基于生態系統服務價值評估的山地城市綠色空間規劃策略
——以重慶市主城區為例*

駱 暢， 李相逸， 李淙鈺

1. 西南大學 園藝園林學院， 重慶 400715； 2. 深圳大學 建筑與城市規劃學院， 廣東 深圳 518000；3. 重慶渝高科技產業(集團)股份有限公司， 重慶 401122

城市綠色空間的生態系統服務價值(ecosystem services value， ESV)是指綠色空間的自然生態系統及其物種為維持人類生活而提供的一系列條件和過程， 是人類從這一生態系統中獲得的收益[1]． 城市的發展離不開綠色空間提供的各類生態系統服務． 因此， 對城市綠色空間生態系統服務功能的研究既有利于進一步客觀認識城市綠色空間的價值， 同時為城市綠色空間的規劃與管理提供參考依據． 目前， 生態系統服務價值評估已經具有豐富的研究基礎， Costanza R等[2]在《Nature》期刊發表文章對全球生態系統服務價值進行評估； 聯合國組織實施千年生態系統評估項目， 對全球生態系統服務價值進行的多層次綜合評估[3]； 在城市綠色空間尺度上， Mcpherson E G[4]從城市綠色空間的投入與產出比的角度展開相關研究， 為城市建設資金投入提供重要的參考． 除了在經濟領域和生態領域的研究， 城市綠色空間生態系統還承擔了更多的社會功能[5-6]． 由于學科研究背景和出發點不同， 已有的研究采用的評估指標和方法也具有較大差異[7-10]．

由于規劃制定方式和管理模式的原因， 在城市綠色空間規劃中更關注的往往是城市綠地覆蓋率、 人均綠地面積等相對單一的綠化指標． 同時， 山地城市生態系統具有其更綜合更復雜的空間和環境特征[11]． 目前， 已有研究證實對山地城市綠色空間環境的人為改變， 會直接導致整體生態系統的嚴重破壞， 引發泥石流和洪水等自然災害[11]． 因此， 對于與自然環境息息相關的山地城市綠色空間， 更加具有生態系統服務研究的必要性． 本研究選擇具有顯著山地城市特征的重慶作為研究對象， 綜合分析了山地城市綠色空間環境特征， 采用生態系統服務價值的評估方法， 量化評估了研究區域城市綠色空間的生態系統服務價值； 同時， 基于評估結果， 提出山地城市綠色空間的優化策略．

1 山地城市綠色空間的生態系統特征

山地面積占我國陸地總面積的2/3． 山地城市具有不同于平原地區的獨特自然環境， 其區域內的土壤、 植被、 氣候條件和河流水體均具有獨特性[11]． 山地城市的自然地形復雜多變， 河谷縱橫， 具有豐富的城市山水景觀結構[11-13]． 同時， 由于受到地形地貌的影響， 其城市區域高度聚集發展． 這樣的城市發展模式與山地脆弱的生態系統之間產生了嚴重沖突， 與平原城市的環境問題相比， 山地城市環境往往更加復雜敏感[11-16]． 因此， 在山地城市的規劃、 開發與建設過程中更應當考慮山地環境對城市建設的影響[17]． 然而， 在以往的山地城市綠色空間規劃經驗中， 往往將平原城市的經驗照搬到山地城市， 導致山地城市綠色空間的生態系統服務功能不斷退化．

與平原城市相比， 山地城市生態系統具有更復雜的空間環境特征[11](表1)． 這些差異主要體現在城市結構、 城市小氣候、 空氣污染、 自然災害、 生物多樣性、 雨洪問題、 土壤侵蝕和文化景觀等多方面[12]． 目前， 對于山地城市綠色空間生態系統服務的相關研究還比較欠缺． 對于與自然環境息息相關的山地城市綠色空間， 更加具有生態系統服務價值評估研究的必要性．

表1 山地城市與平原城市的城市生態系統特征的比較

2 山地城市綠色空間生態系統服務價值評估

2.1 研究區域

本研究選取典型山地城市重慶市主城區作為研究范圍． 重慶市主城區位于長江上游， 地貌以丘陵、 山地為主， 坡地面積較大(圖1)． 研究范圍內海拔高度從150～1 400 m不等， 城區內四山平行穿越， 河谷、 坡地和山脊交錯分布， 有近一半的城市建成區分布在25%以上的坡地上． 近幾十年的快速城市化， 使得重慶主城區城市環境質量出現嚴重退化的趨勢， 可用于城市開發建設的土地資源不斷緊縮． 又由于山地城市開發空間的局限性， 導致城市區域出現人口擁擠、 交通擁堵、 資源短缺和空氣污染等問題．

底圖審圖號： 渝S(2018)038號

2.2 研究數據與方法

2.2.1 數據來源

本研究利用多源數據綜合分析評估城市綠色空間生態系統服務功能， 所用到的數據類型包括部門數據、 監測數據、 統計數據、 遙感數據和網絡平臺大數據． 部門數據主要源于地方國土部門的土地利用數據； 監測數據來源于環保部門的環境監測站點； 統計數據來源于相關統計年鑒； 遙感數據選取多時期、 多光譜遙感數據， 主要采用SPOT高清影像數據； 網絡平臺數據來自Flicker網站和百度熱力地圖數據(表2)．

表2 研究數據類型及來源

2.2.2 數據處理

研究利用SPOT遙感影像數據(分辨率為2.5 m)提取研究范圍內城市綠色空間信息(圖2)， 利用eCognition遙感圖像處理軟件， 進行幾何校正、 大氣校正、 輻射定標、 影像融合和陰影處理等預處理． 通過多尺度影像分割和基于分割的分類， 利用光譜和空間信息進行土地利用類型分類(圖3)． 并利用土地利用變更調查的矢量數據對提取的綠色空間信息進行進一步校準．

底圖審圖號： 渝S(2018)052號

底圖審圖號： 渝S(2018)052號

新版《城市綠地分類標準》中， 并未將耕地和水域納入城市綠地分類范疇中． 然而， 耕地和水域同樣具有重要的生態系統服務功能． 因此， 應當參考綠色空間的廣義概念， 將能夠提供生態系統服務的開放空間均納入研究范疇， 全面評估綠色空間的生態系統服務價值． 所以本次研究的范圍就包括研究區域內的農業用地、 林地、 自然保護區、 濕地灘涂地和河流水域等， 本研究按照林地、 耕地、 草地和水域等土地類型進行劃分．

2.2.3 評估方法

根據研究區域生態環境特征， 選取12項具體的生態系統服務評估指標， 采用相應的價值評估方法對不同類型的綠色空間進行生態系統服務價值評估(表3)．

表3 城市綠色空間生態系統服務分類和評估方法

2.3 研究結果與分析

利用貨幣化的生態系統服務價值的評估方法， 計算得出2015年研究區域城市綠色空間所產生的生態系統服務經濟總價值為629.915億元． 其中， 農業生產和雨洪調節所占比重最大， 約為164.472億元和170.087億元， 其次為淡水資源和文化教育價值， 約為98.160億元和69.69億元， 游憩功能價值、 生物多樣性服務價值、 固碳釋氧服務價值分別為36.105億元， 30.088億元和27.360億元． 其他生態系統服務類型， 包括噪音降低、 水質凈化、 氣溫調節、 空氣凈化和保持土壤等服務價值相對較低(表4)．

表4 重慶市主城區綠色空間生態系統服務價值 億元

從單位面積重慶主城區綠地的生態系統服務價值來看， 單位面積的水域提供的生態系統服務價值最高， 其次為林地和草地， 耕地的單位面積生態系統服務價值最低． 耕地和水域是供給服務的主要來源， 而調節與支持服務價值來源主要依靠林地和草地生態系統， 而林地同時也為文化服務提供了最主要的價值來源(表5)． 根各類用地的生態系統服務價值評估結果， 將其反映到研究范圍空間上， 發現研究區域內主要的丘陵與山脈區域， 具有顯著的生態系統服務功能．

表5 單位面積綠地生態系統服務價值 萬元

3 基于生態系統服務價值的山地城市綠色空間規劃策略

3.1 城市組團綠色空間特征分析

根據上述城市綠色空間生態系統服務價值分布結果， 林地所提供的生態系統服務價值在所有綠色空間類型中最高． 同時， 林地為調節與支持服務和文化服務提供了最主要的價值來源． 而從綠色空間類型分布圖(圖3)可以看出， 林地主要分布于山頭和山脊等區域． 同時， 水域提供的單位面積生態系統服務價值最高． 可以說在山地城市中， 城市山林與河流水系是城市綠色空間生態系統服務的重要來源． 因此， 本文以重慶市主城區中心區域為例， 嘗試在城市組團尺度下， 發現目前城市山林與河流水系的生態問題， 從提升生態系統服務價值出發， 探討山地城市綠色空間的優化策略．

本研究選取位于重慶市主城區中心區域的渝中-南岸-觀音-大楊石組團為研究案例， 通過研究區域空間數據獲取組團內的城市建成區土地利用類型、 地形地貌和水文信息． 并通過數字高程模型DEM生成坡度和高程模型圖， 同時， 利用DEM模型和水文數據提取山脊線、 河流線和山體等特征區域． 通過分析山脊線、 河流線、 陡坡、 山頂、 丘陵和洪泛區等地理景觀的基本要素， 并將場地的地理景觀要素與城市建設現狀疊加， 可發現目前城市區域與其所在自然地理環境的矛盾(圖4)． 利用所得到的數據， 可有效分析案例組團自然生態地理環境條件情況， 并在此基礎上提出優化方案．

圖4 渝中-南岸-觀音-大楊石組團自然地理景觀要素

通過渝中-南岸-觀音-大楊石組團的自然地理景觀要素分布可以清晰看到， 組團主要由兩條貫穿的高山山脈作為自然界限， 同時， 內部同樣多山地丘陵． 區域內嘉陵江和長江這兩條主要水系在組團內部交匯， 河流水網密集分布． 兩山山脈形成組團的主要外部自然山體隔離， 將城市建設區域主要限制在兩條山脈之間． 區域內具有較高的生態系統服務價值的林地主要分布于山頂和坡地區域． 同時， 嘉陵江和長江兩條重要水系在此交匯， 為組團內部提供了相應的重要生態系統服務功能．

城市發展現狀的反映主要通過提取人工環境建設主要涉及的工業用地、 交通用地、 商業用地、 居住用地和設施用地， 排除保留自然地理要素的城鎮綠地、 河流和濕地． 通過分析城市土地利用現狀數據， 可以看出目前研究區域內大部分的城市開發與生態服務價值最大化的要求不符(圖5)．

圖5 渝中-南岸-觀音-大楊石組團城市發展情況

通過分析比較自然地理環境和城市發展現狀， 可以看出目前案例組團內部分城市開發對山地區域和河流泛洪區侵蝕嚴重． 尤其是山頂出現大量城市斑塊， 而大量緩坡丘陵區域和低海拔山頂區域被嚴重改變和破壞． 在貫穿組團的兩條平行山脈頂部大量散布城市斑塊， 山脊生態廊道遭到破壞， 導致山區林地破碎化程度不斷加劇． 同時， 部分河流也由于城市建設被阻斷， 或河流周邊河灘地被大量用于城市開發(圖6)．

圖6 渝中-南岸-觀音-大楊石組團城市開發侵蝕情況

3.2 城市綠色空間優化策略

本研究基于城市綠色空間的價值提升， 提出相應的綠色空間優化方案和修復策略(圖7)． 首先， 依據城市自然地理要素調整城市組團中心布局模式． 建議嚴格控制兩江四岸的城市開發， 在相對地勢平坦、 遠離山體、 對自然生態環境要素影響干擾較少的區域布局城市組團中心． 其次， 嚴格保護山脈區域， 建議搬遷山脈工業用地， 盡量修復已經遭到城市開發破壞的山地區域林地． 保留山區林地作為自然保護區和大型城市森林公園， 在嚴格保護森林綠色空間的同時為城市居民提供觀賞游憩價值． 同時， 可考慮選擇坡度和海拔相對較為緩和、 斑塊面積相對較小的山區林地， 作為提供城市居民活動場所的城市公園， 在增加城市公園密度的同時， 增加綠色空間斑塊密度， 整體提升城市綠色空間的生態系統服務價值． 最后， 河流水系兩岸的洪泛區應嚴格禁止城市開發[17]． 建議搬遷沿著長江沿岸分布的大片工業用地， 利用生態技術對這些工業區進行生態修復， 發揮水域生態系統服務重要價值， 為城市提供雨洪調節、 休閑游憩等重要生態系統服務功能．

圖7 渝中-南岸-觀音-大楊石組團城市綠色空間優化布局

本研究主要以城市綠色空間價值作為首先考慮和保護的對象， 分析未能包含具體規劃方案中涉及的所有自然地理、 生態和人文各方面要素． 方案僅為對山地城市生態系統服務優化策略的思考和探討， 在實際城市綠地系統規劃中， 應當在此基礎上， 綜合更全面的城市用地現狀、 自然地理要素和生態系統要素， 并結合文化要素綜合制定城市綠色空間規劃方案．

4 結論與討論

伴隨著近10年來不斷的城鎮化過程， 山地城市的開發不斷向山脈與陡坡邊緣逼近， 甚至侵占了山脊線和山頂地帶； 河流水系的生態敏感區域也不斷被城市開發侵占， 變為高價的居住和商業用地； 大量橋梁和隧道的修建， 打破了原有的自然生態屏障， 使城市發展由高度集聚向外圍分散轉變． 這樣高強度的山地城市開發模式導致了一系列嚴重的自然生態環境問題． 由于規劃制定方式和管理模式的原因， 在城市綠色空間規劃中更關注的往往是城市綠地覆蓋率、 人均綠地面積等相對單一的綠化指標． 然而， 從研究結果中可以看出， 除了綠色空間面積外， 城市綠色空間的價值與其用地類型、 空間分布具有密切關系． 同時， 山地城市環境具有其獨特的環境特征， 城市綠色空間的建設發展面臨更加復雜敏感的生態環境問題． 在實際的城市綠色空間規劃中， 實現綠色空間生態系統服務價值最大化所面臨的主要困難是前期生態價值評估與具體規劃工作的脫節， 反映城市綠色空間多重價值的目標不明確．

在山地城市綠色空間規劃過程中， 應當充分考慮山地環境特征， 尊重自然生態系統過程， 突出山水城市文化特色， 將合理充分利用城市綠色空間生態系統價值， 將生態系統服務功能的提升作為實際規劃中重要的一環． 同時， 要避免盲目將平原城市的發展經驗照搬到山地城市之中， 需要考慮山地城市和平原城市在自然過程和環境限制等方面的顯著差異， 尤其應當限制城市開發向脆弱敏感的山地區域蔓延， 堅持保護城市中獨特的山水景觀， 以及山水城市傳統文化的價值．

研究基于城市綠色空間的生態系統服務價值評估結果， 提出山地城市綠色空間的優化策略研究， 可以將城市綠色空間的具體優化策略總結為3個方面．

第一， 堅持保護山地城市自然山水環境． 為保證自然山地綠色空間和河流水系的濱水綠色空間不受城市開發影響， 應當盡可能減輕城市開發帶來的負面影響． 通過完善公交系統、 關閉或搬遷污染企業， 改善城市空氣質量， 通過增加植被覆蓋、 減緩城市熱島效應， 通過豐富山地區域森林植被、 限制城市建設的坡度和高程等方式實現水土保持、 防止山體滑坡和城市雨洪徑流的管理． 盡可能減少大規模開挖山體、 填充洼地、 夷平山丘、 破壞梯田、 截斷水系和破壞植被等可能引發自然災害的城市開發活動[18]．

第二， 遵循 “多中心、 組團式”城市形態， 采取緊湊城市開發、 土地集約利用的城市發展策略． 在中心城市區域采取高密度開發模式； 在緩坡、 中坡的山地區域， 加強基礎設施配套和工程防護成本的投入[17]； 在山頂、 陡坡和河流沿岸等生態脆弱區域， 應嚴格禁止任何開發活動． 對于已經遭到破壞的區域， 應當積極采取生態修復措施進行修復．

第三， 保護城市人文價值的豐富度和多樣性， 保護山水城市歷史文化景觀． 嚴格劃定歷史文化街區和文化公園的保護范圍， 禁止城市開發侵占歷史文化保護區域土地， 尊重山地城市獨特山水格局的城市建設模式和傳統規劃方式， 防止山地平原化， 保持山地城市獨有的立體山水文化景觀．

總的來說， 在山地城市中， 自然山水生態環境是山地城市發展的重要制約因素， 同時也是山地城市的重要資產， 具有重要的生態系統服務價值[19]． 一方面， 山水格局構成了限制山地城市發展的自然屏障， 加劇了城市熱島效應和空氣污染等環境問題； 另一方面， 山水環境改善和維護了山地城市的自然生態系統， 在山地城市中， 山脈、 丘陵、 河流和溪溝等城市綠色空間區域通常具有更高的生態價值， 在城市建設中應當得到更高的關注． 因此， 可以說城市綠色空間規劃的重點不在于綠地覆蓋率和綠地面積的多少， 而在于城市綠色空間如何分布， 從生態系統服務的視角出發， 探討山地地區的城市綠色空間規劃問題才是尊重自然演進過程的可持續的城市綠色空間規劃方式．