基于生物多樣性保護的曹妃甸新區城鎮用地規劃研究

王洪新，路建國，張 利，門明新，霍習良

（1．河北農業大學 國土資源學院，河北 保定071000；2．山東省土地勘測規劃院，濟南250014）

改革開放以來，隨著人口的快速增長和經濟的高速發展，土地資源的合理開發和利用已經成為國內學者關注的焦點。為了滿足各行業的發展需求，城鎮用地將不斷擴張。與此同時，我國現階段生態環境問題眾多，一是自然生態環境的脆弱性與迫切的經濟開發利用之間的矛盾持續升級［1］；二是生態環境持續退化與自然資源短缺所導致的局部與全局、眼前與長遠利益之間的矛盾不斷加劇［2］；三是提出生態功能的重要作用與人為生態破壞之間的矛盾更加尖銳等問題。城市生態環境對城市發展有著深刻的影響，它既是城市發展的條件，又是城市發展的結果［3］。如果在擴張的過程中，對擴張的方向和規模進行適當引導，可以使城鎮用地布局更加合理，更能保證土地利用的可持續性。從可持續發展的角度，進行生態安全格局［4］研究是十分必要的，未來城市的發展仍需以生態安全為宗旨，從生態環境保護與建設協調發展的角度出發，進一步改善傳統規劃方案，合理配置城鎮用地。本文以曹妃甸新區為研究區，在分析生態環境的基礎上，運用景觀安全格局理論，以生物多樣性保護為目標構建生物多樣性安全格局，據此配置城鎮用地。景觀安全格局理論與土地利用總體規劃相結合能滿足生態文明建設和社會經濟發展的需求，為曹妃甸新區可持續發展提供理論支撐和技術支持。

1 研究區概況

曹妃甸新區位于河北省唐山市南部沿海，現管轄“兩區一縣一城”，即唐山市曹妃甸工業區、南堡經濟開發區、唐山市唐海縣和唐山市曹妃甸新城，研究區面積11 943．72km2，陸域海岸線約80km，常住人口約22萬人。曹妃甸新區毗鄰京津兩大城市，距唐山市中心80km，距北京220km，距天津120km，距秦皇島170km。2009年，唐山市曹妃甸新區完成固定資產投資近1 100億元，2010年完成1 600億元。該區第二、三產業發展迅速，到2010年第一產業，第二產業，第三產業占 GDP比例分別為19．45%，41．52%，39．03%。

2 研究方法

景觀安全區域（SP）是景觀中某種潛在的空間格局，它們由景觀中的某些關鍵性的局部、位置和空間聯系所構成，是判別對某種生態過程的健康與安全具有關鍵意義的景觀格局［5］。

2．1 景觀安全格局構建

（2）建立阻力面：對環境的利用被看作是對空間的競爭性控制和覆蓋過程，而這種控制和覆蓋必須通過克服阻力來實現，阻力面反映了物種空間運動的趨勢，最為常用的是最小累積阻力［7－8］這一模型（minimum cumulative resistance，簡稱 MCR），基本公式如下：

式中：f——一個未知的正函數，反映空間中任一點的最小阻力與其到所有源的距離和景觀基面特征的正相關關系；Dij——物種從源j到空間某一點所穿越的某景觀的基面i的空間距離；Ri——景觀基面i對某物種運動的阻力。

（3）判斷景觀安全格局

景觀安全格局的核心問題是在空間上如何確定不同安全水平的景觀空間區域，其中包括“源”與“源”之間連接的確定、緩沖區范圍的確定和景觀安全空間突變點的確定。景觀安全格局依據這些組分的不同參數分為3個安全等級：低等安全水平的區域、中等安全水平的區域和高等安全水平的區域。

低等水平的安全區域只能保證最基本的源間連接的存在，而不能保護眾多的輻射道，其生態環境是脆弱的，容易受到破壞而導致生境的崩潰，其形態往往呈現島嶼狀［9］，在空間表現上只剩下幾個生態節點和幾條生態廊道。中等水平的安全區域不僅能保證基本的源間連接的存在，而且能夠保護大部分的輻射道，為生物遷移和運動提供了相當大的活動空間，其生態環境是良好的，生態系統穩定性高且恢復性強，其形態往往呈現網絡狀［10］，空間表現上是幾塊生態保護區連成一體，交流順暢。高等水平的安全區域不僅為最大可能遷移路徑預留了空間，同時為相對低概率的遷移保存了相當大的運動空間，其生態環境優異，生態系統穩定性極高且恢復性極強，其形態往往呈現蔓延狀［11］，空間形態表現為少量的人類活動區存在于大型生態保護斑塊之間。

2．2 景觀生態理論與土地利用規劃結合可行性分析

景觀生態規劃與土地利用規劃具有一定的相似性又各具特點。土地利用規劃是在一定區域內，根據國家社會經濟可持續發展的要求和當地自然、經濟、社會條件對土地開發、利用、治理、保護在空間上、時間上所作的總體的戰略性布局和統籌安排［12］。目前，我國土地利用規劃的重心仍在城鎮建設用布局上，主要目的是保障城鎮發展空間。而景觀生態規劃則是通過對各項生態要素進行合理的布局和安排，調整人類與環境的關系，維護生態系統的平衡，重點是要保證人類生存的可持續發展［13］。景觀生態規劃和土地利用規劃的相似性表現在社會經濟、環境效益統一，但規劃的重點各不相同，景觀生態規劃致力于將景觀生態學的思想和原理滲透到城鎮規劃的各個方面［14］，而土地利用規劃相對復雜，考慮因素較多，如果能將景觀生態理論和方法融入土地利用規劃中，就可以借助景觀生態規劃的思想和成果綜合考慮社會經濟發展與生態環境保護，將土地空間利用和社會經濟之間的矛盾最小化，使城鎮獲得更高的生態價值和生態潛力。

3 生物多樣性保護安全格局構建

3．1 物種的選擇

當前，城市化地區大尺度生物多樣性的保護和管理面臨的一個主要問題是由于技術、資金、時間的限制，無法對研究區內的所有，甚至大部分的物種開展長期的觀察與研究。在數據相對缺乏，且物種棲息地面臨著嚴重威脅的情況下，焦點物種不失為一種高效可行 的 途 徑［15－17］。 確 定 本 次 焦 點 物 種 的 選 擇 標準［18］：物種的稀有性和特有性，受威脅的狀態及在其他生態系統和群落中的地位。對其他物種及各類棲息地具有指示作用，可以代表一類典型棲息地。

根據上述焦點物種的選擇標準，對于植物而言一般喬木生活史時間較長，對干擾的反映不易觀察；而灌木和草本植物對生境、對其他物種的代表性不強，所以本研究不選擇植物作為焦點物種。大量查閱相關研究和當地文獻資料可知：曹妃甸新區的野生陸生動物，以狐、兔為主，不具備物種的稀有性，因而不以其為焦點物種。兩棲類由于自身特點對水質的要求較高，然而曹妃甸新區淡水資源缺乏，并且污染嚴重，也不選為焦點物種。魚類的棲息地較為單一，不具有物種代表性。曹妃甸的鳥類保護級別甚高，其中唐海濕地已成為鳥類南北遷移，尤其是東亞—澳大利西亞候鳥遷飛路線上的重要中轉站和部分鳥類越冬棲息地。此外，根據現有的研究，鳥類也是反映城市及周邊生態環境是否良好的指示物種，且從現有的研究與實踐來看，受農業和人類活動影響較大的地區多選鳥類為焦點物種。通過對曹妃甸鳥類的生物習性、生態特征、棲息地類型等進行分析歸類，最終選取丹頂鶴為焦點物種。

這次事件，讓我明白了很多。班主任作為班級管理的第一責任人，要敢于承認自己的錯誤，和學生站在一條線上，用自己真誠的行為打動學生。這種榜樣的力量會有更強的感染力，無形中會讓學生對你敞開心扉，把班級當成自己的家，從而有利于班級的管理和良好班風的形成。

3．2 焦點物種棲息地適應性評價

丹頂鶴的食物主要是淺水的魚蝦、軟體動物和某些植物根莖，其棲息地主要為沼澤和沼澤化的草甸，也棲息在湖泊河流邊的淺水中，蘆葦蕩的沼澤地區，或水草繁茂的有水濕地。通常棲息地有較高的蘆葦等挺水植物以利于隱蔽，便于其生活和繁殖。

丹頂鶴的適宜生境與水體分布、土地類型密不可分；人類活動也影響著丹頂鶴的棲息，它喜歡在遠離人類活動的區域棲息。丹頂鶴生境的影響因素中，與城鎮用地分布具有較強相關性的依次為距城鎮最近距離、距城鄉主干道最近距離和距省級以上公路最近距離［19］，最佳人類干擾距離應大于500m。以丹頂鶴為代表，根據丹頂鶴的生活習性進行棲息地適宜性評價，具體的評價因子和權重見表1。

3．3 保護“源”的確定

曹妃甸新區的鳥類自然保護區沿曹妃甸新區東南至西北依次排開，為丹頂鶴提供了豐富的食物來源和必需的開闊棲居場地，通過適宜性分析并參考專家意見選取石臼坨鳥類自然保護區、唐海濕地鳥類自然保護區以及草泊水庫作為生物保護安全局的源。

表1 丹頂鶴棲息地適宜性分析

3．4 阻力面的建立

在確定了保護“源”后，用最小累積阻力模型來建立阻力面，該模型的關鍵是要對研究區的阻力等級進行評價，由于保護“源”主要分布在平原地區，難以用坡度段來確定相對阻力值，因此本文不選坡度為評價因子；土地利用類型與“源”中的景觀類型特征越接近，其對物種運動和擴散的阻力就越小；受人類的干擾影響較大的景觀類型，針對保護“源”而言阻力值較大，還有其他評價因子如水文地質、土壤侵蝕等，鑒于可操作性，本文暫時考慮選取土地利用類型作為阻力因子，根據植被類型與人類活動干擾強度的大小，將研究區的土地利用類型劃分7個等級，并根據相關資料擬定相對的阻力系數（表2），用ArcGIS軟件分別制作阻力因子的分級圖層，形成以柵格方式存儲的景觀單元阻力分級圖，在景觀阻力分級的基礎上，考慮保護“源”與距離的遠近關系，采用最小累積阻力模型建立景觀阻力面分布圖（圖1）。

圖1 阻力面分級圖

表2 丹頂鶴空間運動阻力因子與阻力系數分析

3．5 生態廊道建設

廊道是對景觀的連接性以及物種的遷徙與擴散具有關鍵性作用的線性景觀元素，主要包括各級別河流廊道和防護林網等。雙龍河、青龍河、溯河、小清河、輸水干渠、排水渠、泄洪道、鐵路綠化帶、高速公路綠化帶、基礎設施廊帶是曹妃甸新區的主要縱向廊道。唐海濕地和鳥類自然保護區及其補水區，草泊水庫，曹妃甸新城東部大清河河流河口地區及石臼陀三島保護區，是曹妃甸新區生物保護的重點源區，為了對抗景觀破碎化，需在相對孤立的棲息地斑塊之間建立聯系，加強源區之間的景觀連接性，一個重要空間戰略是確定兩個“源”之間的最短路徑并建立橫向廊道系統；戰略點則是對于整體生物多樣性保護和形成景觀基礎結構具有重要作用的位置，包括生物廊道的交匯處、生物廊道和城市道路的交叉點等。曹妃甸生態城，南堡鹽場，曾家灣飲用水源保護區，五農場、九農場和十一農場的平原水庫，七農場通港水庫，十一農場落潮灣水庫則是曹妃甸新區重要的戰略點（附圖14a）。

3．6 生物多樣性安全區域的劃分

根據已經確定的“源”和建立的阻力面判別緩沖區、廊道、輻射道、戰略點。將水庫、河口濕地設為低水平安全區域；低水平安全區域周圍3km范圍內能為物種提供棲息地的水田，養殖水面，荒草地、林帶等為中水平安全區域；中安全區域周圍5km范圍內能為物種提供棲息地的水田，養殖水面，荒草地、林帶等為高水平安全區域，最終形成曹妃甸的生物多樣性保護安全格局（附圖14b）。

4 基于生物多樣性保護安全格局的城鎮用地布局

4．1 各等級生態安全區域的土地利用現狀分析

將生物多樣性保護安全區域與2010年土地現狀數據進行疊加，對土地利用的現狀進行分析，獲得三種安全區域范圍內的土地利用類型。通過對比分析，在高等安全區域、中等安全區域和低等安全區域內建設用地所占比例分別為19．06%，11．50%和4．91%；建設用地比例自高等安全區域到低等安全區域依次遞減，建設用地主要分布在高等安全區域和中等安全區域，具體分析見表3。城鎮建設是一個動態的過程，要結合經濟發展狀況對城鎮的規模、發展方向、發展時序做出統籌安排［20］。自2005年以來，曹妃甸新區基礎設施開始施工建設，近期發展迅速。從分析結果可知，曹妃甸新區城鎮用地的發展還未侵害到生態安全區域的核心。作為國家級循環經濟示范區和生態宜居濱海新城，對其進行生態安全格局的研究是十分必要的。

4．2 城鎮發展規模和空間格局

4．2．1 建設用地需求量的確定 依據《唐山市城市總體規劃》（2008—2020年），曹妃甸新區2020年總人口規模（包括獨立工礦點人口）為130萬，用地規模424．50km2。具體指標分配見表4。4．2．2 生物多樣性保護格局約束下的城鎮用地布局

表3 生態安全格局下的建設用地現狀

表4 曹妃甸新區建設用地標準

生物多樣性保護格局約束下的城鎮用地布局預測，實際上是將生物多樣性安全格局作為約束條件的城鎮用地布局。首先進行城鎮擴張模擬，即將生物多樣性安全格局作為擴張的空間阻力，模擬城鎮現狀用地在生物多樣性保護約束下的發育過程，再結合基本農田保護，對城鎮用地擴張區域進行調整。本文應用最小累積阻力模型進行城鎮空間擴展模擬。模擬過程如下：

（1）源的確定。以2010年的現狀城鎮區域作為建設用地擴張的源。

（2）影響因素分析。分析影響城鎮擴張的要素，確定不同要素對城鎮擴張的阻力大小。城鎮作為區域的中心，其發展往往與道路的走向聯系緊密。通常情況下，交通干線周圍地區最具有城市化潛力，其城鎮擴展的阻力小。基本農田保護區作為城鎮擴張的絕對性限制因子，對城鎮發展方向影響巨大。城市規劃作為城鎮擴張的導向因子，對城鎮的發展起著推動作用（表5）。

表5 城鎮建設用地擴張安全格局阻力

（3）模擬城鎮擴張格局。由布局分析可以看出（附圖14c），城鎮建設用地首先占用高安全區域以外的區域，能夠符合“一核兩帶”的格局要求。“一核”包括即將成為京津冀城鎮群重要的國際港口城市的曹妃甸新城、曹妃甸工業區和唐海縣城，是曹妃甸新區的龍頭和引領地區發展的引擎，是支撐唐山南部地區快速發展的“極核”，充分展示了港口、港區、港城的有機結合。其在區域中的地位，也充分體現了這個核心對新區、唐山沿海地區，乃至環渤海內灣地區的影響，并將在環渤海區域未來的發展中發揮支撐和輻射作用。“兩帶”包括北部城鎮發展帶和南部沿海產業發展帶。城鎮發展帶以曹妃甸新城為龍頭，唐海縣城為輔，向東對接樂亭新區和秦皇島，向西對接唐山中心城區，形成新區北部城市生活服務帶，依托京秦城際鐵路和區域中心城市對接。產業發展帶以曹妃甸工業區為龍頭，向西至南堡開發區，對接天津濱海新區。產業發展帶涵蓋了我國北方國際航運中心重要組成部分的曹妃甸深水港和將成為世界級重化工業基地的曹妃甸工業區，作為拓展曹妃甸港口職能的載體，和天津濱海新區共同承接區域產業高地的作用。

對于建設用地壓占生態網絡的區域，在新區內必須進行生態綠地建設，保護生態廊道，保證城鎮發展和生態環境的安全性。在低等安全區域內建設用地呈中心組團式分布，曹妃甸新城發展迅速。對于該區域內的建設用地應實行嚴格控制，防止建設用地蔓延，隨著經濟的發展適當調出。中等安全區域內主要改善植被群落組分結構，加寬景觀元素的連接廊道，在城鎮建設用地布局上避開生態敏感區域。高等安全區域內建設防護林體系，城鎮建設用地規劃遠離生態敏感區，如在關鍵地點設置生物穿越設施，引導動物走已設置的廊道系統。

5 結論與討論

（1）在曹妃甸新區建設國際生態城的背景下，將景觀生態學與城鎮規劃融合，引入景觀安全區域理論，在此基礎上進行城鎮用地的布局并對城鎮擴張方向進行控制。運用此種方法將土地的開發建設控制在生態敏感格局內，保證建設的安全進行，并且從空間上緩解社會經濟發展和生態自然環境之間的沖突。與傳統意義上的規劃不同，與景觀生態學結合的土地利用規劃首先劃定出對人類安全有威脅的、不利于建設的區域，以及保障景觀生態質量條件的保護區域。這兩個區域都不應作為城鎮發展的優先考慮位置，利用空間模擬完成用地空間布局。

（2）對曹妃甸新區基于生物多樣性保護格局的城鎮用地布局分析可以證明，土地生態安全區域是實現“精明的保護”與“精明的增長”的有效途徑。生態環境保護和建設占用之間的矛盾并不是不可調和的，在建設生態文明的背景下，在遵循生物過程的基礎上，可以通過科學合理的空間格局規劃，用盡可能少的土地實現生態效益和社會效益。

（3）景觀安全區域的理論方法為城鎮規劃的研究提供了新的思路。本文嘗試以生物多樣性保護為目標構建了曹妃甸新區的生物多樣性保護安全區域，對緩解曹妃甸新區社會經濟發展用地和生態環境保護用地之間的矛盾，實現人居環境的可持續發展具有重要現實意義。

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