平頂山新區生態用地的識別與安全格局構建

周 銳，王新軍，蘇海龍,*，婁翼來

1 復旦大學城市規劃與發展研究中心, 上海 200433 2 復旦大學環境科學與工程系, 上海 200433 3 中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所, 北京 100081

平頂山新區生態用地的識別與安全格局構建

周 銳1,2，王新軍1,2，蘇海龍1,2,*，婁翼來3

1 復旦大學城市規劃與發展研究中心, 上海 200433 2 復旦大學環境科學與工程系, 上海 200433 3 中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所, 北京 100081

生態用地對城市生態安全具有重要意義，關鍵性生態用地的識別與安全格局的構建是實現城市精明增長和生態保護的重要途徑。以河南省平頂山新區為例，結合GIS(Geographic Information System)空間技術，分析得到基于水資源安全、地質災害規避、生物多樣性保護三種單一過程的生態用地，進而綜合疊加并重分類為理想型、緩沖型和底線型三類生態用地，并以底線型生態用地為源，現狀土地覆被為阻力因子，應用最小累積阻力模型構建了平頂山新區生態用地的安全格局。結果表明：新區內最小生態用地，即底線型生態用地的面積為88.44 km2，占研究區總面積的29.35%；緩沖型和理想型生態用地的面積分別為22.28 km2和43.87 km2。確定了三種安全水平的生態用地范圍、“源”與外部聯系的輻射道、“源”間連接的生態廊道、關鍵的生態節點等。關鍵性生態用地綜合安全格局的構建，旨在為研究區城市生態規劃和城鎮空間布局規劃等提供科學參考。

生態用地; 安全格局; GIS; 生態底線; 平頂山新區

自然生態系統的生態過程及其所提供的生態服務是人類賴以生存的恩惠之源，維持生態系統服務功能是實現區域可持續發展的基礎[1-2]。然而長期以來，生態系統的服務功能并未受到應有的重視，并隨之產生一系列的生態問題[3]，尤其是近年來，隨著我國城鎮化進程的不斷提速，高強度的人類活動極大地改變了自然生態系統的結構，降低了生態系統的服務功能，進而嚴重威脅區域生態安全與可持續發展。在此背景下，對維護城市生態安全具有重要意義的“生態用地”一詞在2000年國務院發布的《全國生態環境保護綱要》中被首次提到，此后，眾多學者基于不同的專業背景和研究目的，對生態用地的內涵展開大量研究[4-6]，并一致認為在未來的快速城鎮化過程中，區域和城市中保留必要的生態用地對于維持生態系統健康和促進人類社會可持續發展具有重要作用[7-8]。在前人研究的基礎上，本文將生態用地界定為：在不同空間尺度上，具有重要的生態系統服務功能或生態敏感性較高、生態環境較為脆弱，對維護區域關鍵生態過程發揮重要作用的土地單元。它承擔著維護城市生態安全和健康的使命，并為社會提供必需的生態空間服務，是區域生態系統持續提供生態服務功能的基本保障[9]。從上述定義可以看出生態用地并不是簡單地提取某一類或某幾類土地，而是在對土地自身的生態功能重要性、敏感性和自然屬性等綜合評價的基礎上，強調關鍵生態過程的保護，進而得到的對區域生態建設有重要意義的空間單元[10]。因此，確定區域內的生態用地，特別是維護區域生態安全的關鍵性生態用地的識別與保護，對城市的可持續發展具有重要的現實意義。

作為社會經濟和人口規模發展到一定程度的現代城市發展的必然選擇，城市新區在開發前通常具有良好的生態環境和豐富的自然景觀資源。為盡可能避免老城區發展過程出現的一系列生態環境問題，在新區規劃和建設前，應該優先識別和保護對維護區域生態安全具有至關重要作用的生態用地，并在此基礎上構建生態安全格局，以建成自然運行過程良好的生態新區，這是實現區域可持續發展的基本保障和重要途徑。本文以河南省平頂山新區為例，基于生態需求的角度，利用GIS空間分析技術和景觀安全格局理論方法，探索并試圖回答城市新區開發建設和生態保護過程中的兩個關鍵問題：一是區域中哪些生態用地是關鍵的不可替代的，需要持續存在以維護城市生態系統的基本服務功能？二是如何構建關鍵性生態用地的景觀安全格局，以實現城市精明增長與生態保護的雙贏？

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區概況

新區位于平頂山市老城區的西側，總面積約301.28 km2，截至2010年底，新區范圍戶籍人口約50.91萬，常住人口約36.94萬。新區行政區劃涉及新城區，新華區的青石山街、湖濱路街、西高皇街、焦店鎮、滍陽鎮，寶豐縣城及鐵路街道、周莊鎮、鬧店鎮、楊莊鎮、肖旗鄉，魯山縣的張良鎮、辛集鄉、磙子營鄉、馬樓鄉，湛河區的姚孟街道、九里山街、北渡鎮和曹鎮鄉。新區距鄭州、洛陽、南陽等城市均在130 km左右，位于全省產業布局的京廣產業帶上。區內焦枝、孟平鐵路穿境而過，寧洛、鄭堯高速公路交匯，蘭南高速穿過市區東部，國道G311和省道S231、S236、S242、S329、S241與城市主干道交匯。區內自然山水景觀資源豐富，野生動物眾多，地質條件良好，地勢較為平坦、有少量的丘陵山地。作為平頂山未來城鎮化建設的主戰場，識別新區內關鍵生態用地、生態節點、生態廊道等，構建城鄉土地利用的生態安全格局，對引導平頂山新區未來的城市發展和生態保護具有重要意義。

1.2 數據來源與處理

本研究所采用的數據主要包括平頂山新區的土地利用現狀圖(2012年)、航空影像圖(2012年)、地形圖(1∶10000)、土地利用現狀調研數據以及地質災害分布和水源保護區分布圖等。

首先，應用ERDAS image9.1遙感分析軟件對地形圖進行幾何校正，并利用校正后的地形圖及其投影信息對2012年的土地利用圖和航空影像以及各類專題圖件進行幾何精校正，坐標系統采用Transverse Mercator投影，Krasovsky橢球體，中央經線111°E，均方根誤差控制在0.5個像元內。然后，在ArcGIS9.3環境下對土地利用現狀圖和各類專題圖件進行數字化，并利用航空影像對土地利用數據進行校核，進而獲得研究區2012年矢量格式土地利用空間分布信息，土地利用分類參照全國《土地利用現狀調查技術規程》，結合當地的實際情況，將研究區土地利用劃分為耕地、園地、林地、草地、坑塘溝渠、河流、水庫、灘涂、城鎮建設用地、村莊建設用地、其他建設用地和道路用地等12種類型，最終建立研究區土地利用屬性數據庫。

1.3 研究方法

首先，基于水資源安全、生物多樣性保護、地質災害規避的單一生態過程，分析完成各單因子的極重要、中等重要、一般重要和不重要4個等級生態用地重要性的識別；其次，對各單因子分析結果進行綜合疊加，得到理想型、緩沖型和底線型三個級別的生態用地；最后，以底線型生態用地為源，以生物保護為目標，基于最小阻力模型構建了研究區高中低三種水平生態用地安全格局。

1.3.1 基于單因子的生態用地的識別

(1)生物多樣性保護

平頂山市優越的山水自然景觀環境，孕育了豐富的生境和動植物資源。但作為典型的資源型城市，平頂山市是我國人地關系作用最強烈的區域之一[11]。近年來，城鎮用地快速擴張和煤炭開發造成棲息地面積減少和生境破碎化，大型交通設施的建設切斷了生物流通的廊道，使各生物棲息地相互孤立。本研究利用生境敏感性指數[12]識別新區內的生態用地。一般而言，生態系統生物多樣性服務功能高的地方都能為瀕危物種提供良好生境。根據新區土地利用現狀和謝高地等人[13]制定的生物多樣性服務當量，計算出林地、耕地、園地、草地和濕地等生物多樣性服務價值，然后根據保護級別予以修正。生境敏感性指數計算式如下：

S=l×n×m

式中，S為生境敏感性指數，l為土地利用，n為生物多樣性服務當量，m為保護級別修正值,其中香山、青石山、葉營山、舒山和鳳凰山等區域賦值為1.5，應山和筆山風景區賦值為1.25，其他區域為1。

在計算得到研究區內任一柵格單元生境敏感性指數的基礎上，利用ArcGIS的自然斷裂法將S值劃分為高度敏感、中度敏感、輕度敏感和不敏感4級，分別對應生物多樣性保護用地的極重要、中等重要、一般重要和不重要分級結果。該方法利用統計學的Jenk最優化法得出的分界點，能使各級的內部方差之和最小[14]。

(2)水資源安全

選取地表重要水源安全、洪水調蓄區類型和洪水淹沒區類型對研究區水資源安全進行綜合評判。其中，地表水源安全是基于研究區內重要的河湖水系分布圖，運用ArcGIS9.3軟件中的距離分析工具獲得；洪水調蓄區類型是基于研究區的DEM和土地利用數據，運用ArcGIS9.3的水文分析模塊，對洪水地表徑流過程進行模擬分析，確定徑流匯水區；洪水淹沒區是基于10、20、50年一遇洪水的淹沒高程數據，利用GIS模擬得到。本文在參考相關研究成果的基礎上[3,12,15]，結合自然斷裂聚類方法，得到地表水源安全、洪水調蓄區類型和洪水淹沒區的劃分標準(表1)。由于這3個指標分別代表維護研究區水資源安全的某個方面，因此采用析取算法，即當3個指標疊加時，取生態用地重要性水平最高者。即生態用地=Max(地表水源安全，洪水調蓄區，洪水淹沒區)。

表1 水資源安全重要性評價因子及其劃分標準Table 1 Evaluation factors and classification criterion of water resource security importance

(3)地質災害規避

本研究區內地質災害類型主要為地面塌陷。相關研究表明[15-16]，地面塌陷主要受植被覆蓋度、高程、坡度、地形起伏度及人類活動強度等因素影響。本文借鑒前人研究成果[15-16]中致災因子對地質災害的影響程度以及各因子對地質災害的敏感性，分別進行賦值(表2)。進而將地質災害敏感性分析結果以100、120和150為分割點進行分級，并與區內已有的塌陷區和地質災害易發區進行疊加，最終得到本研究區地質災害安全格局下的4級生態用地分布圖。

表2 地質災害的影響因子及其敏感性劃分標準Table 2 Influence factors and sensibility classification criterion of geological hazards

1.3.2 綜合生態用地的識別

由于生物多樣保護、水資源安全和地質災害規避對于研究區同等重要，因此，本文將基于各單因子評價得到的生態用地，利用GIS柵格計算功能進行等權重綜合疊加，并采用自然斷裂法對疊加結果進行空間聚類，將生態用地重分類為底線生態用地、緩沖生態用地和理想生態用地，最終得到研究區綜合生態用地重要性的空間格局分布圖。

1.3.3 生態用地安全格局的構建

(1) “源”的確定

“源”是事物或事件向外擴散的起點和基地，具有內部同質性和向四周擴張或吸引的能力。底線生態用地是生態系統最重要的源，是保護區域生態安全和景觀格局完整性所需的關鍵區域，承擔著維護生命土地的安全和健康的關鍵使命[17]，是社會獲得持續的生態空間服務的基本保障，因此，應作為城鎮發展和土地開發利用不可逾越的剛性生態底線限制，在未來城市規劃建設中應納入禁止建設區。因此，本文將研究區內的底線生態用地作為生態保護用地的“源”。

(2) 阻力面的建立

生態用地間的連通和聯系是對空間水平方向的競爭性控制和覆蓋過程，這一過程必須通過克服阻力來實現，阻力面反映了生態用地空間連通的趨勢。本文采用最小累積阻力模型(Minimum Cumulative Resistance, 簡稱MCR)來建立生態用地間景觀流的空間運動阻力面。該模型考慮3個方面的因素，即源、距離和景觀介面特征，基本公式如下：

這一公式根據Knaapen等人的模型和GIS中常用的費用距離修改而來[18-19]。其中f是一個未知的正函數，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是物種從源j到空間某一點所穿越的某景觀的基面i的空間距離；Ri是景觀i對某物種運動的阻力。盡管函數f通常是未知的，但(Dij×Ri)之累積值可以被認為是物種從源到空間某一點的某一路徑的相對易達性的衡量。其中從所有源到某點阻力的最小值被用來衡量該點的易達性。模型計算主要利用Arcgis9.3軟件的空間分析模塊完成。

(3) 生態用地安全格局的建立

除了已確定的源之外，安全格局的其他組成部分可以根據阻力面的空間特征來判別，包括[20]：

緩沖區 本文基于最小累積阻力值與面積關系曲線，以阻力閾值作為分級邊界，獲得不同安全水平的生態用地格局。

“源”間廊道 “源”間廊道就是各“源”間的低累積阻力谷線，是相鄰兩“源”間最容易聯系的低阻力生態通道。根據安全水平的不同，“源”間生態廊道可以有一條或多條，它們是“源”間生態流的高效通道和聯系路徑[19-21]。

輻射道 基于阻力面還可以識別以“源”為中心向外輻射的低阻力谷線，它們是生態流向外擴散的低阻力通道。物種運動是能動的對景觀的利用和控制過程，而不是被動的保護對象。這對保護對象的未來發展和自身進化具有關鍵作用。

戰略點 指對“源”間相互聯系具有關鍵意義的生態節點，從MCR阻力面上反映出來的是以相鄰“源”為中心的等阻力線的相切點，它對控制生態流等具有至關重要的意義。戰略點的建設將有效提高區域內生態用地網絡的景觀連通度，對維持生態功能可持續發展有重要的作用。

2 結果與分析

2.1 基于單因子和多因子綜合評價的生態用地分析

基于上述建立的生態用地評價指標和分析方法，對研究區生態用地進行單因子和綜合計算識別，空間分布和統計結果詳見圖1和表3。

基于地質災害規避因子的識別結果表明，極重要生態用地的面積為21.28 km2，占研究區總面積的7.07%，主要位于地勢較高、坡度較大的區域，這些區域是山體滑坡和崩塌等地質災害相對易發的地區，因此，不適宜工程建設開發，而應采取生態治理和生態景觀建設相結合的措施加以嚴格保護。中等重要生態用地的面積為22.23 km2，占新區總面積的7.38%，這些區域坡度大多介于10—15°，植被覆蓋度相對較低，是防治水土流失的重要區域，因此，這一區域應加強生態建設與修復，恢復自然生態系統的原貌，減少城鎮開發建設。

圖1 單因子生態用地重要性等級與綜合生態用地類型空間分布Fig.1 Spatial distribution of different ecological land importance class and comprehensive ecological land

在基于生物多樣性保護的生態用地識別方面，極重要生態用地的面積為11 km2，占新區總面積的3.65%，主要位于香山、舒山和應山等風景區或生態旅游度假區，這些區域森林茂密，野生動植物種類繁多，應加以嚴格保護。中等重要生態用地的面積較大，為81.22 km2，占全區總面積的26.96%，主要包括白龜湖和白龜山濕地自然保護區等，其內部生物物種豐富，該區域對涵養水源、保護濕地生態系統和生物多樣性具有重要意義。極重要和中等重要生態用地是維護平頂山新區生態多樣性的重要區域，對這些區域內的森林和水體應嚴格保護，加強生態建設力度，以便為更多的物種提供繁衍生息的場所。

基于水資源安全因子的生態用地分析表明，極重要生態用地的面積為112.41 km2，占新區總面積的37.31%，主要包括應河、白龜山水庫等重要的地表水源涵養區以及10年一遇洪水淹沒區和匯流面積較大的泄洪區，這些區域對維護新區的水資源綜合安全具有重要作用，因此，應加以嚴格保護，禁止工程開發建設活動。中等重要生態用地的面積為21.55 km2，占全區總面積的7.15%，主要分布在極重要生態用地的外圍，這些區域對水源涵養和洪水調蓄也有一定的意義，因此，應避免高強度的城市開發活動。

從圖1和表3可以看出，底線型生態用地的面積為88.44 km2，占研究區總面積的29.35%。底線型生態用地是平頂山新區生態基礎設施的核心區域，是保障自然生態系統服務功能所需的最小生態用地，也是城市未來開發建設不可逾越的底線。緩沖型生態用地面積為22.28 km2，占新區總面積的7.39%，主要為分布在底線生態用地周圍的灘涂濕地、林地和草地等。底線型和緩沖型生態用地是新區內的關鍵性生態用地，二者面積比例之和超過區域的1/3，它們對維護新區內關鍵生態過程具有重要意義，需加以重點保護，限制開發建設。理想型生態用地面積為43.87 km2，占新區總面積的14.56%，主要分布在底線型和緩沖型生態用地的外圍一定的緩沖距離內，是維護區域生態安全的理想的生態用地布局，在滿足建設用地需求的前提下，可最大限度的保護生態基礎設施和提供生態服務。

表3 單因子生態用地和綜合生態用地的分析結果Table 3 Identifying results of different ecological land

2.2 生態用地安全格局分析

2.2.1 “源”的選取

本研究將上述綜合分析結果中的面積大于1.5 km2的底線型生態用地作為“源”，主要包括白龜山水庫、香山、應山等自然山體和風景區。面積約為85.42 km2，占研究區總面積的28.35%。這些區域作為城市生態安全的基本保障，是城市擴張的生態底線，應嚴禁開發建設，并納入城市禁止建設區范圍。

2.2.2 阻力面分析

相關研究表明[20,22-23]，生態流的水平空間運動主要受土地覆被類型的影響，土地覆被類型與“源”中景觀特征越接近，其對生態流的阻力就越??；而受人類干擾較大的覆被類型，其對“源”內生態流的阻力就越大。因此，本文以保護“源”內生物多樣性和挖掘潛在的生態基礎設施為目標，以土地覆被類型作為阻力因子，根據研究區內土地利用方式受人類干擾的強度，采用專家打分確定各景觀類型的相對阻力系數值(表4)，并基于最小阻力模型建立阻力面(圖2)。圖2顯示，由“源”向外，最小累積阻力逐漸增大，并在建設用地所在區域形成阻力高峰。

2.2.3 生態用地的安全格局分析

“源”間廊道 基于上述分析得到的阻力面，利用ArcGIS9.3的空間分析工具，得到任意兩“源”間的生態廊道，他們是“源”間生態流交換和流轉的最佳途徑。從圖3可以看出，生態廊道并不是“源”間最短路徑，而是加權費用相對最小的路徑，且連接各“源”形成環狀廊道布局。

表4 物種空間運動的阻力因子與阻力系數Table 4 Spatial movement resistance factors and resistance coefficients of species

輻射道 從圖3可以看出，輻射道形同樹枝狀分布，他們是生態流向外擴散的最優路徑，是物種以“源”為基地向外界擴散的低阻力通道。

圖2 生態流的阻力面Fig.2 Resistance surface of ecological flow

圖3 生態用地綜合安全格局Fig.3 Security pattern of critically ecological land

廊道和輻射道為“源”間連接和生態流擴散的線狀或帶狀的關鍵性通道，主要由各級河流廊道和道路綠道等生態要素構成，并形成以“源”間廊道為主干、輻射道為樹狀分枝的網狀布局，以增加各生態用地斑塊間功能和空間上的連接度、提高生態系統的穩定性和整體性。

戰略點 本研究中的戰略點為鞍部戰略點，即相鄰源為中心的等阻力線的相切點，起到源間“跳板”的作用。主要包括生態廊道的交匯處、生態廊道與道路的交叉點、道路間的交叉點等，它們是物種遷徙的踏腳石，應納入城市的禁限建區。加強這些區域的生態保護與建設，對提高區域生態系統結構與功能的完整性和連通性具有至關重要的作用。

緩沖區 根據生態用地間生態流的阻力面，利用阻力閾值，即最小累積阻力值與面積曲線的突變點，得到不同安全水平的緩沖區(圖3)。當生態流通過這些突變點時，阻力值將發生急劇性變化，這意味著各類緩沖區范圍到達一定邊界后，所增加的面積的可利用性及其生態意義將驟然下降，因而阻力閾值可作為緩沖區劃分的依據。緩沖區分布在“源”的外圍，主要包括河湖濱水區濕地、自然保護區、低山區或平原地帶的林地、草地和農田等?！霸础迸c低安全水平的生態用地可看作研究區的禁建區，面積為110.89 km2，占新區總面積的36.81%，本區內的土地利用應以嚴格的生態保護為主，原則上嚴禁任何形式的開發建設活動，維持原生植被。中安全水平和高安全水平的生態用地可看作研究區的限制建設區，面積共計為76.28 km2，占新區總面積的25.32%，本區作為潛在的生態基礎設施培育區，應以自然生態系統為主，嚴格控制城市開發對生態用地的干擾程度，同時加強生態基礎設施建設，并積極對已被破壞或強度人工化的關鍵區域進行生態修復，以保證生態系統結構的完整性。

將上述分析得到的“源”、緩沖區、生態廊道、輻射道和戰略點組合在一起，就構成了平頂山新區生態用地的高中低三種水平的綜合安全格局(圖3)。這些安全格局組分將對新區內生態流起著潛在的決定性影響。生態用地安全格局的構建，有助于科學引導人類的開發建設活動，加強對關鍵的生態敏感地段進行重點保護和生態建設，進而為城市生態規劃和城市空間布局提供科學參考，實現城市精明增長與生態保護的雙贏。

3 結論與討論

3.1 結論

(1)本研究基于水資源安全、地質災害規避、生物多樣性保護分析得到各單一生態過程的生態用地，進而得到平頂山新區生態用地的綜合評價結果，并將綜合生態用地劃分為底線型、緩沖型和理想型3種。其中作為生態基礎設施的核心區域，保障研究區基本生態安全所需的最小生態用地，即底線型生態用地的面積為88.44 km2，占研究區總面積的29.35%。

(2)通過景觀改變來控制生態過程的可行途徑，是判別和設計某種潛在和高效的景觀格局[20]。本文以底線型生態用地為“源”，基于最小阻力模型構建了關鍵性生態用地的綜合安全格局，確定了不同安全水平的生態用地范圍，明確了“源”間的生態廊道、關鍵的生態節點以及“源”與外部聯系的輻射道等要素的空間分布情況，并提出相應的生態保護和建設對策。生態用地安全格局對維護或控制多種生態過程具有主動高效和空間聯系的優勢，因此是物種保護和景觀優化調控的相對高效的空間途徑。

3.2 討論

(1)隨著城鎮化進程的不斷提速，城鎮擴張對維護區域生態系統安全的生態用地的干擾將日益增大。但導致安全格局組分部分或全部破壞的城鎮開發對于城市生態安全來說是不能接受的，否則將造成區域生態過程的急劇惡化[24]。生態用地安全格局的構建作為城市生態規劃的基礎工作，對指導城鎮建設空間布局、土地的生態管理以及重點地區的生態恢復和生態建設具有重要作用，并可為城市總體規劃、土地利用規劃、城市生態規劃專題研究提供科學參考。

(2)本文在生態用地識別方面，僅選取水資源、地質災害、生物多樣性3個重要的生態過程，出于對研究尺度和新區建設用地需求等方面的考慮，故沒有將氣候調節、基本農田等因素納入識別體系。生態用地的綜合識別應盡可能強調因子的全面性和綜合性，而應因地制宜地選擇關鍵因子的生態過程。此外，各單一生態過程的影響因子體系與生態流阻力因子的選擇與賦值，主要是借鑒前人成果和專家打分的方式獲得，都有待完善和深入研究。

[1] Costanza R, Daily H E. Natural capital and sustainable development. Conservation Biology, 1992, 6(1): 37-46.

[2] 歐陽志云, 王效科, 苗鴻. 中國陸地生態系統服務功能及其生態經濟價值的初步研究. 生態學報, 1999, 19(5): 607-613.

[3] 俞孔堅, 喬青, 李迪華, 袁弘, 王思思. 基于景觀安全格局分析的生態用地研究——以北京市東三鄉為例. 應用生態學報, 2009, 20(8): 1932-1939.

[4] 張紅旗, 王立新, 賈寶全. 西北干旱區生態用地概念及其功能分類研究. 中國生態農業學報, 2004, 12(2): 5-8.

[5] 蘇偉忠, 楊桂山, 甄峰. 長江三角洲生態用地破碎度及其城市化關聯. 地理學報, 2007, 62(12): 1309-1317.

[6] 李鋒, 葉亞平, 宋博文, 王如松. 城市生態用地的空間結構及其生態系統服務動態演變——以常州市為例. 生態學報, 2011, 31(19): 5623-5631.

[7] 張林波, 李偉濤, 王維, 熊嚴軍. 基于GIS的城市最小生態用地空間分析模型研究——以深圳市為例. 自然資源學報, 2008, 23(1): 69-78.

[8] 鄧小文, 孫貽超, 韓士杰. 城市生態用地分類及其規劃的一般原則. 應用生態學報, 2005, 16(10): 2003-2006.

[9] 謝花林, 李秀彬. 基于GIS的區域關鍵性生態用地空間結構識別方法探討. 資源科學, 2011, 33(1): 112-119.

[10] 榮冰凌, 李棟, 謝映霞. 中小尺度生態用地規劃方法. 生態學報, 2011, 31(18): 5351-5357.

[11] 馬文明, 卞正富. 基于RS的平頂山市土地利用動態變化研究. 測繪科學, 2007, 32(6): 176-178, 98-98.

[12] 顏磊, 許學工, 謝正磊, 李海龍. 北京市域生態敏感性綜合評價. 生態學報, 2009, 29(6): 3117-3125.

[13] 謝高地, 魯春霞, 冷允法, 鄭度, 李雙成. 青藏高原生態資產的價值評估. 自然資源學報, 2003, 18(2): 189-196.

[14] McCoy J, Johnston K. Using ArcGIS spatial analyst. Redlands: ESRI Press, 2001.

[15] 俞孔堅, 王思思, 李迪華, 李春波. 北京市生態安全格局及城市增長預景. 生態學報, 2009, 29(3): 1189-1204.

[16] 蘇泳嫻, 張虹鷗, 陳修治, 黃光慶, 葉玉瑤, 吳旗韜, 黃寧生, 匡耀求. 佛山市高明區生態安全格局和建設用地擴展預案. 生態學報, 2013, 33(5): 1524-1534.

[17] 俞孔堅, 李迪華, 劉海龍, 程進. 基于生態基礎設施的城市空間發展格局——“反規劃”之臺州案例. 城市規劃, 2005, 29(9): 76-80.

[18] Knaapen J P, Scheffer M, Harms B. Estimating habitat isolation in landscape planning. Landscape and Urban Planning, 1992, 23(1): 1-16.

[19] Yu K J. Security patterns and surface model in landscape ecological planning. Landscape and Urban Planning, 1996, 36(1): 1-17.

[20] 俞孔堅, 李迪華, 段鐵武. 生物多樣性保護的景觀規劃途徑. 生物多樣性, 1998, 6(3): 205-212.

[21] 李暉, 易娜, 姚文璟, 王思琪, 李志英, 楊樹華. 基于景觀安全格局的香格里拉縣生態用地規劃. 生態學報, 2011, 31(20): 5928-5936.

[22] Selman P H, Doar N R. A landscape ecological approach to countryside planning. Planning Outlook, 1991, 34(2): 83-88.

[23] 胡望舒, 王思思, 李迪華. 基于焦點物種的北京市生物保護安全格局規劃. 生態學報, 2010, 30(16): 4266-4276.

[24] 俞孔堅. 生物保護的景觀生態安全格局. 生態學報, 1999, 19(1): 8-15.

Identification and security pattern of ecological land in Pingdingshan newly developed area

ZHOU Rui1, 2, WANG Xinjun1, 2, SU Hailong1,2,*, LOU Yilai3

1ResearchCenterforUrbanPlanningandDevelopment,FudanUniversity,Shanghai200433,China2DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering,FudanUniversity,Shanghai200433,China3InstituteofEnvironmentandSustainableDevelopmentinAgriculture,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081,China

Ecological services provided by natural ecosystems are essential to human survival, while the maintenance of ecosystem services is the basis for regional sustainable development. However, ecological services have not been given enough attention, particularly in recent years in China, where has an accelerated urbanization, with high intensity of human activities. These anthropologic activities have greatly altered its natural ecosystem structure, decreased its ecosystem service functions, and seriously threatened its regional ecological security and sustainable development. In this context, a term of “ecological land”, which is of great significance in safeguarding important ecological processes and providing essential ecosystem services, was proposed and gained more and more attention. We thus recognize that an identification and security pattern building of critical ecological land is a crucial way to achieve a win-win of urban ecological protection and smart growth. The research area of this paper is a newly developed area, locating in the western region of the old of Pingdingshan City, Henan Province, with a total area approximately 301.28 km2. This region is rich in natural landscape resource and wildlife, with good geological conditions and relatively flat lands. As a major future urban development area in Pingdingshan City, it is necessary to build a comprehensive security pattern for ecological land, which would play a critical role in guiding future urban sustainable development. We firstly utilized a GIS spatial technology and local data base, to analyze three different types of ecological lands based on the single process of water resource security, geological disasters avoidance, biodiversity conservation. Then we overlaid the three different ecological lands and obtained the comprehensive ecological lands, which had been further classified to three types (ideal, buffered and minimum) on the basis of natural break clustering method. Furthermore, we selected the minimum ecological land as source and the land cover as resistance factor, and then applied the minimum cumulative resistance model to build a comprehensive security pattern of critical ecological land. Results showed that the size of minimum ecological land in the newly developed area is 88.44 km2, accounting for 29.35% of the total region. The minimum ecological land is not only the core area to maintain natural ecosystem service functions, but also the base line of future urban construction and development. The size of buffered ecological land is 22.28 km2, accounting for 7.39% of the total region, mainly including the tidal flat wetland, forest and grassland on the edge of the minimum ecological land. Both the minimum and buffered ecological lands, which are the key ecological lands, with important significance in maintaining key ecological processes, should be protected seriously and developed restrictedly, with an accumulative area being greater than 1/3 of the total region. The size of ideal ecological land is 43.87 km2, which is the ideal pattern that maximally protects ecological infrastructures and services, under the premise of meeting the demand of future urban expanding. Furthermore, a number of strategic landscape pattern portions and positions were identified from the security pattern of critical ecological lands, including three-level ecological function zones, ecological corridors among sources, radiating routes between the source and external area, and ecologically strategic points, then the corresponding ecological protection and construction countermeasures were proposed. We believe that the comprehensive security pattern of critical ecological lands, with the advantages of high efficiency and spatial linkage, is an efficiently spatial approach to species conservation and landscape optimization. Therefore, our results could provide scientific reference for urban ecological planning and spatial layout planning for national urban development and future sustainability.

ecological land; security pattern; GIS; ecological baseline; Pingdingshan newly developed area

國家自然科學基金項目(51378127, 41271201)

2013-05-24;

日期:2014-04-25

10.5846/stxb201305241169

*通訊作者Corresponding author.E-mail: fdsuhailong@126.com

周銳，王新軍，蘇海龍，婁翼來.平頂山新區生態用地的識別與安全格局構建.生態學報,2015,35(6):2003-2012.

Zhou R, Wang X J, Su H L, Lou Y L.Identification and security pattern of ecological land in Pingdingshan newly developed area.Acta Ecologica Sinica,2015,35(6):2003-2012.