鄒游,梁浩峰,李桂媛

(湖北工業(yè)大學(xué) 土木建筑與環(huán)境學(xué)院, 湖北 武漢 430068)

自然生態(tài)系統(tǒng)是人類賴以生存和發(fā)展的基本條件,但伴隨著人類對自然的不斷索取和城鄉(xiāng)用地空間范圍的拓展,生態(tài)系統(tǒng)正不斷遭受影響和破壞,與生態(tài)環(huán)境承載有關(guān)的研究亦成為持續(xù)性的熱點(diǎn)話題[1-2]。作為資源環(huán)境承載力的一個(gè)重要方面,生態(tài)環(huán)境承載力可以反映生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力、容納能力,對保護(hù)生態(tài)環(huán)境、維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)平衡有著重要作用。2017年9月,中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于建立資源環(huán)境承載能力監(jiān)測預(yù)警長效機(jī)制的若干意見》中,提出推動(dòng)落實(shí)資源環(huán)境承載力監(jiān)測預(yù)警的規(guī)范化、常態(tài)化及制度化,強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展應(yīng)嚴(yán)格按照資源環(huán)境承載能力進(jìn)行合理謀劃,為生態(tài)承載力評價(jià)指明了方向[3]。

上世紀(jì)90年代,國內(nèi)對生態(tài)承載力的研究進(jìn)入起步階段,經(jīng)諸多學(xué)者30余年的研究推進(jìn),已逐步形成從單一要素研究轉(zhuǎn)向多元要素研究、從靜態(tài)分析轉(zhuǎn)向動(dòng)態(tài)分析,并向模擬預(yù)測方向發(fā)展的研究模式。但目前關(guān)于生態(tài)承載力的研究仍未形成完整的研究體系,常用的研究方法主要包括生態(tài)足跡法、狀態(tài)空間法、系統(tǒng)模型法、瓶頸限制因子法及指標(biāo)體系法等[4-9]。由于研究領(lǐng)域存在差異,各領(lǐng)域?qū)W者對生態(tài)承載力的定義也不盡相同,目前的主流觀點(diǎn)認(rèn)為,生態(tài)承載力是指在一定時(shí)空范圍內(nèi),生態(tài)系統(tǒng)在自我調(diào)控范圍內(nèi)所能夠最大限度地容納人口與人類社會經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的強(qiáng)度[10]。因此,以往研究在對生態(tài)承載力進(jìn)行評價(jià)時(shí),往往會從“社會經(jīng)濟(jì)”及“自然環(huán)境”2個(gè)方面進(jìn)行較為綜合的研究和評價(jià)分析,更多側(cè)重于評價(jià)指標(biāo)的更新和對結(jié)果的解釋,較少從空間分異及空間規(guī)劃的角度切入。

鑒于此,本研究以中國西北地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境矛盾較為突出的省會城市蘭州為例,采用指標(biāo)體系法,結(jié)合蘭州市自然本底,從生態(tài)系統(tǒng)本身的敏感性(接受度)和服務(wù)價(jià)值(貢獻(xiàn)度)建立評價(jià)指標(biāo)體系,分別對蘭州市社會經(jīng)濟(jì)及自然環(huán)境2個(gè)方面條件進(jìn)行更精準(zhǔn)和細(xì)致的定量評價(jià),運(yùn)用GIS空間分析技術(shù)對蘭州市生態(tài)環(huán)境承載力的空間分異特征進(jìn)行研究與分析,并在此基礎(chǔ)上落位于國土空間,以期為蘭州市生態(tài)環(huán)境保護(hù)、國土空間規(guī)劃以及區(qū)域發(fā)展提供建議。

1 研究區(qū)概況

關(guān)于蘭州市基本地理概況見圖1。蘭州位于我國西北部(E 103°40′, N 36°03′),是甘肅省政治、文化、經(jīng)濟(jì)和科教中心,下轄“三縣五區(qū)”,總面積約為1.31萬km2。蘭州地勢西部和南部高,東北低,黃河自西南流向東北,橫穿全境,切穿山嶺,形成峽谷與盆地相間的串珠形河谷,詳細(xì)地理信息如圖1所示。

圖1 蘭州市地理環(huán)境信息圖(a-e)Figure 1 Geographical environment information map in Lanzhou City (a-e)

2012年,國務(wù)院在建設(shè)蘭州新區(qū)的批復(fù)文件中,明確將其作為深入實(shí)施西部大開發(fā)戰(zhàn)略的重要舉措,并于2020年將蘭州發(fā)展為西北地區(qū)現(xiàn)代化大都市。2017年,《蘭州—西寧城市群發(fā)展規(guī)劃》明確把蘭州—西寧城市群培育發(fā)展成為支撐國土安全和生態(tài)安全格局、維護(hù)西北地區(qū)繁榮穩(wěn)定的重要城市群。

作為西北五省的交通樞紐,自“十二五”以來,蘭州市以提升其國家綜合運(yùn)輸樞紐地位以及完善城市功能為導(dǎo)向進(jìn)行了一系列建設(shè),但蘭州的經(jīng)濟(jì)支撐仍是以石油化工和重工業(yè)為主,加之特殊的地理環(huán)境和干旱氣候,生態(tài)環(huán)境相較西北其他4省省會城市更為脆弱。

綜上,蘭州的生態(tài)保護(hù)和建設(shè)對西北地區(qū)及本省的生態(tài)安全有重要意義,是建設(shè)西北中心城市、宜居城市和構(gòu)建城鄉(xiāng)協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的支撐基礎(chǔ)。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

本研究的數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云、中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)等官方網(wǎng)站。

數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)下載于地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站;NDVI數(shù)據(jù)是經(jīng)提取NASA的LAADS DAAC網(wǎng)站下載的MODIS數(shù)據(jù)得到;夜光遙感是近年來遙感領(lǐng)域發(fā)展活躍的一個(gè)分支,其獲取的是夜間、無云條件下地表發(fā)射的可見光信息,這些信息大部分均由地表人類活動(dòng)產(chǎn)生,夜間燈光數(shù)據(jù)由武漢大學(xué)珞珈一號夜光遙感衛(wèi)星拍攝得到[11];土地利用數(shù)據(jù)是在Zenodo下載的2020年中國土地覆被數(shù)據(jù)(30 m)。

坐標(biāo)統(tǒng)一至WGS 1984坐標(biāo)系,保證現(xiàn)有指標(biāo)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。使用Arc GIS軟件對每一個(gè)圖元賦值,并按照下文確定的等級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級后對評價(jià)結(jié)果進(jìn)行分析。

2.2 指標(biāo)體系構(gòu)建

考慮數(shù)據(jù)的可獲取性,通過對“生態(tài)敏感性”和“生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值”的分析研究反映研究區(qū)域的生態(tài)承載力分級狀況的需求,結(jié)合既往研究,對蘭州市生態(tài)承載力的指標(biāo)體系進(jìn)行構(gòu)建[12-14]。詳細(xì)評價(jià)因子如表1所示。

表1 蘭州市生態(tài)承載力指標(biāo)體系表Table 1 Ecological carrying capacity index system in Lanzhou City

2.3 生態(tài)敏感性

生態(tài)敏感性是反映自然因素和人類活動(dòng)對自然生態(tài)影響的重要指標(biāo)。蘭州作為山水城市,兩山一河的獨(dú)特地貌條件造就了復(fù)雜的生態(tài)環(huán)境。另一方面,作為甘肅省會,蘭州市社會經(jīng)濟(jì)活動(dòng)活躍,自然生態(tài)極易受到人類生活生產(chǎn)帶來的影響,其地表覆蓋類型也對生態(tài)敏感性有著決定性的影響?；诖?本研究將選取自然環(huán)境、人類活動(dòng)2個(gè)方面要素,共7個(gè)評價(jià)因子構(gòu)建指標(biāo)體系。

2.3.1 評價(jià)因子敏感等級劃分 為進(jìn)行定量的生態(tài)環(huán)境敏感性綜合評價(jià),參考多位學(xué)者現(xiàn)有研究成果以及相關(guān)研究文獻(xiàn)資料,以4個(gè)等級對各單項(xiàng)因子進(jìn)行劃分,對其分別賦值為1、2、3、4便于指標(biāo)的量化[15-24]。具體分類標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

2.3.2 評價(jià)因子權(quán)重確定 各單項(xiàng)因子的權(quán)重取決于其對敏感性的影響程度,且呈正相關(guān)的關(guān)系,通過層次分析法(AHP)比較各單項(xiàng)因子的重要性,以確定各因子權(quán)重,建立判斷矩陣見表3。

表3 判斷矩陣及各因子權(quán)重[27-31]Table 3 Judgment matrix and the weight of each factor

如表3所示,綜合相關(guān)文獻(xiàn)的評價(jià)方法,使用Yaahp軟件對各項(xiàng)敏感性因子以9分制進(jìn)行打分[30-31]。同樣重要賦值1;稍微重要賦值3,相反賦值1/3;比較重要賦值5,相反賦值1/5;十分重要賦值7,相反賦值1/7;絕對重要賦值9,相反賦值1/9。得到7×7的判斷矩陣,其一致性結(jié)果0.051 2<0.1,矩陣一致性檢驗(yàn)通過,權(quán)重值Wi有效。

2.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指通過生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、過程和功能直接或間接獲得的產(chǎn)品和服務(wù)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的空間分布數(shù)據(jù)集基于國家陸地生態(tài)系統(tǒng)類型遙感分類,參考謝高地等生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子法,其定義1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量因子的生態(tài)服務(wù)價(jià)值,即1 hm2全國平均產(chǎn)量的農(nóng)田每年自然糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,在數(shù)值上相當(dāng)于全國平均糧食市場價(jià)值的1/7[32]。鑒于當(dāng)量因子法直觀易用,數(shù)據(jù)需求較小,適用范圍廣等特點(diǎn),本研究依據(jù)謝高地等的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值基礎(chǔ)當(dāng)量表,結(jié)合蘭州市自然本底和生態(tài)系統(tǒng)類型進(jìn)行調(diào)整,刪除水田生態(tài)系統(tǒng)指標(biāo)(面積為0),加權(quán)計(jì)算后合并針葉、針闊混交及闊葉指標(biāo)為喬木,建立適用于蘭州市的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值基礎(chǔ)當(dāng)量如表4所示。

表4 蘭州市單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值基礎(chǔ)當(dāng)量因子Table 4 Basic equivalent factor of ecosystem service value per unit area in Lanzhou City

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的糧食產(chǎn)量價(jià)值主要依據(jù)稻谷、小麥和玉米三大糧食主產(chǎn)物計(jì)算[32]。根據(jù)《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編2020》計(jì)算,2019年全國水稻、小麥、玉米三大糧食作物的平均單產(chǎn)是7 234.5 kg/hm2,糧食市場銷售價(jià)格是2.188 8元/kg,算出2019年單位面積糧食市場產(chǎn)值是15 834.87元/hm2。再由中國統(tǒng)計(jì)年鑒2021可查得2019年和2020年農(nóng)產(chǎn)品的價(jià)格指數(shù)分別是100.8和102.8,由此可以求出2020年全國三大糧食作物平均單位面積市場產(chǎn)值是16 149.06元/hm2,其市場產(chǎn)值的1/7是2 307.01 元,即2020年蘭州市1個(gè)當(dāng)量因子的生態(tài)服務(wù)價(jià)值是2 307.01元/hm2[33]。

通過ArcGIS軟件對蘭州市地表覆蓋類型屬性表進(jìn)行提取和計(jì)算得到蘭州市生態(tài)系統(tǒng)各類型面積如表5所示。

表5 蘭州市各類型生態(tài)系統(tǒng)面積Table 5 Areas of various types of ecosystems in Lanzhou City

將蘭州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值基礎(chǔ)當(dāng)量、蘭州市生態(tài)系統(tǒng)單位當(dāng)量因子的生態(tài)服務(wù)價(jià)值、蘭州市生態(tài)系統(tǒng)各類型面積三者連乘即可得到蘭州市生態(tài)系統(tǒng)各類型服務(wù)價(jià)值。關(guān)于蘭州市各類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值的研究結(jié)果見表6。

表6 2020年蘭州市各類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值Table 6 Value of various types of ecosystem services in Lanzhou City in 2020 億元

由表6可知,從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值的構(gòu)成上看,氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)、土壤保持及維持生物多樣性是蘭州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)最主要的5項(xiàng)功能,其服務(wù)價(jià)值合計(jì)貢獻(xiàn)率為77.74%;從生態(tài)系統(tǒng)分類上看,草地是蘭州市各類生態(tài)系統(tǒng)中對服務(wù)功能價(jià)值貢獻(xiàn)最大的,其貢獻(xiàn)率為74.29%,遠(yuǎn)超其他生態(tài)系統(tǒng)貢獻(xiàn)率。

2.5 生態(tài)承載力評價(jià)方法

生態(tài)敏感性評價(jià)得分與生態(tài)承載力呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,而生態(tài)服務(wù)功能的評價(jià)得分則與生態(tài)承載力呈正相關(guān)關(guān)系,為計(jì)算研究區(qū)域內(nèi)各柵格范圍最大生態(tài)承載力,可根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和生態(tài)敏感性評價(jià)所得結(jié)果,經(jīng)歸一化處理,生態(tài)承載力集成應(yīng)遵循的基本準(zhǔn)則如下所示。

[生態(tài)承載力]=max([生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能],[生態(tài)不敏感性])[34]

(1)

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)敏感性評價(jià)與分析

3.1.1 單因子敏感性評價(jià)與分析 按照前文構(gòu)建的生態(tài)敏感性評價(jià)指標(biāo)體系和分類標(biāo)準(zhǔn),首先使用包含自然環(huán)境、人類活動(dòng)兩方面要素的7個(gè)評價(jià)因子和相關(guān)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù),對蘭州市域空間范圍進(jìn)行單因子敏感性計(jì)算。而后應(yīng)用Arc GIS軟件對各類因子敏感性計(jì)算結(jié)果進(jìn)行重分類,得到分類可視化結(jié)果,見圖2。

圖2 單因子敏感性等級分布(a-g)Figure 2 Distribution map of single factor sensitivity rank (a-g)

由圖2可知,蘭州市植被覆蓋高度敏感區(qū)主要分布在皋蘭縣北部及永登縣南部,同時(shí),城鎮(zhèn)及周邊區(qū)域植被敏感度也較高。高程因子與敏感性呈正相關(guān),蘭州市為典型的狹長帶狀分布城市,南北兩山生態(tài)敏感性明顯高于中部城市建設(shè)區(qū)。坡度因子中、高度敏感區(qū)位于蘭州市南山陰坡及北山陽坡,占全市總面積的78.2%。該地區(qū)更易受到土壤侵蝕,植被破壞后難以自主恢復(fù),抗干擾能力較弱。水環(huán)境因子敏感性評價(jià)中,中、高度敏感區(qū)主要分布在黃河、湟水及莊浪河等河流2 km以下緩沖區(qū)范圍內(nèi),占全市總面積的57.6%,低度敏感和不敏感區(qū)則主要分布在蘭州市南北兩山及丘陵地區(qū)。而基于蘭州市的人口密度指數(shù)分布,不敏感區(qū)和低度敏感區(qū)包括中心主城區(qū)及蘭州新區(qū);中度敏感區(qū)主要集中于榆中縣、永登縣及主城區(qū)和蘭州新區(qū)的邊緣地區(qū);高度敏感區(qū)則分布在山地、丘陵、林地等人跡罕至的區(qū)域。此外,不同地表覆蓋類型對生態(tài)敏感性的影響程度也有所不同,其中建設(shè)用地(不透水)的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定,而自然環(huán)境則更容易受到影響。

3.1.2 多因子生態(tài)環(huán)境敏感性綜合評價(jià)與分析 通過計(jì)算和分析得到各單因子權(quán)重及空間分布數(shù)據(jù)后,采用加權(quán)疊加的方式對蘭州市綜合生態(tài)敏感性進(jìn)行評價(jià)分析。依照上文得出的各項(xiàng)單因子權(quán)重對區(qū)域內(nèi)各單項(xiàng)生態(tài)敏感性因子在Arc GIS軟件中進(jìn)行柵格計(jì)算,分類后得到關(guān)于蘭州市綜合生態(tài)敏感性等級分布的可視化研究結(jié)果,見圖3、表7。

圖3 綜合生態(tài)敏感性等級分布Figure 3 Distribution map of comprehensive ecological sensitivity grades

表7 蘭州市生態(tài)敏感性綜合評價(jià)Table 7 Comprehensive evaluation results of ecological sensitivity in Lanzhou City

由圖3、表7可知,蘭州市中、低敏感區(qū)所占比重較大,主要分布于主城區(qū)、新區(qū)及其周邊地區(qū)。分析其成因,主要由于蘭州市地形較為復(fù)雜,河流支流密布于山脈、峽谷之中,且土壤質(zhì)量不佳,致使各河流水系周圍敏感程度較高,故整體生態(tài)敏感性由河流向山地呈現(xiàn)逐漸遞減的趨勢。從整個(gè)研究區(qū)域看,中、高程度敏感區(qū)域占全市總面積超過一半,整個(gè)研究區(qū)域總體呈現(xiàn)生態(tài)較敏感的狀況,應(yīng)積極采取針對性措施降低區(qū)域生態(tài)敏感程度,幫助改善蘭州市自然生態(tài)環(huán)境。

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值評價(jià)與分析

按照前文構(gòu)建的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值指標(biāo)體系,分別從地形因子、調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)和文化服務(wù)4個(gè)2級指標(biāo)、11個(gè)3級指標(biāo)對蘭州市域范圍內(nèi)的空間生態(tài)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行柵格計(jì)算。而后采用自然斷點(diǎn)法將各單項(xiàng)評價(jià)結(jié)果分為4個(gè)等級,由低到高依次為價(jià)值低、價(jià)值較低、價(jià)值較高、價(jià)值高并進(jìn)行可視化,以便進(jìn)行后續(xù)分析[35]。各項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值等級分布研究結(jié)果如圖4—7所示。

圖4 供給服務(wù)功能價(jià)值等級分布(a-c)Figure 4 Distribution map of supply service function value grades(a-c)

由圖4可知,在供給服務(wù)方面,食物生產(chǎn)、原料生產(chǎn)、水資源供給價(jià)值高的區(qū)域均集中在林地和耕地,歸一化植被指數(shù)較高的市域南北兩側(cè),即榆中縣南部、永登縣等地,基本位于適宜進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的低密度人口地帶,與基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)相吻合。

由圖5可知,在調(diào)節(jié)服務(wù)方面,總體上蘭州市域提供的服務(wù)功能價(jià)值偏低。價(jià)值偏高區(qū)域依然集中在植被指數(shù)較高地區(qū)。值得注意的是,凈化環(huán)境價(jià)值與其它3類價(jià)值間的空間分布格局差異較大。這與蘭州市域范圍內(nèi)各類林草地類別及其空間分布及計(jì)算結(jié)果的分類方法有關(guān)。但由于凈化環(huán)境價(jià)值在總體生態(tài)服務(wù)功能中的占比有限,對最終結(jié)果影響不大。

圖5 調(diào)節(jié)服務(wù)功能價(jià)值等級分布(a-d)Figure 5 Distribution map of adjustment service function value grades (a-d)

由圖6可知,在支持服務(wù)功能價(jià)值方面,土壤保持、維持養(yǎng)分循環(huán)、生物多樣性3類價(jià)值等級分布存在一定差異,這與用地分布和服務(wù)價(jià)值計(jì)算結(jié)果的自然斷點(diǎn)法分類有關(guān)。由圖7可知,文化服務(wù)功能價(jià)值等級整體較低,亦與植被覆蓋類型和坡度有關(guān),但由于文化服務(wù)功能在整體生態(tài)功能中所占的比重較低,故對最終總服務(wù)價(jià)值的影響較小。

圖6 支持服務(wù)功能價(jià)值等級分布(a-c)Figure 6 Distribution map of support service function value grades (a-c)

圖7 文化服務(wù)功能價(jià)值等級分布Figure 7 Distribution map of cultural service function value grades

在確定各評價(jià)單因子空間分布數(shù)據(jù)之后,采用疊加法對蘭州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值進(jìn)行評價(jià)分析。對區(qū)域內(nèi)4大項(xiàng)11小項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值因子進(jìn)行計(jì)算后,在Arc GIS 軟件中將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值綜合評價(jià)數(shù)據(jù)進(jìn)行重分類,得到市域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值計(jì)算結(jié)果見圖8、表8。

圖8 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值等級分布Figure 8 Distribution map of the total value grades of ecosystem services

表8 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值評價(jià)Table 8 Evaluation results of the total value of ecosystem services

由圖8、表8可知,受制于相關(guān)自然條件及快速城市化的影響,在蘭州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合價(jià)值評價(jià)中,研究區(qū)域近90%面積為低或較低價(jià)值,高或較高價(jià)值地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值主要來自于興隆山森林公園及莊浪河兩岸帶狀耕地的貢獻(xiàn),其余地區(qū)也有零散分布,但全市整體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值偏低。這也側(cè)面印證蘭州市整體生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性處于較低水平,其生態(tài)安全面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn),亟需提出和施行相關(guān)措施以消除或降低人類活動(dòng)對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的負(fù)面影響,提升與恢復(fù)其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。

4 空間規(guī)劃策略探討

4.1 蘭州市生態(tài)承載力評價(jià)結(jié)果與分析

根據(jù)蘭州市生態(tài)敏感性評價(jià)及蘭州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值2項(xiàng)評價(jià)結(jié)果,經(jīng)歸一化處理后,使用Arc GIS 軟件依式 (1) 對數(shù)據(jù)進(jìn)行重分類及可視化處理,將蘭州市生態(tài)承載力評價(jià)結(jié)果劃分為低、較低、較高、高4個(gè)等級。關(guān)于蘭州市生態(tài)承載力評價(jià)的研究結(jié)果,如圖9所示。

圖9 蘭州市生態(tài)承載力評價(jià)等級分布Figure 9 Distribution map of ecological carrying capacity evaluation grades in Lanzhou City

由圖9可知,全市整體生態(tài)承載力中等偏低,呈現(xiàn)河流流域低、山地丘陵高的空間分布格局。在市域空間范圍內(nèi),蘭州生態(tài)承載力高的區(qū)域面積為1 876.74 km2,占比最小,僅為14.36%;承載力較高的區(qū)域面積為4 001.92 km2,占比30.62%,研究區(qū)全域均有一定分布;承載力較低的區(qū)域面積為4 399.07 km2,占比最大,為33.66%;承載力低的區(qū)域面積為2 789.77 km2,占比21.35%,多分布在河流水網(wǎng)周圍。生態(tài)承載力中等以上的區(qū)域約占總面積的44.98%。

基于蘭州市生態(tài)承載力的評價(jià)結(jié)果,從斑塊尺度和區(qū)縣單元2個(gè)方面對蘭州市的國土空間開發(fā)提出策略。前者消除了行政區(qū)劃對區(qū)域發(fā)展的限制,可幫助實(shí)現(xiàn)國土空間的精細(xì)化開發(fā),有助于區(qū)域協(xié)調(diào)平衡的發(fā)展;而后者則更強(qiáng)調(diào)區(qū)域一體性,在大局把控、政策操控及落實(shí)能力等方面更具優(yōu)勢。兩者之間存在一定的互補(bǔ)關(guān)系。

4.2 基于斑塊尺度的蘭州市國土空間開發(fā)策略

在國土空間開發(fā)策略提出上,首先進(jìn)行斑塊尺度的蘭州市國土空間開發(fā)現(xiàn)狀分析,在充分認(rèn)識蘭州市的自然條件以及存在問題和本次研究所得的生態(tài)承載力評價(jià)分析的基礎(chǔ)上,在市域范圍內(nèi)選擇生態(tài)承載力低(a)、生態(tài)承載力較低(b)、生態(tài)承載力較高(c)、生態(tài)承載力高(d)4類典型地區(qū),有針對性地提出改善生態(tài)功能、促進(jìn)生態(tài)建設(shè)、遏制生態(tài)惡化、優(yōu)化生態(tài)狀況的對策及建議。

圖10 蘭州市生態(tài)承載力空間分布問題及對策Figure 10 Problems and countermeasures of spatial distribution of ecological carrying capacity in Lanzhou City

(a)生態(tài)承載力低區(qū)域。在維護(hù)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的工作中,保護(hù)生態(tài)承載力低的地區(qū)的生態(tài)環(huán)境尤為重要。該地區(qū)各種河流湖泊網(wǎng)絡(luò)密集,但植被覆蓋率低,抗人為干擾能力弱,極易受自然和人類活動(dòng)的影響。主要位于黃河、湟水河、莊浪河、宛川河流經(jīng)地區(qū),遍布蘭州市三縣五區(qū)。以目前態(tài)勢來看,需要加緊對受損區(qū)域的生態(tài)恢復(fù),促進(jìn)良性循環(huán)。

(b)生態(tài)承載力較低區(qū)域。生態(tài)承載力較低的區(qū)域是重要的生態(tài)緩沖區(qū),是4個(gè)等級中占比最大的部分。由于該地區(qū)的生態(tài)較為脆弱,極易受到干擾,因此,應(yīng)限制此地區(qū)的開發(fā)建設(shè)活動(dòng),先規(guī)劃,后建設(shè)。避免過大的人為干擾,加強(qiáng)該地區(qū)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。

(c)生態(tài)承載力較高區(qū)域。此區(qū)域主要工作應(yīng)是減少各種建設(shè)活動(dòng),保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境。對區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和空間布局進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,優(yōu)化農(nóng)業(yè)布局,集中發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)、生態(tài)旅游業(yè)等產(chǎn)業(yè),降低資源消耗,以維護(hù)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)安全。擴(kuò)大南北兩山生態(tài)保育區(qū)的建設(shè)規(guī)模,將自然條件較好的區(qū)域納入生態(tài)保育區(qū)范圍,禁止一切破壞生態(tài)環(huán)境的建設(shè)性活動(dòng)。

(d)生態(tài)承載力高區(qū)域。承載力高的區(qū)域主要集中在南北兩山植被覆蓋較為豐富的地區(qū),面積為1 876.74 km2,占全市面積的14.36%?？梢酝ㄟ^控制生產(chǎn)生活規(guī)模、發(fā)展生態(tài)友好型產(chǎn)業(yè)等措施實(shí)現(xiàn)生態(tài)永續(xù)性的發(fā)展。強(qiáng)化生態(tài)保護(hù),突出生態(tài)價(jià)值。打造南北兩山生態(tài)屏障,以蘭州市生態(tài)承載力評價(jià)值作為底線,優(yōu)化底線,劃定生態(tài)保護(hù)紅線,優(yōu)化生態(tài)空間布局。

4.3 基于區(qū)縣單元尺度的蘭州市國土空間開發(fā)策略

綜合蘭州市各行政區(qū)人口密度狀況及前文生態(tài)承載力研究結(jié)果,從區(qū)縣尺度提出空間開發(fā)對策。關(guān)于區(qū)縣單元尺度的蘭州市國土空間開發(fā)研究結(jié)果見圖11、圖12。

圖11 2020年蘭州市各區(qū)縣生態(tài)承載力與人口密度Figure 11 Ecological carrying capacity and population density of districts and counties in Lanzhou City in 2020

圖12 蘭州市各區(qū)縣國土開發(fā)分區(qū)對策Figure 12 Countermeasures for zoning of land development in each district and county in Lanzhou City

如圖11、圖12所示,由于地區(qū)的生態(tài)承載力與其人口有著密切的關(guān)系,本研究分別計(jì)算了蘭州市各區(qū)縣單元的平均生態(tài)承載力,按照蘭州市生態(tài)承載力和人口密度與其各自均值的關(guān)系,將生態(tài)承載力低于全市平均水平、人口密度高于全市平均水平的地區(qū)規(guī)定為優(yōu)先提升區(qū)[36];將生態(tài)承載力、人口密度均高(或低)于全市平均水平的區(qū)域規(guī)定為優(yōu)化引導(dǎo)區(qū);將生態(tài)承載力高于全市平均水平、人口密度低于全市平均水平的區(qū)域規(guī)定為保護(hù)控制區(qū),綜合上述相關(guān)研究,給出相應(yīng)國土空間開發(fā)建議。

4.3.1 優(yōu)先提升區(qū)的國土空間開發(fā) 安寧區(qū)在蘭州市各區(qū)縣中面積最小,但自2010年以來,安寧區(qū)常住人口從28.86萬人激增至2020年的44.21萬人,10年增長幅度高達(dá)53.19%,遠(yuǎn)高于蘭州市的20.80%。這種情況下安寧區(qū)城市土地迅速擴(kuò)張,加劇了該區(qū)域土地破碎化程度。因此,對于安寧區(qū)的國土空間開發(fā)應(yīng)采取優(yōu)先提升策略。一是要控制人口增長,嚴(yán)格落戶制度,限制土地開發(fā)強(qiáng)度,促進(jìn)人口與環(huán)境相協(xié)調(diào);二是要加強(qiáng)對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)力度,開展國土治理、退耕還林、植樹造林等一系列措施,以提高生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力;三是要對國土空間進(jìn)行嚴(yán)格的管控,劃定并嚴(yán)格落實(shí)“三區(qū)三線”。

4.3.2 優(yōu)化引導(dǎo)區(qū)的國土空間開發(fā) 對于優(yōu)化引導(dǎo)區(qū)而言,城關(guān)區(qū)、七里河區(qū)及西固區(qū)人口密度遠(yuǎn)高于區(qū)縣平均水平。作為蘭州市中心城區(qū),3區(qū)人口之和超過全市總?cè)丝诎霐?shù),人口密度較大;其生態(tài)承載力得益于各項(xiàng)市政環(huán)境工程,則略高于全市平均水平。針對上述情況,筆者認(rèn)為此區(qū)域應(yīng)持續(xù)優(yōu)化人口規(guī)模,調(diào)整產(chǎn)業(yè)布局及模式,并注意各項(xiàng)市政環(huán)境工程與人口和產(chǎn)業(yè)的協(xié)調(diào)性。

而紅古區(qū)、永登縣及皋蘭縣則相對特殊,人口密度較小,雖部分存在生態(tài)脆弱、承載力低于平均值的狀況,但總體面臨的生態(tài)壓力不大。此區(qū)域內(nèi)地勢較為復(fù)雜,草地覆蓋率較高,且生物、礦產(chǎn)資源較為豐富,具有進(jìn)一步發(fā)展的潛力。但由于其復(fù)雜的地形以及流水的侵蝕,致使上述區(qū)域易發(fā)生水土流失。筆者認(rèn)為,該區(qū)域應(yīng)當(dāng)以環(huán)境保護(hù)和國土治理為首要任務(wù),通過相關(guān)政策的引導(dǎo),優(yōu)化土地結(jié)構(gòu),提升耕地質(zhì)量,合理限制國土資源開發(fā)強(qiáng)度,使環(huán)境保護(hù)和適度開發(fā)并行。

4.3.3 保護(hù)控制區(qū)的國土空間開發(fā) 榆中縣屬于人口密度較小而生態(tài)承載能力較高的區(qū)域。作為蘭州市東南部生態(tài)屏障,坐擁興隆山國家級自然森林保護(hù)區(qū),動(dòng)植物資源豐富,具有涵養(yǎng)水源、防風(fēng)固沙以及保持水土等重要功能。該區(qū)域應(yīng)持續(xù)開展生態(tài)文明建設(shè),發(fā)揮區(qū)域特色,發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)、旅游等特色產(chǎn)業(yè),結(jié)合2020年蘭州市人民政府批準(zhǔn)實(shí)施的 《榆中縣城市總體規(guī)劃(2020年修改)—中心城區(qū)(榆中生態(tài)創(chuàng)新城)規(guī)劃)》,在不破壞生態(tài)環(huán)境的前提下,實(shí)現(xiàn)社會經(jīng)濟(jì)效益提升。

5 討論與結(jié)論

綜上,蘭州市整體生態(tài)承載力水平中等偏低,各等級承載力區(qū)域空間分布較為均勻,且與同等級敏感性區(qū)域空間分布一致性較高,可推斷蘭州市生態(tài)承載力受自然環(huán)境因素影響較大。長期以石油化工等污染較重產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)的發(fā)展模式對生態(tài)環(huán)境、社會經(jīng)濟(jì)都產(chǎn)生了較大負(fù)面影響,限制了蘭州市的發(fā)展。為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,需因地制宜,在資源利用、環(huán)境綠化、污染治理等方面持續(xù)進(jìn)行優(yōu)化改造,以加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境的自我調(diào)節(jié)和恢復(fù)能力;同時(shí)嚴(yán)格控制地區(qū)人口、合理規(guī)劃用地、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),緩解各項(xiàng)人類活動(dòng)為生態(tài)環(huán)境帶來的壓力。

相比以往研究,本研究選擇西北地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境矛盾較突出的省會城市蘭州為研究對象,創(chuàng)新性地使用了生態(tài)敏感性及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值2項(xiàng)重要指標(biāo)相結(jié)合的方法,從生態(tài)系統(tǒng)本身的敏感性(接受度)和服務(wù)價(jià)值(貢獻(xiàn)度)考慮,更精準(zhǔn)和細(xì)致地評價(jià)生態(tài)承載力。此外,除提供評價(jià)結(jié)果的可視化,在策略提出時(shí)注重落位于國土空間,以求更好地服務(wù)空間規(guī)劃和區(qū)域發(fā)展,從而為類似地區(qū)的國土空間“雙評價(jià)”提供方法和路徑參考。然而,由于數(shù)據(jù)獲取、統(tǒng)計(jì)口徑等客觀條件所限,在數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)變化及規(guī)劃預(yù)測效率方面依然存在一些不足,有待今后的研究繼續(xù)探索。