項(xiàng)功能的重要和極重要區(qū)域，以及鹽漬化和水土流失的敏感和極敏感區(qū)域進(jìn)行空間疊加合并，得出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和生態(tài)環(huán)境敏感性的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果?；诰C合評(píng)價(jià)結(jié)果，將極重要和極敏感、重要和敏感評(píng)估區(qū)域納入生態(tài)空間。結(jié)合土地利用現(xiàn)狀分布，扣除耕地、養(yǎng)殖等農(nóng)業(yè)空間和城鎮(zhèn)構(gòu)筑物后，得出生態(tài)空間初步識(shí)別結(jié)果，其中極重要和極敏感區(qū)域、重要和敏感區(qū)域的面積分別為2119.24 km2和707.34 km2，分別占評(píng)價(jià)范圍面積的26.46%和8.83%。

2.2.2上海市的生態(tài)空間分布

經(jīng)過(guò)獨(dú)立細(xì)小斑塊扣除，以及與林地、公園、湖泊、河流和飲用水水源保護(hù)區(qū)等生態(tài)空間要素類(lèi)型管理邊界、行政區(qū)劃邊界等矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加與校驗(yàn)，最終識(shí)別得出上海市生態(tài)空間。上海市生態(tài)空間面積為1879.20 km2，占評(píng)價(jià)范圍面積的23.46%，共包括表4所列的11種生態(tài)空間要素類(lèi)型，主要位于長(zhǎng)江河口地區(qū)、黃浦江上游水源保護(hù)區(qū)以及分布范圍較廣的重要河流和林地。

2.2.3一般生態(tài)空間識(shí)別及管控單元?jiǎng)澐?/p>

上海市除生態(tài)保護(hù)紅線(xiàn)以外的一般生態(tài)空間包括重要林地、飲用水水源地、重要水體和重要濕地共四種類(lèi)型，其中重要林地包括公園綠地和市級(jí)公益生態(tài)林，飲用水水源地對(duì)應(yīng)飲用水水源二級(jí)保護(hù)區(qū)，重要水體包括市級(jí)和區(qū)級(jí)的河流和湖泊，重要濕地對(duì)應(yīng)灘涂沼澤。一般生態(tài)空間總面積為597.92 km2，其中飲用水水源保護(hù)區(qū)面積最大，為226.38 km2；市級(jí)公益生態(tài)林面積位居其次，為176.62 km2；公園綠地、河流、湖泊和灘涂沼澤面積分別為18.52 km2、153.70 km2、13.91 km2和8.79 km2。

上海市生態(tài)空間管控單元?jiǎng)澏ńY(jié)果如表5所示，共劃定113個(gè)管控單元，其中有33個(gè)生態(tài)保護(hù)紅線(xiàn)和80個(gè)一般生態(tài)空間管控單元。除黃浦江上游飲用水水源地因沿用一級(jí)區(qū)和二級(jí)區(qū)管理邊界涉及多個(gè)行政區(qū)外，其余管控單元均在單個(gè)行政區(qū)內(nèi)。

表5 上海市生態(tài)空間管控單元?jiǎng)澏ńY(jié)果

3 生態(tài)空間識(shí)別及管控單元?jiǎng)澏ńY(jié)論

本研究基于生物多樣性維護(hù)、水源涵養(yǎng)、水土保持等重要性評(píng)估和鹽漬化、水土流失等敏感性評(píng)估，開(kāi)展上海市生態(tài)功能重要區(qū)域和生態(tài)環(huán)境敏感脆弱區(qū)域空間分布識(shí)別，重點(diǎn)篩選了適合上海特大城市特征的生態(tài)空間要素類(lèi)型，基于各類(lèi)管理邊界銜接確定了生態(tài)空間的分布并劃分了管控單元。主要得出以下結(jié)論：

上海市生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性維護(hù)、水源涵養(yǎng)和水土保持功能均主要處于一般重要等級(jí)，其中極重要區(qū)域的面積分別為1476.92 km2、298.34 km2和157.64 km2；鹽漬化和水土流失生態(tài)敏感性也主要處于一般敏感等級(jí)，其中極敏感區(qū)域的面積分別為273.83 km2和154.35 km2。

上海市生態(tài)空間總面積為1879.20 km2，共包括11種要素類(lèi)型，主要位于長(zhǎng)江河口地區(qū)、黃浦江上游水源保護(hù)區(qū)以及分布范圍較廣的重要河流和林地。其中一般生態(tài)空間面積為597.92 km2，包括重要林地、飲用水水源地、重要水體和重要濕地4種類(lèi)型。飲用水水源保護(hù)區(qū)類(lèi)型的一般生態(tài)空間面積最大，為226.38 km2；市級(jí)生態(tài)公益林面積位居其次，為176.62 km2；灘涂沼澤面積最小，為8.79 km2。

上海市共劃定113個(gè)生態(tài)空間管控單元，其中有33個(gè)生態(tài)保護(hù)紅線(xiàn)和80個(gè)一般生態(tài)空間管控單元。除黃浦江上游飲用水水源地因沿用一級(jí)區(qū)和二級(jí)區(qū)管理邊界涉及多個(gè)行政區(qū)外，其余管控單元均在單個(gè)行政區(qū)內(nèi)。

未來(lái)在城市發(fā)展過(guò)程中，上海市土地資源日趨緊張、用地結(jié)構(gòu)快速變化、生態(tài)空間規(guī)模不足等問(wèn)題會(huì)愈發(fā)突出，生態(tài)空間需要加強(qiáng)管控，并應(yīng)在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化。生態(tài)空間需分類(lèi)進(jìn)行差異化管控，生態(tài)補(bǔ)償和動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制有待進(jìn)一步研究。本研究為特大城市的生態(tài)空間識(shí)別提供支撐的同時(shí)，也可為我國(guó)長(zhǎng)三角區(qū)域構(gòu)建生態(tài)空間格局并制定差異化的管控要求提供重要參考。