人居生態環境評價中的生態輻射模型研究
——以深圳市龍崗區為例

解宇峰,李德波,馬曉明,張書海

(1.環境保護部南京環境科學研究所,江蘇 南京210042；2.北京大學深圳研究生院,廣東 深圳 518055；3.北京大學城市與環境學院,北京 100871)

人居生態環境評價中的生態輻射模型研究
——以深圳市龍崗區為例

解宇峰1*,李德波1,馬曉明2,張書海3

(1.環境保護部南京環境科學研究所,江蘇 南京210042；2.北京大學深圳研究生院,廣東 深圳 518055；3.北京大學城市與環境學院,北京 100871)

當前研究者往往是把生態用地質量評價同人居環境質量評價各自分隔開來進行研究,而沒能很好的把二者結合起來.本研究將生態輻射的概念引入人居生態環境評價中,利用GIS技術構建了生態輻射模型,并以深圳市龍崗區為例進行了分析.在生態輻射模型中將城市用地分為生態用地和建設用地兩類,以建設用地作為人居用地來進行研究.對不同大小的生態用地斑塊提出不同的服務半徑,作為生態用地的輻射范圍,其大小決定于生態用地的斑塊大小和土地類型.模型計算結果顯示,生態用地分布較為均勻的坪地街道,其森林覆蓋率雖然比大鵬街道要低,但生態輻射強度值卻略高于后者,這說明本研究建立的生態輻射模型有一定的合理性,能夠反映生態用地分布均勻程度對人居環境的影響,為人居生態環境研究提供了新的思路.

深圳市；人居生態環境；生態輻射；地理信息系統

Abstract：The concept of ecological radiation was proposed first time in this study for ecological environmental assessment of human settlement. The GIS technology was used to develop the ecological radiation model (ERM). The urban land was classified into two categories in ERM, including ecological land and construction land. The construction land was viewed as human settlement in the current study. The ecological radiation extension of each land depends on its size and type and the land type was treated as weights in the model. According to the ecological urban construction theory and practical application examples, the ecological land with various sizes has different extension of ecological service, which is represented as radius in ERM. The Longgang District of Shenzhen City was taken as a case study to demonstrate the application of the proposed model. The ERM results showed that the developed model could reflect the effects of ecological land patterns to human settlement and, thereby, provides a new method for ecological environmental assessment of human settlement.

Key words：Shenzhen City；human settlement；ecological environmental assessment；ecological radiation；GIS

當前,對人居環境的研究已成為一個熱點.不同研究者從人居環境的理論[1-3]、人居環境評價模型與指標體系[4-7]、人居環境規劃與評價的實踐[8-12]等方面進行了探索,對城市人居環境、居住區環境、水網平原區人居環境質量評價方法進行了研究,在杭州、上海、大連、常德等城市開展了實踐.但在當前的人居生態環境評價研究中,研究者往往是把生態用地的質量評價同建設用地(居住區)的質量評價各自分隔開來進行研究,而沒能很好的把二者結合起來.事實上,有關生態系統服務功能的研究[13-16]有很多,但生態系統服務功能對人類的作用機理方面的研究很少被關注,本研究借鑒生態服務半徑相關理論[17-23],利用地理信息系統(GIS)技術[23-24],通過建構生態輻射模型,嘗試把生態用地同建設用地二者聯系起來.

本研究提出了生態輻射的概念,建立了生態輻射模型,用生態輻射強度值來表示,并引入到人居生態環境評價工作中.生態輻射的概念能夠反映生態用地分布對人居環境的影響,體現景觀生態學中“集中與分散相結合”的原則.它是衡量城市綠地分布均勻與否的一個方法,落實景觀生態學“集中與分散相結合”原則的一次嘗試.

1 模型簡介

生態輻射強度是指具有生態功能的土地斑塊,對建設用地斑塊產生的作用強度.生態輻射強度基于以下假設:

(1) 所有土地類型斑塊分為生態用地和建設用地兩種,根據全國土地分類辦法,把除了建設用地的大類之外的統歸為生態用地.

(2) 建設用地包括多種類型,但本研究將其簡化,將建設用地統一作為城市人居用地.人居生態環境評價主要是評價生態用地對城市人居用地(建設用地)的生態影響.

(3) 生態輻射強度受到生態用地斑塊類型、生態用地斑塊面積(A)以及生態用地與建設用地斑塊的距離(s)三個方面的影響.模型如下:

式中:ER為生態輻射強度;Ecotype代表斑塊生態類型;A代表斑塊面積;s代表斑塊的生態輻射范圍(距離).

本研究中“生態用地斑塊類型”采用中華人民共和國國土資源部頒發并于2002年試行的全國土地分類(過渡期間用),各種斑塊類型的權重賦值參考深圳市生態規劃中的有關數據,并結合專家評估法確定,見表1.

生態用地斑塊面積大小及相應權重賦值采用專家評估法確定,見表2.

生態用地與建設用地的距離用生態輻射范圍來衡量.本研究參考多個生態區建設規劃的研究成果,以及服務半徑理論的相關研究[17-23],提出生態輻射范圍如下:

斑塊面積大小等級為 1等的生態斑塊輻射范圍是3km,2等的輻射范圍是2km,3等的輻射范圍1km,4等的輻射范圍是0.5m.輻射范圍是指從生態用地斑塊的邊緣向斑塊外側延展的距離.為了便于計算和更加客觀的描述,分級計算輻射范圍.例如,某一生態用地斑塊大小為30hm2,那么它為 1等面積的斑塊,輻射范圍 3km,3km中分為0～0.5km, 0.5～1km, 1～2km,2～3km四個級別的輻射段.采用專家評估法確定各級別距離權重,其中0～0.5km的輻射段的距離權重為1, 0.5～1km的距離權重為1/4,1～2km距離權重為1/9, 2～3km距離權重為1/16.如表3所示.

表2 斑塊面積大小權重賦值Table 2 Patches’ area and weight value

基于以上的模型假設,采用2006年深圳市龍崗區南灣、坪地和大鵬三個街道的土地利用調查矢量數據,通過Arc GIS info 9.1軟件來計算生態輻射強度.技術流程如下:

① 利用selection by attributes工具提取具有生態輻射功能的斑塊;

② 在生態輻射功能地塊屬性中增加地塊面積規模、地塊類型級別屬性字段;

③ 按照面積規模對生態輻射功能地塊進行分組;

④ 按照生態地塊類型對生態輻射功能地塊進行分組;

⑤ 對 2、3兩步驟的分組結果進行 merge操作,建立分析斑塊組;

⑥ 分別針對不同的斑塊組進行buffer操作,并根據面積分組進行二次、三次、四次 buffer運算;

⑦ 對二次、三次、四次buffer運算進行權重計算;

⑧ 利用union工具對緩沖區進行空間疊加;

⑨ 利用calculate中的加法對 union疊加的結果進行計算,得到區域生態服務質量空間分布.

表3 斑塊的輻射范圍及權重賦值Table 3 Radiation distance and weight value

2 研究區域概況

本研究選取深圳市龍崗區的 3個植被覆蓋率不同的街道南灣街道、坪地街道和大鵬街道進行研究(圖1).

該區屬南亞熱帶海洋性季風氣候.日照充足,雨量充沛,氣候溫和.多年平均氣溫 22℃,無霜期達355d.每年的4～9月為雨季,10月至次年3月為旱季,年均降雨量 1993mm.境內有龍崗河、坪山河、布吉河、崗頭河、坂田河、觀瀾河等河流.土壤以赤紅壤為主,其余為紅壤和黃壤.目前經常發生的水土流失現象主要分布在丘陵地區.植被屬于亞熱帶常綠季雨林,由于雨量充沛,植被覆蓋率較高,在低丘陵上主要為人工桉樹林、相思林及荔枝、龍眼、芒果等果林等.

圖1 研究區示意Fig.1 The location of study site in Shenzhen city

南灣街道與羅湖區相望,轄區內交通四通八達.街道轄區總面積 24.68km2.地貌以丘陵為主,地勢西北高,東北低,母巖為砂頁巖及花崗巖,屬中國東南沿海構造地震帶外帶,位于布吉-松子坑斷裂帶上.

坪地街道地處深圳經濟特區通往惠州、河源、梅州等地的交通要道,深惠一級公路和惠鹽高速公路貫穿全街道.街道面積 57.6km2.地貌以低丘、川地為主,四周群山環繞,中間一馬平川,地勢極其平坦,坪地也因此而得名,非常適合農業生產.

大鵬街道于2004年由大鵬鎮改設而成,距離深圳市區48公里,總面積82.81km2.區內各類基礎設施配套完善并適度超前,實現了基礎設施建設超前化、旅游開發區域化、工業開發集中化、農業發展基地化、商貿發展規模化、民宅建設城市化,走上了一條經濟快速發展、環境綜合保護、土地集約利用的可持續發展的路子.

3 結果與討論

從表4,表5,圖2可見,南灣、坪地和大鵬3個街道的生態輻射強度值(標準值)分別為0.548、1和 0.696.坪地街道的生態輻射強度值最大,大鵬街道次之,而南灣街道最低,并且 3個街道的值相差不大.從表 5來看,南灣街道的生態輻射面積以及建設用地上的生態輻射面積總量都是最低的,得分值相應也是最低;大鵬街道總的生態輻射面積最大,但是建設用地上的生態輻射面積還是低于坪地街道,并且生態分級中,3級和4級所占的絕對面積坪地街道都是遙遙領先于大鵬街道的,最終使得坪地街道的生態輻射強度值是 3個街道中最高的.究其原因,本研究認為是坪地街道較為均勻的生態用地分布以及大塊的生態用地造成的,而大鵬街道雖然森林覆蓋率最高,但其主要生態用地林地主要集中于北部和西部,分布并不均勻,使得大鵬街道的生態輻射強度值處于第2位.

表5 評價區域生態輻射面積及強度評價結果Table 5 Assessment result of ecological radiation area

從另外一個角度分析,南灣、坪地和大鵬3個街道中,受到輻射的建設用地占建設用地總量的比例分別為88.9%、90.5%和90.5%.這一方面印證了3個街道生態輻射強度值差別不大,另一方面也能看出,雖然大鵬街道的總生態輻射強度值低于坪地街道,但由于大鵬街道生態用地斑塊大,建設用地總面積相對小,所以最終產生了如此的結果.

圖2 評價區域生態輻射強度評價結果示意Fig.2 Assessment result of ecological radiation

4 結論

4.1 本研究建立的生態輻射模型有一定的合理性,能夠反映生態用地分布均勻程度對人居環境的影響體現了景觀生態學“集中與分散相結合”的原則,為人居生態環境研究提供了新的思路.

4.2 生態輻射的概念是首次提出的,新生事物的不足需要更多人來補充完善.在本研究中,生態輻射強度值大小只考慮了生態用地的類型、面積大小和輻射距離,但是沒有考慮生態用地斑塊的形狀(例如狹長型的斑塊,尤其像河流類型).事實上,生態用地的形狀對生態輻射的范圍也同樣起著重要的作用,以后的研究可以在模型中補充生態用地的形狀因子.另外,生態輻射的范圍也不是簡單的0～0.5km、0.5～1km、1～2km、2～3km這幾個區間能夠描繪的,它應該是一個連續的函數,如何定義這個連續函數以及怎樣實現它都有待進一步研究.最后,把建設用地等同于人居用地來考慮,這在研究中可能包含著一定的不確定性.在條件許可時,應該用分辨率更高的影響資料進行分析,并把建設用地中的不同小類加以區別對待.

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Ecological radiation model research in human settlement ecological environment assessment: a case study of Longgang District of Shenzhen City.

XIE Yu-feng1*, LI De-bo1, MA Xiao-ming2, ZHANG Shu-hai3

(1.Nanjing Institute of Environmental Sciences, Ministry of Environment Protection, Nanjing 210042, China；2.Shenzhen Graduate School, Peking University, Shenzhen 518055, China；3.College of Urban and Environment, Peking University, Beijing 100871, China). China Environmental Science, 2010,30(2)：279～283

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A

1000-6923(2010)02-0279-05

2009-06-30

* 責任作者, 碩士, pkuyufeng@163.com

解宇峰(1982-),男,安徽太和人,碩士,主要從事生態環境規劃、水污染防治等研究工作.