基于承災(zāi)脆弱性與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需匹配的城市空間治理分區(qū)

許 萌,董瀟楠,謝苗苗,2,王 玉,仝 徳

1 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京), 北京 100083 2 自然資源部土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100035 3 生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心國(guó)家環(huán)境保護(hù)衛(wèi)星遙感重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100094 4 北京大學(xué)未來(lái)城市實(shí)驗(yàn)室, 深圳 518055

國(guó)土空間治理是國(guó)家為保障糧食安全、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、合理配置國(guó)土空間資源的戰(zhàn)略要求,是推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè),打造美麗家園的重要舉措[1]。城市是國(guó)土空間的重要組成部分,作為高密度的人類(lèi)聚居區(qū),人類(lèi)安全基本需求的滿(mǎn)足在城市國(guó)土空間治理層面尤為重要。然而,城市生態(tài)環(huán)境問(wèn)題日益凸顯,自然災(zāi)害、內(nèi)澇等問(wèn)題也日益嚴(yán)重,城市防災(zāi)減災(zāi)基礎(chǔ)設(shè)施不足,增強(qiáng)國(guó)土空間抵御災(zāi)害的能力,以人為本推進(jìn)國(guó)土空間治理和優(yōu)化[2],營(yíng)造安心、安全的生產(chǎn)、生活、生態(tài)空間應(yīng)該成為城市治理和空間規(guī)劃的研究重點(diǎn)[3]。在降低城市生態(tài)系統(tǒng)承受自然災(zāi)害威脅的脆弱性時(shí),利用生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)服務(wù)效益更高、恢復(fù)力更強(qiáng)[4]。

生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的本質(zhì)是城市化和土地利用變化改變了生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能[5-6],同時(shí)又因?yàn)樯鐣?huì)經(jīng)濟(jì)要素在空間分布上的差異導(dǎo)致對(duì)災(zāi)害安全保障的需求存在空間異質(zhì)性,使部分區(qū)域生態(tài)本底無(wú)法滿(mǎn)足生態(tài)需求。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需空間匹配作為一種耦合自然生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的方法,能夠通過(guò)供需方的空間關(guān)系識(shí)別供需失衡的區(qū)域,為利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)增強(qiáng)城市抵御自然災(zāi)害的能力提供依據(jù)[7-9]。

科學(xué)客觀地評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求一直是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需分析研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)[10]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求是人類(lèi)社會(huì)消耗的或希望獲得的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)數(shù)量[11-13]。以往研究中供給服務(wù)的需求主要通過(guò)對(duì)產(chǎn)品的實(shí)際使用和消費(fèi)數(shù)據(jù)來(lái)量化,文化服務(wù)需求可從人類(lèi)對(duì)景觀的偏好、可達(dá)性等方面建立指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估[14-15]。環(huán)境調(diào)節(jié)服務(wù)需求主要是由具體生態(tài)過(guò)程的物理量來(lái)表征,如土壤保持服務(wù)的需求量為實(shí)際土壤侵蝕量[16]。另外基于專(zhuān)家知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需矩陣也廣泛應(yīng)用于需求的量化[17-18]。上述研究方法從使用、消費(fèi)或社會(huì)偏好等需求的特征來(lái)衡量生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求,適合于宏觀尺度研究區(qū)域整體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需平衡狀態(tài),研究結(jié)果難以為城市區(qū)域生態(tài)管控和風(fēng)險(xiǎn)治理提供切實(shí)可行的依據(jù)。城市尺度最基礎(chǔ)與緊迫的需求是降低風(fēng)險(xiǎn)和保障居民生命、財(cái)產(chǎn)安全,將抵御城市區(qū)域潛在或客觀存在的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)作為需求,才更能夠?yàn)槌鞘锌臻g風(fēng)險(xiǎn)治理提供實(shí)際有效的支撐。

基于承災(zāi)脆弱性的需求評(píng)價(jià)正契合上述理念。國(guó)內(nèi)外學(xué)者將脆弱性看成一種損失程度,承災(zāi)脆弱性被定義為在一定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)背景下,區(qū)域內(nèi)的人和物在遭受自然災(zāi)害時(shí)可能造成的損失程度[19-21]。基于承災(zāi)脆弱性的需求評(píng)價(jià)將實(shí)際、潛在受災(zāi)區(qū)域的損失程度作為承災(zāi)體對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求程度[22-23],損失越高則越需要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)來(lái)減緩損失。本文探討了基于承災(zāi)脆弱性評(píng)價(jià)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需匹配在城市空間風(fēng)險(xiǎn)治理中的應(yīng)用途徑。以珠海市為例,選擇對(duì)提升區(qū)域抵御自然災(zāi)害能力和恢復(fù)力具有重要意義的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),構(gòu)建基于承災(zāi)脆弱性評(píng)價(jià)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需空間匹配框架,通過(guò)供需匹配結(jié)果識(shí)別對(duì)城市整體生態(tài)安全有嚴(yán)重威脅的區(qū)域,劃分城市空間治理類(lèi)型,為增強(qiáng)國(guó)土空間抵御災(zāi)害的能力提供實(shí)證研究。

1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需空間匹配

1.1 研究區(qū)概況

珠海市位于廣東省南部、珠江口西岸(113°03′—114°19′E、21°48′—22°27′N(xiāo))。全市陸地面積1711.2 km2,下轄香洲區(qū)、金灣區(qū)、斗門(mén)區(qū)3個(gè)行政區(qū)。珠海市屬南亞熱帶季風(fēng)海洋性氣候,氣溫較高,年平均氣溫為22.5℃；氣候濕潤(rùn)、降雨充沛,年平均降雨量為2061.9 mm；珠海市易受南亞熱帶季候風(fēng)的影響,災(zāi)害性天氣主要為臺(tái)風(fēng)和暴雨,城市內(nèi)澇和土壤侵蝕問(wèn)題日益突出。據(jù)此選擇水源涵養(yǎng)、土壤保持和臺(tái)風(fēng)防護(hù)三項(xiàng)服務(wù)開(kāi)展生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需匹配研究。

1.2 基于承災(zāi)脆弱性的供需匹配框架

承災(zāi)脆弱性是區(qū)域承災(zāi)客體受自然災(zāi)害擾動(dòng)和影響時(shí)可能造成的損失程度[20-21]。居民與城市系統(tǒng)常被考慮為承災(zāi)對(duì)象。劉毅等[24]以歷史災(zāi)害數(shù)據(jù)為依據(jù),從災(zāi)害危險(xiǎn)性、承災(zāi)體暴露性和損失度三方面選擇了成災(zāi)面積、受災(zāi)人口、直接經(jīng)濟(jì)損失和城市化水平等指標(biāo),對(duì)自然災(zāi)害脆弱性進(jìn)行模擬。根據(jù)前人研究經(jīng)驗(yàn),本文基于歷史災(zāi)害數(shù)據(jù)來(lái)建立承災(zāi)脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,從災(zāi)害頻度和災(zāi)害損失兩方面選取評(píng)價(jià)指標(biāo)。災(zāi)害頻度指災(zāi)害的易發(fā)性；災(zāi)害損失包括災(zāi)害經(jīng)濟(jì)損失和人口暴露度,主要考慮城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)和居民承受的損失,在同等災(zāi)害易發(fā)情況下,城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)水平越高、人口分布越密集,造成的損失可能性越高。承災(zāi)脆弱性越高,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)預(yù)防及降低災(zāi)害損失的需求越高。

災(zāi)害頻度用災(zāi)害歷史數(shù)據(jù)確定的災(zāi)害易發(fā)地點(diǎn)及影響規(guī)模來(lái)表征；經(jīng)濟(jì)建設(shè)程度從城市建設(shè)的角度反映災(zāi)害對(duì)城市系統(tǒng)造成的損失；人口數(shù)量和分布決定了區(qū)域人口的暴露度,能夠表征在災(zāi)害影響下居民遭受的潛在損失程度(圖1)。具體指標(biāo)如下：水浸黑點(diǎn)、地質(zhì)災(zāi)害(隱患)點(diǎn)和臺(tái)風(fēng)路徑的歷史數(shù)據(jù)代表三類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)所對(duì)應(yīng)的自然災(zāi)害的易發(fā)性；地質(zhì)災(zāi)害經(jīng)濟(jì)損失數(shù)據(jù)、不透水比例表征災(zāi)害經(jīng)濟(jì)損失；動(dòng)態(tài)人口密度表征受災(zāi)區(qū)域人口暴露度(圖1)。各指標(biāo)間有顯著關(guān)聯(lián)的場(chǎng)合,且權(quán)數(shù)作用不明顯,因此采用乘法合成來(lái)綜合各項(xiàng)指標(biāo)。

圖1 基于承災(zāi)脆弱性評(píng)價(jià)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需空間匹配理論框架

評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給所需數(shù)據(jù)：2018年土地利用/覆被數(shù)據(jù)采用中國(guó)科學(xué)院1∶10萬(wàn)比例尺數(shù)據(jù)庫(kù)中30 m×30 m的數(shù)據(jù)產(chǎn)品；DEM和遙感影像數(shù)據(jù)來(lái)自地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn/)；氣象數(shù)據(jù)來(lái)自于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http://data.cma.cn/)；土壤數(shù)據(jù)由第二次全國(guó)土壤普查資料獲得。需求所需數(shù)據(jù)：水浸黑點(diǎn)由珠海市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局和實(shí)地調(diào)研獲得；地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)(包括滑坡、潛在滑坡、崩塌以及潛在崩塌)由珠海市自然資源局(http://zrzyj.zhuhai.gov.cn/)獲取、實(shí)地調(diào)研驗(yàn)證；全國(guó)臺(tái)風(fēng)路徑數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)天氣臺(tái)風(fēng)網(wǎng)(http://typhoon.weather.com.cn/)；人口密度由中國(guó)移動(dòng)提供的2016年4月某一無(wú)節(jié)日周的手機(jī)信令數(shù)據(jù)獲取,相較基于行政區(qū)劃的人口密度更能反映人口的真實(shí)分布。柵格數(shù)據(jù)均采用30 m分辨率,WGS84投影坐標(biāo)；InVEST模型水源涵養(yǎng)服務(wù)的評(píng)估原理是基于流域尺度水文過(guò)程上的,因此,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給和需求評(píng)價(jià)均選用統(tǒng)一的流域尺度,流域由DEM數(shù)據(jù)經(jīng)ArcGIS中的水文分析提取得到；在鄉(xiāng)鎮(zhèn)、街道尺度上分析供需匹配結(jié)果及風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)結(jié)果,以便于為城市空間治理提供建議。

1.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需評(píng)估

1.3.1水源涵養(yǎng)服務(wù)

水源涵養(yǎng)功能包括截留降水,涵蓄土壤水分和調(diào)節(jié)徑流等,對(duì)可能發(fā)生的降水淤積、雪洪內(nèi)澇等造成人類(lèi)損失的水文現(xiàn)象具有預(yù)防和減緩作用。研究城市的水源涵養(yǎng)服務(wù)的供需情況,能為城市內(nèi)澇的緩解和治理提供參考。本文運(yùn)用InVEST模型中產(chǎn)水量模塊得到產(chǎn)水量[25],再經(jīng)系數(shù)修正后得到水源涵養(yǎng)服務(wù)的供給量[26],計(jì)算原理如下。

(1)

(2)

式中,Yx,j為x柵格j類(lèi)土地利用/覆被類(lèi)型的產(chǎn)水量；AETx,j為x柵格j類(lèi)土地利用/覆被類(lèi)型的年實(shí)際蒸散量；Px為x柵格的年降水量。R為多年平均水源涵養(yǎng)量(mm)；IT為地形指數(shù)；K為土壤飽和導(dǎo)水率(cm/d)；Ve為流速系數(shù)；Y為產(chǎn)水量。

構(gòu)建內(nèi)澇災(zāi)害脆弱性指標(biāo)體系來(lái)評(píng)價(jià)水源涵養(yǎng)服務(wù)的需求。內(nèi)澇災(zāi)害易發(fā)性由50處常年易發(fā)內(nèi)澇的水浸黑點(diǎn)表征,包含18條路段、32個(gè)道路交叉口,對(duì)水浸黑點(diǎn)設(shè)置緩沖區(qū)并賦2倍權(quán)重表示內(nèi)澇災(zāi)害的影響范圍和易發(fā)性。內(nèi)澇災(zāi)害帶來(lái)的損失主要與城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)程度和人口密度相關(guān),經(jīng)濟(jì)建設(shè)程度由線(xiàn)性光譜混合模型(LSMM)獲得的不透水比例表征[27]；人口暴露度由人口密度表征。借助指數(shù)函數(shù)來(lái)消除不透水比例波動(dòng)較小的特征,在不影響整體分布趨勢(shì)的前提下將局部波動(dòng)特征強(qiáng)化,對(duì)波動(dòng)較大的人口密度取對(duì)數(shù)弱化局部劇烈波動(dòng)特征(公式3)。

X=A×eB×log10C

(3)

式中,X為水源涵養(yǎng)服務(wù)需求；A為水浸黑點(diǎn)緩沖區(qū)；B為不透水比例；C為人口密度。

1.3.2土壤保持服務(wù)

土壤保持服務(wù)反映了生態(tài)系統(tǒng)防止土壤侵蝕、儲(chǔ)留保持泥沙的能力。珠海市降雨頻繁,多山地丘陵,易發(fā)生土壤侵蝕造成的崩塌、滑坡等災(zāi)害。探究區(qū)域的土壤保持能力對(duì)緩解和預(yù)防土壤侵蝕引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害具有重要的意義。本文用InVEST模型的泥沙輸移比模塊評(píng)估土壤保持服務(wù)的供給量[28],模型計(jì)算的原理如下。

SEDRET=R×K×LS×(1-C×P)+(1-SDR)×R×K×LS×C×P

(4)

式中,SEDRET為土壤保持量,即土壤保持服務(wù)供給量；R為降雨侵蝕力因子;K為土壤可蝕性因子；LS為地形因子；C為覆蓋管理因子；P為水土保持措施因子；SDR為泥沙輸移比。

地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生直接導(dǎo)致土壤受到嚴(yán)重侵蝕,構(gòu)建地質(zhì)災(zāi)害脆弱性指標(biāo)體系評(píng)價(jià)土壤保持服務(wù)的需求。地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性由地質(zhì)災(zāi)害報(bào)告和實(shí)地調(diào)研得到的177個(gè)地質(zhì)災(zāi)害(隱患)點(diǎn)來(lái)表征。地質(zhì)災(zāi)害經(jīng)濟(jì)損失數(shù)據(jù)包括直接經(jīng)濟(jì)損失和威脅資產(chǎn),將帶有經(jīng)濟(jì)損失數(shù)據(jù)屬性的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行反距離權(quán)重插值得到研究區(qū)整體的地質(zhì)災(zāi)害經(jīng)濟(jì)損失；人口密度表征災(zāi)害影響下居民遭受的潛在損失程度。對(duì)人口密度取對(duì)數(shù),保持分布趨勢(shì)、弱化局部劇烈波動(dòng)特征(公式5)。

X=A×log10B

(5)

式中,X為土壤保持服務(wù)需求；A為災(zāi)害經(jīng)濟(jì)損失；B為人口密度。

1.3.3臺(tái)風(fēng)防護(hù)服務(wù)

生態(tài)系統(tǒng)對(duì)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害的防護(hù)來(lái)源于植被的固土能力和林木的防風(fēng)效應(yīng),多年健康穩(wěn)定生長(zhǎng)的林木區(qū)、防護(hù)林通過(guò)改變氣流結(jié)構(gòu)、減低氣流動(dòng)能達(dá)到降低臺(tái)風(fēng)風(fēng)速的作用,同時(shí)植物根系固持土壤的能力可以減緩臺(tái)風(fēng)造成的雨水沖蝕[29-30]。因此,本文用植被生長(zhǎng)穩(wěn)定程度代表臺(tái)風(fēng)防護(hù)服務(wù)的供給能力,采用改進(jìn)的像元二分模型對(duì)2009、2018年的遙感影像處理提取植被覆蓋度,將植被覆蓋度在70%—100%的區(qū)域劃分為高覆蓋區(qū)[31],定義2009、2018兩年共同的高覆蓋區(qū)為植被生長(zhǎng)穩(wěn)定區(qū),即臺(tái)風(fēng)防護(hù)服務(wù)的供給區(qū),臺(tái)風(fēng)防護(hù)服務(wù)的供給量用高覆蓋區(qū)的累加植被覆蓋度表示。

構(gòu)建臺(tái)風(fēng)災(zāi)害脆弱性指標(biāo)體系來(lái)評(píng)價(jià)臺(tái)風(fēng)防護(hù)服務(wù)的需求。臺(tái)風(fēng)災(zāi)害易發(fā)性由1990—2014年的全國(guó)臺(tái)風(fēng)路徑數(shù)據(jù)處理得到的臺(tái)風(fēng)受災(zāi)頻率來(lái)表征,以臺(tái)風(fēng)路徑為線(xiàn)要素設(shè)置100公里(臺(tái)風(fēng)十級(jí)風(fēng)圈的影響半徑)的緩沖區(qū),將緩沖區(qū)與研究區(qū)疊加,每一次的臺(tái)風(fēng)影響賦值為1,1990—2014年累加得到不同區(qū)域的臺(tái)風(fēng)受災(zāi)頻率。臺(tái)風(fēng)災(zāi)害帶來(lái)的損失主要與城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)程度和人口暴露度相關(guān),經(jīng)濟(jì)建設(shè)程度用不透水比例表征[27],人口暴露度由人口密度表征。由于臺(tái)風(fēng)受災(zāi)頻率和不透水比例波動(dòng)幅度小,對(duì)其取指數(shù)強(qiáng)化局部波動(dòng)特征,同時(shí)保持整體分布趨勢(shì)；對(duì)人口密度取對(duì)數(shù)弱化局部劇烈波動(dòng)特征(公式6)。

X=eA+B×log10C

(6)

式中,X為臺(tái)風(fēng)防護(hù)服務(wù)需求；A為臺(tái)風(fēng)受災(zāi)頻率；B為不透水比例；C為人口密度。

1.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需空間匹配

本研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供需匹配聚焦于空間匹配,并非絕對(duì)物理量匹配,根據(jù)自然斷點(diǎn)法將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給、需求的測(cè)算結(jié)果進(jìn)行空間分級(jí),分析空間分布上的相對(duì)關(guān)系。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給與需求屬不同量綱,采用Z-score法將3種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給和需求標(biāo)準(zhǔn)化,消除量綱的影響,將標(biāo)準(zhǔn)化后的結(jié)果基于象限分布[32-34],定義Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限依次為高供給高需求(H-H)、低供給高需求(L-H)、低供給低需求(L-L)和高供給低需求(H-L)四種供需匹配狀態(tài)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求的Z-score標(biāo)準(zhǔn)化公式為：

(7)

(8)

(9)

2 風(fēng)險(xiǎn)區(qū)類(lèi)別及城市空間治理分區(qū)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需空間匹配狀況的差異造成不同區(qū)域承擔(dān)的主導(dǎo)風(fēng)險(xiǎn)、受損程度和應(yīng)對(duì)措施有所差別。本文借助三項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需匹配結(jié)果,劃分出不同等級(jí)和類(lèi)型的風(fēng)險(xiǎn)區(qū),根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)類(lèi)別提出針對(duì)性的治理策略分區(qū)。

風(fēng)險(xiǎn)區(qū)類(lèi)別的劃分綜合考慮了主導(dǎo)風(fēng)險(xiǎn)類(lèi)型和數(shù)量,以及供需匹配程度。根據(jù)三種服務(wù)對(duì)應(yīng)的災(zāi)害類(lèi)型確定了內(nèi)澇、地質(zhì)災(zāi)害、臺(tái)風(fēng)災(zāi)害3種風(fēng)險(xiǎn)類(lèi)型；根據(jù)供需空間匹配的四種類(lèi)型將風(fēng)險(xiǎn)區(qū)定義為高危(L-H)、中危(H-H)、低危(L-L)、安全(H-L)4種等級(jí)；本研究定義每個(gè)流域的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)類(lèi)別由流域內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)最高的風(fēng)險(xiǎn)決定,最終確定了高危風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中危風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、低危風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、生態(tài)安全區(qū)四大類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)區(qū),在四大類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)基礎(chǔ)上又詳細(xì)劃分了18個(gè)包括單項(xiàng)災(zāi)害、雙項(xiàng)災(zāi)害、綜合災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)子類(lèi)(圖2)。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)類(lèi)別為空間治理提供時(shí)序安排和策略分區(qū),高危風(fēng)險(xiǎn)區(qū)中生態(tài)安全受到的威脅最大,將其作為優(yōu)先治理的區(qū)域,并按照主導(dǎo)風(fēng)險(xiǎn)類(lèi)型劃分了三種治理分區(qū),分別為多項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)綜合治理區(qū)、雙項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)復(fù)合治理區(qū)、主導(dǎo)風(fēng)險(xiǎn)專(zhuān)項(xiàng)治理區(qū),可為治理策略的制定提供依據(jù)。

圖2 風(fēng)險(xiǎn)區(qū)類(lèi)別

3 結(jié)果分析

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需匹配空間分異

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需匹配空間分異反映不同區(qū)域生態(tài)本底與生態(tài)需求之間的矛盾。低供給高需求是首要關(guān)注的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給不足區(qū),多分布于人口密集、內(nèi)部缺少綠色基礎(chǔ)設(shè)施的區(qū)域。全市有17.09%的流域水源涵養(yǎng)服務(wù)供給不足,多分布于人口密集的市區(qū)；23.53%的流域的土壤保持服務(wù)供給不足,主要分布于城鎮(zhèn)化發(fā)展較快的井岸鎮(zhèn)、紅旗鎮(zhèn)、白蕉鎮(zhèn)、平沙鎮(zhèn)和香洲區(qū)部分街道；21.08%的流域臺(tái)風(fēng)防護(hù)服務(wù)供給不足,多位于白蕉鎮(zhèn)、井岸鎮(zhèn)、紅旗鎮(zhèn)、平沙鎮(zhèn)和香洲區(qū)大部分街道(圖3)。

高供給高需求類(lèi)型是生態(tài)系統(tǒng)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的需求有較好回應(yīng)的區(qū)域,大多兼顧了經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù),建設(shè)開(kāi)發(fā)程度和人口聚集度比較高,同時(shí)區(qū)內(nèi)森林公園、風(fēng)景區(qū)、水域等提供了較高的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。如圖3所示,水源涵養(yǎng)服務(wù)高供給高需求區(qū)主要位于經(jīng)濟(jì)建設(shè)較發(fā)達(dá)的香洲區(qū),占比19.37%；10.59%的流域?qū)儆谕寥辣３址?wù)高供給高需求,多分布于南水鎮(zhèn)、乾務(wù)鎮(zhèn)、南屏鎮(zhèn)和灣仔、翠香街道；臺(tái)風(fēng)防護(hù)服務(wù)高供給高需求區(qū)占比20.73%,主要分布在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的香洲區(qū)和斗門(mén)區(qū)的乾務(wù)鎮(zhèn)。

低供給低需求和高供給低需求多位于城鎮(zhèn)化較緩慢、人口密度較低的區(qū)域,其中高供給低需求地區(qū)往往是區(qū)域生態(tài)屏障,發(fā)揮著維持區(qū)域生態(tài)安全的重要作用。水源涵養(yǎng)、土壤保持、臺(tái)風(fēng)防護(hù)高供給低需求區(qū)占比分別為26.77%、27.64%、21.74%,主要分布在斗門(mén)鎮(zhèn)、乾務(wù)鎮(zhèn)、南水鎮(zhèn)、三灶鎮(zhèn)、橫琴鎮(zhèn)和唐家灣鎮(zhèn)。低供給低需求類(lèi)型分布最廣,水源涵養(yǎng)、土壤保持和臺(tái)風(fēng)防護(hù)低供給低需求區(qū)分別占36.77%、38.24%和36.45%,多分布在斗門(mén)區(qū)與金灣區(qū)的部分地區(qū)(圖3)。

圖3 珠海市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需空間匹配圖

3.2 風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)

風(fēng)險(xiǎn)區(qū)表示在特定的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求狀況下,災(zāi)害發(fā)生時(shí)容易受到威脅的區(qū)域,分析各等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的數(shù)量結(jié)構(gòu)、分布狀況和土地利用結(jié)構(gòu)可為治理策略提供依據(jù)(圖4、圖5)。

圖4 風(fēng)險(xiǎn)區(qū)類(lèi)型及其土地利用結(jié)構(gòu)

各級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)包含綜合災(zāi)害、雙災(zāi)害和單災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)子類(lèi)。高危風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占全市總流域的29.23%,其中綜合高危風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占14.2%,雙災(zāi)害高危風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占4.08%,單災(zāi)害高危風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占10.95%。中危風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占全市總流域的21.7%,其中綜合中危風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、雙災(zāi)害中危風(fēng)險(xiǎn)、單災(zāi)害中危風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分別占總流域的5.18%、11.15%、5.37%。低危風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占全市總流域的33.06%,其中綜合、雙災(zāi)害、單災(zāi)害低危風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分別占26.02%、3.31%、3.73%。生態(tài)安全區(qū)占全市總流域的16.01%。

高危風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要位于白蕉鎮(zhèn)、井岸鎮(zhèn)、紅旗鎮(zhèn)、平沙鎮(zhèn)、三灶鎮(zhèn)和香洲區(qū)的唐家灣鎮(zhèn)、橫琴鎮(zhèn)東北部及市區(qū)部分街道。中危風(fēng)險(xiǎn)區(qū)多位于香洲區(qū)的南屏鎮(zhèn)、唐家灣鎮(zhèn)及部分街道,三灶鎮(zhèn)中部、南水鎮(zhèn)北部、乾務(wù)鎮(zhèn)與井岸鎮(zhèn)相接壤的區(qū)域。低危風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布范圍最廣,多位于斗門(mén)區(qū)和金灣區(qū)。生態(tài)安全區(qū)主要位于斗門(mén)鎮(zhèn)、乾務(wù)鎮(zhèn)、南水鎮(zhèn)、三灶鎮(zhèn)和橫琴鎮(zhèn)南部。

風(fēng)險(xiǎn)區(qū)類(lèi)型與建設(shè)用地比例高度關(guān)聯(lián),風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)越高建設(shè)用地占比越大,生態(tài)用地總體占比小(圖4)。高危風(fēng)險(xiǎn)區(qū)中建設(shè)用地面積占總面積37.9%,占比最高,其次是耕地。中危風(fēng)險(xiǎn)區(qū)中林地為46.1%,占比最高,建設(shè)用地、耕地分別占33.4%和14.7%,生態(tài)用地與生產(chǎn)生活用地相對(duì)協(xié)調(diào)。低危風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布有大面積耕地、灘涂,城鎮(zhèn)發(fā)展較緩慢,耕地占總面積的37.5%,水域面積占32.4%,林地、建設(shè)用地分別占14.6%、15.1%,區(qū)域整體生態(tài)需求和生態(tài)供給不高。安全區(qū)中林地分布最廣,占總面積的62.4%,該區(qū)域人口稀疏,生態(tài)需求較低,分布著眾多自然山體,生態(tài)用地分布較廣,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給潛力高。

3.3 城市空間治理分區(qū)及其策略

珠海市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)高的區(qū)域主要在經(jīng)濟(jì)發(fā)展較緩慢、林地分布廣的地區(qū),但值得關(guān)注的是香洲區(qū)城鎮(zhèn)化快、人口聚集度高,但由于周?chē)植贾止珗@、風(fēng)景區(qū),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給尚可滿(mǎn)足需求,提供了兼顧經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)的模板,是城市可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)狀況較差的區(qū)域多位于斗門(mén)區(qū)、金灣區(qū),由于耕地、灘涂分布較廣,生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單一,因此實(shí)施灘涂地改造整治、提升耕地質(zhì)量,打造生態(tài)效益高的集約化農(nóng)田對(duì)提升城市整體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)狀況具有重要意義。針對(duì)珠海市生態(tài)安全威脅嚴(yán)重的高危風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃分了三大類(lèi)治理策略分區(qū)(圖6)。

圖6 珠海市空間治理策略分區(qū)

多項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)綜合治理區(qū)主要位于斗門(mén)鎮(zhèn)、平沙鎮(zhèn)、白蕉鎮(zhèn)、井岸鎮(zhèn)、紅旗鎮(zhèn)以及前山、梅華、拱北街道。這些地區(qū)城鎮(zhèn)發(fā)展快,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)難以滿(mǎn)足需求,規(guī)劃治理應(yīng)注重生態(tài)用地的營(yíng)造,增強(qiáng)區(qū)域的生態(tài)本底；未來(lái)應(yīng)重視城市副中心的建設(shè),疏散老城區(qū)職能,緩解生態(tài)壓力；優(yōu)化城鎮(zhèn)綠色基礎(chǔ)設(shè)施,注重構(gòu)建生態(tài)安全格局,提高景觀連通性；同時(shí)借鑒應(yīng)用海綿城市的設(shè)計(jì)理念,增強(qiáng)城市適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害的彈性。

雙項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)復(fù)合治理區(qū)包括地質(zhì)-臺(tái)風(fēng)災(zāi)害復(fù)合治理區(qū)和內(nèi)澇-臺(tái)風(fēng)災(zāi)害復(fù)合治理區(qū)。地質(zhì)-臺(tái)風(fēng)災(zāi)害復(fù)合治理區(qū)位于紅旗鎮(zhèn)中部、平沙鎮(zhèn)北部和吉大街道,這些區(qū)域容易受到臺(tái)風(fēng)暴雨引發(fā)的崩塌、滑坡等威脅,建議在現(xiàn)有綠地基礎(chǔ)上,調(diào)整植被的種類(lèi)和群落結(jié)構(gòu),建設(shè)兼顧景觀與防護(hù)功能的綠地系統(tǒng)；同時(shí)重視對(duì)脆弱裸露生態(tài)的修復(fù),提升區(qū)域土壤保持和生態(tài)防護(hù)能力。內(nèi)澇-臺(tái)風(fēng)災(zāi)害復(fù)合治理區(qū)位于唐家灣鎮(zhèn)的東部,這些區(qū)域應(yīng)注重城市道路防護(hù)綠地和海岸防護(hù)綠線(xiàn)的建設(shè)與優(yōu)化[35]；整治修復(fù)裸露的廢棄地,加強(qiáng)對(duì)河流水系、濕地的保護(hù),增強(qiáng)水域生態(tài)功能,提升區(qū)域整體防洪排澇能力。

主導(dǎo)風(fēng)險(xiǎn)專(zhuān)項(xiàng)治理區(qū)包括內(nèi)澇、地質(zhì)災(zāi)害、臺(tái)風(fēng)災(zāi)害專(zhuān)項(xiàng)治理區(qū)。內(nèi)澇專(zhuān)項(xiàng)治理區(qū)位于唐家灣鎮(zhèn)西北部,這些地區(qū)可以合理設(shè)置下凹式綠地和蓄水池,提高地面的蓄滯水能力；改善下墊面條件,減小地面徑流系數(shù),提高地面滲水能力；優(yōu)化改造景觀水體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),充分發(fā)揮其儲(chǔ)蓄雨水的作用。地質(zhì)災(zāi)害專(zhuān)項(xiàng)治理區(qū)主要位于白蕉鎮(zhèn)南部、三灶鎮(zhèn)北部和灣仔街道,這些地區(qū)應(yīng)該重視山體植被的維護(hù),提高水土保持能力；排查山坡不當(dāng)耕種方式,加強(qiáng)邊坡防護(hù)；同時(shí)注重營(yíng)造生態(tài)效益高的集約化農(nóng)田。臺(tái)風(fēng)災(zāi)害專(zhuān)項(xiàng)治理區(qū)主要位于橫琴鎮(zhèn)東北部和南屏鎮(zhèn)西北部,這些地區(qū)可以考慮在現(xiàn)有綠地基礎(chǔ)上,對(duì)綠地花園、防護(hù)林帶進(jìn)行組合優(yōu)化,形成區(qū)域綠化帶防護(hù)網(wǎng)；注意采用正確適宜的栽種方式植栽抗風(fēng)效果好的樹(shù)種；定期檢查城區(qū)行道樹(shù)、防護(hù)林的健康狀況。

4 結(jié)論與討論

本文立足于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)降低災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)和減緩損失的功能,構(gòu)建了基于承災(zāi)脆弱性評(píng)價(jià)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需分析理論框架,通過(guò)供需空間匹配結(jié)果劃分風(fēng)險(xiǎn)區(qū),為城市空間治理提供策略。研究結(jié)論如下：

(1)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)有低供給高需求(L-H)、高供給高需求(H-H)、低供給低需求(L-L)和高供給低需求(H-L)4種供需匹配類(lèi)型,其中低供給低需求是三項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)中占主導(dǎo)的匹配類(lèi)型。三項(xiàng)服務(wù)供需失衡程度為土壤保持服務(wù)>水源涵養(yǎng)服務(wù)>臺(tái)風(fēng)防護(hù)服務(wù)。

(2)珠海市高危、中危、低危、安全區(qū)面積占比分別為29.23%、21.70%、33.06%、16.01%；由風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的土地利用結(jié)構(gòu)可知,風(fēng)險(xiǎn)區(qū)等級(jí)與建設(shè)用地間存在著較強(qiáng)的空間對(duì)應(yīng)關(guān)系,風(fēng)險(xiǎn)區(qū)等級(jí)受區(qū)域內(nèi)生態(tài)、生產(chǎn)和生活用地的配置關(guān)系的影響。

(3)根據(jù)劃分的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)類(lèi)別為珠海市空間治理提供時(shí)序安排和策略分區(qū),高危風(fēng)險(xiǎn)區(qū)生態(tài)安全受到的威脅最大,將其作為優(yōu)先重點(diǎn)治理區(qū),并根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)子類(lèi)提出多項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)綜合治理區(qū)、雙項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)復(fù)合治理區(qū)、主導(dǎo)風(fēng)險(xiǎn)專(zhuān)項(xiàng)治理區(qū)三種治理策略分區(qū)。

通過(guò)對(duì)珠海市的研究,探討了基于承災(zāi)脆弱性評(píng)價(jià)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需分析在城市國(guó)土空間治理中的應(yīng)用途徑。生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)服務(wù)對(duì)城市的環(huán)境問(wèn)題具有一定的緩解作用,在自然災(zāi)害發(fā)生時(shí),城市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)需要生態(tài)系統(tǒng)為其提供降低風(fēng)險(xiǎn)、減緩損失的服務(wù),承災(zāi)脆弱性通過(guò)模擬承災(zāi)體受自然災(zāi)害擾動(dòng)造成的損失將這種需求量化。建立并分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與承災(zāi)脆弱性的供需關(guān)系,對(duì)其他城市地區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)治理、生態(tài)修復(fù)均具有一定的借鑒意義。

本文生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供需匹配聚焦于空間匹配,并非絕對(duì)物理量匹配,未來(lái)要在注重生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需內(nèi)在一致性的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步探究統(tǒng)一的供需評(píng)價(jià)指標(biāo)；同時(shí)重視生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流動(dòng)和傳遞機(jī)制研究,解決高供給區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)如何惠及到其他地區(qū)的問(wèn)題。此外,本文著重關(guān)注生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)威脅最高的高危風(fēng)險(xiǎn)區(qū),為其劃分治理區(qū)并提供策略建議,但并不意味著其他類(lèi)型的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)就無(wú)需治理,后續(xù)研究要關(guān)注不同層級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)區(qū),因地制宜優(yōu)化城市生態(tài)用地的配置,從生態(tài)可持續(xù)的角度提升城市抵御自然災(zāi)害的韌性。

致謝：北京大學(xué)深圳研究生院李貴才教授對(duì)研究思路、調(diào)研協(xié)調(diào)給予幫助,珠海市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局幫助資料收集,北京大學(xué)景觀生態(tài)與土地利用研究組提供部分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，特此致謝。