特大城市生态空间识别及管控单元划定——以上海市为例

苏敬华，东阳

(1.上海市环境科学研究院，上海 200233； 2.上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司，上海 200092)

生态空间是指具有自然属性、以提供生态服务或生态产品为主体功能的国土空间[1]，是维护区域生态安全、可持续发展的关键区域。开展生态评价并识别生态空间可以有效遏制生态系统退化，保障区域国土安全、生态环境安全以及资源安全[2-4]。探究生态空间识别方法是生态学研究的热点之一[5]，目前生态空间识别主要基于生态系统服务价值评估结果[6-9]，如迟妍妍等[7]结合资源环境承载能力和开发适宜性评价技术，开展生态功能重要性评价和生态环境敏感性评价，确定京津冀地区水源涵养、水土保持、防风固沙等生态功能极重要区域及极敏感区域；彭佳捷等[8]从生态敏感性、生态服务价值两个方面系统探讨了生态空间的识别方法，构建了安化县生态保护空间分级管控体系。

上海作为特大型城市，人口密集、产业密集、资源紧缺、环境负荷重，城市生态安全面临着严峻的考验，生态空间亟须得到有效保障。本文依据生态系统服务功能重要性和生态环境敏感性开展评估，根据评价结果识别并确定生态空间，为上海市可持续发展提供科学依据。

1 案例区域概况与生态评价方法

1.1 案例区域概况

上海地处长江三角洲东缘、太平洋西岸、亚洲大陆东沿、中国南北海岸中心点、长江和钱塘江入海汇合处，其地理位置在北纬30°40’～31°53’、东经120°51’～122°12’，是长江三角洲城市群的核心城市。全市陆域辖区范围面积6833 km2，海洋功能区划面积10 754.6 km2。区域内常住人口2400余万，城镇化率达到87.7%。上海以不到0.1%的国土面积承载着全国1.7%的人口和4%的生产总值，是中国典型的特大型城市。上海位于长江河口地区，具有极其特殊的生境条件，分布着大量长江流域特有的珍稀濒危物种，也是重要的洄游鱼类、经济鱼类的水产种质资源保护区，还是东亚—澳大利西亚国际候鸟迁徙路线中段的组成部分，具有全球尺度上的生物多样性保护功能。本研究以上海市的陆域和长江河口冲积沙洲为研究对象。

1.2 技术路线与研究方法

1.2.1技术路线

本研究技术路线如图1所示。根据上海市生态环境特征和主要生态问题，本研究确定了生态系统服务功能和敏感性评估的边界，在对现状进行科学评价的基础上，充分考虑了特大型城市对生态空间格局的特有需求，确定了适用于上海市的生态空间类型，结合管理可操作性的要求，对初步识别的生态空间斑块进行合并、扣除和叠加等校验，最终确定上海市的生态空间分布。

图1 技术路线图Fig.1 Technology roadmap

1.2.2研究方法

1.2.2.1生态环境评价

本研究以基于高分辨率遥感影像解译的土地利用数据为基础，确定开展上海市生物多样性维护、水源涵养、水土保持三项生态系统服务功能重要性评估和盐渍化、水土流失两项生态环境敏感性评估，用于识别生态功能重要区域、生态环境敏感脆弱区域的空间分布。综合考虑上海市的评价范围、所需输入的数据可获得性以及生态空间精细化管理的需求，本研究确定以100 m×100 m网格为基本评估空间单元，评估工作运行环境采用地理信息系统软件ArcGIS 10.2。

(1)生态功能重要性评价

生物多样性维护功能以国家一级、二级保护物种和其他具有重要保护价值的物种(含旗舰物种)作为生物多样性保护功能的评估指标。在本研究中，该项功能的评价数据主要来源于已开展的实际调查数据，包括陆生野生动物资源调查数据、水鸟同步调查数据、保护物种记录数据以及其他历史相关资料，通过获取其中国家一级、二级保护物种和国际相关保护协定以及其他具有重要价值的保护物种，建立物种分布区及其潜在分布区。

水源涵养功能以水源涵养量作为评估指标，采用水量平衡方程计算，公式为：

(1)

式中，TQ为总水源涵养量(m3)；Pi为降雨量(mm)；Ri为地表径流量(mm)；ETi为蒸散发(mm)；Ai为第i类生态系统面积(km2)；i为研究区第i类生态系统类型；j为研究区生态系统类型数。

水土保持功能以水土保持量作为评估指标，采用修正通用水土流失方程(RUSLE)计算，公式如下：

Ac=Ap-Ar=R×K×L×S×(1-C)

(2)

式中，Ac为水土保持量(t/hm2·a)；Ap为潜在土壤侵蚀量；Ar为实际土壤侵蚀量；R为降雨侵蚀力因子(MJ·mm/hm2·h·a)；K为土壤可蚀性因子(t·hm2·h/hm2·MJ·mm)；L、S为地形因子，L表示坡长因子，S表示坡度因子；C为植被覆盖因子。

因上海市地形差异较小，本研究参考《上海市水土保持规划(2015—2030年)》对水土保持功能的评估结果进行了修正。

(2)生态环境敏感性评价

盐渍化敏感性主要取决于蒸发量/降雨量、地下水矿化度、地下水埋深、土壤质地等因子，计算公式如下：

(3)

式中，Si为i评估区域盐渍化敏感性指数；Ii、Mi、Di、Ki分别为i评估区域蒸发量/降雨量、地下水矿化度、地下水埋深和土壤质地的敏感性等级值，各地区可根据实际对分级评估标准作相应的调整。

水土流失敏感性主要取决于降雨侵蚀力、土壤可蚀性、坡度坡长和地表植被覆盖等因子，计算公式如下：

(4)

式中，SSi为i空间单元水土流失敏感性指数，评估因子包括降雨侵蚀力(Ri)、土壤可蚀性(Ki)、坡长坡度(LSi)、地表植被覆盖(Ci)。

(3)生态系统评估分级

本研究根据生态评价结果，将生态系统服务功能重要性依次划分为一般重要、重要和极重要三个等级，并将生态环境敏感性依次划分为一般敏感、敏感和极敏感三个等级。

通过上述模型计算，得出不同类型的生态系统服务值栅格图并进行归一化处理。将栅格单元的生态系统服务值按从高到低的顺序排列，计算累加服务值。将累加服务值占生态系统服务总值比例的50%与80%所对应的栅格值作为生态系统服务功能评估分级的分界点。

盐渍化和水土流失敏感性评估的各项指标综合采用自然分界法等确定分级赋值标准，不同评估指标对应的敏感性等级值见表1和表2，生态环境敏感性的评估分级标准如表3所示。

表1 盐渍化敏感性评估指标及分级赋值

表2 水土流失敏感性的评价指标及分级赋值

表3 生态环境敏感性评估分级

1.2.2.2生态空间识别

(1)生态空间要素类型确定

本研究基于上海市已有各类保护地的分布，结合上海市生态保护红线的划定成果以及上海市对生态空间格局的需求，确定了符合当地特点的11种生态空间要素类型，如表4所示。

表4 上海市生态空间要素类型

(2)生态空间边界确定

为了保证生态空间的完整性和连续性以及今后对生态空间管控的可操作性，需要在初步识别结果图的基础上扣除独立和细小的图斑。本研究在广泛调研国内外研究的基础上，结合上海市精细化管理水平及专家咨询结果，最终确定细小斑块扣除的阈值为0.1km2。

本研究从各行业主管部门获取了本市林地、公园、湖泊、河流和饮用水水源保护区等生态空间要素类型的管理边界矢量数据，采用地理信息系统软件，将各类边界分别与校验后的生态空间识别结果进行空间叠加，进一步校验和最终确定本市生态空间的边界。

1.2.2.3管控单元划分

为了便于生态空间用途分区和后续差异化管控要求的落实，本研究将生态空间分为生态保护红线和一般生态空间两种类型。由于上海市生态保护红线已对外公开发布且管理边界和责任主体较为明确，因而本研究中将各红线区块划分为独立的管控单元。对公园、水源保护区等有明确管理边界与管理要求的一般生态空间，依照现有边界划定管控单元；对林地、湖泊、河流等要素类型的一般生态空间，考虑到空间分布较广且涉及斑块众多，依据行政区划边界作管控单元合并处理；对滩涂沼泽类型的一般生态空间，管控单元则在实地踏勘核实边界的基础上划定。

1.3 数据来源与处理

本研究根据生态评价方法，搜集了生态服务功能重要性和生态环境敏感性评估所需的遥感影像、1 m分辨率土地利用、降雨量、蒸发量、地面高程、土壤类型、地下水矿化度、地下水埋深、陆生野生动物资源调查、水鸟同步调查、保护物种记录等调查数据。基于ArcGIS 10.2平台对非栅格数据进行预处理，统一转换为便于空间计算的网格化栅格数据。同时本研究还从各相关管理部门获取了各生态空间要素类型的管理边界矢量数据，便于进行生态空间边界的叠加校验。

2 生态评价结果与管控单元划分

2.1 生态评价结果

2.1.1重要性评价结果

上海市生态系统水源涵养功能主要处于一般重要等级，面积为4501.97 km2，其中极重要的面积为298.34 km2，主要分布在本市的湿地以及盖度高的林地；水土保持功能主要处于一般重要等级，面积为6925.85 km2，其中极重要的面积为157.64 km2，主要分布在本市的潮间带滩涂以及坡度较大的残丘；生物多样性维护功能主要处于一般重要等级，面积为4393.04 km2，其中极重要的面积为1476.92 km2，主要分布于湿地以及斑块大、盖度高的林地。

2.1.2敏感性评价结果

上海市水土流失生态敏感性主要处于一般敏感等级，面积为7851.36 km2，其中极敏感的面积为154.35 km2，主要分布于潮间带滩涂及部分残丘；盐渍化生态敏感性主要处于一般敏感等级，面积为5229.27 km2，其中极敏感的面积为273.83 km2，主要分布于沿海新近围垦区、潮间带滩涂。

2.2 生态空间识别与管控单元划分

2.2.1初步生态空间识别结果

通过对评估得到的生物多样性维护、水源涵养和水土保持等各项功能的重要和极重要区域，以及盐渍化和水土流失的敏感和极敏感区域进行空间叠加合并，得出生态系统服务功能和生态环境敏感性的综合评价结果。基于综合评价结果，将极重要和极敏感、重要和敏感评估区域纳入生态空间。结合土地利用现状分布，扣除耕地、养殖等农业空间和城镇构筑物后，得出生态空间初步识别结果，其中极重要和极敏感区域、重要和敏感区域的面积分别为2119.24 km2和707.34 km2，分别占评价范围面积的26.46%和8.83%。

2.2.2上海市的生态空间分布

经过独立细小斑块扣除，以及与林地、公园、湖泊、河流和饮用水水源保护区等生态空间要素类型管理边界、行政区划边界等矢量数据进行空间叠加与校验，最终识别得出上海市生态空间。上海市生态空间面积为1879.20 km2，占评价范围面积的23.46%，共包括表4所列的11种生态空间要素类型，主要位于长江河口地区、黄浦江上游水源保护区以及分布范围较广的重要河流和林地。

2.2.3一般生态空间识别及管控单元划分

上海市除生态保护红线以外的一般生态空间包括重要林地、饮用水水源地、重要水体和重要湿地共四种类型，其中重要林地包括公园绿地和市级公益生态林，饮用水水源地对应饮用水水源二级保护区，重要水体包括市级和区级的河流和湖泊，重要湿地对应滩涂沼泽。一般生态空间总面积为597.92 km2，其中饮用水水源保护区面积最大，为226.38 km2；市级公益生态林面积位居其次，为176.62 km2；公园绿地、河流、湖泊和滩涂沼泽面积分别为18.52 km2、153.70 km2、13.91 km2和8.79 km2。

上海市生态空间管控单元划定结果如表5所示，共划定113个管控单元，其中有33个生态保护红线和80个一般生态空间管控单元。除黄浦江上游饮用水水源地因沿用一级区和二级区管理边界涉及多个行政区外，其余管控单元均在单个行政区内。

表5 上海市生态空间管控单元划定结果

3 生态空间识别及管控单元划定结论

本研究基于生物多样性维护、水源涵养、水土保持等重要性评估和盐渍化、水土流失等敏感性评估，开展上海市生态功能重要区域和生态环境敏感脆弱区域空间分布识别，重点筛选了适合上海特大城市特征的生态空间要素类型，基于各类管理边界衔接确定了生态空间的分布并划分了管控单元。主要得出以下结论：

上海市生态系统生物多样性维护、水源涵养和水土保持功能均主要处于一般重要等级，其中极重要区域的面积分别为1476.92 km2、298.34 km2和157.64 km2；盐渍化和水土流失生态敏感性也主要处于一般敏感等级，其中极敏感区域的面积分别为273.83 km2和154.35 km2。

上海市生态空间总面积为1879.20 km2，共包括11种要素类型，主要位于长江河口地区、黄浦江上游水源保护区以及分布范围较广的重要河流和林地。其中一般生态空间面积为597.92 km2，包括重要林地、饮用水水源地、重要水体和重要湿地4种类型。饮用水水源保护区类型的一般生态空间面积最大，为226.38 km2；市级生态公益林面积位居其次，为176.62 km2；滩涂沼泽面积最小，为8.79 km2。

上海市共划定113个生态空间管控单元，其中有33个生态保护红线和80个一般生态空间管控单元。除黄浦江上游饮用水水源地因沿用一级区和二级区管理边界涉及多个行政区外，其余管控单元均在单个行政区内。

未来在城市发展过程中，上海市土地资源日趋紧张、用地结构快速变化、生态空间规模不足等问题会愈发突出，生态空间需要加强管控，并应在现有的基础上进一步优化。生态空间需分类进行差异化管控，生态补偿和动态调整机制有待进一步研究。本研究为特大城市的生态空间识别提供支撑的同时，也可为我国长三角区域构建生态空间格局并制定差异化的管控要求提供重要参考。