海島型城市生態安全格局研究
——以平潭島為例

江源通,田 野,鄭拴寧

1 中國科學院城市環境研究所 城市環境與健康重點實驗室,廈門 361021 2 中國科學院大學,北京 100049 3 中國科學院遙感與數字地球研究所遙感科學國家重點實驗室,北京 100094

世界范圍的生態環境問題越來越突出,嚴重威脅著人類社會的可持續發展,保障生態安全已經成為迫切的社會需求,同時被提升到了國家戰略和政治的高度[1-2]。當今,城市化發展迅速,2014年世界城市人口比重已由1950年的30%增加到54%[3],預計2030年全球城市化率將達到60%,其中我國擁有最高的城市化率和最大的人口總量[4-5]。城市化進程在為人類提供豐富的物質和舒適便利的生活條件的同時也由于高強度的人類活動和不合理土地利用方式使我國面臨嚴重的城市生態安全問題,主要表現為環境污染、資源供給短缺、自然災害等帶來的威脅[6-7]。在這一時代背景下,構建城市生態安全格局被認為是實現區域和城市生態安全的基本保障和重要途徑[8-9],不同學者在生態安全格局的理論基礎、構建方法、研究范圍和尺度等方面進行了相關研究[10- 13],其中快速城市化地區的生態安全格局構建成為了生態學、地理學和城市規劃學等領域共同關注的熱點[2,14-15]。

平潭綜合實驗區主島——平潭島(以下簡稱平潭島)作為大陸距離臺灣最近的一個海島型城市,是首個全面探索兩岸交流合作新模式的綜合實驗區,鑒于其特殊的地理區位,福建省于2009年在此設立平潭綜合實驗區,由此興起了新一輪大規模城市建設熱潮[16-17]。但同時,平潭島在快速城市化過程中也面臨著日益凸顯的生態安全問題,如物種單一性,大風天氣,淡水資源匱乏,土壤鹽堿化、風沙侵蝕等[18]。如何協調經濟發展和生態環境保護的關系以應對當前的城市生態安全挑戰已成為平潭島緊迫而現實的問題,因此非常有必要對該區域的生態安全格局進行探討,以揭示生態安全保障下的城市發展方向,并為城市規劃提供決策支持,對實現城市的可持續發展具有重要的理論和現實意義。

1 研究區域概況

平潭島位于福建省東部海域(圖1),東臨臺灣海峽,西隔海壇海峽,地貌類型以海積平原為主,多花崗巖陵地,海岸蜿蜒曲折,是福建省第一大島、全國第五大島[16,19-20]。該區屬南亞熱帶海洋性季風氣候,年均溫19.5℃,年降雨量1196.2mm,年7級以上臺風125d,7—9月常受臺風影響[19,21]。該區自2009年被確立為綜合實驗區以來,城市開發熱潮方興未艾。與此同時,平潭島作為海島型城市的典型區域,兼具海島生態的共性和特性,其生態脆弱性在這一大規模城市化過程中也日漸嚴峻,主要表現在淡水資源匱乏、防護林帶受損、風沙侵蝕、土壤鹽堿化等。目前,該區正處于快速城市化的關鍵性階段,而多年的實踐表明海島開發對生態環境的損失程度和速度是驚人的,如不加強海島生態的保護,很容易導致難以估量的損失[22]。因此,為了盡可能把城市建設給平潭島生態環境帶來的脅迫程度降到最低,避免城市未來因生態環境問題突出而發展受限,本文對平潭島的生態安全格局進行探討與構建,以期實現該區的可持續發展。

圖1 平潭島地理位置Fig.1 Location of Pingtan Island

2 研究方法與步驟

2.1 平潭島生態敏感性要素分析

平潭島是我國首個全面探索兩岸交流合作新模式的綜合實驗區,是兩岸同胞的共有家園,其開發建設需以生態文明為前提,堅持經濟發展和資源環境保護的協調可持續發展,進而打造成一個宜居宜業的生態島城。本研究在考慮平潭島開發建設的整體生態功能時,結合平潭綜合實驗區總體規劃方案(2011—2030),充分尊重平潭島現有生態及地貌,重點考慮各種自然保護區的要求以及對維護城市生態安全起重要作用的生態環境關鍵要素。最終,通過文獻分析、專家咨詢及實地調研,選取了飲用水水源地、沿海防護林帶、風景名勝區及森林公園、自然山體、耕地、海岸線資源這6個與平潭島的城市生態安全關系密切的生態因子進行深入分析和研究。

(1)飲用水水源地

城市飲用水源地是城市居民生命線的關鍵支撐系統,對其周邊的環境保護和人類活動強度有更高的要求。平潭作為一個海島型城市,淡水資源匱乏,三十六腳湖作為平潭唯一的一座中型水庫,是平潭最重要的一個水源地,也是目前城市用水的主要來源,此外,六橋水庫、玉井水庫和三橋水庫分別是敖東鎮、澳前鎮和蘇澳鎮重要的飲用水水源地。因此,對這4個主要飲用水源地保護是平潭開發建設中需重點關注的生態因子,本文根據《飲用水水源保護區劃分技術規范》和平潭綜合實驗區總體規劃方案將這些水源地劃分為一級保護區和二級保護區(表1)。

表1 平潭島水源地保護區劃分標準

(2)沿海防護林帶

平潭由于其地理區位,大風環境不可避免,受冷高壓(冬半年)和副熱帶高壓(夏半年)兩大天氣系統影響,平潭綜合實驗區主導風向軸比較明顯,夏季為SSW(西南偏南向,south-southwest),其余季節為NNE(東北偏北向,north-northeast)[23]。另外,由于平潭島境內地勢南北較高,多為起伏的丘陵與低山,中部較低,為海積平原,該地勢特點基本與平潭綜合實驗區主島的主導風向一致,主島風環境進一步惡化,形成了長江澳風口、流西風口、流東風口、燕下埔風口和遠中埔風口這五大非常明顯的風口,對平潭生態安全威脅較大,因此,必須加強防護林建設和保護,重點保護長江澳、流水半島、燕下埔和遠中洋地區等的防風固沙林基干林帶,禁止在基干林帶內進行開發建設以及破壞防護林的活動,其中長江澳風口地帶設置大于3000m防風林帶；流東、流西風口地帶設置大于300m防風林帶；燕下浦風口地帶設置大于500m防風林帶；遠中洋風口地帶設置大于200m防風林帶。

(3)風景名勝區及森林公園

植被是影響生態敏感性最重要的生態因子之一,風景名勝區及森林公園內含有豐富的植被資源,對維系城市生態安全具有十分重要的作用,尤其是森林公園作為為數不多的生態富足區,具有生態、旅游等多重價值,生態屏障功能不言而喻,一旦遭到破壞,將直接威脅自身及周邊地區的環境、景觀、經濟、文化、健康等生態安全。因此,按照相關法律法規,在實施嚴格保護的基礎上進行合理開發利用,禁止在保護區內開展與資源保護無關的建設活動,禁止從事破壞森林景觀和非法侵占林地的活動。本文根據平潭規劃局提供的資料提取了風景名勝區及森林公園作為敏感性研究范圍。

(4)自然山體

平潭島上包括青峰山、龍頭山、君山、王爺山、南寨山、將軍山、牛寨山等自然山體林地,作為一種重要生態斑塊,具有蓄水保土、涵養水源、凈化空氣、保護生物多樣性等多項生態功能,有利于維護海島生態安全,因此必須最大化的保留和加強自然山體林地,嚴禁毀林毀山的粗放式城市開發與建設。根據平潭的地貌類型特點及有關技術要求,高程大于50m、坡度大于25°的用地主要為平潭的自然山地,適宜作為生態林地使用,不適宜開發建設。因此,本文利用30m DEM數據對平潭綜合實驗區進行高程和坡度分析而后提取了自然山體的范圍。

(5)耕地

耕地作為國家嚴令保護的土地資源,是一種喪失后不易恢復的土質肥沃的農業基礎資源和重要生態資源。平潭大開發時代的到來勢必會對耕地產生影響,因此需合理規劃建設用地,加強對現有耕地的保護,以發揮耕地的生產、生態、景觀和隔離的綜合功能。本文在相關資料的輔助下對平潭地區2015年空間分辨率1.5m的SPOT 6遙感影像進行解譯與分析,最終提取出了耕地范圍。

(6)海岸線資源

海岸線具有獨特的地理、形態和動態特征,是指示海陸分界的地理要素[24]。在我國,3萬km多的海岸線存在不同程度的海岸侵蝕問題,如平潭地區的流水海岸主要受自然侵蝕作用以1—5m/a的速度后退[25]。另外,受人類活動的干擾,海岸線劇烈變化,對生態、環境及經濟社會的影響巨大[26]。因此,加強海岸線資源的合理規劃、利用和保護,并通過設置退縮線控制海岸線近緣區域保護范圍,有利于防止或減輕海岸線的侵蝕和破壞、保護海岸生態功能和景觀、保障海岸帶生態安全。本文根據平潭綜合實驗區的海岸線利用規劃(港口工業、城市生活、旅游休閑、預留發展及自然生態等岸線類型)并以200m退縮線為界提取了平潭海岸線資源保護范圍。

2.2 平潭島生態敏感性綜合評價方法

本文通過層次分析法和GIS的空間疊加分析法建立綜合評價模型對平潭生態敏感性進行綜合評價,模型具體計算公式為：

(1)

式中,ESI為生態敏感性綜合指數,Wi為i因子的生態敏感性權重值,Fi為i因子的生態敏感性等級值。

2.2.1 綜合評價指標體系建立

通過政府資料收集、現場調研、遙感影像解譯與分析、專家評議等方法,深入分析各生態敏感因子建立了平潭島生態敏感性評價指標體系(表2),并對各指標進行等級劃分(表 3)。

表2 平潭島生態敏感性評價指標體系

表3 平潭島生態敏感性評價指標等級劃分

2.2.2 指標權重確定

由于平潭島生態安全受多種因素影響,而各個因素的作用和貢獻不同,因此就要求對評價指標的權重進行計算。

首先,在所構建的層次結構基礎上,根據AHP中1—9標度法(如表4)對每一層的因素分別進行兩兩比較進而構建判斷矩陣(表5)。

表4 AHP法的標度法則

接著,進行層次單排序及一致性檢驗。層次單排序的過程是指首先計算評判矩陣的最大特征根λmax,然后將與λmax相對應的特征向量進行歸一化處理,得到的W值即為同一層因素對于上一層某因素的權重值。本文采用方根法計算指標的權重(表6)。

2.2.3 綜合評價結果等級劃分

在進行生態敏感性分級時,考慮覆蓋有自然山體林地的自然風景區保證最高生態敏感性,不具有所選取的生態敏感因子的地區為低敏感區。因此,設定高敏感區閾值為 2.61, 設定低敏感區閾值為 0.36,其他3個區等距劃分。具體分級如表 7 所示：

表5 A—B的評判矩陣

注: A:目標層, Level of goal; B:準則層,Level of criteria; B1:飲用水水源地,Drinking water resource; B2:沿海防護林帶,Coastal shelterbelt; B3:風景名勝區及森林公園,Scenic spots and forest parks; B4:自然山體,Natural mountain; B5:耕地,Cultivated land; B6:海岸線資源,Coastline resources

表6 評價指標的權重

λmax=6.1922,CI=0.0384,RI=1.24,CR=0.0310<0.1, 具有滿意的一致性

表7 平潭島生態敏感性分區

3 結果與討論

3.1 平潭島生態敏感性特點分析

本文結合平潭綜合實驗區總體規劃方案(2011—2030),并充分尊重平潭島現有生態及地貌,選取了與平潭島城市生態安全密切相關的生態因子對平潭島生態敏感性進行綜合分析,得出了平潭島開展城市建設的綜合生態敏感性分區圖(圖2)及各分區面積比(表8)。

表8 不同敏感分區的面積分析

從以上可以看出：(1)平潭島的高生態敏感區主要包括城市的飲用水水源地保護區、國家森林公園、長江澳風口林帶、遠中洋風口林帶、龍風頭海濱岸線資源及君山風景區山體林地等,面積為26.84km2,所占比例為9.46%。這些高敏感區作為維系平潭島城市生態安全的重要組成部分,在平潭島大開發建設過程中應優先作為重點保護對象。(2)平潭島的較高敏感區主要分布在流水半島防風地帶、燕下埔防風地帶、壇南灣海濱岸線資源以及重要風景名勝區(如王爺山景區、君山景區、將軍山景區、石牌洋景區等)的核心保護區或濱海地帶,面積為19.47km2,所占比例為6.86%。這些較高敏感區作為維系平潭島城市生態安全的重要補充,無論是在維護主島風安全亦或是涵養水源、凈化空氣等具有重要的生態功能,在城市開發建設中也要加以保護從而促進整個生態系統服務的提升。(3)平潭島的中敏感區主要位于風景名勝保護區、濱海度假區、自然生態岸線資源以及龍頭山、壟底山、青峰山、牛寨山等自然山體,面積為34.13km2,所占比例為12.03%。(4)平潭島的較低敏感區主要分布著大量的農業用地,面積為82.30km2,所占比例為29.01%,它作為一種喪失后不易恢復的土質肥沃的重要農業基礎資源,是人類獲取食物的重要基地,在城市開發建設過程中必須遵循國家關于嚴格保護耕地的國策,依照平潭實驗區的發展規劃,注意對優質農田的保護。

3.2 平潭島生態安全格局分析

根據所選取的生態因子對平潭島生態敏感性進行綜合分析的結果,結合平潭實驗區的總體發展規劃,從城市生態安全的角度,構建了快速城市化進程驅動下的平潭島城市生態安全格局(圖3)。這一格局主要由生態安全屏障環、生態水系統、生態保育區、生態海岸帶、城市建設區、生態提升區組成。

圖2 平潭島生態敏感性等級分布 Fig.2 Distributions of ecological sensitivity area in Pingtan Island

圖3 平潭島城市生態安全格局規劃Fig.3 The urban ecosecurity pattern plan of Pingtan Island

(1)生態安全屏障環

為減弱平潭島常年東北強風的影響,結合平潭綜合實驗區總體規劃,將城市發展建設重心往西(海壇海峽)拓展,最大化的保留和加強主島東部沿海的自然山體林地和防風基干林帶,在大范圍內形成北、東、南保護的生態安全屏障環。首先,重點加強主島東海岸的五大風口地區的防風林帶建設和保護,繼續推進沙荒地風口造林、沿海基干林帶加寬與斷帶補齊；其次,加強現有的十八村森林公園、海島森林公園等防風林和青峰山、龍頭山、君山、將軍山等自然山體林地的保護,從而與五大風口地區的防風林組合形成山林相接、林山互融的山林防風體系,并制定明確的紅線管控范圍,從而維護海島生態安全,保持生物多樣性。

(2)生態水系統

加強三十六腳湖、三橋水庫、玉井水庫等集中式飲用水水源地的保護,進一步保障居民的飲水安全。在水源保護區范圍內加強外圍保護地帶綠化,嚴格禁止改、擴、建與供水設施和保護水源無關的建設活動,嚴格控制區域內的污染物排放。在此基礎上,充分保留現有的河道,并利用現有的地面庫、魚塘等形成不同的調蓄湖面,各調蓄湖間通過人工河道聯接,進而形成集蓄、滯、排為一體的海島生態水網體系。

(3)生態保育區

平潭島周圍分布的大面積的自然山體林地及自然風景區對整個城市的生態系統服務具有極大的促進作用,因此必須嚴格執行有關政策、法規,保護君山-虎頭山-羊來山、龍頭山-壟底山-青峰山、王爺山、將軍山、牛寨山、南寨山-西樓山、牛鼻山-少雄山等山體綠地,建設生態林地和林地保護區。對一些重要山體的保護應嚴格控制山體周邊一定范圍內的建筑高度,保護觀山節點與山體之間的視線廊道。按“顯山露水”,加大山體植被覆蓋率,強化其蓄水保土、涵養水源、凈化空氣、保護生物多樣性等生態功能,進一步改善城市環境質量。

(4)生態海岸帶

海岸帶是陸地和海洋的交接地帶,具有重要的生態效益和經濟效益。由于海水的侵蝕和人類活動的影響,我國的海岸帶生態系統退化嚴重。平潭島作為一個海島型城市,海岸帶的資源環境問題也不容忽視。因此,依據平潭實驗區的海岸線規劃,重點保護山岐澳-金井作業區海岸線、牛寨山海岸線、龍鳳頭沙灘-澳前海岸線、石牌洋-君山北部岸線、將軍山海岸線、海壇灣岸段、壇南灣岸段、將軍山-山岐澳岸段等海岸帶資源,從而促使海岸帶生態系統的結構、功能達到一個較高的水平。

(5)城市建設區

在綠色生態屏障環的遮擋保護下,以分布在海島中西部的海砂沖積平原、海灘地為載體,結合平潭實驗區“組團開發、彈性發展”的原則,構筑面向海壇海峽敞開的城市組團結構,引領城市建設和產業發展,促進生態型濱海城市的建設。

(6)生態提升區

該區主要分布著大量的農業用地,它作為國家嚴令保護的土地資源,是一種喪失后不易恢復的土質肥沃的農業基礎資源和重要生態資源。平潭大開發時代的到來勢必會對耕地產生影響,因此需合理規劃建設用地,加強對現有耕地的保護,以發揮耕地的生產、生態、景觀和隔離的綜合功能。

4 結語

平潭島作為一個極具生態敏感性的海島型城市,山、海、田、林、城等5種基質構成了平潭島的生態空間背景,如何實現各基質間的動態平衡和協調,維護城市的生態安全,是平潭島大開發時代背景下所面臨的一個嚴峻挑戰。本文結合平潭綜合實驗區總體規劃方案(2011—2030),充分尊重平潭島現有生態及地貌,重點考慮各種自然保護區的要求以及對維護城市生態安全起重要作用的生態環境關鍵要素,開展了平潭島的生態敏感性綜合分析,并構建了與之相適應的城市生態安全格局,旨在維持平潭島的生態安全和景觀多樣性,促進平潭島的可持續發展。其研究成果可為平潭島的開發建設提供決策支持,對促進平潭島城市的可持續發展具有一定的理論和現實意義。此外,由于數據的不足,本文對平潭島生態敏感性要素的分析尚不充分,如缺少對社會人文要素的考慮。

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