基于生境保护的山地城市小规模农地规划管控技术——以重庆市永川区中心城区为例

邢忠 谢雨丝

山地城市小规模农地（简称小规模农地）是指在城镇开发边界内，在城市发展中心区域的发展备用地、非建设用地及城市建设边缘地带中存在的，规模不大的城市耕种空间，是城市居民利用山地丘陵边坡地带、河堤岸带以及城市用地监管薄弱地带进行小规模种植的场所，具体为中心城区内已纳入城市建设用地范围的现状耕地，包括水田、水浇地、旱地3类。有别于城郊及乡村区域的规模化农地，部分小规模农地由于位于城市建设核心位置，生产功能趋于弱化，主要为城市生态保护与经济建设服务。受地形因素影响，小规模农地在山地城市极为普遍，在区县城市尤甚，如重庆市的綦江区和永川区，2019年其小规模城市农地面积分别占中心城区用地面积的34.6%和23.6%①。可见，小规模农地对中心城区存量建设及城市发展具有重大价值。

但同时，大量研究均指向城市小规模农地的生物多样性保护意义[1-3]，认为小规模农地是城市中不可多得但易被忽视的半自然生境[4]，其生物多样性保护价值蕴藏于独特的生境特征之中。受地形条件影响，山地城市坡地、崖线、堡坎、河流岸带等区域遗留的小规模农地面积小而分散，密集化农业生产要素投入有限，与同样破碎化的城市林地交织相连，构成山地城市农林复合生态系统，该系统在承担低强度生产功能之余，是昆虫、小型哺乳动物以及鸟类生存的优势空间。其内部农林交界处的低矮树篱、野花、草丛等所形成的田缘空间，可满足城市小型野生动物的栖息所需；较为开阔的内部农地成为野生动物的觅食场所[5-7]；郁闭度较高的乔灌林地则成为野生动物栖息、繁育的场所。在全球生物多样性锐减的今天，小规模农地的异质性生境对城市生物多样性保护具有重要意义。

面对城市发展与城市生物多样性保护的博弈，山地城市小规模农地是否能够担负起生态系统服务功能与城市土地供给的双重使命？在规划管理过程中，能否在保护小规模农地生境价值的同时，保障城市存量建设的土地经济效益？这需要科学合理的小规模农地生境价值判别方法及规划管控技术作为支撑。对此，国外研究多以土地覆被、物种信息及农业统计信息等作为高价值农地的判别标准[1]，具有一定的借鉴意义。在中国，已有研究在此基础上提出了考虑环境、生态因素的农业生产适宜性评价指标[8]及维持生物多样性的高价值农地评价体系[9]，但以上评价体系主要适用于以郊野、乡村为背景的高价值农地的甄别、保护；对于城市相关区域，现有研究以都市农业发展为目标，提出了初步的城市农地种植区域的识别框架[10]，而较少有研究从城市生境保护与城市建设相协调的视角出发，针对城市区域现状农地特征价值进行深入的量化分析，提出相应的生境保护管控措施。由此，本研究借助已成熟应用于生态学领域的InVEST模型[11-12]，分析小规模农地生境质量，从而甄别城市中生境多样性潜力较高的小规模农地，为其保护提供依据；并在此基础上，进一步认识高价值小规模农地的形成机理，尝试从小规模农地内部景观生态格局及外部土地利用两方面，探究小规模农地生境价值影响因素，从而强化高价值影响因素，疏导不利影响因素，促进高生境价值小规模农地的保护与利用。

1 研究范围、数据与方法

1.1 研究范围

重庆市永川区地处重庆市西南部，东经105°38′～106°05′、北纬28°56′～29°34′，东距重庆主城区63 km，境内地形以丘陵为主，属于典型的山地城区。基于研究区水文分析，选取永川中心城区几何中心附近的集水区作为研究范围（图1），面积617.3 hm2，约占永川中心城区总面积的1/13。研究区域内16.4%的用地为小规模农地，面积远超研究区域内的城市绿地（占比4.7%）。

1 研究区小规模农地空间分布Spatial distribution of small-scale farmlands in the research area

1.2 研究数据

1.2.1 生境价值数据及处理

基于第三次全国国土调查（简称“国土三调”）数据，以土地利用与土地覆被变化（land use and land cover change, LUCC）分类体系为依据，根据研究中的实际情况进行重分类处理，将研究区用地划分为工矿用地、交通运输用地、城镇建设用地、城市绿地、小规模农地等共11类（图2），其中旱地、水田和水浇地划入小规模农地的范畴。同时参考Forman等[13]、Happe等[5]和汤西子[9]等对小规模农、林用地的数值界定，结合永川区现状小规模农地斑块面积分布区间②，确定本研究中小规模农地的面积上限为3.5 hm2。

2 研究区土地利用分类Classification of land utilization types in the research area

小规模农地空间生境价值由InVEST模型中的栖息地质量模块计算获得，以生境质量指数为基本单位，本研究输入模型中的数据为土地利用重分类后的数据，以及研究区生物多样性威胁地类（表1）、研究区各地类生态敏感度（表2）等数据，其中小规模农地的栖息地水平根据相关参考文献[17-18]划定为0.4，量表数据主要依据已有文献确定[14-16]，并参照区域生态环境特征略有调整。经计算可得到研究区生境质量指数分布情况（图3），并提取得出小规模农地生境价值空间分布情况（图4）。

表1 研究区生物多样性威胁地类[14-16]Tab. 1 Land types threatening biodiversity in the research area[14-16]

表2 研究区各地类生态敏感度[16-17]Tab. 2 Ecological sensitivity of various land types in the research area[16-17]

3 研究区生境价值分布Distribution of habitat value in the research area

4 研究区小规模农地生境价值分布Distribution of the habitat value of smallscale farmlands in the research area

1.2.2 生境价值影响因子数据及处理

1）景观格局因子。景观格局因子是景观生态学领域用于描述研究对象景观特征的重要指标。大量研究表明景观格局指数与景观要素生态过程存在数量关系[13,19-20]，通过控制面积、形状等景观格局特征因素，可在一定程度上影响区域景观生境质量。由此，本研究从斑块尺度出发，选取斑块面积、斑块周长、形状指数、分维数、欧几里得最邻近距离、邻近指标6个因子（表3）作为小规模农地生境质量影响因素，对其加以量化分析。

2）外部环境土地利用因子。城市下垫面环境（即由人类活动与自然本底复合而成的复杂地表环境）对城市系统内的生态过程存在明显影响[22-24]，不同的土地利用类型影响下，区域生态过程与服务功能存在差异[18,25]。为反映不同城市用地类型对近邻小规模农地生境质量的影响，选取研究区域内的主要土地利用类型（林地、城镇建设用地、交通运输用地及工矿用地）为影响因子，尝试分析不同类型用地的邻近程度对小规模农地生境的影响[21]（表3）。

1.3 研究方法

在SPSS 24.0软件中利用皮尔逊相关系数分析法探究斑块尺度6个景观格局因子、4个外部环境土地利用因子与小规模农地生境价值之间的数量关系，分析各因子对小规模农地空间生境价值的影响过程及规律。

2 小规模农地空间生境价值及其影响因素

2.1 小规模农地空间生境价值

小规模农地空间生境质量指数普遍处于0.39～0.40之间（图3、4），低于区域林地（0.98～0.99）和水体（0.78～0.80），但略高于城市绿地（0.24～0.30），生境价值显著。小规模农地生境价值主要体现为以下5个方面。1）“居”：为无脊椎动物、小型哺乳类动物及各种植物提供小型庇护所[3]；2）“食”：为以传粉昆虫、鸟类为主的野生动物提供食物来源，并有助于本土可食植物种类的多样化保护[9]；3）“连”：有效连通城市生境斑块，发挥生态“踏脚石”的作用；4）“净”：提供可渗透性地表，推动局域生态系统良性循环，一定程度上消解周边环境污染物；5）“异”：作为城市独特的半自然生境斑块，在形态、功能、景观组成、土地使用方式上与城市其他绿色斑块互补，提升城市景观异质性，满足多种生物生存所需。

2.2 景观格局因子影响过程

2.2.1 斑块面积、斑块周长

各景观格局因子中，斑块面积、斑块周长与小规模农地生境质量的相关性最高（表4），相关系数分别为-0.471和-0.425，但相关性程度不强。以上2个因子与小规模农地生境质量间的负相关关系意味着小规模农地面积越小其生境价值越高，这主要归因于：在小尺度景观格局影响下，单一化、高强度农作生产方式的潜在生态风险大大降低，以家庭为单位的传统、有机农业种植方式占据主导，从而有利于增加单位面积物种多样性，且使田间非种植区域增加，提升野生植被和相关动植物物种丰度；同时小规模农地的破碎化格局特征，有利于其灵活、高效地发挥生态“踏脚石”的作用，与城市内现存大型生境构成互补，从而为昆虫、鸟类等物种迁徙提供便利，一定程度上消解了城市建设所带来的种间隔离，事实也证明小规模农地对部分物种的生存更有利[5,26]。然而也有研究认为生境破碎化会影响物种个体密度，可能加快局地物种灭绝速率，导致物种多样性降低[27]，同时农业景观的破碎化使寄生生物和食草昆虫的生存空间与资源减少[28]。

可见，理论上存在小规模农地生境价值的作用区间：当超过某一阈值时，因规模特征而产生的小规模农地生物多样性保护效应降低；而当低于某一阈值时，则可能影响生境生物多样性承载能力，降低物种数量与密度。本研究基于小规模农地生物多样性的相关既有研究[5,9,13]，结合研究区域的城市农地规模区间，大致确定小规模农地的取值范围上限为3.5 hm2，但小规模农地生境价值作用的最低规模以及具有推广性的小规模农地取值区间，还需相应的生态学实证研究进行深入论证。

2.2.2 形状指数、分维数

小规模农地生境质量与形状指数负相关，相关性强度较低（表4）。形状指数反映了该斑块接近圆形的值，值越小则结构形态越紧密，从而能较好地储存斑块内部的物质、能量，且不宜受到外部干扰[20]，这对以城市环境为基底的小规模农地内部生境保护极为重要。然而过于紧凑、缺少边缘延展也不利于边缘种生存及斑块间交流，而复杂形状可能增加外界环境干扰而影响内部生境，二者间存在较为复杂的影响关系。分维数对小规模农地生境质量的影响并不显著，产生这一结果的原因可能是：1）分维数越大、形状非规则的小规模农地，通常具有较长的交错带，由此影响边缘效益产生；2）对于面积有限的小规模农地而言，其对外界环境的影响十分敏感[29]。可见，分维数与小规模农地生境价值的关系还不够清晰。

表4 小规模农地生境价值影响因子相关系数统计Tab. 4 Statistical table of correlation coefficients between influential factors of the habitat value of small-scale farmlands

2.2.3 欧几里得最邻近距离、邻近指标

欧几里得最邻近距离表征了小规模农地斑块之间的隔离程度，而邻近指标则体现小规模农地之间的联系程度[21]。在研究区内，以上2个指数与小规模农地生境质量之间均未表现出相关关系。可能是因为在农业景观中，除自然生态过程外，人类的活动具有关键作用[29]，在此过程中，斑块的近邻与隔离很大程度上会对其内部生境产生双向作用。小规模农地相互邻近既有益于提高斑块间物种扩散、觅食的可能性，增加斑块内部物质、能量交流；但同时也可能使农地耕种者受规模效益驱动，而产生趋同的耕种行为，降低小规模农地种植物种的丰度及关联区域自然物种生长规模，影响相关生境的生物多样性。在人为要素影响下，小规模农地欧几里得最邻近距离、邻近指标与生境价值的作用关系显得较为复杂，其间的相关关系不甚明晰。

2.3.2 毗邻城镇建设用地、交通运输用地、工矿用地

城市化建设有损于小规模农地生境价值。研究区小规模农地生境价值与毗邻城镇建设用地、毗邻交通运输用地及工矿用地3个因子呈负相关（表4）。人工化的城市环境大幅改变了局地物质能量循环与区域生态，导致动植物栖息地丧失，是城市生物多样性降低的根本原因。城镇建设和人类生产生活所带来的声、光、热污染，改变了动植物的生存节律；交通运输及工矿生产过程中排放有害气体并导致周边土壤重金属、矿物质超标，危及生物繁育。以上因素均可能对毗邻小规模农地的生境质量产生负面影响。

2.3 外部环境土地利用因子影响过程

3 小规模农地生境价值提升的规划管控技术探讨

2.3.1 毗邻林地

与已有研究一致，研究区小规模农地生境质量与毗邻林地因子显著正相关[30]，相关系数达0.618（表4），小规模农地越靠近林地且所临林地规模越大，其生境价值越高，反映出林地的优势生态特征。相较于农地，林地景观层次更为丰富，人类活动干预低，生境价值高，是城市动植物的理想栖境[31]。林地为毗邻农地中的大量生物提供居所、食物、繁衍环境等资源，且通过水土保持、防风固沙、水源涵养等生态系统服务过程，有助于小规模农地生境质量的提升。同时，外围林地通过隔离周边城市区域等具有消极生态影响的用地环境，消减城市建设的干扰，起到“屏障”与“细胞膜”的作用。在此基础上，农地与林地相连所构成的城市农林复合系统形成了系统生态位丰富、食物链多样、生态系统稳定性更强的区域高价值生境，由此构成城市生物多样性保护的关键区域。

本研究以小规模农地生境价值保护与优化利用为目标，提出相应的规划管控技术，其核心思路为：从城市现存小规模农地中甄别高价值农地，使之服务于城市生态系统保护；同时在高生境价值小规模农地规划与管控过程中，利用其生境价值影响机制，增强正向因子的作用过程，消解负面因子的潜在威胁，从而提升小规模农地生物多样性保护效能，促进城市生物多样性提升（表5）。以研究范围内现状小规模农地集中分布的一组控规地块作为示例区域（图5-1），进一步展示在生境价值作用机制下，高价值生境小规模农地甄别、空间格局保护与“可相容性”土地利用融入的过程方法。

5 小规模农地生境价值提升的规划管控技术示例Example of planning management and control technologies for improving the habitat value of small-scale farmlands

表5 基于小规模农地生境价值影响过程的规划管控技术Tab. 5 Planning management and control technologies based on the influencing process of the habitat value of smallscale farmlands

3.1 甄别高价值小规模农地维护城市多样化生境

小规模农地生境保护的基础在于识别现存小规模农地中对城市生物多样性保护具有较高价值的区域。本研究以InVEST模型生境质量评估模块为依据，在中观尺度上，立足小规模农地破碎化生境特征，并考虑现状农林生境之间的景观连通关系，保留紧凑型、与林地相毗邻的高价值小规模农地。在具体的规划管控过程中，还需结合城市生态网络分析，从宏观尺度上考虑小规模农地生境对城市生态网络格局的影响；在微观尺度上，结合动植物多样性调查数据，考虑特征性物种的生境要求，从而做出趋于合理的小规模农地价值评判。

3.2 保护原有功能格局并施以空间形态引导

通过对小规模农地景观格局影响因子的作用机制的分析，引导其空间形态布局，主要管控内容包括：1）规模面积，规划管控过程中应促进小尺度高价值农地优先保护，优化并利用面积较小或周长较短的城市农地，同时考虑小规模农地生境规模的物种承载能力，保护农地的规模不应过小；2）形态布局，在保护规划中应提倡以简单紧凑的结构形态作为高价值小规模农地的基本构型，减少条带状、环状形态用地，若受用地条件所限，应尽量避免不稳定结构，维护高价值小规模农地内部物质能量良性循环。另外，建议通过合理增补多样化、本土化的植物种类，为本土物种提供生存空间，提高高价值小规模农地生态韧性；抵制化学制剂等干扰要素，降低人为农林活动的不利影响，优化高价值小规模农地生态过程。

3.3 结合“可相容性”土地利用适地融入城市绿地系统

基于外部环境土地利用因素对小规模农地生境价值的影响，以及当前城乡规划土地利用类型（图5-2），本研究提出小规模农地“可相容性”用地的概念，该概念包含2层含义：1）经相关性分析得到对小规模农地生境具有正向影响的相邻用地，主要是城市林地；2）小规模农地可融入的规划用地对象，包括各类城市绿地，主要有公园绿地、防护绿地及各类附属绿地。建议在规划过程中，改变旧有的“程序化”思路，在保留现状大型农林斑块、维护河流岸带生境的同时，利用小规模农地灵活化景观格局特征，将高价值小规模农地结合“可相容性”用地融入城市绿地系统，从而在保护破碎化农地生境的同时，建立区域生境连通关系，促进生物多样性服务功能提升。具体包括以下3项要点。

3.3.1 复合林地布局

高价值小规模农地保护规划需结合城市现状林地分布情况，在综合其规划用地属性，保护大规模城市林地的同时，根据高价值小规模农地与林地的邻近状态，将其与城市林地结合布局，管控内部高价值小规模农地规模格局与生产方式，形成独特的城市农林复合系统，建立农、林环境的良性耦合关系。

3.3.2 融入城市绿地系统

将复合林地布局中的高价值小规模农地分4个层级融入城市绿地系统。1）河岸带公园绿地：在考虑河岸生态系统维育与景观品质提升的前提下，使保留的小规模农地与河岸内缘留有缓冲距离，形成融合高价值小规模农地的河岸带公园。2）综合公园：在满足公园景观、文教、游憩等功能的基础上，保留一定面积的高价值小规模农地和城市林地，形成功能多样的“农业-自然”公园。3）社区公园：建议将甄别保留的高价值小规模农地结合毗邻林地，融入社区花园之中，从而提升社区凝聚力并促进新鲜蔬果的就近供应。4）附属绿地：综合考虑居住用地等低影响用地内的绿地指标，将高价值小规模农地作为居住组团间的活动菜畦，以附属绿地的形式融入其中，提升城市的食物韧性供给能力。

在此过程中，结合道路绿化或带状绿化形成生境连通绿廊，串接河岸带—综合公园—社区公园—附属绿地4个层级的复合型绿色空间，形成融合多元生境的城市绿地系统（图5-3）。

3.3.3 控制与低“可相容性”用地的距离

从生境价值保护和农作物产品安全的角度，对于与工矿用地、交通运输用地相毗邻的现状小规模农地，不建议保留，同时对于作为保护对象的高价值小规模农地应适当控制其与低“可相容性”用地的距离，从而消减潜在的负面效应。

4 结果与展望

在城市生物多样性保护视角下，优化和利用小规模农地潜在的生境价值，使之为城市生态系统服务是本研究探讨的重点。研究发现：1）经InVEST模型模拟，小规模农地生境质量指数较高，能为部分动植物提供栖息服务；2）小规模农地生境价值与斑块面积、斑块周长、形状指数存在相关性，且与毗邻林地、城镇建设用地相关性较高，小规模农地与林地结合更有利于生境保护。基于分析结果，本研究提出了高价值小规模农地甄别、空间形态引导、“可相容性”用地融入等一系列规划管控技术建议。

新型城镇化背景下，基于小规模农地生境价值、生态过程的规划技术，将为可相容性用地的复合利用及土地效能的发挥提供新思路。而在详细规划与设计层面，如何在小规模农地生境保护过程中，促使其更好地融入城市社会经济系统，实现生态与社会发展的良性运转，其方法路径还有待深入探讨。

注释(Notes)：

① 数据来源于第三次全国国土调查。

② 在置信度95%水平上，永川中心城区农地斑块面积分布区间为0～3.76 hm2，本研究以相关文献[5][9][13]中“小规模农、林用地”的界定数值为标准，依据研究区内现状农地面积最大值，划定小规模农地的面积上限为3.5 hm2。

图表来源(Sources of Figures and Tables)：

图1～4由作者根据永川区中心城区现状土地利用数据，基于 InVEST 模型绘制，其中图1的3张照片，近图为作者拍摄，远景为永川区政府提供；图5-1基于永川区中心城区现状土地利用数据绘制，图5-2、5-3根据《永川区中心城区控制性详细规划整合》绘制；表1～3根据参考文献[14]～[17][21]绘制；表4、5由作者基于生境质量指数及其影响因子相关性分析绘制。