特大城市生態空間識別及管控單元劃定
——以上海市為例

蘇敬華，東陽

(1.上海市環境科學研究院，上海 200233； 2.上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司，上海 200092)

生態空間是指具有自然屬性、以提供生態服務或生態產品為主體功能的國土空間[1]，是維護區域生態安全、可持續發展的關鍵區域。開展生態評價并識別生態空間可以有效遏制生態系統退化，保障區域國土安全、生態環境安全以及資源安全[2-4]。探究生態空間識別方法是生態學研究的熱點之一[5]，目前生態空間識別主要基于生態系統服務價值評估結果[6-9]，如遲妍妍等[7]結合資源環境承載能力和開發適宜性評價技術，開展生態功能重要性評價和生態環境敏感性評價，確定京津冀地區水源涵養、水土保持、防風固沙等生態功能極重要區域及極敏感區域；彭佳捷等[8]從生態敏感性、生態服務價值兩個方面系統探討了生態空間的識別方法，構建了安化縣生態保護空間分級管控體系。

上海作為特大型城市，人口密集、產業密集、資源緊缺、環境負荷重，城市生態安全面臨著嚴峻的考驗，生態空間亟須得到有效保障。本文依據生態系統服務功能重要性和生態環境敏感性開展評估，根據評價結果識別并確定生態空間，為上海市可持續發展提供科學依據。

1 案例區域概況與生態評價方法

1.1 案例區域概況

上海地處長江三角洲東緣、太平洋西岸、亞洲大陸東沿、中國南北海岸中心點、長江和錢塘江入海匯合處，其地理位置在北緯30°40’～31°53’、東經120°51’～122°12’，是長江三角洲城市群的核心城市。全市陸域轄區范圍面積6833 km2，海洋功能區劃面積10 754.6 km2。區域內常住人口2400余萬，城鎮化率達到87.7%。上海以不到0.1%的國土面積承載著全國1.7%的人口和4%的生產總值，是中國典型的特大型城市。上海位于長江河口地區，具有極其特殊的生境條件，分布著大量長江流域特有的珍稀瀕危物種，也是重要的洄游魚類、經濟魚類的水產種質資源保護區，還是東亞—澳大利西亞國際候鳥遷徙路線中段的組成部分，具有全球尺度上的生物多樣性保護功能。本研究以上海市的陸域和長江河口沖積沙洲為研究對象。

1.2 技術路線與研究方法

1.2.1技術路線

本研究技術路線如圖1所示。根據上海市生態環境特征和主要生態問題，本研究確定了生態系統服務功能和敏感性評估的邊界，在對現狀進行科學評價的基礎上，充分考慮了特大型城市對生態空間格局的特有需求，確定了適用于上海市的生態空間類型，結合管理可操作性的要求，對初步識別的生態空間斑塊進行合并、扣除和疊加等校驗，最終確定上海市的生態空間分布。

圖1 技術路線圖Fig.1 Technology roadmap

1.2.2研究方法

1.2.2.1生態環境評價

本研究以基于高分辨率遙感影像解譯的土地利用數據為基礎，確定開展上海市生物多樣性維護、水源涵養、水土保持三項生態系統服務功能重要性評估和鹽漬化、水土流失兩項生態環境敏感性評估，用于識別生態功能重要區域、生態環境敏感脆弱區域的空間分布。綜合考慮上海市的評價范圍、所需輸入的數據可獲得性以及生態空間精細化管理的需求，本研究確定以100 m×100 m網格為基本評估空間單元，評估工作運行環境采用地理信息系統軟件ArcGIS 10.2。

(1)生態功能重要性評價

生物多樣性維護功能以國家一級、二級保護物種和其他具有重要保護價值的物種(含旗艦物種)作為生物多樣性保護功能的評估指標。在本研究中，該項功能的評價數據主要來源于已開展的實際調查數據，包括陸生野生動物資源調查數據、水鳥同步調查數據、保護物種記錄數據以及其他歷史相關資料，通過獲取其中國家一級、二級保護物種和國際相關保護協定以及其他具有重要價值的保護物種，建立物種分布區及其潛在分布區。

水源涵養功能以水源涵養量作為評估指標，采用水量平衡方程計算，公式為：

(1)

式中，TQ為總水源涵養量(m3)；Pi為降雨量(mm)；Ri為地表徑流量(mm)；ETi為蒸散發(mm)；Ai為第i類生態系統面積(km2)；i為研究區第i類生態系統類型；j為研究區生態系統類型數。

水土保持功能以水土保持量作為評估指標，采用修正通用水土流失方程(RUSLE)計算，公式如下：

Ac=Ap-Ar=R×K×L×S×(1-C)

(2)

式中，Ac為水土保持量(t/hm2·a)；Ap為潛在土壤侵蝕量；Ar為實際土壤侵蝕量；R為降雨侵蝕力因子(MJ·mm/hm2·h·a)；K為土壤可蝕性因子(t·hm2·h/hm2·MJ·mm)；L、S為地形因子，L表示坡長因子，S表示坡度因子；C為植被覆蓋因子。

因上海市地形差異較小，本研究參考《上海市水土保持規劃(2015—2030年)》對水土保持功能的評估結果進行了修正。

(2)生態環境敏感性評價

鹽漬化敏感性主要取決于蒸發量/降雨量、地下水礦化度、地下水埋深、土壤質地等因子，計算公式如下：

(3)

式中，Si為i評估區域鹽漬化敏感性指數；Ii、Mi、Di、Ki分別為i評估區域蒸發量/降雨量、地下水礦化度、地下水埋深和土壤質地的敏感性等級值，各地區可根據實際對分級評估標準作相應的調整。

水土流失敏感性主要取決于降雨侵蝕力、土壤可蝕性、坡度坡長和地表植被覆蓋等因子，計算公式如下：

(4)

式中，SSi為i空間單元水土流失敏感性指數，評估因子包括降雨侵蝕力(Ri)、土壤可蝕性(Ki)、坡長坡度(LSi)、地表植被覆蓋(Ci)。

(3)生態系統評估分級

本研究根據生態評價結果，將生態系統服務功能重要性依次劃分為一般重要、重要和極重要三個等級，并將生態環境敏感性依次劃分為一般敏感、敏感和極敏感三個等級。

通過上述模型計算，得出不同類型的生態系統服務值柵格圖并進行歸一化處理。將柵格單元的生態系統服務值按從高到低的順序排列，計算累加服務值。將累加服務值占生態系統服務總值比例的50%與80%所對應的柵格值作為生態系統服務功能評估分級的分界點。

鹽漬化和水土流失敏感性評估的各項指標綜合采用自然分界法等確定分級賦值標準，不同評估指標對應的敏感性等級值見表1和表2，生態環境敏感性的評估分級標準如表3所示。

表1 鹽漬化敏感性評估指標及分級賦值

表2 水土流失敏感性的評價指標及分級賦值

表3 生態環境敏感性評估分級

1.2.2.2生態空間識別

(1)生態空間要素類型確定

本研究基于上海市已有各類保護地的分布，結合上海市生態保護紅線的劃定成果以及上海市對生態空間格局的需求，確定了符合當地特點的11種生態空間要素類型，如表4所示。

表4 上海市生態空間要素類型

(2)生態空間邊界確定

為了保證生態空間的完整性和連續性以及今后對生態空間管控的可操作性，需要在初步識別結果圖的基礎上扣除獨立和細小的圖斑。本研究在廣泛調研國內外研究的基礎上，結合上海市精細化管理水平及專家咨詢結果，最終確定細小斑塊扣除的閾值為0.1km2。

本研究從各行業主管部門獲取了本市林地、公園、湖泊、河流和飲用水水源保護區等生態空間要素類型的管理邊界矢量數據，采用地理信息系統軟件，將各類邊界分別與校驗后的生態空間識別結果進行空間疊加，進一步校驗和最終確定本市生態空間的邊界。

1.2.2.3管控單元劃分

為了便于生態空間用途分區和后續差異化管控要求的落實，本研究將生態空間分為生態保護紅線和一般生態空間兩種類型。由于上海市生態保護紅線已對外公開發布且管理邊界和責任主體較為明確，因而本研究中將各紅線區塊劃分為獨立的管控單元。對公園、水源保護區等有明確管理邊界與管理要求的一般生態空間，依照現有邊界劃定管控單元；對林地、湖泊、河流等要素類型的一般生態空間，考慮到空間分布較廣且涉及斑塊眾多，依據行政區劃邊界作管控單元合并處理；對灘涂沼澤類型的一般生態空間，管控單元則在實地踏勘核實邊界的基礎上劃定。

1.3 數據來源與處理

本研究根據生態評價方法，搜集了生態服務功能重要性和生態環境敏感性評估所需的遙感影像、1 m分辨率土地利用、降雨量、蒸發量、地面高程、土壤類型、地下水礦化度、地下水埋深、陸生野生動物資源調查、水鳥同步調查、保護物種記錄等調查數據。基于ArcGIS 10.2平臺對非柵格數據進行預處理，統一轉換為便于空間計算的網格化柵格數據。同時本研究還從各相關管理部門獲取了各生態空間要素類型的管理邊界矢量數據，便于進行生態空間邊界的疊加校驗。

2 生態評價結果與管控單元劃分

2.1 生態評價結果

2.1.1重要性評價結果

上海市生態系統水源涵養功能主要處于一般重要等級，面積為4501.97 km2，其中極重要的面積為298.34 km2，主要分布在本市的濕地以及蓋度高的林地；水土保持功能主要處于一般重要等級，面積為6925.85 km2，其中極重要的面積為157.64 km2，主要分布在本市的潮間帶灘涂以及坡度較大的殘丘；生物多樣性維護功能主要處于一般重要等級，面積為4393.04 km2，其中極重要的面積為1476.92 km2，主要分布于濕地以及斑塊大、蓋度高的林地。

2.1.2敏感性評價結果

上海市水土流失生態敏感性主要處于一般敏感等級，面積為7851.36 km2，其中極敏感的面積為154.35 km2，主要分布于潮間帶灘涂及部分殘丘；鹽漬化生態敏感性主要處于一般敏感等級，面積為5229.27 km2，其中極敏感的面積為273.83 km2，主要分布于沿海新近圍墾區、潮間帶灘涂。

2.2 生態空間識別與管控單元劃分

2.2.1初步生態空間識別結果

通過對評估得到的生物多樣性維護、水源涵養和水土保持等各項功能的重要和極重要區域，以及鹽漬化和水土流失的敏感和極敏感區域進行空間疊加合并，得出生態系統服務功能和生態環境敏感性的綜合評價結果。基于綜合評價結果，將極重要和極敏感、重要和敏感評估區域納入生態空間。結合土地利用現狀分布，扣除耕地、養殖等農業空間和城鎮構筑物后，得出生態空間初步識別結果，其中極重要和極敏感區域、重要和敏感區域的面積分別為2119.24 km2和707.34 km2，分別占評價范圍面積的26.46%和8.83%。

2.2.2上海市的生態空間分布

經過獨立細小斑塊扣除，以及與林地、公園、湖泊、河流和飲用水水源保護區等生態空間要素類型管理邊界、行政區劃邊界等矢量數據進行空間疊加與校驗，最終識別得出上海市生態空間。上海市生態空間面積為1879.20 km2，占評價范圍面積的23.46%，共包括表4所列的11種生態空間要素類型，主要位于長江河口地區、黃浦江上游水源保護區以及分布范圍較廣的重要河流和林地。

2.2.3一般生態空間識別及管控單元劃分

上海市除生態保護紅線以外的一般生態空間包括重要林地、飲用水水源地、重要水體和重要濕地共四種類型，其中重要林地包括公園綠地和市級公益生態林，飲用水水源地對應飲用水水源二級保護區，重要水體包括市級和區級的河流和湖泊，重要濕地對應灘涂沼澤。一般生態空間總面積為597.92 km2，其中飲用水水源保護區面積最大，為226.38 km2；市級公益生態林面積位居其次，為176.62 km2；公園綠地、河流、湖泊和灘涂沼澤面積分別為18.52 km2、153.70 km2、13.91 km2和8.79 km2。

上海市生態空間管控單元劃定結果如表5所示，共劃定113個管控單元，其中有33個生態保護紅線和80個一般生態空間管控單元。除黃浦江上游飲用水水源地因沿用一級區和二級區管理邊界涉及多個行政區外，其余管控單元均在單個行政區內。

表5 上海市生態空間管控單元劃定結果

3 生態空間識別及管控單元劃定結論

本研究基于生物多樣性維護、水源涵養、水土保持等重要性評估和鹽漬化、水土流失等敏感性評估，開展上海市生態功能重要區域和生態環境敏感脆弱區域空間分布識別，重點篩選了適合上海特大城市特征的生態空間要素類型，基于各類管理邊界銜接確定了生態空間的分布并劃分了管控單元。主要得出以下結論：

上海市生態系統生物多樣性維護、水源涵養和水土保持功能均主要處于一般重要等級，其中極重要區域的面積分別為1476.92 km2、298.34 km2和157.64 km2；鹽漬化和水土流失生態敏感性也主要處于一般敏感等級，其中極敏感區域的面積分別為273.83 km2和154.35 km2。

上海市生態空間總面積為1879.20 km2，共包括11種要素類型，主要位于長江河口地區、黃浦江上游水源保護區以及分布范圍較廣的重要河流和林地。其中一般生態空間面積為597.92 km2，包括重要林地、飲用水水源地、重要水體和重要濕地4種類型。飲用水水源保護區類型的一般生態空間面積最大，為226.38 km2；市級生態公益林面積位居其次，為176.62 km2；灘涂沼澤面積最小，為8.79 km2。

上海市共劃定113個生態空間管控單元，其中有33個生態保護紅線和80個一般生態空間管控單元。除黃浦江上游飲用水水源地因沿用一級區和二級區管理邊界涉及多個行政區外，其余管控單元均在單個行政區內。

未來在城市發展過程中，上海市土地資源日趨緊張、用地結構快速變化、生態空間規模不足等問題會愈發突出，生態空間需要加強管控，并應在現有的基礎上進一步優化。生態空間需分類進行差異化管控，生態補償和動態調整機制有待進一步研究。本研究為特大城市的生態空間識別提供支撐的同時，也可為我國長三角區域構建生態空間格局并制定差異化的管控要求提供重要參考。