生態用地研究進展探討

張 慧,王立紅

(山東師范大學人口?資源與環境學院,山東濟南250014)

1 引言

隨著我國經濟的高速發展和城市加速擴展,生產建設對土地的需求越來越高,使得原有的生態用地被大量擠占,許多具有特殊生態價值的土地如濕地、草地、水域等喪失其生態功能,使本來就十分脆弱的生態系統日趨惡化,進而導致諸多環境問題。生態用地具有涵養水源、調節小氣候、凈化空氣、保護野生生物、增加景觀類型和提供游憩場所等生態功能,是一個區域生態環境質量好壞的“晴雨表”。隨著人們生活水平的提高,人們對生活質量的要求越來越高,在這種情況下,合理規劃生態用地,使其發揮良好的生態環境調節功能是保障區域生態安全、提高居民生活環境的基礎。

2 生態用地概念的發展和完善

隨著人類對生活環境質量要求的提高,為了實現“自然-社會-人類系統”的和諧發展,“生態用地”一詞頻繁的出現在區域規劃中。生態用地系指對人類生存環境發揮生態功能的土地[1]。由于各地區環境和生態功能的不同,生態用地概念可有不同的內涵及外延。

2.1 生態用地概念的研究進展

目前,在國外生態用地尚未作為一個獨立和明確的類型名稱明確提出,“ecological land classification”屬于土地分類中的分布學途徑,以景觀生態學為指導思想,分類原則強調土地的綜合性,不同的分類等級在地域上有密切聯系[2]。雖然沒有明確的概念,但在土地分類系統中滲透了生態用地的思想和內涵。

在國內,“生態用地”最早由董雅文等在《蘇南太湖地區典型縣、鄉鎮工業和農業對水體污染的預測及控制研究》一文中提出,并在1999年發表的《城市化地區生態防護研究-以江蘇省、南京市為例》一文中對生態用地的概念作了闡述,認為生態要素的空間定位統稱為生態用地：成片森林、湖泊水體、濕地、農業用地以及開敞空間等屬于斑塊狀的生態用地;河流、交通走廊、沿海灘涂等屬于線狀或帶狀生態用地,或稱生態走廊[3]。石元春院士于2001年考察寧夏回族自治區也提出了生態用地的概念,隨后石玉林院士在中國工程院咨詢項目《西北地區水資源配置與生態環境保護》報告中對生態用地概念也做了相應闡述,張紅旗[4]2004年把其基本理念概括為在西北干旱區,生態用地是指具有干旱區防治和減緩土地荒漠化加速擴展功能的土地,可以作為“緩沖劑”,以達到保護和穩定區域生態系統的目標。岳健[5]2003年對生態用地的概念做了更為定性的描述,認為生態用地是指除農用地和建設用地以外的土地,包括為人類所利用但是用于農用和建設用以外的用途,或主要由除人類之外的其它生物所直接利用,或被人類或其它生物間接利用,并主要起著維護生物多樣性及區域或全球的生態平衡以及保持地球原生環境作用的土地。宗毅[6]2005年認為生態用地是指包含水域和陸地等在內的各種發揮生態效用的自然和人工土地。鄧紅兵[7]于2009年在《區域生態用地的概念和分類》中提出生態用地較為完善的定義,認為生態用地指的是區域或城鎮土地中以提供生態系統服務功能為主的土地利用類型,即能夠直接或間接改良區域生態環境,改善區域人地關系的用地類型。學者從不同的角度對生態用地的概念進行了闡述和界定,使得生態用地概念不斷的發展并完善。

2.2 生態用地的概念和內涵

不同地區生態用地的類型不同,生態用地的關鍵生態功能也有很大差異,因此,本文認為生態用地指具有自然生態服務功能,并對所在區域具有環境調節功能的土地類型。

(1)生態用地以生態環境保護為主要目的,與以人類活動為主的用地類型如建設用地相對應。

(2)生態用地主要包括自然土地類型,現行“全國土地分類(試行)”中的一級類“未利用地”所列的各類土地應當整體列入生態用地范疇。受人類活動影響較大的土地類型如農用地在特定的研究情況下也可以作為生態用地,但由于農用地結構單一和覆被變化大等原因,大多數情況下不列入生態用地類型。人工水系、湖泊等穩定性強的、生態功能明顯的土地類型應當包括。

(3)生態用地可以通過自身的生態過程,為人類提供特定的生態服務功能。

(4)生態用地對人類生存、環境質量的提高、可持續性發展的保障以及人與自然的和諧具有關鍵性的作用。

3 生態用地分類的研究進展

國外的生態用地分類是從宏觀上把土地看作一個整體進行分類,Bailey[8～10]將土地作為一個生態系統來看待,將生態系統綜合為較大地理單元,將它們與其周圍和它們有交互作用的單元聯系起來。由于土地和景觀都具有綜合性的特點,Zonneveld[11]認為景觀是土地的同意語,為了研究景觀的空間分布提出不同的等級水平：生態地境(ecotope,等同于立地 site),土地片(land facet,或稱 m icrochore,微域),土地系統(land system,或稱 mesochore,中域),主景觀(main landscape或稱 macrochore,大域)。其它的研究還有Frans K lijn[12]明確了生態土地分類的等級生態系統分類的概念,并且例證了等級分類方法的實際意義和價值。Blasi Carlo等人[13]發展了等級土地分類在不同尺度景觀的描述和制圖中的作用。

歐洲早在1985年的土地分類中把土地分為人工表面、農業用地、森林和半自然區、沼澤地和水體[7],把具備自然生態屬性的森林和半自然區、沼澤地和水體區別于以人類活動為主的人工表面和農業用地;美國1976-1992年的土地分類有城市或建設用地、農業用地、牧草地、森林、水體、濕地、冰(苔)原、多年積雪或結冰[14];聯合國1993年土地利用分類體系中分為內地水域、木本沼澤、裸地、森林和林地、灌木群落、矮灌群落、草地、耕地、建設用地[7];韓國1993年的土地分類有城市地域、準城市地域、農林地域、準農林地域和自然環境保護地域[7];俄羅斯2000年的土地分類有農業用地、居民用地、專業用途用地、特別保護區和它的客體用地、森林資源用地、水資源用地和儲備用地[7];日本現行的土地分類分為農用地、森林地、原野、水面、道路用地、宅地和其他用地[7]。各國的土地分類系統在一定程度上按土地受人類活動影響程度進行分類,強調土地的自然生態屬性。

我國,學者對生態用地分類也進行了一系列的研究和發展。張紅旗[4]2004年以人類對生態用地的影響程度為原則把生態用地劃分為人工生態型用地和自然型生態用地。岳健[5]2003年把我國土地利用類型劃分為農用地、建設用地和生態用地,然后又將生態用地劃分為生態林地、生態水域及濕地、生態草地、生態裸露地、自然保護區用地和建設用地內的綠化及景觀用地。鄧小文[15]2005年將城市生態用地劃分為服務型生態用地和功能型生態用地。宗毅[6]2005年認為生態用地包括園地、林地、牧草地、水域用地、未利用地中的荒草地、沼澤地和其它土地(指未列入農用地、建設用地的其他水域地-河流水面、湖泊水面、葦地、灘涂)中涉及包含濕地、森林、草原、城市綠地等的各類用地。鄧紅兵[7]于2009年把生態用地按照不同生態系統服務分為自然用地、保護區用地、休養與休閑用地和廢棄與納污用地。2009年趙丹[14]認為農用地也可歸并到生態用地的范疇內。

生態用地的分類體系得到不斷的完善,學者從人類對生態用地的影響程度和生態系統服務功能角度對生態用地進行分類,本文比較贊同按生態系統服務功能對生態用地進行分類。

4 生態用地的研究方法

從生態環境保護角度,規劃生態保護用地或不能用于建設的用地[1]。在土地利用規劃時,為了保護生態環境,保障區域生態安全,保留能維持區域生態系統平衡的最少生態用地或保護具有特殊生態功能價值的生態用地類型。這需要法律法規的支持。

4.1 基于生態足跡測算各種具有生態生產力的土地面積

生態足跡是加拿大雷斯和學生魏克內格首次提出,用于計算各類承載力問題的,計算步驟如下。

(1)計算各類消費所使用的土地Si。

Si=Ci/Yi=(Pi+li-Ei)/Yi.

式中Ci指i項消費總量;Yi指i類土地生產力;Pi指i項土地生產量;Li指i項消費的進口量;Ei指i項消費的出口量。

(2)計算土地占用。

∑Si=S1+S2+…+Sn.

式中Sn根據生態用地的土地分類來確定,可以為耕地、草地和林地等。

(3)折算為生態足跡EF。

EF=N×ef.

式中EF指總的生態足跡;N指人口數;ef指人數生態足跡。

4.2 應用碳氧平衡測算生態用地的規模

從區域的碳釋氧的能力來看,植物生態系統則視為碳固定的重要“匯”,也是氧供應的唯一“源”。應用生物量法測算植被固碳釋氧能力,再通過測算區域生態系統的釋碳耗氧與固碳釋氧能力差異,進而推算區域碳氧平衡所需要的生態用地數量,最后取較大者為區域生態用地需求量即：max(ELe,ELo),計算公式如下。

(1)釋碳量與耗氧量。

D e=Ce+Cm+Cp,Do+Oe,Op.

式中 De、Do 指釋碳量 、耗氧量;Ce、Cm 、Cp 、Oe、Op指能源的燃燒、水泥生產和人類自身呼吸等的釋碳量與耗氧量。

(2)測算植被固碳釋氧能力。

(3)推算生態用地數量。

ELe=(De-Se)/(αbi),ELo=(Do-So)/(βbi).

式中ELe、ELo指從固碳、釋氧兩個角度測算的生態用地數量。

4.3 利用3S技術定量研究生態用地

隨著3S技術的日臻成熟,各個研究領域普遍應用,3S技術也應用到了生態用地的研究。利用RS獲取影像圖,用GIS處理影像圖并結合社會統計數據對生態用地進行定量統計。

(1)通過遙感衛星獲取所需的數據。由于衛星設置多光譜觀察,對地觀測范圍大,數據信息收集快,并且宏觀、直觀,每個波段表示不同的地物類型。在遙感影像處理軟件的支持下,可對遙感圖像進行波段優化組合、增強以及裁剪等處理,形成遙感解釋基礎圖件。

(2)運用GIS軟件建立土地分類系統和遙感解譯標志,通過人機交互屏幕目視解譯方式,進行拓撲構建、屬性賦值和統計計算繪制出土地利用現狀圖。根據研究區土地利用和覆蓋和生態功能特點,結合遙感影像光譜特征,把研究區劃分為林地、草地、水域等各種生態用地類型。

(3)進一步運用GIS軟件和Excel等軟件完成生態用地類型的面積等圖形與屬性數據的處理,獲取生態用地類型的特征指標及特征值。并可以對不同年度的數據進行比較,通過計算結果,可以明顯的看出研究區的各類生態用地類型面積都發生了不同程度的變化,有的會相當明顯。由此可判斷人類的建設活動是否影響到生態用地的發展,從而引起人們的注意,制止負面情況的繼續惡化。為政府提供可持續發展決策。

4.4 生態用地研究方法的利弊分析

從生態環境保護角度規劃生態保護用地或不能用于建設的用地是定性分析生態用地的一種方法,可用于土地利用規劃。生態足跡分析方法通過引入生態生產性土地概念實現了對各種自然資源的統一描述;但生態足跡法的計算過程較為復雜,假設太多。碳氧平衡測算法側重于植物生態系統,能從固碳和釋氧兩個角度測算生態用地的數量,但是不全面。3S技術是一種新的研究方法,隨著科學技術的發展得到了廣泛和深入的應用,3S技術應結合傳統的研究方法和理論,特別是景觀生態學的發展,來對生態用地進行研究。

5 結語

生態用地越來越受到重視,很多學者建議在編制和修訂土地利用總體規劃時充分考慮生態用地,并指出保護耕地是為了保障吃飯問題,而保護生態用地的生態質量是為了保障長遠生存與發展。生態用地的理論研究如概念和分類體系已經逐步完善,我們進一步需要做的是把理論用于實踐中。合理利用生態用地,發展綠色產業。生態用地具有生態環境價值,我們在不破壞其生態價值的基礎上,適度開發環境影響小的綠色產業,如旅游、科研等。

定量與定性相結合的多因子多層次綜合是未來生態土地研究發展的總趨勢[16]。要根據生態功能特點確定各地區生態用地的數量及質量,即定量研究與定性研究相結合。現在生態用地一詞雖然隨處可見,但是還是一個模糊的概念。不同地區生態用地的功能不同,先要明確各生態用地類型的生態功能,了解生態用地的質量,然后進行定量研究,明確生態用地的數量。

3S技術日益完善和成熟,為區域生態用地的發展提供更加標準化、定量化的數據。運用空間分析法對相關的、性質相似的地區進行景觀因素分層,利用GIS將對每個分離的信息進行合并,同時可以對物理的、生物的、社會的各個維量進行定義,繪制成生態系統圖[16]。研究各生態用地類型之間的相互關系,建立生態用地保護網。土地具有綜合性,一個地區的每種生態用地類型之間都相互聯系、相互影響。明確它們之間的關系,建立起保護網絡,生態用地才能得到良好的保護。

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