王志遠(yuǎn), 李欣, 蔣超, 唐艷麗, 廖建軍

基于GIS的岳陽(yáng)市中心城區(qū)生態(tài)安全格局構(gòu)建與城市增長(zhǎng)管控

王志遠(yuǎn)1,2, 李欣1,*, 蔣超3, 唐艷麗4, 廖建軍1,*

1. 南華大學(xué), 建筑學(xué)院, 衡陽(yáng) 421001 2. 湖南省健康城市營(yíng)造工程技術(shù)研究中心, 衡陽(yáng) 421001 3. 岳陽(yáng)市自然資源和規(guī)劃局, 岳陽(yáng) 414000 4. 長(zhǎng)沙理工大學(xué), 建筑學(xué)院, 長(zhǎng)沙 410015

面對(duì)城市用地的急速擴(kuò)張與城市人口迅速膨脹, 生態(tài)資源環(huán)境遭到較大程度破壞。構(gòu)建生態(tài)安全格局是實(shí)現(xiàn)城市生態(tài)安全的基本保障和重要途徑?；诰坝^安全格局理論, 對(duì)岳陽(yáng)市中心城區(qū)水源、水質(zhì)、雨洪、生境、植物、動(dòng)物、歷史遺產(chǎn)、鄉(xiāng)土景觀和自然游憩九個(gè)關(guān)鍵生態(tài)過(guò)程進(jìn)行識(shí)別, 以此構(gòu)建綜合生態(tài)安全格局, 并劃定城市增長(zhǎng)生態(tài)底線。結(jié)果顯示: 岳陽(yáng)市綜合生態(tài)安全格局是由生態(tài)基質(zhì)、生態(tài)廊道和生態(tài)斑塊所構(gòu)成的完整的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施, 其中生態(tài)基質(zhì)面積為436.66km2、生態(tài)廊道面積為21.46km2、生態(tài)斑塊面積為215.00km2。研究可為岳陽(yáng)市的城市建設(shè)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供可靠依據(jù)與參考。

生態(tài)安全格局; 城市增長(zhǎng)生態(tài)底線; GIS; 岳陽(yáng)市中心城區(qū)

0 前言

黨中央十八大報(bào)告首次將“生態(tài)文明”納入到中國(guó)特色社會(huì)主義“五位一體”總體布局, 提升到國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略高度, 大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè), 優(yōu)化國(guó)土開(kāi)發(fā)格局, 構(gòu)建科學(xué)合理的生態(tài)安全格局, 努力建設(shè)美麗中國(guó)。由于城市化進(jìn)程的加快以及不合理的資源開(kāi)發(fā), 洞庭湖地區(qū)面臨著巨大的資源環(huán)境壓力。岳陽(yáng)市作為洞庭湖區(qū)域的重點(diǎn)城市, 開(kāi)展生態(tài)安全格局研究, 進(jìn)行城市空間發(fā)展管控具有重要的生態(tài)與經(jīng)濟(jì)意義。

生態(tài)安全格局是城市或區(qū)域中所依賴的自然系統(tǒng), 是人類持續(xù)獲得自然服務(wù)的基本保障, 是城市擴(kuò)張和土地開(kāi)發(fā)利用不可觸犯的剛性限制[1-3]。19世紀(jì)后半葉, 奧姆斯特德認(rèn)為建立公園系統(tǒng)能對(duì)城市生態(tài)過(guò)程進(jìn)行維護(hù)和調(diào)節(jié)[4]。但麥克哈格發(fā)現(xiàn)公園系統(tǒng)理論缺乏對(duì)區(qū)域生態(tài)和自然機(jī)制的深入探討, 于是提出了基于生態(tài)適宜性的系統(tǒng)生態(tài)研究方法[5-6]。1995年, 福爾曼發(fā)現(xiàn)了物種擴(kuò)散和生態(tài)流運(yùn)動(dòng)等方面的問(wèn)題, 為提高景觀規(guī)劃的效率性和系統(tǒng)性提出了基于斑塊—廊道—基底的景觀生態(tài)學(xué)研究模式[7-9]。隨后, 該理論受到廣泛認(rèn)可并成為生態(tài)安全格局研究的基本思路。相較于國(guó)外, 我國(guó)的相關(guān)研究起步較晚但發(fā)展迅速。目前主要集中在格局的識(shí)別與構(gòu)建領(lǐng)域[10-11]。例如蒙吉軍等通過(guò)對(duì)土地覆被、地質(zhì)和社會(huì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)疊加判斷耕地、林地和草地的適應(yīng)性, 對(duì)鄂爾多斯生態(tài)安全格局進(jìn)行優(yōu)化[12-13]。俞孔堅(jiān)等采用GIS空間疊加分析, 在北京市的研究中分別建立水安全、地質(zhì)災(zāi)害、生物保護(hù)、文化遺產(chǎn)、游憩5個(gè)方面的生態(tài)安全格局[1,14]; 李紀(jì)宏等利用最小費(fèi)用距離模型識(shí)別景觀要素的優(yōu)先性, 對(duì)自然保護(hù)區(qū)進(jìn)行功能分區(qū)和格局構(gòu)建[15]。周銳等運(yùn)用最小阻力模型模擬生態(tài)過(guò)程實(shí)現(xiàn)對(duì)平頂山新區(qū)的空間布局優(yōu)化[3]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)城市生態(tài)安全格局中的雨洪格局、動(dòng)植物格局、歷史遺產(chǎn)格局有著大量的研究, 但鮮少考慮到水源、水質(zhì)、生境、自然游憩和鄉(xiāng)土景觀這些要素。本文基于岳陽(yáng)市大江大湖和歷史文化遺產(chǎn)豐厚的特點(diǎn), 提出以水源、雨洪、水質(zhì)、植物、動(dòng)物、生境、自然游憩、歷史遺產(chǎn)和鄉(xiāng)土景觀共九個(gè)關(guān)鍵要素構(gòu)建綜合生態(tài)安全格局, 以此劃定岳陽(yáng)市建設(shè)用地增長(zhǎng)的生態(tài)底線, 以期為岳陽(yáng)市構(gòu)建生態(tài)安全的國(guó)土空間格局提供參考。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)域

岳陽(yáng)市位于長(zhǎng)江中游城市群, 洞庭湖畔, 湖南東北部, 素稱湘北門戶。地處北緯28°25′33′′～29°51′ 00′′, 東經(jīng)112°18′3′′～114°09′06′′之間。研究范圍為岳陽(yáng)市中心城區(qū), 面積1161平方公里。截至2018年年末, 中心城區(qū)人口數(shù)為133.91萬(wàn)人。岳陽(yáng)交通極為便利, 長(zhǎng)江、京廣鐵路、京廣高鐵、京港澳高速公路、杭瑞高速公路等國(guó)家交通主動(dòng)脈在市區(qū)交織成網(wǎng)。區(qū)內(nèi)地形為洞庭湖平原, 周邊為過(guò)渡性環(huán)湖淺丘地帶; 該地段水系發(fā)達(dá), 湖泊星羅棋布, 其中東洞庭湖是洞庭湖泊群落中最大最完好的天然季節(jié)性湖泊; 區(qū)內(nèi)植被種類繁多, 野生動(dòng)物資源豐富, 現(xiàn)存有多種國(guó)家一級(jí)、二級(jí)野生保護(hù)動(dòng)植物。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

研究區(qū)2018年遙感數(shù)據(jù)采用Landsat8影像(地理空間數(shù)據(jù)云), 云量低于5%, 將3、4和5波段組合, 分辨率為30 m。高程數(shù)據(jù)采用SRTM DEM數(shù)據(jù)產(chǎn)品(地理空間數(shù)據(jù)云), 分辨率為30 m, 坡度數(shù)據(jù)采用ArcGIS10.2軟件進(jìn)行表面分析得到。水文氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng), 時(shí)間范圍為2018年1月—2018年12月。結(jié)合研究區(qū)情況, 將土地利用分為湖泊、河流、內(nèi)湖、濕地、水庫(kù)、坑塘、水渠、鐵路、道路、林地、耕地、自然斜坡、園地、花圃、建設(shè)用地、露巖地、空地、坑塘、河堤等19類。

2 研究方法

2.1 土地利用特征分析

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣可反應(yīng)某一區(qū)或某一時(shí)段期初和期末各類面積之間相互轉(zhuǎn)化的動(dòng)態(tài)過(guò)程, 本研

究采用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析岳陽(yáng)市土地利用變化特征[16]。其數(shù)學(xué)表達(dá)形式為:

式中:代表面積,為研究期初與研究期末的土地利用類型,為土地利用的類型數(shù)。

2.2 生態(tài)安全格局構(gòu)建

基于景觀安全格局理論與岳陽(yáng)市特點(diǎn), 本文的研究方法重點(diǎn)在于如何構(gòu)建水源、雨洪、水質(zhì)、生境、植物、動(dòng)物、歷史遺產(chǎn)、鄉(xiāng)土景觀、自然游憩共計(jì)9個(gè)關(guān)鍵性的生態(tài)過(guò)程[17], 然后通過(guò)綜合疊加得到岳陽(yáng)市生態(tài)安全格局(圖1)。

2.2.1 水源、水質(zhì)安全格局構(gòu)建

SCS徑流曲線數(shù)法可用于估算徑流和洪峰流量[18-19], 能反映土壤類型、不同土地利用方式及前期土壤含水量對(duì)降雨徑流的影響, 水量平衡方程:

(2)

式中: P代表降雨量, F代表該流域的實(shí)際入滲量,I代表徑流產(chǎn)生前植物栽留、初滲和填注蓄水構(gòu)成的流域初損, Q代表實(shí)際徑流量。

運(yùn)用ArcGIS10.2軟件, 計(jì)算岳陽(yáng)市中心城區(qū)各流域徑流量, 并重分類為高、中、低三種水平的水源安全格局。同理, 得出水質(zhì)安全格局中各流域污染源的水質(zhì)控制體積, 并劃分植被緩沖帶。

2.2.2 雨洪安全格局構(gòu)建

(1)計(jì)算暴雨積水量

識(shí)別暴雨淹沒(méi)區(qū)需要計(jì)算不同暴雨強(qiáng)度下每個(gè)流域的暴雨積水量, 根據(jù)岳陽(yáng)市暴雨強(qiáng)度計(jì)算公式:

=[167A(1+c*lg)]·[(+b)]-1(3)

式中:為降雨重現(xiàn)期, A=9.0284,c=0.184568,b= 6.0,=0.6347-0.04821lg, 得到岳陽(yáng)市10年一遇12小時(shí)、10年一遇24小時(shí)、20年一遇24小時(shí)的降雨深度。

(2)GIS“無(wú)源淹沒(méi)”分析

借助DEM數(shù)據(jù), 利用ArcGIS10.2中的3D Analysis模塊中的“無(wú)源淹沒(méi)”分析, 得出每個(gè)積水區(qū)中特定積水量下積水高程, 然后將凡是低于給定積水水位高程的區(qū)域皆計(jì)入潛在蓄澇區(qū)。

2.2.3 生境安全格局構(gòu)建

生境安全格局構(gòu)建主要分為生態(tài)源地識(shí)別和適宜性評(píng)價(jià)兩部分。根據(jù)土地覆蓋類型, 篩選出面積大于1 km2的具有保水功能的自然林地、耗水量較大的耕地與具有凈水作用的濕地作為生態(tài)源地。適宜性評(píng)價(jià)首先基于岳陽(yáng)市的特點(diǎn)選取評(píng)價(jià)因子, 然后根據(jù)其對(duì)生境的影響程度進(jìn)行分級(jí), 并通過(guò)專家打分和層次分析法確定各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重(表1)。

圖1 岳陽(yáng)市生態(tài)安全格局總體研究框架

Figure 1 Overall research framework of Ecological security pattern in Yueyang City

表1 保水生境、耗水生境、凈水濕地生境的適宜性評(píng)價(jià)因子

2.2.4 植物安全格局構(gòu)建

通過(guò)選定指示物種作為生態(tài)源是研究植物安全格局的有效做法之一[20-21]。本文在基于俞孔堅(jiān)[22-23]等人的研究基礎(chǔ)上及岳陽(yáng)市特點(diǎn), 選擇的植物安全格局指示物種為旱柳、樟樹(shù)、香椿、杜英、水稻、橘樹(shù)和蘆葦(表2)。

2.2.5 動(dòng)物安全格局構(gòu)建

(1)源地識(shí)別

依據(jù)指示物種相關(guān)研究[24]與岳陽(yáng)市實(shí)際情況, 動(dòng)物安全格局指示物種定為大白鷺和黃鼬。通過(guò)對(duì)大白鷺和黃鼬的棲息地進(jìn)行適宜性分析(表3), 篩選出最適宜的斑塊作為該物種空間運(yùn)動(dòng)的生態(tài)源。

2011年，路虎攬勝極光的亮相幾乎讓所有人感到詫異。它的確是一輛擁有較高離地間隙，具有一定全地形能力的路虎汽車，但它卻在造型方面明顯為路虎開(kāi)辟了另一個(gè)設(shè)計(jì)方向。作為攬勝家族最為年輕，也是最為輕巧的成員，它流線型的車身輪廓、外擴(kuò)的輪拱以及層次感極其強(qiáng)烈的車頭造型讓兩會(huì)品牌在一瞬間就洗盡鉛華，擁有了踏上時(shí)尚T臺(tái)的潛質(zhì)。

(2)阻力面的構(gòu)建—MCR模型

模型的內(nèi)涵是代表空間表面中的每一點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到源地間的最小阻力[25-27]。計(jì)算公式:

式中D表示物種從源運(yùn)動(dòng)到空間某一點(diǎn)所穿越景觀面的空間距離;表示景觀對(duì)某物種運(yùn)動(dòng)的阻力。

表2 植物安全格局的適宜性評(píng)價(jià)因子

表3 動(dòng)物安全格局的適宜性評(píng)價(jià)因子

阻力因子選擇土地覆被類型作為影響因子, 根據(jù)各類土地受人類活動(dòng)的干擾強(qiáng)度, 依據(jù)土地覆被類型進(jìn)行阻力賦值, 從而建立動(dòng)物生態(tài)源地?cái)U(kuò)張阻力表[28-29]。

(3)生態(tài)廊道的構(gòu)建

根據(jù)構(gòu)建的阻力面, 對(duì)每個(gè)源到其他源的成本距離和成本路徑進(jìn)行分析, 得到最小的成本路徑, 集成這些路徑就可得到該生態(tài)過(guò)程的生態(tài)廊道[30]。

2.2.6 歷史遺產(chǎn)、鄉(xiāng)土景觀、自然游憩安全格構(gòu)建

(1)源地識(shí)別

歷史遺產(chǎn)源為具有塑造岳陽(yáng)歷史的建筑或者工程, 鄉(xiāng)土景觀為岳陽(yáng)市在生態(tài)、地理或文化上具有重要性的自然景觀, 自然游憩為人在景觀中的主動(dòng)體驗(yàn)過(guò)程[31]。源地的選擇標(biāo)準(zhǔn)包括資源豐富度、可視性等要素[32]。借助GIS分析工具, 分別對(duì)區(qū)域內(nèi)歷史遺產(chǎn)資源、鄉(xiāng)土景觀資源和游憩趣味豐富的點(diǎn)進(jìn)行篩選, 然后選擇出在土地覆蓋類型和自然地貌相對(duì)豐富的高趣味點(diǎn); 接著對(duì)選擇出的高趣味點(diǎn)進(jìn)行可達(dá)性分析, 篩選出可達(dá)性較高的高趣味點(diǎn); 將以上分析得出的高趣味點(diǎn)分別與現(xiàn)狀已有劃分的資源點(diǎn)進(jìn)行疊加, 最終選擇出歷史遺產(chǎn)、鄉(xiāng)土景觀、自然游憩生態(tài)源地。

研究方法同上文類似, 歷史遺產(chǎn)、鄉(xiāng)土景觀、自然游憩安全格局的阻力因子選取如下(表4)。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用變化特征

2000年岳陽(yáng)市中心城區(qū)建設(shè)用地面積為76.57 km2, 生態(tài)用地(包括林地、草地、水域)面積為674.60 km2。至2010年建設(shè)用地面積為112.96 km2, 生態(tài)用地面積為656.19 km2。2000-2010年建設(shè)用地增加36.39 km2, 生態(tài)用地減少18.41 km2。至2018年建設(shè)用地面積為140.20 km2, 生態(tài)用地面積為637.71 km2。2010-2018年建設(shè)用地增加27.24 km2, 生態(tài)用地減少18.48 km2?？梢?jiàn)隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)和城鎮(zhèn)化快速發(fā)展, 建設(shè)用地增長(zhǎng)較快, 大量生態(tài)用地被占用, 威脅生態(tài)安全。因此，構(gòu)建生態(tài)安全格局, 劃定建設(shè)用地增長(zhǎng)生態(tài)底線迫在眉睫(圖2)。

3.2 單一生態(tài)安全格局構(gòu)建

3.2.1 水源安全格局

低水平安全格局為7個(gè)水源保護(hù)區(qū)共計(jì)51.4 km2、8個(gè)內(nèi)湖共計(jì)53.25 km2及17條主要徑流共計(jì)132.44 km2; 中水平安全格局在此基礎(chǔ)上增加了大水源調(diào)蓄坑塘1829個(gè)共計(jì)10.4 km2; 高水平安全格局則更進(jìn)一步增加了小水源調(diào)蓄坑塘4898個(gè)共計(jì)16.6 km2(圖3a)。

表4 歷史遺產(chǎn)、鄉(xiāng)土景觀、自然游憩安全格局的阻力表

圖2 岳陽(yáng)市中心城區(qū)土地利用變化特征: 2000年土地利用圖(a)、2010年土地利用圖(b)和2018年土地利用圖(c)

Figure 2 Characteristics of land use change in the central City of Yueyang: land use map (a) in 2000, land use map (b) in 2010 and land use map (C) in 2018

3.2.2 雨洪安全格局

低水平安全格局為6個(gè)核心蓄澇區(qū)共計(jì)112.08 km2及8個(gè)內(nèi)湖共計(jì)53.25 km2; 中水平安全格局則是增加了17大泄?jié)硰搅鞴灿?jì)132.44 km2; 高水平安全格局增加了滯澇坑塘, 其中一級(jí)滯澇坑塘999個(gè)共計(jì)4.6 km2、二級(jí)滯澇坑塘2253個(gè)共計(jì)7.75 km2、三級(jí)滯澇坑塘2128個(gè)共計(jì)6.38 km2(圖3b)。

3.2.3 水質(zhì)安全格局

低水平安全格局為8大內(nèi)湖的植被緩沖帶, 寬度在80 m以上; 中水平安全格局為17大徑流的植被緩沖帶, 其中一級(jí)寬度在80 m以上、二級(jí)寬度在30 m以上、三級(jí)寬度在10 m以上; 高水平安全格局為城市面源污染凈化坑塘1051個(gè)共計(jì)1.93 km2、農(nóng)業(yè)面源污染凈化坑塘1571個(gè)共計(jì)4.91 km2(圖3c)。

3.2.4 生境安全格局

將識(shí)別出的保水、耗水、凈水濕地三類生境與林地、耕地、濕地保護(hù)邊界線相交, 區(qū)域內(nèi)重點(diǎn)林地、耕地與濕地基本都在生態(tài)源地范圍內(nèi)。林地主要包括枇杷山林30.09 km2、黃茆山林33.92 km2、筆架山5.7 km2、陀鶴山7.14 km2、君林山1.13 km2、甄筆山林5.03 km2、黃毛大山林27.15 km2、風(fēng)雨山林7.56 km2、龍山6.49 km2、格石嶺8.13 km2; 耕地主要包括龍灣河農(nóng)田41.81 km2、趕山梯田3.81 km2、君山特色田地73.32 km2; 君山濕地13.05 km2、麻塘大堤1.4 km2、白泥湖濕地10.94 km2、松陽(yáng)湖濕地1.7 km2; 據(jù)統(tǒng)計(jì)分析, 17個(gè)大型林地、耕地、濕地保護(hù)區(qū)與生態(tài)源地的生態(tài)面積擬合度達(dá)到79.5%, 說(shuō)明生態(tài)源地識(shí)別結(jié)果較為精準(zhǔn)可靠。隨后對(duì)三類生境進(jìn)行適宜性分析, 疊加得到生境安全格局(圖3d), 包括河渠濕地生境網(wǎng)絡(luò)、5片保水林地生境、9個(gè)大型濕地斑塊。

3.2.5 植物安全格局

植物安全格局由各植被的適宜性分析綜合疊加得到, 其核心要素包含6個(gè)主要水土保持林共計(jì)39.88 km2、10個(gè)主要環(huán)境保護(hù)林共計(jì)115.75 km2、6個(gè)主要水源涵養(yǎng)林共計(jì)98 km2、9個(gè)主要風(fēng)景林共計(jì)205.21 km2、5個(gè)水土保持林共計(jì)176.66 km2、3個(gè)主要園地共計(jì)29.95 km2、8個(gè)主要濕地共計(jì)38.16 km2(圖3e)。

3.2.6 動(dòng)物安全格局

動(dòng)物安全格局由大白鷺安全格局和黃鼬安全格局疊加得到, 其中西部湖泊濕地核心棲息地和東部山地核心棲息地為自然條件最好的鄉(xiāng)土棲息地, 重要性次之的便是連接兩大棲息帶的主要生物遷徙廊道(圖3f)。

3.2.7 歷史遺產(chǎn)安全格局

將識(shí)別出的歷史遺產(chǎn)高趣味點(diǎn)與岳陽(yáng)市現(xiàn)存歷史遺產(chǎn)資源進(jìn)行對(duì)比。生態(tài)源地內(nèi)共包含岳陽(yáng)樓、岳陽(yáng)文廟在內(nèi)的遺址遺跡55處, 建筑及設(shè)施景觀269處, 歷史遺產(chǎn)資源分布面積與生態(tài)源地面積擬合度達(dá)到75.5%, 說(shuō)明識(shí)別結(jié)果較為可靠。根據(jù)歷史遺產(chǎn)安全格局構(gòu)建結(jié)果, “湖山遺產(chǎn)文化帶”、“古城環(huán)廊”、“內(nèi)城環(huán)廊”、“鷹咀山遺產(chǎn)環(huán)廊”及“君山島環(huán)廊”是最重要、最需要維護(hù)的景觀廊道(圖3g)。

3.2.8 鄉(xiāng)土景觀安全格局

將識(shí)別出的鄉(xiāng)土景觀高趣味點(diǎn)與岳陽(yáng)市現(xiàn)存鄉(xiāng)土景觀資源進(jìn)行對(duì)比。生態(tài)源地內(nèi)共包含茶基魚(yú)塘、山塘田埦在內(nèi)的農(nóng)業(yè)景觀、山水文化景觀等共97處, 鄉(xiāng)土景觀資源分布面積與生態(tài)源地面積擬合度達(dá)到67.7%, 說(shuō)明識(shí)別結(jié)果較為可靠。根據(jù)鄉(xiāng)土景觀安全格局識(shí)別格局, “君山生態(tài)茶莊體驗(yàn)環(huán)廊”、“驛道文化鄉(xiāng)土廊”、“湖樓大觀鄉(xiāng)土文化帶”、“江湖遺址鄉(xiāng)土文化帶”和“湖山野趣鄉(xiāng)土文化帶”是維護(hù)鄉(xiāng)土景觀安全格局的重點(diǎn)(圖3h)。

3.2.9 自然游憩安全格局

將識(shí)別出的自然游憩高趣味點(diǎn)與岳陽(yáng)市現(xiàn)存自然游憩資源進(jìn)行對(duì)比。生態(tài)源地涵蓋岳陽(yáng)市中心城區(qū)中90.2%的濕地、河道與水庫(kù)、田地和山體, 說(shuō)明游憩資源的識(shí)別結(jié)果較為可靠。根據(jù)自然游憩安全格局識(shí)別結(jié)果, “君山濕地游憩環(huán)廊”、“湖濱—南湖—吉家湖—洋溪湖濱游憩帶”、“黃茆山—南湖港汊—芭蕉湖—松陽(yáng)湖—白泥湖—洋溪湖親湖游憩帶”、“龍灣河—琵琶山—陀鶴山山林風(fēng)景游憩帶”是維護(hù)自然游憩格局的關(guān)鍵(圖3i)。

3.3 綜合生態(tài)安全格局構(gòu)建

水源、雨洪、水質(zhì)、生境、植物、動(dòng)物、歷史遺產(chǎn)、鄉(xiāng)土景觀和自然游憩共9個(gè)生態(tài)過(guò)程被認(rèn)為在綜合生態(tài)安全格局的構(gòu)建時(shí)具有等同的重要性, 因而被賦予相同的權(quán)重進(jìn)行疊加[1,32]。岳陽(yáng)市綜合生態(tài)安全格局是由生態(tài)基質(zhì)、生態(tài)廊道和生態(tài)斑塊所構(gòu)成的完整的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施, 其中生態(tài)基質(zhì)面積共計(jì)436.66 km2(主要分布在岳陽(yáng)市西北部的君山島附近、東北部的筆架山附近、東南部的枇杷山和黃茆山附近)、生態(tài)廊道面積共計(jì)21.46 km2(主要為山水之間的通廊、徑流沿岸的風(fēng)光帶和遺址景點(diǎn)之間的文化廊, 大部分分布在岳陽(yáng)市中部)、生態(tài)斑塊面積共計(jì)215.00 km2(主要為湖泊、水庫(kù)和坑塘, 包括芭蕉湖、白泥湖、東風(fēng)湖、南湖等大型內(nèi)湖)。

3.4 城市建設(shè)用地增長(zhǎng)生態(tài)底線

城市建設(shè)用地增長(zhǎng)生態(tài)底線的概念來(lái)源于通過(guò)劃定UGB來(lái)管控城市蔓延的思想, 是指在地理空間上明確的劃分出一條紅線, 通過(guò)界限內(nèi)外的差異化的管制措施與政策調(diào)節(jié)對(duì)城市發(fā)展的方向、時(shí)序、空間位置、數(shù)量、速度以及形態(tài)進(jìn)行綜合控制與引導(dǎo), 從而保證城市基本的生態(tài)服務(wù)不受侵犯[4,33]。根據(jù)劃定結(jié)果顯示, 岳陽(yáng)市共計(jì)684.97 km2的生態(tài)用地納入生態(tài)底線范圍之內(nèi)。生態(tài)底線范圍內(nèi)用地的建設(shè)開(kāi)發(fā), 應(yīng)嚴(yán)格遵循該用地地塊的控制指標(biāo), 原則上要禁止建設(shè)準(zhǔn)入功能以外的建(構(gòu))筑物。但并非是一刀切地禁止所有建設(shè)活動(dòng), 而是有條件地允許民生項(xiàng)目、生態(tài)保護(hù)和修復(fù)類項(xiàng)目、休閑農(nóng)業(yè)和生態(tài)旅游配套服務(wù)設(shè)施等項(xiàng)目的建設(shè), 以支持底線內(nèi)居民的生活。

由于城市發(fā)展面臨著一定的不確定性, 如流動(dòng)人口管理、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、集體建設(shè)用地整治、公共服務(wù)供給等方面具有相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性。因此, 在生態(tài)底線之外應(yīng)預(yù)留一定的生態(tài)用地, 以容納未來(lái)的城鎮(zhèn)化發(fā)展變化。同時(shí), 對(duì)底線之外的城市開(kāi)發(fā)空間也應(yīng)實(shí)行分級(jí)分區(qū)的管控策略, 對(duì)各類建設(shè)項(xiàng)目準(zhǔn)入實(shí)施差異化的引導(dǎo)。從生態(tài)底線的劃定方法上來(lái)看, 采用生態(tài)安全格局提取生態(tài)用地的方法有助于為劃線提供空間依據(jù)。但生態(tài)底線的劃定仍需要引入其他的約束性條件或依據(jù), 如國(guó)土空間規(guī)劃成果與絕對(duì)禁建要素, 因?yàn)檫@些條件往往對(duì)生態(tài)底線的劃定具有更大的決定作用。底線范圍應(yīng)與其他規(guī)劃內(nèi)容統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。

圖3 岳陽(yáng)市各單一生態(tài)安全格局構(gòu)建: 水源安全格局圖(a)、雨洪安全格局圖(b)、水質(zhì)安全格局圖(c)、生境安全格局圖(d)、植物安全格局圖(e)、動(dòng)物安全格局圖(f)、歷史遺產(chǎn)安全格局圖(g)、鄉(xiāng)土景觀安全格局圖(h)和自然游憩安全格局圖(i)

Figure 3 Construction of a single ecological security pattern in Yueyang City: water source security pattern (a), the rain flood security pattern (b), water quality security pattern (c), habitat security pattern (d), plant security pattern (e) ), animal safety pattern (f), historical heritage safety pattern (g), rural landscape safety pattern (h) and natural recreation safety pattern (i)

4 討論

岳陽(yáng)市的生態(tài)安全格局研究可合理評(píng)估城市資源環(huán)境承載力, 最優(yōu)化城市開(kāi)發(fā)建設(shè)空間, 但在空間管控上層次性不足。對(duì)比國(guó)內(nèi)已有研究發(fā)現(xiàn), 周銳等[3]提出低中高三個(gè)水平的生態(tài)安全格局, 并對(duì)平頂山新區(qū)提出了城鎮(zhèn)增長(zhǎng)的彈性邊界與剛性邊界; 余珮珩等[2]對(duì)云南杞麓湖流域劃分了一、二、三級(jí)生態(tài)保護(hù)紅線范圍。究其原因, 一方面是因?yàn)樵陉P(guān)鍵生態(tài)要素的選取上覆蓋面較廣, 橫向上超過(guò)了大部分相關(guān)研究的要素?cái)?shù)量, 使得研究更具有科學(xué)性與客觀性。另一方面則是因?yàn)槲覈?guó)生態(tài)紅線的概念、管理與實(shí)踐仍不成熟。雖然利用生態(tài)紅線來(lái)保護(hù)重要生態(tài)功能區(qū)、生態(tài)敏感區(qū)和生態(tài)脆弱區(qū)已在我國(guó)進(jìn)行了大量的研究與實(shí)踐。但由于管理上缺乏統(tǒng)一規(guī)劃, 規(guī)劃區(qū)的交叉重疊以及法律制度的不完善, 仍舊出現(xiàn)了資源環(huán)境承載力與城市建設(shè)發(fā)展不匹配的情況。

圖4 岳陽(yáng)市綜合生態(tài)安全格局圖

Figure 4 Comprehensive ecological security pattern of Yueyang City

未來(lái)的生態(tài)安全格局研究可與國(guó)土空間規(guī)劃工作相結(jié)合。在空間開(kāi)發(fā)方面, 可充分發(fā)揮資源評(píng)價(jià)能力構(gòu)建高效率空間, 最高限度地發(fā)揮城市和工業(yè)的集聚效益, 最低限度地保護(hù)生態(tài)環(huán)境。在綜合整治方面, 可通過(guò)識(shí)別關(guān)鍵性生態(tài)過(guò)程, 針對(duì)性修復(fù)局部地區(qū)國(guó)土空間功能退化和質(zhì)量下降等問(wèn)題, 恢復(fù)該區(qū)活力。

5 結(jié)論

本研究基于岳陽(yáng)市中心城區(qū)土地利用變化特征, 通過(guò)構(gòu)建水源、雨洪、水質(zhì)、生境、植物、動(dòng)物、歷史遺產(chǎn)、鄉(xiāng)土景觀和自然游憩安全的九種關(guān)鍵生態(tài)過(guò)程, 綜合疊加形成了岳陽(yáng)市的生態(tài)安全格局, 并劃定生態(tài)底線管控城市空間增長(zhǎng)。共得出結(jié)論如下:

1)岳陽(yáng)市中心城區(qū)建設(shè)用地快速擴(kuò)張, 大量生態(tài)用地被侵蝕。2000-2018年岳陽(yáng)市中心城區(qū)建設(shè)用地共計(jì)新增63.63 km2, 占研究區(qū)土地面積的5.48%; 生態(tài)用地共計(jì)縮減36.89 km2, 占研究區(qū)土地面積的3.18%。

2)岳陽(yáng)市綜合生態(tài)安全格局中共計(jì)得到684.97 km2的生態(tài)用地。其中生態(tài)基質(zhì)面積占研究區(qū)土地面積的37.97%, 生態(tài)廊道面積占研究區(qū)土地面積的1.87%,生態(tài)斑塊面積占研究區(qū)土地面積的18.70%, 主要分布在岳陽(yáng)市西北部的君山島、東部的山體、各大水域及山水之間的通廊等區(qū)域。

圖5 城市建設(shè)用地增長(zhǎng)生態(tài)底線圖

Figure 5 Ecological bottom line map of urban construction land growth

3)岳陽(yáng)市生態(tài)安全格局的研究確定了生態(tài)基質(zhì)、生態(tài)廊道和生態(tài)斑塊的空間分布情況, 并提出了相應(yīng)的管控對(duì)策。該研究不僅能為岳陽(yáng)市生態(tài)用地空間的保護(hù)提供指導(dǎo), 而且能為未來(lái)國(guó)土空間規(guī)劃中“三區(qū)三線”的劃定提供參考。

4)通過(guò)科學(xué)合理的空間格局設(shè)計(jì), 生態(tài)安全格局可以在最大程度的保障城市中重要、脆弱與敏感的生態(tài)區(qū)以及生態(tài)廊道。因此, 岳陽(yáng)市生態(tài)安全格局研究可為同“大江大湖、山水相依”類型城市的生態(tài)保護(hù)、生態(tài)區(qū)劃分、生態(tài)紅線范圍及生態(tài)安全格局構(gòu)建等提供現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)。

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Construction of ecological security pattern and urban growth control based on GISof central district in Yueyang

WANG Zhiyuan1,2, LI Xin1,*, JIANG Chao3, TANG Yanli4, LIAO Jianjun1,*

1. School of Architecture, University of South China, Hengyang 421001 2. Hunan Healthy City Construction Engineering Technology Research Center, Hengyang 421001 3. Natural Resources and Planning Bureau of Yueyang City, Yueyang 414000 4. School of Architecture, Changsha University of Science and Technology, Changsha 410015

With the rapid growth of urban land utilization and urban population, ecological resources and environment are destroyed to a great extent.The construction of an ecological security pattern is the basic guarantee and important way to achieve urban ecological security.Based on the theory of landscape security pattern, nine key ecological processes of water source, water quality, rainwater, habitat, plants, animals, historical heritage, vernacular landscape and natural recreation were identified in the central urban area of Yueyang, this project delineates the city the growth boundary of construction land through building an comprehensive ecological security pattern. The results show that the comprehensive ecological security pattern of Yueyang is a complete ecological infrastructure composed of ecological substrates, ecological corridors and ecological patches, including an ecological substrate area of 436.66 km2, an ecological corridor area of 21.46 km2, and an ecological patch area of 215.00 km2.Therefore, the research can provide reliable foundation and reference for the urban construction and ecological environment protection ofYueyang.

ecological security pattern; the bottom line of urban growth ecology; GIS; the central district of Yueyang city

10.14108/j.cnki.1008-8873.2022.04.007

TU984; X826

A

1008-8873(2022)04-049-11

2020-08-10;

2020-09-15

湖南省社會(huì)科學(xué)基金項(xiàng)目“基于生態(tài)優(yōu)先的洞庭湖地區(qū)城鎮(zhèn)空間規(guī)劃管控研究”(18YBQ106)

王志遠(yuǎn)(1985—), 男, 湖南湘潭人, 博士, 講師, 主要從事城鄉(xiāng)空間規(guī)劃研究, E-mail: wzhiyuan2005@yeah.net

通信作者:李欣(1997—), 女, 湖北仙桃人, 碩士, 主要從事城鄉(xiāng)規(guī)劃研究, E-mail: 704546692@qq.com

廖建軍(1965—), 女, 湖南寧鄉(xiāng)人, 碩士, 教授, 主要從事生態(tài)規(guī)劃研究, E-mail: 596002610@qq.com

王志遠(yuǎn), 李欣, 蔣超,等. 基于GIS的岳陽(yáng)市中心城區(qū)生態(tài)安全格局構(gòu)建與城市增長(zhǎng)管控[J]. 生態(tài)科學(xué), 2022, 41(4): 49–59.

WANG Zhiyuan, LI Xin, JIANG Chao, et al. Construction of ecological security pattern and urban growth control based on GIS- a case study of central district in Yueyang[J]. Ecological Science, 2022, 41(4): 49–59.