國土空間規劃背景下市縣生態保護重要性評價實踐探索——以武漢市江夏區為例

羅巧靈 馬 杰 鄭振華 鄭 金

人類頻繁的活動和城市飛速的擴張伴隨著自然資源的過度利用和生態系統的受損退化，導致生態環境問題日漸增加、日趨嚴重，因此協調人類與自然的關系變得極為重要[1-2]。生態保護重要性標志著某個地區對維護區域生態安全的重要程度，生態保護重要性評價的實質是在空間上明晰生態保護的重要區域，優化生態保護重要性評價可以更好地保護生態空間，推動人與自然和諧共處[3]。

1 “雙評價”指南中市縣生態保護重要性評價的局限

生態保護重要性是表征區域生態系統結構和功能重要性程度的綜合指標，包括生態系統服務功能重要性和生態敏感性。早在1969年，Mc Harg就在《設計結合自然》一書中提出了生態敏感性分析模型[4]。1970年聯合國大會上發表的《人類對全球環境的影響》中首次提出生態系統服務的概念。1997年Costanza等[5]把生態系統服務功能細化后轉換為貨幣形式進行生態系統服務價值計算，這一概念與方法迅速引起了國內外學者的關注。2000年歐陽志云等[6]首次提出生態敏感性的概念，開啟了國內生態敏感性研究的序幕。2003年謝高地等[7]在Costanza等的研究基礎上，結合我國實際情況制定出基于單位面積的中國陸地生態系統服務價值表，極大地推動了我國生態系統服務價值的相關研究。生態系統服務和生態敏感性的研究積累至21世紀初，綜合兩者的生態保護重要性研究應運而生[8]。近年來，生態保護重要性評價研究快速增加，整體上分3個方向：一是豐富不同尺度和區域的評價體系，以省[9]、市[10]級別的評價為基礎，拓展對濕地[11]、縣域[12]、怒江流域[3]、西南地區[13]、東北山地區[14]等區域進行研究；二是評價體系中增加外部因素對生態的影響，如李云等[15]引入“空間沖突指數”來反映人類活動干擾，楊昔等[1]將人類活動與經濟發展視為生態保護的“壓力”；三是基于生態保護重要性評價的應用研究，包括生態空間識別[10]、生態安全格局構建[16-18]、生態保護紅線劃定[19-20]、生態功能分區[21-23]等。

資源環境承載能力評價和國土空間開發適宜性評價(以下簡稱“雙評價”)作為國土空間規劃編制的基礎性工作，是優化國土空間開發保護格局、完善主體功能定位，劃定生態保護紅線、永久基本農田、城鎮開發邊界，確定用地用海等規劃指標的參考依據。然而，“雙評價”指南中的生態保護重要性評價的方法在市縣評價實踐中存在一定局限，主要表現在以下幾個方面。

1)評價指標主要針對省級尺度，缺乏針對市縣地域特征的補充評價指標。雖然指南中提出市縣評價時，可在省級評價結果基礎上，根據更高精度數據和實地調查結果進行邊界校核，并可結合重要地下水補給、洪水調蓄、河(湖)岸防護、自然遺跡、自然景觀進行補充評價和修正，但是具體評價指標如何結合市縣尺度和地域特征進行選擇，指南并未給出相應的指引。

2)部分指標評價方法的優化與補充。一是部分指標的評價方法有待在市縣尺度上進一步補充完善，如指南提出按照“生態系統、物種和遺傳資源”3個層次進行生物多樣性維護功能評價，但是由于各地生物多樣性調查普遍滯后，導致部分層面尤其是物種層次在實踐時缺乏有效的數據支撐。二是對于市縣尺度新增的評價指標，需要探索相應的評價方法。

3)對初步評價結果的修正方式不夠明確。指南提出可對單項評價結果結合相關規劃及專項成果進行修正，但是如何修正，目前尚未有明確的做法。

因此，本文將以“雙評價”指南為基礎，從市縣尺度的生態保護重要性評價著手，試構建層次清晰、結構完整的基于地域特征的生態保護重要性評價體系，并以武漢市江夏區為例，以期揭示城市生態保護重要性空間格局，為城市后續自然資源開發利用、生態保護政策制定提供理論依據，也為其他類似尺度的生態保護重要性研究和應用提供參考借鑒。

2 生態保護重要性評價技術路線與方法

2.1 地域特征分析

基于文獻[10，12，16]、《生態保護紅線劃定指南》和“雙評價”指南，將地域特征分析分為“維度-要素-表征”3個層次(圖1)，從氣候氣象、自然要素、生物資源、土壤地質和風險災害5個維度切入，每個維度包含不同的要素，每個要素又有不同的內容表征。全面細致的整合梳理研究區域的地域特征，為后續評價的進行奠定堅實的基礎。

圖1 地域特征分析“維度-要素-表征”層次圖

2.2 生態保護重要性評價指標選擇與方法構建

生態系統服務功能是指生態系統及其生態過程所形成與維持的人類賴以生存發展的自然環境條件與效用[3]。生態系統服務功能的分類體系在國內研究中影響力較大、認可度較高的包括Costanza等[5]、千年生態系統評估、謝高地等[24]提出的分類方法。這些分類是對生態系統的供給服務、調節服務、支持服務和文化服務的整體性闡述，實際基于面向確定空間分布格局的生態保護重要性評價應用中更傾向于關注調節功能與支持功能的評價[13-16]。

生態敏感性是指生態系統對區域中各種自然和人類活動的敏感程度[3]。目前，生態敏感性的評價指標沒有普遍適用的分類，而是根據地域特征選擇相應的指標進行評價。如翟端強等[25]選擇自然要素敏感性、社會經濟要素敏感性和生態安全要素敏感性評價瀏陽市生態敏感性；張嫣等[26]疊加濕地敏感性、植被敏感性、景觀要素敏感性3項得到生態敏感區并納入濕地保護范圍。

綜上，在實際應用導向下，以“雙評價”指南中生態保護重要性評價指標為基礎指標，再結合區域的實際特點，增加如氣候調節、洪水調蓄等功能指標和地質災害、森林火災等敏感性指標，參考文獻[1-3，13-15]構建對應關系(圖2)。在選定指標后針對每個指標采用合適的評價方法進行評價，部分指標具體評價方法見下文武漢市江夏區案例。

圖2 地域特征與評價指標對應關系圖

2.3 生態保護重要性評價結果初判

首先，應進行生態保護重要性的單項評價。然后，根據“雙評價”指南將功能高度重要和高敏感區域設為生態保護極重要等級，功能較高重要和較高敏感區域設為生態保護重要等級，其他區域設為生態保護一般等級。最后，采用最大值法疊加得到生態保護重要性等級的初判結果。計算公式如下：

式中，EPIi為i空間單元上的生態保護重要性初判等級，Cni和Dni分別為i空間單元上第n項敏感性和服務功能重要性的生態保護重要性等級。

2.4 生態保護重要性評價結果修正

2.4.1 修正內容

1)政策性生態保護線：是指現狀已經劃定的各類生態保護線，如生態保護紅線、藍線等，它們一般是區域內具有特殊重要生態功能、必須強制性嚴格保護的區域[19]；

2)自然保護地：是指一個明確界定的地理空間，通過法律或其他有效方式獲得認可、承諾和管理，以實現對自然資源及其所擁有的生態系統服務和文化價值的長期保育[27]，包括國家公園、自然保護區與自然公園三大類[28]；

3)重要自然要素：包括原真性、完整性較高的山體、水體、林地、草地、濕地和灌叢等本底要素。

2.4.2 修正級別

生態保護極重要區是劃定生態保護紅線的空間基礎，應將關鍵生態空間納入其中。生態保護重要區的功能重要性和敏感性略低于極重要區，往往是極重要區與外圍空間的緩沖區域。考慮到修正內容中存在這樣一類空間，其開發建設受到生態因素的限制，但是對于生產生活建設活動也有一定的包容性，如森林公園中的居民生活區，因此為了分級保護與管控精細化，在重要與一般間增加較重要等級。自然保護地優先以管控分區確定分級，無管控分區則依據功能分區分級。確定修正內容與修正等級后，采用最大值法進行結果修正(圖3)。

圖3 生態保護重要性初判結果修正內容分級圖

3 生態保護重要性評價實證分析

3.1 研究區域現狀特征

江夏區位于湖北省武漢市長江南岸，地處江漢平原向鄂南丘陵過渡地段，區內山體127座，主要呈東西向帶狀橫刻在區境北部。行政區劃包括紙坊、金口、金水等11個街道以及梁子湖風景區、江夏經濟技術開發區，總面積1 650km2。截至2020年，江夏區常住人口98.7萬人，GDP為842.04億元。

江夏區水域面積540km2，是被譽為“百湖之市”的武漢市水域面積最大的行政區。大面積的水濕生境使得江夏區生物資源豐富，尤其是鳥類物種。區內國家一級保護動物3種(鳥類3種)，國家二級保護動物23種(鳥類20種)，國家二級保護植物4種(水生3種)，而為保護水濕生境，設立了濕地公園3處、濕地自然保護區1處及水產種質資源保護區1處。

江夏區屬中亞熱帶向北亞熱帶過渡的濕潤性季風型氣候，多年平均降水量為1 277.1mm，且降水多集中于6—8月，因而存在內澇和水土流失風險。根據與江夏區水利局的交流溝通，魯湖位于江夏區三大水系(湯遜湖水系、斧頭湖水系和梁子湖水系)中的斧頭湖水系，還位于湖北省十二大蓄滯洪區之一的西涼湖蓄滯洪區核心段，是防洪與內澇防控的重點區域。盡管區內主要土類(水稻土733km2、紅壤560km2)可蝕性中等，但《2018年江夏區水土保持公報》顯示2017年水土流失面積185.5km2，2018年流失面積增加43.3km2。

3.2 數據來源與處理

研究數據分為矢量數據、柵格數據和統計數據3類。

矢量數據包括武漢市土地利用和城市空間規劃研究中心(以下簡稱“地空中心”)提供的土地利用、行政界線等數據；江夏區園林局提供的森林公園、濕地公園等數據。

柵格數據包括地空提供的DEM數據；地理空間數據云(http://www.gscloud.cn/)網站下載的Landsat 8遙感影像。

統計數據包括中國觀鳥技術中心(http://www.birdreport.cn/)下載的江夏區鳥類觀測報告289份(有效報告156份)，時間為2015年3月—2020年10月；國家氣象科學數據中心(http://data.cma.cn/)下載的江夏、通山、黃石、麻城、嘉魚、陽新站點2013—2019年的氣象數據；地空中心及江夏區水務和湖泊局提供的統計年鑒等。

所有空間數據統一采用2000國家大地坐標系(CGCS2000)，柵格數據采用30m×30m的計算精度。

3.3 江夏區生態保護重要性評價指標與方法選擇

基于已構建的地域特征與評價指標間的對應關系，根據上文對江夏區地域特征的整理描述，選擇水源涵養功能(以下簡稱“WC”)、水土保持功能(以下簡稱“WSC”)、生物多樣性維護功能(以下簡稱“BM”)和水土流失敏感性(以下簡稱“SES”)4項指標，并增加內澇風險(以下簡稱“WR”)指標。

WC、WSC及SES指標參考“雙評價”指南進行計算。

“雙評價”指南在生態系統、物種和遺傳資源3個層次主要通過定性方法評價BM重要性，優點是簡練快捷，但是需要大量翔實準確的生物多樣性調查數據支撐。江夏區生物資源豐富，但分布數據支撐不足，為了更好地保持與提升BM，定性、定量結合對3個層次進行評價后通過最大值法疊加得到江夏區BM評價結果(表1)。生境是生物的生存環境空間，它為生物完成生活史過程提供需要的所有生物與非生物需求，是物種生存繁衍的基礎保障[29]。生境適宜性模型在探索生物與環境間關系的基礎上，可以良好地評估生境質量，進而預測生物潛在棲息地，在生物多樣性研究領域被廣泛采用[30-31]。由于鳥類的個體生物學被研究得較為透徹，且相對容易觀察和識別，加之高度流動和環境敏感的特性，近年來國內外部分城市生物多樣性及景觀生態學研究選擇鳥類作為生物多樣性指示物種[32-35]，考慮到研究區內國家級保護動物基本都是鳥類，這種方法在江夏更為有效適用，因此物種層次通過量化觀鳥記錄數據，計算鳥類豐度、鳥類豐富度和鳥類多樣性3個指標來測度物種多樣性。遺傳資源層次采用已劃定的種質資源主要天然分布區域，如水產種質資源保護區、水產原良種場、畜禽遺傳資源保護區等。

表1 BM重要性評價方法

本文采用Infoworks ICM水動力模型評估WR，其將自然環境和人工構筑環境下的水力水文特征完整融合，更為真實地模擬地下排水管網與地表收納水體之間的相互作用，為預測評估城市洪澇災害提供了有效技術支持。水動力模型通過暴雨計算、地面產流、地面匯流、管網匯流4個模塊模擬地面徑流形成和排放的過程(圖4)，首先將降雨量按比例分解到24h模擬降雨事件；其次采用霍頓下滲公式量化雨水在不同土地利用類型下因植物截留、洼蓄、下滲等所造成的損失量；然后通過DEM數據計算其余雨水沿地表流動匯集到排水系統各個節點的量；最后比較排水設施排水能力和匯集水量獲得模擬結果。

圖4 Infoworks ICM水動力模型運行邏輯框架

由于江夏區風險災害中WR的關鍵區域在魯湖，故將魯湖流域作為WR評價范圍。分別進行重現期為20和50年的暴雨下內澇積水模擬，重現期為20年的內澇高風險區為高敏感區，重現期為50年的內澇高風險區為較高敏感區。

3.4 江夏區生態保護重要性綜合評價及結果初判

江夏區單項指標評價結果如圖5，高度重要與高敏感區域面積從大到小分別為WC(72.2 km2)、BM(30.6 km2)、WSC(9.5km2)、WR和SES；較高重要與較高敏感區域面積從大到小分別為BM(434.0km2)、WC(44.9km2)、WSC(27.0km2)、WR和SES。大量生態用地發揮著重要的水源涵養功能和生物多樣性維護功能，這與江夏區自然資源與生物資源多樣豐富的特征相呼應；水土保持功能和水土流失敏感性較高級別區域分布與山體幾乎一致，良好體現了江夏區山體橫貫的地貌特征。江夏區初判結果顯示(圖5)，生態保護極重要與重要區域面積分別為315.0和279.1km2，占總面積的19.1%和16.9%。

圖5 江夏區生態保護重要性評價及修正圖

3.5 江夏區生態保護重要性修正結果與分析

江夏區政策性生態保護線包括生態保護紅線、湖泊藍線、湖泊綠線與山體保護線；自然保護地包括濕地自然保護區、濕地公園、森林公園和水產種質資源保護區；重要自然要素包括山體和水體，水體包括湖泊和江河。根據表2確定修正等級。

表2 江夏區修正內容分級判定表

修正后(圖5)，江夏區生態保護極重要、重要與較重要區域面積分別為564.5、220.0和194.9km2，占總面積的34.2%、13.3%和11.8%。生態保護極重要區域應引導以生態保育為主，除必要國家級公益性設施與重要建設項目外禁止任何建設活動；重要區域應引導以生態旅游為主，除極重要區域允許建設內容外，還可建設少量生態旅游、生態教育等相關內容；較重要區域應引導以生態農業為主，除重要區域允許建設內容外，還可允許符合規劃要求的農業生產、農村生活和服務設施以及必要的公益性服務設施建設。

4 結論與討論

本文探索了國土空間規劃背景下市縣生態保護重要性評價方法，并以武漢市江夏區為例驗證此方法具有可行性。該方法具有如下特點。1)相較于“雙評價”指南中主要針對省級尺度的生態保護重要性評價指標，本文針對市縣尺度的框架以“特”為目標，根據區域的地域特征增減指標，使其更好地體現區域特色。2)針對市縣尺度生物多樣性維護和內澇風險探索其評價方法，為缺少詳細的物種分布數據的區域物種層次生物多樣性維護功能評價提供了思路，并為可能存在內澇風險的城市評估預測不同降雨事件下的內澇風險提供了可操作的方法。3)“雙評價”指南中的基礎指標大多不涉及(如水源涵養)或不針對(如生物多樣性維護)水域進行定量評價，無法完全準確地反映江夏區水體的生態保護重要性，考慮到目前水體的定量研究往往存在數據要求量大且不易獲取、水體質量的干擾因素過多導致不同研究結果間的通用性難以保證等問題，因此對于水域占比高的區域，尤其是水網密布的長江中下游地區，更有必要對生態保護重要性評價結果進行修正。4)“雙評價”指南中通過生態保護重要性評價識別極重要與重要2個等級的區域進行保護，在修正時發現2個等級對于精細化推進落實生態保護和修復仍顯不足，增加較重要級對于平衡生態保護和城市建設具有重要意義。

本次研究亦存在不足之處。內澇風險評價只有泵站數據，而無排水管網數據，盡管魯湖流域位于農業生態區，排水管網建設不發達，但缺乏此數據仍導致地表徑流模擬的精度下降。此外，本文使用具有算法維度科學性與合理性的自然間斷點分級法對鳥類群落多樣性3個指標進行分級，但是生態意義并不明確。生態保護重要性評價隨著國土空間規劃體系的確立備受學界矚目。未來，應秉持地域性、保護性、可操作性等原則，在明確生態保護重要性的構成內涵和影響因素的基礎上，結合中國各典型區域的生態問題和生態服務，定性與定量方法結合地探索優化不同尺度適宜的評價指標與方法，并提出有效、可行的生態保護策略。

注：文中圖片均由作者繪制。

致謝：感謝武漢市土地利用和城市空間規劃研究中心項目組、武漢大學城市設計學院劉學軍老師、郭詩怡老師、研究生周俊方參與數據收集、項目討論及設計、成果整理等。