張鈺岑 馮嘉悅 馮 策 逯瑞星 劉晨暉 張淑梅*

（1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林與藝術(shù)學(xué)院，鄭州 450003；2.北京林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院，北京 100080）

將城市森林生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)納入土地利用規(guī)劃，對(duì)實(shí)現(xiàn)城市生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)具有重要意義。以鄭州市為研究區(qū)域，基于2009年和2019年兩期土地利用數(shù)據(jù)，使用CA-Markov模型預(yù)測(cè)了4類發(fā)展情景下鄭州市2029年的土地利用情況，通過構(gòu)建耦合城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的城市森林生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估體系，對(duì)4類發(fā)展情景下的城市森林生態(tài)系統(tǒng)作健康評(píng)價(jià)，以此討論最優(yōu)土地利用策略。結(jié)果顯示，生態(tài)城市建設(shè)情景下的城市健康值較2019年增加了19.01%，增幅最大；快速發(fā)展情景下的城市健康值則降低了17.03%，降幅最大。此外，城市核心性斑塊的數(shù)量和面積對(duì)城市森林生態(tài)系統(tǒng)健康產(chǎn)生了顯著影響。為實(shí)現(xiàn)最大化的林地?cái)U(kuò)張收益和有效提升城市森林生態(tài)系統(tǒng)的健康水平，可采用在高增量生態(tài)廊道和潛在生態(tài)廊道處增加林地建設(shè)的土地利用規(guī)劃策略。

城市森林；土地利用模擬；土地利用規(guī)劃；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值；生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)

城市森林生態(tài)系統(tǒng)作為現(xiàn)代城市的重要有機(jī)組成部分，在城市生態(tài)環(huán)境改善和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程中扮演著關(guān)鍵性的角色[1]。土地利用是城市空間的外在物質(zhì)表征，其變化能客觀反映土地利用的空間特征與變化規(guī)律，有利于協(xié)調(diào)快速發(fā)展背景下生態(tài)環(huán)境與土地資源合理利用的關(guān)系[2]。作為城市空間的重要配置手段，土地利用規(guī)劃對(duì)城市發(fā)展起到了關(guān)鍵的指引作用[3]。因此，在當(dāng)今高強(qiáng)度的城市開發(fā)背景下，城市森林生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和發(fā)展亟需與城市土地利用規(guī)劃緊密協(xié)調(diào)，以緩解人與自然的緊張關(guān)系。

健康的城市生態(tài)系統(tǒng)可協(xié)調(diào)城市復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的自然過程、經(jīng)濟(jì)過程和社會(huì)過程之間的關(guān)系，促進(jìn)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的各方面協(xié)調(diào)高效可持續(xù)發(fā)展[4]。評(píng)估城市生態(tài)系統(tǒng)的健康水平對(duì)制定合理有效的生態(tài)系統(tǒng)健康保護(hù)策略至關(guān)重要。20世紀(jì)90年代，以Costanza[5]為代表提出的指標(biāo)體系法由活力、組織力和恢復(fù)力[6]三部分組成，其評(píng)價(jià)結(jié)果較為全面且與生態(tài)系統(tǒng)健康的原則較為相符，應(yīng)用最為廣泛。趙艷[7]以VOR模型為基礎(chǔ)，運(yùn)用綜合指標(biāo)法建立評(píng)價(jià)體系計(jì)算了廣州市森林健康值；燕守廣[8]基于VOR-ESV評(píng)價(jià)模型，并將人類脅迫納入準(zhǔn)則層，構(gòu)建出生態(tài)保護(hù)紅線的生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)模型，對(duì)南京市生態(tài)保護(hù)管控區(qū)進(jìn)行了生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)。谷瑞麗[9]構(gòu)建VORS評(píng)價(jià)模型，以格網(wǎng)為研究單元對(duì)2000年、2010年和2020年黃河下游城市群生態(tài)系統(tǒng)健康水平進(jìn)行了動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)。劉一鳴[10]基于鄰域變異度和人為干擾修正后的VOR-ESV評(píng)價(jià)模型，定量化地評(píng)估了我國東海海岸地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，并分析其時(shí)序變化特征和空間分異規(guī)律。對(duì)比上述定量評(píng)價(jià)城市生態(tài)系統(tǒng)健康的評(píng)估方法，評(píng)價(jià)指標(biāo)雖逐漸趨于完善，但僅局限于過去時(shí)空下的研究，缺乏對(duì)未來時(shí)空演變下的健康評(píng)價(jià)，因而無法用于分析城市林地資源結(jié)構(gòu)優(yōu)化策略。

土地利用模式直接影響著生態(tài)系統(tǒng)的健康，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)和人口密集地區(qū)尤為明顯[11]。同時(shí)，城市的快速擴(kuò)張不斷改變著土地資源的轉(zhuǎn)化，帶來了諸多生態(tài)環(huán)境問題。分析和模擬城市擴(kuò)張的機(jī)制，并對(duì)城市未來土地利用變化的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警，利于合理調(diào)控城市的發(fā)展[12]。目前常用的土地利用預(yù)測(cè)模型主要有CA-Markov模型、CLUE-S模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等，其中CA-Markov模型具備強(qiáng)大的土地利用空間模擬能力和長期預(yù)測(cè)能力的優(yōu)勢(shì)，被成功應(yīng)用于許多國家和地區(qū)的案例研究[13]。羅雙曉[14]基于CA-Markov模型，對(duì)成都市天府新區(qū)土地時(shí)空變化進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并對(duì)該區(qū)未來土地利用發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。倪永薇[15]基于CA-Markov模型預(yù)測(cè)了北京市2029年不同發(fā)展情景下的土地利用情況，同步構(gòu)建區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)體系對(duì)不同發(fā)展模式進(jìn)行健康評(píng)價(jià)，探討了最優(yōu)城市發(fā)展模式下的土地利用策略。劉強(qiáng)[16]基于CA-Markov模型，預(yù)測(cè)了海南島不同發(fā)展情景下的土地利用空間分布格局，定量分析了海南島未來的土地利用變化及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。上述基于土地利用模擬的健康評(píng)價(jià)或生境評(píng)價(jià)方法雖不局限于單一時(shí)空下的研究，但未探究時(shí)空變化情形下重要生態(tài)斑塊的演化情況，因而無法厘清城市生態(tài)系統(tǒng)健康與城市土地利用變化間的相互制約機(jī)制。

鄭州市為特大城市，據(jù)《鄭州統(tǒng)計(jì)年鑒》（https://tjj.zhengzhou.gov.cn），2009 - 2019年間，鄭州市城區(qū)建成面積由1 478 km2增至2 884 km2；城區(qū)人口由688萬人增至1 054萬人，人均森林占有率由0.97 m2/人增至2.42 m2/人。鄭州雖在城市森林建設(shè)方面有著顯著進(jìn)步，但人均森林占有率水平仍遠(yuǎn)低于中國的均值。10年間的高強(qiáng)度城市開發(fā)使鄭州市土地利用類型大量轉(zhuǎn)化，林地、耕地的破碎化程度隨之增加，對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)健康產(chǎn)生不利影響，亟待探討當(dāng)前與未來的鄭州市土地利用狀況與鄭州市生態(tài)系統(tǒng)健康的時(shí)空演變規(guī)律和相互制約機(jī)制。因此，文章以構(gòu)建健康的城市森林生態(tài)系統(tǒng)為目標(biāo)，采用土地利用模擬和生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估的方法，定量分析各發(fā)展情景下鄭州市2029年城市森林生態(tài)系統(tǒng)的健康系數(shù)，以期推演各類城市發(fā)展模式下的鄭州市森林生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，結(jié)合鄭州市森林斑塊空間分布和健康數(shù)值空間分布特征，為城市開發(fā)中的土地利用規(guī)劃提供決策依據(jù)。

1 研究區(qū)域和數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域

鄭州市位于華北平原南部黃河中下游，全市總面積7 511 km2，地勢(shì)呈階梯狀，從中山到低山、丘陵再到平原，土地利用類型以建設(shè)用地、林地、耕地為主，建設(shè)用地集中在市域中部偏北的主城區(qū)，市域東南象限的新鄭市、航空港區(qū)，東部的中牟縣，西部的滎陽市、上街區(qū)、鞏義市，市域西南象限的新密市、登封市，林地主要分布在西部及西南部山區(qū)，耕地主要分布在主城區(qū)西部、東部及東南部平原。

1.2 數(shù)據(jù)來源與預(yù)處理

（1）遙感影像數(shù)據(jù)。鄭州市2009年、2019年的Landsat TM遙感影像，來源于地理空間數(shù)據(jù)云（https://www.gscloud.cn），使用ENVI5.3將遙感影像解譯為林地、草地、耕地、建設(shè)用地、水域和其他用地（圖1）。

圖1 鄭州市2009年、2019年土地利用類型Fig.1 Land use types of Zhengzhou in 2009 and 2019

（2）DEM及交通矢量數(shù)據(jù)。鄭州市全域的高程和坡度數(shù)據(jù)，來源于地理空間數(shù)據(jù)云（https://www.gscloud.cn）；鄭州市的公路、鐵路、高速公路的矢量數(shù)據(jù)，來源于OpenStreetMap（https://www.openstreetmap.org）。在ArcGIS10.4中將公路、鐵路、高速公路等矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為柵格數(shù)據(jù)，保證與土地利用數(shù)據(jù)柵格像元大小、地理空間坐標(biāo)系、投影相同（圖2）。

（3）土地利用類型轉(zhuǎn)移概率及適宜性圖集。以2009年和2019年兩期土地利用類型為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在IDRISI中使用Markov模型得到各類土地利用類型的轉(zhuǎn)移概率。本次研究將水域設(shè)為限制條件，將高程、坡度、距離市中心的距離和交通現(xiàn)狀作為4種影響土地利用變化的因素。在此基礎(chǔ)上根據(jù)城市生態(tài)規(guī)劃方針調(diào)整土地利用類型的轉(zhuǎn)移概率，利用層次分析法結(jié)合多準(zhǔn)則評(píng)價(jià)分析得到完整的土地類型轉(zhuǎn)移適宜性圖集（圖3）。

圖3 適宜性圖集Fig.3 Suitability atlas

2 研究方法

2.1 土地利用模擬

將鄭州市2019年的土地利用類型、適宜性圖集、2009 - 2019年的用地轉(zhuǎn)移概率作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在IDRISI中使用CA-Markov模型對(duì)2029年的城市土地利用情況進(jìn)行模擬。結(jié)合鄭州市發(fā)展現(xiàn)狀及鄭州市有關(guān)森林建設(shè)的相關(guān)規(guī)劃，本次研究設(shè)置了自然發(fā)展、快速發(fā)展、政府引導(dǎo)和生態(tài)城市建設(shè)4種發(fā)展情景。

情景一為自然發(fā)展，使用2009 - 2019年鄭州市的土地利用轉(zhuǎn)移概率，模擬自然發(fā)展下鄭州市2029年的土地利用情況（表1），作為其他三類模擬情景的對(duì)比樣本；情景二為快速發(fā)展，參數(shù)設(shè)置為三類生態(tài)用地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)移概率增加20%，模擬城市建成區(qū)高速擴(kuò)張下鄭州市2029年的土地利用情況；情景三為政府引導(dǎo)，參數(shù)設(shè)置為建設(shè)用地、耕地、其他用地向林地、草地的轉(zhuǎn)移概率分別增加10%和5%（表2），模擬政府調(diào)控下各類生態(tài)用地均衡發(fā)展的鄭州市2029年的土地利用情況；情景四為生態(tài)城市建設(shè)，根據(jù)《河南省“十四五”國土空間生態(tài)修復(fù)和森林河南建設(shè)規(guī)劃》《森林鄭州生態(tài)建設(shè)規(guī)劃（2020 - 2035年）》等政策提出的森林覆蓋率、森林儲(chǔ)蓄量等指標(biāo)要求，將參數(shù)設(shè)置為草地、耕地、建設(shè)用地、其他用地向林地的轉(zhuǎn)移概率增加15%，模擬森林生態(tài)城市建設(shè)下鄭州市2029年的土地利用情況。

表1 情景一和情景二的土地利用面積轉(zhuǎn)移概率（單位：%）Tab.1 Probability of land use area transition in scenario 1 and scenario 2

表2 情景三和情景四的土地利用面積轉(zhuǎn)移概率（單位：%）Tab.2 Probability of land use area transition in scenario 3 and scenario 4

2.2 生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)

構(gòu)建生態(tài)健康評(píng)價(jià)體系是研究的關(guān)鍵。在現(xiàn)有的研究中，“活力—組織力—恢復(fù)力”評(píng)價(jià)體系側(cè)重于生理物理范疇。Rapport[17-19]提出的生態(tài)系統(tǒng)健康（H）包含生態(tài)系統(tǒng)能否滿足人類社會(huì)的需求[20]。本次評(píng)估同時(shí)考慮生態(tài)系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)與生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值，即：“生態(tài)系統(tǒng)物理健康（PH）+生態(tài)系統(tǒng)功能健康（FH）”兩部分組成的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。計(jì)算見公式（1）。

2.2.1 生態(tài)系統(tǒng)物理健康（PH）

生態(tài)系統(tǒng)物理健康包含活力、組織力、恢復(fù)力，計(jì)算見公式（2），其中生態(tài)系統(tǒng)活力（V）使用植物凈初級(jí)生產(chǎn)力（NPP）衡量[21]（表3）。

表3 不同土地利用類型的NPP值[21]Tab.3 NPP values of different land use types

生態(tài)系統(tǒng)組織力（O）：即生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。結(jié)合前人研究[22]，通過Fragstats4.2進(jìn)行測(cè)算，從景觀異質(zhì)性（LH）、景觀連通性（LC）和森林連通性（CC）三個(gè)方面選取SHDI、AWMPFD、FN1、CONT、FN2、COHESION 6個(gè)景觀指數(shù)用于評(píng)估組織力?？紤]到景觀異質(zhì)性與景觀連通性通常呈正向關(guān)聯(lián)，在景觀異質(zhì)性較高的區(qū)域內(nèi)，景觀類型間通常也有較好的連接，兩者同等重要，因此將兩者權(quán)重均設(shè)定為0.35。考慮到森林斑塊是城市生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要提供者，能提高生態(tài)系統(tǒng)的適應(yīng)性，因此將森林連通性的權(quán)重設(shè)定為0.3。由此則有公式（3）。

生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力（R）指生態(tài)系統(tǒng)受到外界干擾后恢復(fù)原有功能的能力，又稱生態(tài)系統(tǒng)的彈性。根據(jù)現(xiàn)有研究確定生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力的量化和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，得出R的數(shù)值[23]，其公式為（4）。其中，Si為第i類土地利用類型的面積；Ri為對(duì)應(yīng)土地利用類型的恢復(fù)力系數(shù)。詳見表4。

表4 不同土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力系數(shù)[22]Tab.4 Ecosystem resilience coefficients of different land use types

2.2.2 生態(tài)系統(tǒng)功能健康（FH）

生態(tài)系統(tǒng)功能健康主要考量生態(tài)系統(tǒng)給人帶來的功能價(jià)值，可通過生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值（ESV）進(jìn)行計(jì)算。本文根據(jù)中國單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表[24]（表5），使用當(dāng)量因子法計(jì)算各土地利用類型的供給、調(diào)節(jié)、支持、文化4類服務(wù)價(jià)值。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子是指生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生生態(tài)服務(wù)相對(duì)貢獻(xiàn)的潛在能力，定義為1 hm2全國平均產(chǎn)量的農(nóng)田每年自然糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[24]，其公式為（5）。式中，Ta表示研究區(qū)在研究期間內(nèi)作物的平均基準(zhǔn)單產(chǎn)，Tb表示對(duì)應(yīng)作物的單價(jià)，1/7指在無人力耕作條件下，自然生態(tài)系統(tǒng)的食物生產(chǎn)服務(wù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值量是人工耕作下的1/7。

表5 中國陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表[24]Tab.5 Ecological service value equivalent table per unit area of China’s terrestrial ecosystems

根據(jù)《 鄭州統(tǒng)計(jì)年鑒》（https://tjj.zhengzhou.gov.cn），鄭州市主要糧食經(jīng)濟(jì)作物為小麥。2009年至2019年鄭州市小麥平均基準(zhǔn)單產(chǎn)為4 708.88 kg/hm2，最低單價(jià)為2.26元/kg，計(jì)算得到單個(gè)當(dāng)量因子的價(jià)值量約為1 520.296元。對(duì)應(yīng)土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總當(dāng)量系數(shù)、對(duì)應(yīng)土地利用類型的面積、單個(gè)當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)價(jià)值量的乘積即為研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量，其公式為（6）。式中，ESV代表生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量，Vi代表第i類土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總當(dāng)量系數(shù)，Ai代表第i類土地利用類型的面積，Ef代表單個(gè)當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)價(jià)值量。

表5中的農(nóng)田、森林、林地、灌草叢、裸地、水系分別對(duì)應(yīng)本研究中土地利用類型中的耕地、林地、草地、其他用地、水域。考慮到高密度城市建成區(qū)內(nèi)的建設(shè)用地難以提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，因此對(duì)該類用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總當(dāng)量系數(shù)賦值為0。將土地利用類型面積和對(duì)應(yīng)系數(shù)代入上述公式，計(jì)算得出鄭州市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地類型變化分析

結(jié)合土地利用模擬結(jié)果及各類土地面積比例（表6，圖4）得知，鄭州市2009 - 2019年間耕地與建設(shè)用地變化趨勢(shì)明顯，耕地降低14%，建設(shè)用地增加11.5%。該變化主要發(fā)生在鄭州市中心城區(qū)與耕地的交界處及市區(qū)東南方向，主因是近10年來鄭州市高速城市化過程中的主城區(qū)擴(kuò)張、鄭汴一體化建設(shè)及鄭州航空港經(jīng)濟(jì)區(qū)的建設(shè)。

表6 土地利用類型面積和比例Tab.6 Area and proportion of land use types

圖4 2029年4種發(fā)展情景下的土地利用類型Fig.4 Land use types under four development scenarios in 2029

2029年自然發(fā)展情景下，與2019年相比，林地增加0.67%，草地增加0.19%，耕地減少5.54%、建設(shè)用地增加4.69%，水域減少0.005%，其他用地增加0.0001%，建設(shè)用地以城市擴(kuò)張的形式增加在主城區(qū)周圍和航空港區(qū)，且原位置為耕地的轉(zhuǎn)化最為常見，城市發(fā)展延續(xù)了前十年的規(guī)律，以減少耕地為代價(jià)不斷擴(kuò)張建設(shè)用地，生態(tài)用地微弱增加，未能跟上城市擴(kuò)張的步伐。

2029年快速發(fā)展情景下，與2019年相比，林地減少6.61%、草地減少1.04%、耕地減少16.55%、建設(shè)用地增加24.2%、水域減少0.008%、其他用地減少0.002%。建設(shè)用地?cái)U(kuò)張對(duì)耕地、林地的破壞程度顯著，主城區(qū)與縣域城市趨向融合，建設(shè)用地大幅增加。

2029年政府引導(dǎo)情景下，與2019年相比，林地增加10.48%、草地增加5.20%、耕地減少12.07%、建設(shè)用地減少3.6%、水域減少0.006%、其他用地減少0.002%。林地、草地均衡增加，建設(shè)用地?cái)U(kuò)張得到有效抑制，新增的林地、草地主要由耕地轉(zhuǎn)化而來。

2029年生態(tài)城市建設(shè)情景下，與2019年相比，林地增加15.38%、草地減少0.90%、耕地減少11.07%、建設(shè)用地減少3.18%、水域減少0.006%、其他用地減少0.002%。生態(tài)城市建設(shè)使得林地有顯著增加，而草地、耕地等有所減少，新增的林地主要由耕地轉(zhuǎn)化而來。

3.2 生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估結(jié)果

根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估結(jié)果（表7），2029年自然發(fā)展情景下的生態(tài)系統(tǒng)功能健康、生態(tài)系統(tǒng)物理健康、生態(tài)系統(tǒng)健康值均有微弱降低，降幅分別為0.27%、0.19%、0.23%，主因是按照當(dāng)前城市擴(kuò)張趨勢(shì)，建設(shè)用地將繼續(xù)增加，耕地將減少，林地、草地、水域等生態(tài)用地受城市擴(kuò)張脅迫緩慢增加。

2029年快速發(fā)展情景下的生態(tài)系統(tǒng)功能健康、生態(tài)系統(tǒng)物理健康、生態(tài)系統(tǒng)健康值均有明顯降低，降幅分別為26.39%、6.47%、17.03%，最不利于生態(tài)系統(tǒng)健康，主因是城市的快速擴(kuò)張侵占了林地、草地，生態(tài)系統(tǒng)物理健康、功能健康也隨生態(tài)用地的減少而大幅降低。

2029年政府引導(dǎo)情景下的生態(tài)系統(tǒng)功能健康、生態(tài)系統(tǒng)物理健康、生態(tài)系統(tǒng)健康值均有明顯增加，增幅分別為32.71%、5.42%、18.28%，此情景下各生態(tài)用地均衡發(fā)展，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值大幅增加，生態(tài)系統(tǒng)健康值也隨之大幅增加。

2029年生態(tài)城市建設(shè)情景下的生態(tài)系統(tǒng)功能健康、生態(tài)系統(tǒng)物理健康、生態(tài)系統(tǒng)健康值均有明顯增加，增幅分別為32.17%、7.17%、19.01%，此情景的生態(tài)系統(tǒng)健康值增幅最佳，主因是林地的大幅增加使區(qū)域活力、恢復(fù)力、生態(tài)系統(tǒng)功能健康大幅增加。

3.3 多情景發(fā)展分析

根據(jù)健康評(píng)估結(jié)果，生態(tài)城市建設(shè)情景下，城市生態(tài)系統(tǒng)健康值增幅最高，達(dá)到19.01%，表明堅(jiān)持生態(tài)城市建設(shè)，加大林地保護(hù)和森林規(guī)劃建設(shè)對(duì)于城市生態(tài)系統(tǒng)健康最有益。政府引導(dǎo)發(fā)展情景下健康值增幅為18.28%，僅次于生態(tài)城市建設(shè)，在提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值方面高出生態(tài)城市建設(shè)情景0.54%，表明該發(fā)展情景下，生態(tài)系統(tǒng)健康度和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值實(shí)現(xiàn)了均衡發(fā)展。然而，在快速發(fā)展情景下，健康值卻降低了17.03%，這表明在快速發(fā)展情景下，建設(shè)用地?cái)U(kuò)張遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了生態(tài)用地?cái)U(kuò)張，對(duì)城市森林生態(tài)系統(tǒng)健康產(chǎn)生了不利影響。

4 土地利用規(guī)劃啟示

4.1 基于生態(tài)系統(tǒng)健康數(shù)值空間分布的土地利用規(guī)劃啟示

根據(jù)鄭州市生態(tài)系統(tǒng)健康值空間分布（圖5），生態(tài)系統(tǒng)健康數(shù)值較高的區(qū)域與森林資源空間分布情況重合。高值區(qū)域主要包含嵩山國家森林公園、西北部黃河沿線區(qū)域、黃河濕地、浮戲山等位置。城市建成區(qū)內(nèi)的高值區(qū)域主要是公園綠地斑塊，但這些斑塊與西部山地、丘陵之間的生態(tài)廊道連接度較低，未形成綠地網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

圖5 生態(tài)系統(tǒng)健康數(shù)值空間分布圖Fig.5 Spatial distribution map of ecosystem health value

通過對(duì)比生態(tài)城市建設(shè)情景和政府引導(dǎo)發(fā)展情景可以發(fā)現(xiàn)，兩者的生態(tài)健康高值區(qū)分布較為穩(wěn)定，并呈現(xiàn)正向分布。在政府引導(dǎo)情景下，鄭州市西南象限（鄭登快速通道沿線）出現(xiàn)大量均質(zhì)化高值區(qū)域。結(jié)合圖4可知，主因是該區(qū)域草地的發(fā)展，而生態(tài)城市建設(shè)場(chǎng)景在此位置則呈現(xiàn)出散點(diǎn)高—高聚類的分布態(tài)勢(shì)。對(duì)城市土地利用規(guī)劃的啟示是：應(yīng)持續(xù)在市域西側(cè)、北側(cè)、西南側(cè)等鄰近生態(tài)源地的中低值區(qū)域增加生態(tài)用地規(guī)劃，以銜接來自西部高值區(qū)域的生態(tài)空間延伸，進(jìn)而提升高值區(qū)域的集聚性。

進(jìn)一步對(duì)比自然發(fā)展情景和快速發(fā)展情景可以發(fā)現(xiàn)，后者的低值區(qū)域在建成區(qū)邊緣出現(xiàn)明顯擴(kuò)張態(tài)勢(shì)，對(duì)以耕地為主體所構(gòu)成的中值區(qū)域造成嚴(yán)重侵蝕，生態(tài)源地邊緣的中高值區(qū)域也被割裂。結(jié)合圖4可知，主因是建成區(qū)與鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)用地的過度開發(fā)占用了原位置耕地，同時(shí)阻隔了林地?cái)U(kuò)張的潛在生態(tài)廊道。對(duì)城市土地利用規(guī)劃的啟示是：應(yīng)嚴(yán)格控制城市邊緣區(qū)的建設(shè)用地開發(fā)，堅(jiān)守耕地紅線，在鄉(xiāng)鎮(zhèn)聚落的集約規(guī)劃建設(shè)方面也應(yīng)避免對(duì)潛在生態(tài)廊道的破壞。

再對(duì)比自然發(fā)展情景和兩類生態(tài)系統(tǒng)健康值較高的情景可以發(fā)現(xiàn)，后兩者的高值區(qū)域在生態(tài)源地與耕地交界處大量擴(kuò)張，并呈集聚分布的趨勢(shì)，且中高值區(qū)域在原有優(yōu)勢(shì)生態(tài)廊道處增加明顯。結(jié)合圖4可知，這種變化的主因是生態(tài)用地?cái)?shù)量和面積的大量增加。對(duì)城市土地利用規(guī)劃的啟示是：應(yīng)持續(xù)增加生態(tài)源地周圍的森林的數(shù)量和面積，同時(shí)加強(qiáng)廊道建設(shè)連接原有孤島綠地，增強(qiáng)城市森林生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力。

4.2 基于森林斑塊演化分析的土地利用規(guī)劃啟示

根據(jù)鄭州市綠色基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)要素分布圖（圖6），可知核心斑塊呈西高東低的分布趨勢(shì)，主要集中在西部山脈和丘陵地區(qū)，這些區(qū)域擁有絕大多數(shù)的森林資源。森林退化表現(xiàn)為大量橋接區(qū)被建設(shè)用地占用，造成了森林斑塊破碎度增加，使得森林邊緣的核心區(qū)轉(zhuǎn)化為孤島。森林覆蓋率增加的主因是原橋接區(qū)（連接橋）大量轉(zhuǎn)化為核心區(qū)，這些橋接區(qū)的擴(kuò)張聯(lián)通了林地孤島和建成區(qū)內(nèi)的林地斑塊，從而使景觀連通性得到較好發(fā)展。

圖6 綠色基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)要素分布圖Fig.6 Distribution map of green infrastructure network elements

對(duì)比生態(tài)城市建設(shè)情景和政府引導(dǎo)發(fā)展情景可以發(fā)現(xiàn)，后者的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值雖高出0.54%，但各生態(tài)用地均勻發(fā)展的模式將阻礙森林斑塊的增加，其生態(tài)系統(tǒng)活力將顯著低于前者，因此健康評(píng)估結(jié)果也將低于生態(tài)城市建設(shè)發(fā)展情景。所以，生態(tài)城市建設(shè)發(fā)展模式最利于城市生態(tài)系統(tǒng)健康。對(duì)土地利用規(guī)劃的啟示是：城市土地利用規(guī)劃應(yīng)與林地的自然增長規(guī)律相匹配，在高增量生態(tài)廊道處增加片林建設(shè)，可實(shí)現(xiàn)指數(shù)增長。同時(shí)，加快橋接區(qū)的發(fā)展以連接林地孤島，為形成更多核心斑塊建立基礎(chǔ)。

進(jìn)一步對(duì)比自然發(fā)展情景和快速發(fā)展情景可以發(fā)現(xiàn)，后者的森林斑塊大量消失，主要表現(xiàn)在主城區(qū)西南方向原屬白廟鎮(zhèn)和岳村鎮(zhèn)區(qū)域內(nèi)的低坡度林地、主城區(qū)西部五云山和萬山區(qū)域的林地、主城區(qū)北部邙山地區(qū)林地、登封市城區(qū)南部大金店鎮(zhèn)和東華鎮(zhèn)內(nèi)的低坡度林地等區(qū)域，以上森林斑塊的消失使主城區(qū)完全孤立于西部山地與北部黃河濕地等高質(zhì)量生態(tài)區(qū)域之外，使得嵩山與箕山之間的連接度大幅降低，城市森林廊道潛在延伸空間被阻隔。對(duì)土地利用規(guī)劃的啟示是：應(yīng)著重控制城市邊緣擴(kuò)張和生態(tài)源地位置的鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)用地增加，從而避免建設(shè)用地對(duì)森林生態(tài)空間和耕地生產(chǎn)空間造成威脅，以達(dá)到保護(hù)林地孤島高危區(qū)和弱抵抗力生態(tài)廊道的目的。

再對(duì)比自然發(fā)展情景和兩類較高生態(tài)系統(tǒng)健康值情景可以發(fā)現(xiàn)，后兩者在生態(tài)用地斑塊上大幅增加，主要增加在龍湖北部區(qū)域、賈魯河沿線綠地、黃河南岸沿岸林地（東起京港澳高速，西至邙山地區(qū)）、南水北調(diào)沿岸綠地、萬山—岵山林地等區(qū)域，且上述區(qū)域構(gòu)成了環(huán)狀綠地系統(tǒng)，使城市綠道與主城區(qū)外側(cè)的森林斑塊緊密連接。對(duì)土地規(guī)劃的啟示是：在潛在城市生態(tài)廊道處規(guī)劃林地，加強(qiáng)城區(qū)與西部森林生態(tài)斑塊的空間連接度以優(yōu)化城市森林生態(tài)空間格局，發(fā)揮森林可持續(xù)化的生態(tài)服務(wù)功能。

5 結(jié)論與討論

本文基于鄭州市的城市規(guī)劃政策和發(fā)展目標(biāo)，設(shè)置了4種不同的城市發(fā)展模式，使用CA-Markov模型，通過設(shè)定各發(fā)展情景下的轉(zhuǎn)移概率模擬未來城市土地利用狀況，同時(shí)構(gòu)建了活力—組織力—恢復(fù)力—生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值模型，對(duì)各發(fā)展模式進(jìn)行城市森林生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)，結(jié)合鄭州市生態(tài)系統(tǒng)健康空間分布和城市森林斑塊分布情況，分析得出有利于城市森林健康的土地利用策略。

評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，相較于2019年，生態(tài)城市建設(shè)情景與政府引導(dǎo)情景的健康值有顯著增加，分別為+19.01%、+18.28%，自然發(fā)展情景的健康值有微弱減少，為-0.23%，快速發(fā)展情景的健康值則大幅減少了17.03%。這表明，堅(jiān)持生態(tài)城市建設(shè)，增加林地核心斑塊的面積和數(shù)量，加強(qiáng)生態(tài)廊道建設(shè)和森林規(guī)劃建設(shè)最利于城市生態(tài)系統(tǒng)健康。對(duì)土地利用規(guī)劃的啟示可從4類區(qū)域概括：（1）對(duì)于耕地生產(chǎn)區(qū)，應(yīng)嚴(yán)格控制農(nóng)村宅基地建設(shè)，推行集約化發(fā)展，嚴(yán)守耕地紅線；（2）對(duì)于城市建成區(qū)，應(yīng)在潛在生態(tài)廊道處規(guī)劃林地，將西部山區(qū)的核心生態(tài)斑塊與建成區(qū)內(nèi)的綠地孤島進(jìn)行有機(jī)銜接，從而優(yōu)化林地空間布局；（3）對(duì)于城鄉(xiāng)緩沖區(qū)，應(yīng)嚴(yán)格控制建設(shè)用地，將城市邊緣區(qū)的村落有序納入城市規(guī)劃建設(shè)，同時(shí)增補(bǔ)耕地；（4）對(duì)于林草生態(tài)區(qū)，應(yīng)在高增量生態(tài)廊道處規(guī)劃林地，拓寬森林發(fā)展空間，同時(shí)控制郊區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)用地的不合理開發(fā)，全面保護(hù)森林邊界。

與前人的研究相比，本研究的意義在于將多情景下的土地利用模擬與MSPA形態(tài)學(xué)分析相結(jié)合，深度挖掘并識(shí)別潛在生態(tài)廊道和高增量生態(tài)廊道，在土地利用規(guī)劃策略上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)瞻性規(guī)劃，將林地資源規(guī)劃至關(guān)鍵區(qū)域以獲取最大化的林地?cái)U(kuò)張?jiān)鲆?，從而高效增加城市核心斑塊的面積和數(shù)量，進(jìn)而優(yōu)化城市的林地空間布局，達(dá)到提升城市森林生態(tài)系統(tǒng)健康的目的。未來的工作包括：（1）采用更高精度的土地利用類型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以準(zhǔn)確識(shí)別小型生態(tài)廊道、潛在橋接區(qū)和薄弱橋接區(qū)，用以指導(dǎo)林地高增量區(qū)和薄弱區(qū)的林地規(guī)劃建設(shè)；（2）在評(píng)價(jià)體系方面，使用動(dòng)態(tài)模型評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)的活力和恢復(fù)力，并充分考慮社會(huì)驅(qū)動(dòng)因素的影響；（3）在土地利用模擬方面，將通過梯度設(shè)定轉(zhuǎn)移概率，獲取更全面的土地利用模擬結(jié)果。

注：文中圖表均由作者自繪。