國土空間規(guī)劃視角下青島市生態(tài)空間格局研究

郭曉林，曲筱青，孫 林

(1.青島市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，青島 266001；2.青島市經(jīng)濟(jì)發(fā)展研究院，青島 266001；3.濟(jì)南市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，濟(jì)南 250101)

當(dāng)前我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程中面臨生態(tài)環(huán)境惡化和土地資源供需失衡兩大問題，高強(qiáng)度的人類活動(dòng)和不可持續(xù)的土地利用方式干擾了生態(tài)系統(tǒng)的平衡機(jī)制，進(jìn)而威脅了人居環(huán)境質(zhì)量和區(qū)域生態(tài)安全[1]。城鎮(zhèn)空間擴(kuò)張同生態(tài)空間保護(hù)之間缺少協(xié)調(diào)手段是導(dǎo)致上述問題的根本原因之一。國土空間作為城市的自然載體，是區(qū)域生態(tài)安全的核心組成要素，而由城鎮(zhèn)空間擴(kuò)張引起的生態(tài)環(huán)境變化，也是生態(tài)安全領(lǐng)域研究的重點(diǎn)[2]。城市的生態(tài)空間格局維護(hù)著城市生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和過程的健康與完整[3]，既是城市高質(zhì)量發(fā)展的底線格局，又為居民提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能保障。在國土空間規(guī)劃體系建立健全的大背景下，嚴(yán)格保護(hù)與合理布局城市生態(tài)空間，促進(jìn)國土空間用途管制制度落實(shí)，對(duì)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展有著重要意義。

1 研究思路

1.1 研究區(qū)概況

青島市地處山東半島南部，陸域面積11 295 km2，海域面積12 240 km2，生態(tài)環(huán)境資源豐富，山水林田海島灣兼?zhèn)洌己玫纳鷳B(tài)環(huán)境條件是青島市社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。但是城鎮(zhèn)空間擴(kuò)張對(duì)自然生態(tài)格局形成沖擊，導(dǎo)致景觀破碎化、水資源短缺、森林資源總量不足等問題顯現(xiàn)。

1.2 研究思路

生態(tài)空間對(duì)于維護(hù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境健康具有重要作用。對(duì)生態(tài)空間概念的界定是由土地資源的稀缺性和不可替代性決定的，是在工業(yè)化和城市化快速發(fā)展階段對(duì)區(qū)域環(huán)境保護(hù)認(rèn)識(shí)的深化，是應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的城市生態(tài)環(huán)境的一種響應(yīng)[4]。長(zhǎng)期以來，土地利用與生態(tài)環(huán)境建設(shè)之間存在著一定的脫節(jié)現(xiàn)象，造成這種現(xiàn)象的原因很多，其中一個(gè)很重要的原因就是在進(jìn)行空間規(guī)劃和利用決策時(shí)對(duì)生態(tài)問題缺乏全面的分析與把握。一直以來，土地利用和生態(tài)保護(hù)兩者直接關(guān)系脫節(jié)，國土空間的開發(fā)利用對(duì)生態(tài)保護(hù)問題缺乏深入分析和系統(tǒng)規(guī)劃[5]。參照相關(guān)研究對(duì)生態(tài)用地的界定，本文所指生態(tài)空間是指具有自然屬性、以提供生態(tài)產(chǎn)品或生態(tài)服務(wù)為主導(dǎo)功能的國土空間，包括林地、草地、河流、濕地、無居民海島等[6]。

以青島市為例，從復(fù)雜的土地利用變化類型中定量研究生態(tài)空間變化情況和特征，有助于認(rèn)識(shí)土地利用與區(qū)域生態(tài)環(huán)境關(guān)系，為區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；運(yùn)用生態(tài)安全格局理論方法，研究全市生態(tài)安全格局，識(shí)別生態(tài)廊道；基于國土空間總體規(guī)劃上位要求，明確基于資源環(huán)境承載能力和國土空間開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)的核心管控區(qū)域。基于以上綜合分析，對(duì)全市生態(tài)空間格局進(jìn)行優(yōu)化，如圖1所示。

圖1 研究框架

2 生態(tài)空間演變特征分析

青島市工業(yè)化向后期階段過渡的特征明顯，該階段的土地利用變化及其生態(tài)環(huán)境響應(yīng)也最為劇烈。基于LandsatTM影像的現(xiàn)實(shí)可獲得性，選取青島市域1980—2018年5期進(jìn)行人工判別。再輔以土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)等，結(jié)合外業(yè)解譯出主要的土地利用類型，劃分為建設(shè)用地、林草地、耕地、水域和未利用地5個(gè)Ⅰ級(jí)類，其中選擇林草地、水域作為主要生態(tài)空間，既兼顧了與土地利用分類國家標(biāo)準(zhǔn)的銜接，也有利于抓住影響生態(tài)空間變化的核心要素，突出主要因素的分析，如圖2所示。總體來看，青島市城市生態(tài)空間由1980年的2032.87 km2減少至2018年的1800.41 km2，38年間減少232.46 km2，見表1。

表1 青島市生態(tài)空間變化情況 km2

2.1 幅度變化

土地利用變化幅度指土地利用類型在面積總量中的變化情況。式(1)反映青島市生態(tài)空間數(shù)量和結(jié)構(gòu)變化的總體趨勢(shì)。從變化幅度來看(表2)，生態(tài)空間呈現(xiàn)前期平穩(wěn)減少，后期大幅減少的特征，變化幅度依次為-1.64%，-0.62%，-1.27%，-8.23%。

(1)

式中：ΔU為研究時(shí)段內(nèi)某一類型土地的變化幅度；Ua，Ub分別為研究基年和研究末年某一種土地利用類型的面積。

表2 青島市生態(tài)空間變化幅度

2.2 速度變化

由于生態(tài)空間的增減交替影響實(shí)際情況的判斷，因此使用土地利用耗減度指標(biāo)，來衡量生態(tài)用地空間的變化速率[7]。式(2)反映單位時(shí)間內(nèi)某類型土地利用被實(shí)際消耗的程度。從變化速度來看(表3)，1980—2008年，林草地、水域的耗減度均低于1%，總體呈現(xiàn)出穩(wěn)定態(tài)勢(shì)，青島生態(tài)保護(hù)情況總體較好。2008—2018年林草地、水域的開發(fā)度均有不同程度的增大，尤其是2008年之后林草地、水域分別達(dá)到4.57%，4.52%，說明大量生態(tài)空間向耕地、建設(shè)用地轉(zhuǎn)換。

(2)

式中：Luc為土地利用耗減度；Dab指從a時(shí)刻到b時(shí)刻某一種土地利用類型被消耗的面積，即該土地利用類型轉(zhuǎn)為其他土地利用類型面積的總和；Ua表示a時(shí)刻該土地利用類型的面積；T為從a時(shí)刻到b時(shí)刻的研究時(shí)段長(zhǎng)。

表3 青島市生態(tài)空間耗減度 %

2.3 空間布局變化

疊加青島市1980和2018年2期數(shù)據(jù)，分析青島市土地利用類型變化空間分布情況，去掉占比小于0.1%的轉(zhuǎn)換類型之后，選擇了12類與生態(tài)空間相關(guān)的土地利用變化情況，占所有土地類型總變化量的50.39%，見表4。總體來看，1980—2018年青島市生態(tài)空間發(fā)生了巨大的變化，伴隨著建設(shè)用地外延擴(kuò)張，占用了城市周邊林草地、灘涂水域，林草地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地177.33 km2，占變化總面積的5.32%，尤其是城鄉(xiāng)結(jié)合部和自然保護(hù)地邊緣區(qū)域。

表4 青島市生態(tài)空間主要轉(zhuǎn)換類型

通過1980—2018年遙感影像解析，青島市的國土空間發(fā)生了巨大變化，尤其是中心城區(qū)的城鎮(zhèn)空間由點(diǎn)狀到面線結(jié)合快速增長(zhǎng)，城區(qū)之間的距離逐漸縮短，聯(lián)系更加緊密，漸有合攏之勢(shì)。市域北部和西南部土地利用變化的幅度相對(duì)較小，膠州灣北岸和東岸城區(qū)變化幅度較大。建設(shè)用地不斷擴(kuò)張，城市周邊的耕地、林地等主要土地類型被建設(shè)用地占用，即城鄉(xiāng)結(jié)合部成為擾動(dòng)最劇烈的區(qū)域。

3 生態(tài)安全格局分析

現(xiàn)狀建設(shè)用地?cái)?shù)量規(guī)模擴(kuò)張，不可避免地侵占生態(tài)空間，尤其是耕地和林草地的區(qū)域。山群生態(tài)受損且景觀破碎化，濕地面積萎縮和功能退化的趨勢(shì)尚未得到有效遏制等現(xiàn)象現(xiàn)實(shí)存在。為進(jìn)一步落實(shí)生態(tài)文明理念，實(shí)現(xiàn)國土空間的整體優(yōu)化配置，對(duì)全市生態(tài)進(jìn)行全面分析。

3.1 模型構(gòu)建

生態(tài)安全格局是指景觀生態(tài)學(xué)中某些潛在的空間格局，它們由景觀中包括生態(tài)源、緩沖區(qū)與生態(tài)源之間廊道在內(nèi)的一些關(guān)鍵性局部、位置、空間聯(lián)系所構(gòu)成[8]。生態(tài)安全格局通常認(rèn)為生態(tài)要素需要通過克服自然環(huán)境中的阻力表面來進(jìn)行空間擴(kuò)散，因此本文運(yùn)用式(3)即基于最小累積阻力模型來建立阻力面，充分考慮源、距離和景觀介質(zhì)面三方面特征[9-11]。

(3)

式中：Mcr為阻力面；f為未知的正函數(shù)，反映空間中任一點(diǎn)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(guān)關(guān)系；Dij是物種從源j到空間某一點(diǎn)所穿越的某景觀的基面i空間距離；Ri是景觀i對(duì)某物種運(yùn)動(dòng)的阻力。

3.2 生態(tài)安全格局建立

基于自然保護(hù)地整合優(yōu)化階段成果、第三次全國國土調(diào)查階段成果(斑塊面積F大于50 hm2)、珍稀樹種、動(dòng)物遷徙等數(shù)據(jù)，采用景觀生態(tài)學(xué)“斑塊—廊道—基質(zhì)”模式判別生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系，對(duì)各類生態(tài)源地進(jìn)行評(píng)價(jià)與識(shí)別，如圖3所示。將青島市域不同地類對(duì)核心生態(tài)斑塊之間功能聯(lián)系的阻力進(jìn)行賦值，見表5。根據(jù)不同地類的阻力系數(shù)，利用ArcGIS空間分析工具，基于式(3)生成阻力面，得到生態(tài)功能強(qiáng)度分布，初步構(gòu)建起全市生態(tài)安全格局，如圖4所示。進(jìn)一步識(shí)別相鄰源地之間的最小累積阻力路徑，識(shí)別生態(tài)廊道。由于受青島市緩坡丘陵地形及自然保護(hù)地等生態(tài)源分布影響，全市以南北走向的生態(tài)廊道為主，彼此間相互連通形成網(wǎng)絡(luò)化的程度較低，不利于生態(tài)源地間景觀流、生態(tài)流的相互擴(kuò)散，故需在生態(tài)廊道網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)中結(jié)合現(xiàn)狀實(shí)際，對(duì)其進(jìn)行空間優(yōu)化布局，如圖5所示。生態(tài)功能強(qiáng)度較強(qiáng)的區(qū)域主要依托嶗山、大澤山和原膠南山群等核心生態(tài)斑塊，這些斑塊是全市重要的自然保護(hù)地，屬于需要特別關(guān)注的生態(tài)保育、水源涵養(yǎng)區(qū)域；核心斑塊之外依托河流水系形成網(wǎng)狀交互格局。

表5 基于Mcr模型的阻力參數(shù)

4 生態(tài)空間核心管控區(qū)域分析

4.1 評(píng)價(jià)方法

資源環(huán)境承載能力和國土空間開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)是編制國土空間規(guī)劃、完善空間治理的基礎(chǔ)性工作，其結(jié)果反映自然資源環(huán)境本底能不能承載未來城市的發(fā)展，是自然保護(hù)地整合優(yōu)化和生態(tài)保護(hù)紅線評(píng)估調(diào)整工作的重要基礎(chǔ)[12-13]。其中，生態(tài)保護(hù)重要性評(píng)價(jià)的結(jié)果可以表征區(qū)域生態(tài)空間建設(shè)的潛力和局限性，可為區(qū)域土地資源的合理利用提供重要依據(jù)。以生態(tài)保護(hù)極重要區(qū)和重要區(qū)作為生態(tài)空間的核心管控區(qū)域，可以進(jìn)一步保障生態(tài)安全底線，實(shí)現(xiàn)全面可協(xié)調(diào)。依據(jù)自然資源部《資源環(huán)境承載能力和國土空間開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)指南(試行)》，充分考慮青島市地域特色和陸海統(tǒng)籌，縱向落實(shí)省級(jí)雙評(píng)價(jià)傳導(dǎo)任務(wù)，橫向強(qiáng)化雙評(píng)價(jià)對(duì)空間規(guī)劃支撐力度，結(jié)合青島市實(shí)際形成技術(shù)路線，如圖6所示。

圖6 青島市生態(tài)保護(hù)重要性評(píng)價(jià)技術(shù)路線

4.2 生態(tài)空間核心管控區(qū)域劃定

具體方法體現(xiàn)尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)自然的理念，通過水源涵養(yǎng)、水土保持、生物多樣性維護(hù)、防風(fēng)固沙、海岸防護(hù)5項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性單項(xiàng)評(píng)價(jià)和水土流失、海岸侵蝕2項(xiàng)生態(tài)脆弱性單項(xiàng)評(píng)價(jià)進(jìn)行集成，取生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性和生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)結(jié)果的較高等級(jí)，按照“短板效應(yīng)”進(jìn)行疊加[14-15]，作為生態(tài)保護(hù)重要性等級(jí)的初判結(jié)果，將評(píng)價(jià)結(jié)果初步分為極重要、重要、一般3個(gè)等級(jí)。綜合考慮評(píng)價(jià)范圍內(nèi)自然保護(hù)地、飲用水水源地、重要灘涂和河口濕地、國家一級(jí)公益林、市級(jí)水土流失圖斑、海岸地貌、風(fēng)暴潮影響范圍等數(shù)據(jù)銜接修正，輔以人工識(shí)別，得到青島市生態(tài)保護(hù)重要性評(píng)價(jià)集成結(jié)果，即生態(tài)保護(hù)極重要區(qū)和生態(tài)保護(hù)重要區(qū)分布，如圖7所示。

以集成結(jié)果中生態(tài)保護(hù)重要性極重要區(qū)和重要區(qū)作為青島市生態(tài)空間核心管控區(qū)域，與生態(tài)功能強(qiáng)度分布、生態(tài)廊道分布進(jìn)行疊加，進(jìn)一步完善構(gòu)建重要生態(tài)屏障、廊道和網(wǎng)絡(luò)，形成連續(xù)、完整、系統(tǒng)的生態(tài)保護(hù)格局和開敞空間網(wǎng)絡(luò)體系，維護(hù)生態(tài)安全和生物多樣性。

5 青島市生態(tài)空間格局優(yōu)化

基于生態(tài)空間演變特征分析，以生態(tài)安全格局為基底，以生態(tài)保護(hù)極重要區(qū)、重要區(qū)為核心管控區(qū)域，構(gòu)建青島市“一灣兩翼，三山一原，一軸多廊”的生態(tài)空間格局，呈現(xiàn)出明顯的依山濱水的空間分異特征，如圖8所示。

圖8 青島市生態(tài)空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化

一灣：指膠州灣生態(tài)核心，包括淺海濕地、潮間帶濕地、潮上帶濕地、河口濕地以及人工濕地等多種濕地類型，是市域面積最大、生態(tài)作用最為重要的濕地系統(tǒng)，是鳥類最重要的繁殖地、越冬地與遷徙停歇地，作為核心生態(tài)源與周邊連通性也較好。

兩翼：指沿海生態(tài)保護(hù)帶，串聯(lián)膠州灣灣口外海域、丁字灣、大小管島、靈山島等提供重要生態(tài)服務(wù)的海灣、海島，同是鳥類的棲息地和遷徙停歇地，也是水產(chǎn)生物重要的產(chǎn)卵、育幼場(chǎng)，在生態(tài)系統(tǒng)層次、物種層次和遺傳資源層次均有生態(tài)保護(hù)極重要區(qū)域分布。

三山：指嶗山、大澤山和原膠南山群，是全國同緯度地區(qū)植物種類最多、植物區(qū)系成分最復(fù)雜的地帶，主要包括暖溫帶森林植被、花崗巖峰叢地貌、遷徙候鳥的重要中轉(zhuǎn)地和棲息地，生物多樣性維護(hù)與水土保持重要性突出；集中分布的生態(tài)功能強(qiáng)度極高的生態(tài)源與東岸建成區(qū)之間邊界明顯。

一原：指中部膠萊平原農(nóng)業(yè)集中區(qū)所形成的重要自然基底。

一軸：指大沽河生態(tài)保護(hù)中軸，縱貫?zāi)媳钡哪z東半島的綠色結(jié)構(gòu)性骨架，另外還有小沽河、五沽河、南膠萊河等市域重要河流匯入以及濱河防護(hù)林帶，生態(tài)保護(hù)重要性等級(jí)整體較高。

多廊：圍繞“一核、兩帶、三山”配置多條生態(tài)廊道，考慮全市典型森林-濕地復(fù)合的生態(tài)系統(tǒng)特征，以林帶和水系為自然骨架，依托防護(hù)林帶、生態(tài)間隔林帶等建設(shè)，將散布全域相對(duì)孤立的生態(tài)斑塊有機(jī)聯(lián)結(jié)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)格局優(yōu)化。

此外，大量的海拔不高的緩丘林地也是重要的生態(tài)緩沖區(qū)域，這些生態(tài)斑塊、廊道將中心城區(qū)與其他城鎮(zhèn)之間填充，將全域生態(tài)空間關(guān)聯(lián)在一起，支撐全市生態(tài)格局的形成。緩沖區(qū)域也應(yīng)堅(jiān)持生態(tài)保護(hù)優(yōu)先，在控制規(guī)模和強(qiáng)度的前提下，可選擇部分城鎮(zhèn)適度點(diǎn)狀開發(fā)，但要防止粗放蔓延對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞，積極引導(dǎo)促進(jìn)人口和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)合理集中。

6 結(jié)論

生態(tài)文明建設(shè)是中華民族永續(xù)發(fā)展的千年大計(jì)[16]，國土空間是生態(tài)文明建設(shè)的空間載體，統(tǒng)籌國土空間開發(fā)與保護(hù)是新時(shí)期的改革要求。同時(shí)，國土空間總體規(guī)劃編制要求優(yōu)化空間總體格局，構(gòu)建生態(tài)保護(hù)格局，促進(jìn)區(qū)域協(xié)調(diào)、城鄉(xiāng)融合發(fā)展。在城市發(fā)展和生態(tài)保護(hù)的雙重壓力下，青島市堅(jiān)持綠色發(fā)展理念，力求構(gòu)建科學(xué)適度有序的國土空間布局體系。

本文首先從時(shí)空維度，分析青島市生態(tài)空間自身演變特征，以及與城鎮(zhèn)等其他空間的耦合關(guān)系；其次，從現(xiàn)狀出發(fā)，研判生態(tài)功能強(qiáng)度、生態(tài)廊道分布，作為生態(tài)空間的基底；再次，通過符合青島市級(jí)的資源環(huán)境承載能力和國土空間開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)體系建設(shè)，科學(xué)評(píng)價(jià)篩選生態(tài)空間的核心管控區(qū)域；最后，疊加上述分析結(jié)果，構(gòu)建全市“一灣兩翼，三山一原，一軸多廊”的生態(tài)空間格局，對(duì)合理布局生態(tài)空間進(jìn)行探索，凸顯出以嚴(yán)格底線約束，藍(lán)綠相依、山海城相融的生態(tài)空間。期望基于綜合分析對(duì)全市生態(tài)空間格局進(jìn)行優(yōu)化，加強(qiáng)生態(tài)優(yōu)先、保護(hù)優(yōu)先的底線思維，進(jìn)一步保護(hù)好以膠州灣、嶗山等為核心的山海島灣自然地理格局，保障城市生態(tài)與環(huán)境安全，滿足城市高質(zhì)量發(fā)展和高品質(zhì)建設(shè)需要。