朝阳县“三生”空间冲突演化及其生态修复策略研究

徐孟童,董海燕,古智涛,李仁成

(桂林理工大学地球科学学院,广西 桂林 541004)

当前中国工业化、城市化大跨步前进[1],各处发展均需要使用土地,土地资源需求量持续增加,经济利益需求的不同将土地冲突表现为土地资源利用目标的冲突,同一土地上的“生产—生活—生态” 空间(简称“三生” 空间) 格局失调[2～3],使国土空间面临着严重的生态环境恶化[4],带来了一系列严重的生态环境问题[5]。 党的十八大以来,党中央把生态文明建设摆在全局工作的突出位置,国土空间规划生态修复是实现生态文明建设迈向新高度的重要保证。 因此,优化土地资源,协调人地关系[6],缓解“三生”空间冲突,实现可持续发展迫在眉睫[7]。

近年来,“三生”空间冲突的研究逐渐成为学术界热点。 我国学者对“三生”空间类型的划定和形成机理研究已经较为成熟[8～10],前者结合“三生”空间的主导功能对其进行界定,提高“三生”空间划定的可操作性与现实应用价值;后者则是阐述时空演变下的变化原因,使得“三生”空间用地结构的分布更加合理[11]。

“三生”空间冲突的研究目的大多为识别冲突区域和强度[12],分析不同空间相互依赖、相互制约程度及其影响机制[13,14],探究不同空间利用类型之间的冲突变化关系,寻找缓解空间用地冲突的途径并进行分区优化[15～19]。 研究方法有基于土地利用覆被变化的综合定量测度方法,如建立景观生态风险指数[20],生态风险评价模型等[21];通过生态环境质量指数测度,了解土地转型所带来的生态环境效应[22];利用耦合协调模型探讨时空分异特征及其耦合协调性[23];结合复杂性—脆弱性—稳定性计算冲突综合指数法等[24～27]。 “

三生”空间冲突研究旨在对不同区域(地区)整体上平衡、协调布局国土空间,“三生”冲突空间的形成、分布、演化及成因受研究区域自然、经济条件、土地利用格局影响,已有的研究区域选取集中在省级单元[28～29],市级单元[19,22],以及乡村空间[5,18],然而,对于我国东北半干旱地区县级“三生”空间冲突形成、演化研究尚无报道。

在全球气候变化和人类活动交互胁迫下[30],朝阳县生态安全保障空间受到挤压,脆弱的生态环境遭到严重破坏,“三生”空间的交织产生了一系列的冲突问题,如资源利用冲突、需求冲突、功能冲突以及人文冲突等,亟需引起足够的重视,实现高质量发展与保护生态共同发展仍是一项艰难的工作。 本文利用全国第二次和第三次土地利用调查数据及其遥感影像,借助景观生态指数方法建立适宜评价模型,进行土地利用冲突识别,评价朝阳县的土地利用性及土地利用冲突情况,以期对制定和实施土地开发、治理和保护不同的国土空间,推进中国的生态文明建设提供参考[10,11]。

1 数据来源与研究方法

1.1 研究区概况

朝阳县位于辽宁省西部(119°51′～120°47′E,40°55′～41°52′N),属北温带大陆性季风气候。境内地势自北向南倾斜,平均海拔427 m,西高东低,由西北向东南倾斜。 由西北向东南方向,地形可分为山区、丘陵区、平原3 大类型。 境内群山环绕,丘陵起伏,海拔多在500～1 500 m 之间。 年平均气温10.5 ℃,平均降水量436.4 mm。

1.2 数据来源

本文选取2010 年和2020 年两个时间节点,由朝阳县国土资源局提供的全国第二次国土资源调查数据和全国第三次国土资源调查数据集;30 m×30 m DEM 数据来源于“国家青藏高原科学数据中心”(http:/ /data.tpdc.ac.cn);土地利用类型分类标准采取“中国科学院土地资源分类系统”的分类标准;行政区域划分来源于朝阳县政府。

1.3 研究方法

1.3.1 “三生”空间分类体系

参考张红旗等构建的分类体系[9～10,17,19],根据朝阳县实际情况,从土地的主导功能与可持续发展的角度出发,对土地利用功能进行分类,将空间分为生活生产空间、生态生产空间、生产生态空间和生态空间,每种土地利用空间类型的划分见表1。

表1 朝阳县“三生”空间分类体系Table 1 Spatial Classification System of ‘Three Lives’in Chaoyang County

1.3.2 朝阳县空间冲突测度指数构建

基于生态风险评估、景观生态学理论和朝阳县生态空间利用特点,本研究采用景观格局分析方法作为整体分析法。 根据朝阳县2010 ～2020年景观格局的变化,参考相关文献[20,21],建立了与研究区相适应的景观生态的风险模型,并在此模型的基础上,具体分析了生态空间风险状况,主要通过斑块密度指数(PD)、空间复杂性指数(CI)空间脆弱性指数(FI)空间稳定性指数(SI)4个指标对土地生态空间利用现状进行分析(SCCI=CI+FI-SI)。 为了方便计算,将CI、FI、SI 数值线性标准到(0,1)范围内,以便后期空间冲突测算。

求得PD(碎片指数)、AWMPFD(面积加权分形维数)和Plant(斑块类型百分比)等多个指数的空间分布后,通过标准化将所有计算结果进行归一化处理,并把所得到的SCCI 值分配到[0,1]之间。 采用等间距法对SCCI 进行分级,将空间冲突的可控性分为稳定可控、基本可控、基本失控和严重失控4 个等级[24],分别是[0.00,0.30)]、[0.30,0.60)]、[0.60,0.80)]、[0.80,1.00]。SCCI 值越高,则表示空间冲突的严重性越高。

2018年11月25日，由中国安全生产科学研究院牵头承担的国家重点研发计划“高海拔高寒地区金属矿山开采安全技术研究与装备研发”项目启动暨实施方案论证会在北京召开。彭苏萍院士、王国法院士、吕敬民教授级高工等项目咨询专家组、科技部社发司、21世纪中心、应急管理部科信司和安全生产基础司、项目牵头承担单位以及项目骨干等110余位代表参加了会议。

2 结果与分析

2.1 朝阳县“三生”空间格局分布及演变

“三生”空间的面积变化情况见图1。 2020年,朝阳县生态生产空间、生产生态空间、生态空间和生活生产空间面积分别为11 839.4、12 661、9 734.3、2 318.1 hm2;与2010 年时 11 877.6、7 699.7、2 129.5、15 919.9 hm2相比,“三生”空间发生了显著变化。 生态生产空间增加了2.62%,主体以木头城子镇和尚志乡为中心,呈大斑块分布,仅有少量零星分布在生态空间之中;生产生态空间增加了13.25%,分布在朝阳县北部,中部以及南部。 生态空间增加了20.24%,取代生活生产空间,增长明显,主要分布在柳城街道,以两个大斑块形式呈现,表明生态保护进程加快;生活生产空间减少了36.46%,已大部分转为生态空间,且有少量转为生态生产空间,转变为占比最少的空间,这也是生态生产空间有明显提升的原因。

图1 2010～2020 年朝阳县“三生”空间格局分布Figure 1 Distribution of the San Sheng Spatial Area in Chaoyang County in 2010 and 2020

图2 2010～2020 朝阳县“三生”空间面积变化Figure 2 Changes in San Sheng Spatial Area in Chaoyang County from 2010 to 2020

可以看出,2010～2020 年,生态空间和生态生产空间通过占用生活生产空间进行快速扩张。

这主要是由于2011 年开始的 “十一五”、“十二五”规划,建筑业和房地产业大量新开工,建设用地面积快速增长。 受社会经济发展和人类活动密集等的影响,研究区交通运输、居住承载等用地需求增加,最终导致了朝阳县“三生”空间格局具有“一稳二升一下降”的特点。

2.2 朝阳县“三生”空间冲突变化

“三生” 空间冲突区域分布如图3 所示。2020 年,朝阳县稳定可控、基本可控、基本失控和严重失控面积分别为1 481.92、24 529.37、11 503.23、65.08 hm2,与2010 年时的2 229.98、22 296.56、12 957.43、142.29 hm2相比,稳定可控、基本失控和严重失控同比下降了2.02%,3.83%,0.16%,基本可控增加了6.01%。

图4 2010～2020 年朝阳县“三生”空间冲突等级变化Figure 4 Changes in the level of spatial conflicts among the three residents in Chaoyang County from 2010 to 2020

为了凸显各类空间之间的变化特征,运用单一动态度模型,得到研究区内“三生”空间的内部单一空间的冲突等级变化(图5)。

图5 2010～2020 年朝阳县不同空间类型的空间冲突等级变化Figure 5 Changes in spatial conflict levels among different spatial types in Chaoyang County from 2010 to 2020

其中,生态空间的冲突等级变化最为明显,稳定可控单元由19.98%降至2.3%,且基本失控单元占比大幅上升,增加了38.04%,说明稳定可控和基本可控的空间单元正在不断转变为基本失控、严重失控的空间单元;这是由于生态空间主要是以草地林地为主,受人类活动影响较大,在朝阳县城市化进程中生态空间遭到破坏,且失控冲突单元有进一步发展与激化的态势。 基本失控单元的区域位于空间交错的过渡带,这些区域斑块破碎化明显,系统极不稳定,且由于一部分生态空间是由生活生产空间转化而来,脆弱度升高,导致严重冲突单元不断升高,所以将基本失控转为基本可控是冲突调控的重点之所在。

生产生态空间和生态生产空间冲突水平变化幅度较小,变化趋势相同,均为基本可控占主导地位。 随着时间的推移,二者呈现出此消彼长之势,稳定可控和基本可控略有上升,基本失控有所下降,其原因是朝阳县政府加大环境整治力度,规范散煤治理及管控方案行之有效,森林执法百日攻坚行动取得成功。

生活生产空间在城市化进程中受影响较小,状态良好,其冲突水平主要表现为稳定可控和基本可控单元的冲突级别比重的上升明显,基本失控单元下降了36.39%,严重失控单元几乎消失。原因是内部斑块较为集中,破碎度升高。 因此,生活生产空间内部的稳定可控单元不断增加。

通过对四类空间冲突类型水平的核算发现,2010～2020 年朝阳县“三生”冲突整体没有较大变化,冲突减弱,可控区域增加,冲突程度从大到小依次为:生态空间＞生产生态空间＞生态生产空间＞生活生产空间。

3 结论与建议

3.1 结论

本研究以朝阳县土地利用类型为基础,参考其他学者分类标准,进行“三生”空间类型的分类,以空间格局的复杂性、脆弱性和稳定性作为空间冲突测算的依据,分析研究区“三生”空间格局,对“三生”空间冲突进行测算,结果如下:

2010 年生活生产空间占主导地位,随时间变化,生活生产空间占比急剧下降,而生态生产空间和生产生态空间的比重不断上升,2020 年时二者之和超过研究区总面积的一半。 表明朝阳县在快速城市化过程中,生态空间和生态生产空间通过占用生活生产空间进行快速扩张。

2010～2020 年朝阳县的“三生”空间冲突整体态势良好,4 种空间类型的冲突程度均集中在稳定可控和基本可控两个等级上,不同空间类型的空间冲突存在一定差异,可控区域占比增加,失控区域占比减少,冲突程度从大到小依次为:生态空间＞生产生态空间＞生态生产空间＞生活生产空间。

3.2 “三生”空间生态修复策略

3.2.1 生态建设区:工程措施和生物措施相结合

城镇是人口和产业集聚的区域,其生态系统较自然状况下的生态系统而言更加脆弱[36]。 西营子乡和七道岭镇人口密度大,生态空间失控严重。 需以水土保持为主,以植树造林和种草为重点,实施工程与生物相结合的措施[17]。 通过对山水林田湖进行综合治理,改善自然生态环境,建立以森林植被为主体的森林生态系统;通过合理规划、科学治理,有效地保护现有的自然生态系统和生物多样性。 此外,小凌河流域建立省级自然保护区和朝阳苍鹭森林自然保护区,对保护区内不符合相关规定的各类设施进行搬迁改造,逐步恢复生态系统功能。

3.2.2 丘陵山地区:水土保持与退耕还林

根德营子乡和东大屯乡生态空间面积多为丘陵山地,地表起伏较大,加之气候因素影响,极易水土流失。 积极以小凌河流域为主体,加强对丘陵坡地的植被建设,继续推进退耕还林、封山育林,优化森林生态系统结构,提高水土保持功能,利用本土树种加强林木栽植[38],促进植被演替,恢复森林的丰度及植物种类的多样性,增强森林生态系统稳定性,形成兼备防护与景观双重功能的森林生态系统;控制水土流失,避免河水泛滥,保护河道原有的冲积滩,禁止对河道进行截弯取直工程,在重点河段加强山体防护堤建设,以防止泥石流等自然灾害发生。 重点加强集中饮用水水源地周边水源涵养林和水土保持林建设,加强水土保持管理,提升水源地保土蓄水能力,严格保护位于河流上游丘陵山地的清风岭、中华鳖省级自然保护区等生态保护红线区域。 在支离破碎的斑块之间修建走廊,为稀有物种的繁殖创造条件。

3.2.3 矿坑恢复区: 裸露矿坑修复与污染防治

生态空间严重失控的区域大多存在矿坑,林地覆盖率高但质量不佳。 煤矿开采和村镇建设使其生态问题复杂,包括春旱、裸露矿坑与塌陷、局部水土流失等。 根据《朝阳市矿山生态环境恢复治理条例》[39],生态修复首先保障人居安全,对露天矿坑、采矿区和塌陷区进行植被恢复,建设生态屏障防止污水和地质灾害外溢。 将碎片化耕地退耕还林,完善坑塘体系以调节雨水时空不均,建成区周边多处土矿开采遗留矿坑蓄水成湖,形成独特景观。 对废弃矿坑进行群落恢复的基础上,择景观独特的尾矿打造矿坑公园,为寻常景观增加变化。