基于資源環境承載力的國家級新區空間開發管控研究

高 爽,董雅文,張 磊,*,蔣曉威,葉懿安,陳佳佳

1 江蘇省環境工程重點實驗室,江蘇省環境科學研究院, 南京 210036 2 中國科學院南京地理與湖泊研究所, 南京 210008

隨著我國工業化和城鎮化的快速推進,城市人口和用地規模呈現快速擴張趨勢,不僅蠶食和破壞了大量的生態空間和優質農業空間,同時導致區域污染物排放超出環境承載力,環境風險加劇,人類發展的協調性和可持續性受到嚴重威脅[1]。黨的十九大報告提出了綠水青山就是金山銀山的理念,標志著環境保護正邁向與經濟協調發展、倒逼綠色發展的新時期[2]。中共中央、國務院印發的《生態文明體制改革總體方案》首次提出要“把握人口、經濟、資源環境的平衡點推動發展,人口規模、產業結構、增長速度不能超出當地水土資源承載能力和環境容量,并明確提出要構建以空間規劃為基礎、以用途管制為主要手段的國土空間開發保護制度”的空間規劃與管控要求。國家新一輪空間規劃旨在通過資源環境承載能力約束,解決因無序、過度、分散開發導致的生態空間占用過多、生態破壞、環境污染等問題,實現國土空間高效、可持續開發,由此可見資源環境保護相關要素在我國空間規劃中的基礎地位正逐步建立。

國外關于資源環境承載力研究較早,20世紀60年代末,D·梅多斯等學者最早提出了經濟“零增長”發展模式,英國學者Slesser·M首次將自己設計的提高承載能力的備選方案模型ECCO(Enhancement to carrying capacity options)運用到了對肯尼亞等國家的土地承載力研究中,并得到聯合國開發計劃署的認可,資源環境承載力在全球范圍內受到重視[3- 7]。我國以資源環境承載力為基礎的空間規劃體系研究剛剛起步,部分學者逐步嘗試探索以資源環境承載力為抓手合理引導區域人口規模與產業布局[8- 12]。但是,目前研究一是多以大氣、水質、生態、水資源、土地資源等單因子來代表資源環境承載力,未能充分考慮區域資源環境稟賦、環境容量、環境壓力等綜合影響作用；二是相關研究成果與城市總體規劃等銜接不夠,對資源環境承載力評估結果的應用和空間如何落地研究不足,導致難以對經濟規模、人口規模、產業布局等社會發展主要問題形成剛性約束[13- 14]。本研究以經濟發展與生態環境保護協調理念為支撐,圍繞區域資源環境稟賦、環境容量、環境壓力等對國土空間發展的綜合影響作用,形成具有區域性與綜合性特點的國土空間資源環境承載力評估指標體系和技術方法,并依據承載力區域空間異質性,提出空間管控與準入措施,為資源環境要素全面融入國家新一輪空間規劃體系制定和實施全過程提供理論和技術支撐。

國家級新區是我國區域經濟發展的重要增長極,新時期更是推動生態文明建設、探索“綠水青山就是金山銀山”實踐路徑和推動空間規劃改革的先行示范區。以南京江北新區為典型的沿江制造業發達新區,其整體開發格局與生態環境關系比較密切,無視生態限制、導致環境風險的可能性就會增大。因此,本研究擬選擇工業基礎較為發達、環境形勢較為嚴峻的江北新區作為案例地區,構建基于資源環境承載力的城市空間規劃與管控體系,不僅對江北新區高質量開發建設有指導價值,也可對長江經濟帶制造業發達的同類地區實現轉型發展、探索可持續的空間開發路徑提供案例借鑒。

1 研究區域

南京江北新區是中國第13個、江蘇省首個國家級新區,總面積2451km2,是長江經濟帶與東部沿海經濟帶重要交匯節點,是江蘇省“承東接西、聯南接北”的重要樞紐。江北新區擁有94km的長江岸線,森林資源、湖泊濕地資源豐富,林木覆蓋率達到24.62%。一方面,由于工業化城鎮化快速推進,產業布局不合理,導致湖泊水庫、森林等重要生態功能區遭受擠占,另一方面眾多化工企業沿長江布置,與飲用水源地、生態公益林、重要濕地保護區等重要生態敏感區交錯布局,成為影響新區經濟社會可持續發展和生態安全的潛在不利因素。因此,有必要建立科學評價體系綜合分析區域資源環境承載力,為江北新區經濟可持續發展提供重要支撐。

2 研究方法與數據來源

2.1 研究方法

本研究以江北新區所轄鄉鎮街道為評價單元,通過構建表征資源環境承載力的綜合評價指標體系,結合GIS工具,在對單項指標進行空間分區的基礎上,通過空間疊加分析將研究區域分為資源環境承載力飽和區域、資源承載力尚好但環境壓力較大區域、資源承載力較好且環境壓力較小區域、生態環境安全保障區域等四個類型區域,并提出差異化空間管制要求。

2.2 評價指標體系

資源環境承載力是指在自然生態環境不受危害并維系良好生態系統前提下,一定地域空間可以承載的最大資源開發強度與環境污染物排放量以及可以提供的生態系統服務能力[15],資源環境承載力評估的基礎是資源最大可開發閾值、自然環境的環境容量、生態系統的生態服務功能量以及區域現有環境壓力的確定。根據資源環境承載力的內涵,本研究評價指標體系分為生態保護重要性、土地承載力、環境容量、環境壓力4個要素層和10個具體指標,并通過專家打分法和層次分析法確定每項指標的權重,利用GIS軟件空間聚類分析工具將各要素進行空間疊加,并分為高、較高、低三個等級。根據相似性、相關性和區域共扼性原理,形成基于資源環境承載力的空間分區方案。具體見表1。

表1 資源環境綜合承載力評價指標體系

2.2.1生態保護重要性

主要用于反映區域生態系統結構和功能的重要程度,體現生態服務功能的強弱,生態服務功能越強地區,生態系統保護的價值和要求就越高,生態重要性程度也越高。根據劉會軍等人研究[16],結合江北新區水源涵養區域、重要山體資源較多的特點,生態保護重要性指標由水源涵養功能重要性、水土保持功能重要性、生物多樣性維護功能重要性3項指標構成,權重分別為0.5、0.3、0.2。將各因子數據統一成10m分辨率的柵格數據,在ArcGIS柵格計算器(Spatial Analyst—Raster Calculator)中,采用最大最小值法將數據歸一化到0—1之間,并利用GIS軟件中空間聚類分析工具按其對區域生態安全的重要性程度分為低、較低、中等、較高、高5個等級,分別賦值1、2、3、4、5分。生態保護重要性表征指標測算方法具體如下：

水土保持功能重要性。水土保持是生態系統(如森林、草地等)通過其結構與過程減少由于水蝕所導致的土壤侵蝕的作用,是生態系統提供的重要調節服務之一。水土保持功能主要與氣候、土壤、地形和植被有關[18]。以土壤保持量,即潛在土壤侵蝕量與實際土壤侵蝕量的差值,作為生態系統水土保持功能的評價指標。采用修正通用水土流失方程的水土保持服務模型開展評價。計算公式為：Ac=Ap-Ar=R×K×L×S×{1-C)。式中,Ac為水土保持量(tt hm-2a-1)；Ap為潛在土壤侵蝕量；Ar為實際土壤侵蝕量；R為降雨侵蝕力因子(MJ mm/hm-2h-1a-1)；K為土壤可蝕性因子(t hm2h/hm-2MJ-1mm-1)；L、S為地形因子,L表示坡長因子,S表示坡度因子；C為植被覆蓋因子。

生物多樣性功能重要性。生物多樣性維護功能是生態系統在維持基因、物種、生態系統多樣性中發揮的作用,是生態系統提供的最主要功能之一[19]。以生物多樣性維護服務能力指數作為評估指標。計算公式為：Sbio=NPPmean×Fpre×Ftem×{1-Falt)。式中：Sbio為生物多樣性維護服務能力指數,NPPmean為多年植被凈初級生產力平均值,Fpre為多年平均降水量,Ftem為多年平均氣溫,Falt為海拔因子。

2.2.2土地承載力評估

主要用于反映一定空間區域和環境條件下,建設用地、生態用地等各類土地資源所能承載的人類各種活動的規模和強度的限度[20],主要包括土地承載力和生態承載力,分別賦予權重0.7、0.3。土地承載力是指在一定時期、一定空間區域土地資源所能承載的人類各種活動的規模和強度的限度,用建設用地占比來表征；生態承載力是指在一定的區域環境條件下,保持生態性能穩定和趨于良好所需的生態用地限度,根據林地、草地、水域及濕地等生態用地占國土面積比例來表征。江北新區是國家級新區,承擔著區域經濟增長極和集聚城鎮化人口的作用,重在保護中發展,城市建設用地占比情況能夠反映城市土地資源的集約利用水平,并且其承載潛力在一定程度上決定了城市人口承載數量,因此賦予土地承載力較高的權重；生態用地不僅可為城市生產生活環境提供足夠開敞空間,同時也可消解城市化過程中產生的二氧化碳等污染物,與土地承載力相比,起到間接作用,賦予相對低的權重。

2.2.3環境容量評估

主要從環境保護角度反映區域對人類活動和產業發展的承載潛力[21]。環境容量主要包括大氣環境容量和水環境容量,權重分別為0.3、0.7。水環境容量根據江蘇省頒布的《省水利廳、省發展和改革委關于水功能區納污能力和限制排污總量的意見》(蘇水資[2014]26號文),將各水功能區COD、NH3-N納污能力按照河道所處區域分解至評價單元內測算。大氣環境容量通過WRF—CMAQ大氣容量測算模型,以區域大氣環境質量達到二級標準為約束因子,以大氣污染物排放源清單為基礎數據,測算SO2、NO2排放總量限值。由于江北新區大氣環境質量較好,但水環境質量較差,區域多個斷面不能達到國家考核標準,因此賦予水環境容量較高權重。

2.2.4環境壓力評估

主要反映人類活動、產業發展現狀對區域生態環境造成的壓力和脅迫作用,環境壓力越高,潛在的環境風險越大,承載水平越小[22]。江北新區傳統重化工業發達,且屬于城市開發新區,因此工業化、城鎮化帶來的污染排放都對環境造成較大壓力,沿江化工園區和企業較為富集,與沿江居民區交錯布局,產生較大環境風險,因此以人口密度、工業污染點源分布密度、環境風險源分布密度來表征環境壓力,分別賦予權重0.4、0.4、0.2。人口密度、工業污染源排放是污染主要貢獻源,且對生態環境影響相當,賦予相同權重；環境風險源對環境影響具有時間不確定性,且通過環境應急管理可降低風險發生幾率,賦予較低權重。

2.3 數據來源

評價單元行政邊界數據根據江北新區行政區劃圖進行矢量化配準,生態系統重要性評估數據來源于江北新區TM遙感數據、數字高程DEM數據、氣象相關數據,土地利用數據來源于江北新區2016年土地利用數據,人口數據來源于2016年江北新區所轄范圍的六合區、浦口區兩市統計年鑒,工業污染源和風險源評價數據來源于2016年江蘇省環境統計數據。

3 研究結果

3.1 生態保護重要性評估

生態保護重要性各指標評價結果及分區見圖1—圖4。評估結果表明,江北新區分屬長江流域、滁河流域和淮河流域三大流域,其基本的大江河、低山丘陵地貌特征賦予了區域較高的生態功能重要性,區域水源涵養功能、水土保持功能、生物多樣性維護功能具有較高空間一致性,重要性較高區域均主要分布在低山丘陵地區,即北部六合的止馬嶺、大泉湖、金牛湖、滁河濕地、峨眉山、平山等區域和西南部浦口老山、北亭子山等區域。根據空間疊加分析,江北新區生態系統高重要性地區主要分布在竹鎮鎮、馬鞍、冶山、金牛湖、八卦洲、湯泉、星甸、江浦街道。

圖1 水源涵養功能重要性Fig.1 Importance of water conservation function

圖2 水土保持功能重要性Fig.2 Importance of soil and water conservation function

圖3 生物多樣性功能重要性Fig.3 Importance of biodiversity function

3.2 土地綜合承載力評估

土地綜合承載力各指標評價結果及分區圖見圖5—圖7。評估結果表明,江北新區建設用地呈現從沿江向內陸開發強度逐漸遞減的趨勢,這與江北新區沿江發展的戰略布局直接相關；生態用地主要分布在濱江岸線地區、六合北部地區和浦口西南部地區,主要與大江、低山、淺丘、平原、水網等多種地貌類型疊加相關。根據空間疊加分析,江北新區土地綜合承載力高重要地區主要分布在長蘆、大廠、葛塘、盤城、雄州、泰山、頂山、江浦街道。近年來,由于工業化、城鎮化快速推進,導致湖泊水庫及長江岸線等生態空間遭受擠占,成為影響新區經濟社會可持續發展和生態安全的潛在不利因素。

圖4 生態保護重要性分區圖Fig.4 Zoning of ecological protection importance

圖5 建設用地分布圖Fig.5 Distribution of construction land

圖6 生態用地分布圖Fig.6 Distribution of ecological land use

圖7 土地綜合承載力分區圖Fig.7 Zoning of land carrying capacity

3.3 環境容量評估

環境容量各指標評價結果及分區圖見圖8—圖10。評估結果表明,江北新區屬于長江流域和滁河流域交界地區,水環境容量呈現由沿江向內陸降低趨勢,沿江各街道的環境容量較大,但受長江大保護制約較大,隨著沿江水質管控要求增加其可承載的水污染排放量持續減少；其次為浦口西南部的滁河流域沿線街道；再次為北部丘陵地區,由于受到丘陵地貌影響和飲用水源地約束,水環境敏感性強,水環境容量較小。江北新區常年主導風向為偏東風,風從陸域吹向沿江地區時,污染物容易聚集,不易于擴散稀釋,因此大氣環境容量呈現從外圍新市鎮向沿江地區逐步降低的趨勢。根據疊加分析,江北新區環境容量高的的區域為泰山、沿江、大廠、盤城、長蘆街道,較高的為葛塘、頂山、龍池、雄州、龍袍街道等,其余地區環境容量較低。

圖8 水環境容量分布圖Fig.8 Distribution of water environmental capacity

圖9 大氣環境容量分布圖Fig.9 Distribution of atmospheric environmental capacity

圖10 環境容量分區圖Fig.10 Zoning of environmental capacity

3.4 環境壓力評估

環境壓力各指標評價結果及分區圖見圖11—圖14。從人口分布來看,新區人口最為密集區域主要為浦口區的泰山街道、沿江街道以及六合區的大廠街道,較為密集區域主要為盤城、頂山、江浦、葛塘、長蘆街道,以上街道為江北新區規劃的先行開發區,也是城鎮化集聚地區,其他地區人口密度相對來說較低。從工業點源分布來看,工業點源呈現沿江分布特征,主要分布在長蘆、雄州、大廠、沿江街道,重點污染企業主要以化工、鋼鐵、醫藥制造等行業為主,污染排放量占全區排放總量的80%以上。環境風險危險性最高的街道(鎮)是長蘆街道和大廠街道,該地區主要是有南京化工園區、揚子石化、南京鋼鐵等重化工企業集聚地,危險性高、危險廢物貯存量大且環境風險企業集聚。根據疊加分析,環境壓力最高地區主要分布在南化和高新區范圍,包括大廠、長蘆、沿江、泰山街道；環境壓力較高區域分布在葛塘、盤城、龍池、雄州、橫梁、龍袍、盤城、頂山、江浦、橋林街道,其余地區環境壓力較小。

3.5 資源環境承載力綜合分區結果

根據以上各評價指標疊加分析,得到資源環境承載力綜合分區結果,見圖15。整體來看,江北新區資源環境承載力呈現由沿江向內陸、平原地區向北部丘陵地區逐級遞減趨勢。資源承載力飽和區域,主要為大廠街道、長蘆街道。該類區域污染物排放強度高,南化、南鋼等局部地區大氣和水環境污染問題突出,環境風險源影響較大,資源環境約束凸顯。資源承載力尚好但環境壓力較大區域,主要為葛塘街道、盤城街道、沿江街道、泰山街道、頂山街道、江浦街道。區域資源環境承載力較高,未來也是新區重要的人口和產業集聚區,但該類區域開發強度較大,水環境質量不容樂觀,環境壓力整體較大。資源承載力較好且環境壓力較小區域,主要為龍池街道、雄州街道、龍袍街道、橋林街道。該類區域環境質量較好,且目前開發強度較為適中,是促進城市均衡發展的關鍵區域。生態環境安全保障區域,主要為竹鎮、金牛湖、馬鞍、橫梁、星甸、湯泉、永寧、八卦洲等新市鎮區域。區域總體生態環境較好,是重要的生態安全屏障和水源涵養地。

圖11 人口密度分布Fig.11 Distribution of population density

圖12 工業企業污染源分布圖Fig.12 Distribution of pollution sources in industrial enterprises

圖13 風險源分布圖Fig.13 Distribution of risk source map

圖14 環境壓力分區圖Fig.14 Zoning of environmental stress

圖15 資源環境承載力分區圖Fig.15 Zoning of Resource Environmental Bearing-capacity

3.6 分區域差別化空間管控措施

資源承載力飽和區域：要通過提高環保準入門檻,促進產業轉型升級,不斷改善環境質量,逐步實現水清氣凈。按照國家產業政策和環保標準要求,加快現有工業企業的污染治理,適時搬遷重工業企業。加大對“三高兩低”和“兩高一資”企業整治力度,關停并轉污染大、能耗高、效益差的工業企業,鼓勵工業企業主動和提前淘汰相對落后產能和低端產品制造能力。以化工企業為重點管控行業,以排放重金屬、危險廢物、持久性有機污染物和生產使用重點環境管理危險化學品的污染源為重點,強化環境風險防控。

資源承載力尚好但環境壓力較大區域：要堅持“在發展中保護”,科學利用環境容量,提高資源能源利用效率,維持環境質量總體穩定,留住碧水藍天。制訂并實施嚴于國家和江蘇省的產業環境準入政策,對新(改、擴)建項目,從投資規模效益、裝備技術水平、資源利用強度、清潔生產和環境保護等方面,進行項目先進性評估。新建項目必須達到國內清潔生產領先水平,引進國外工藝設備的,必須達到國際清潔生產先進水平。建立健全規劃環評與項目環評的審批聯動機制,開展重點產業園區規劃環評“負面清單管理試點”,把主要污染物排放總量控制指標和滿足區域總量控制要求作為新改擴建項目環境影響評價審批的前置條件。重點發展商務商貿、科教研發、健康服務、旅游休閑等高端服務業。

資源環境承載力較好且環境壓力較小區域：要禁止嚴重污染型行業準入,合理控制人口和產業發展規模,提前規劃環境保護基礎設施。新建產業園區要參照生態工業園區標準建設和管理。嚴禁引入污染嚴重、污染排放量大的項目。嚴格控制污染物排放標準,切實落實主要污染物總量控制指標。嚴格按照產業園區發展規劃,落實項目準入和開發強度要求,積極促進產業向園區集中,新建工業項目原則上應進入園區,加強污染集中控制,實現產業集聚發展、土地節約集約開發。未按環評要求完成污水處理廠等環保基礎設施建設、污染物超標排放或環境風險防范措施不落實的園區,實行項目限批,現有園區不得擴大開發規模。新建項目廢水產生量等指標要達到國際清潔生產先進水平；新建項目其他指標和改、擴建項目要達到國內清潔生產先進水平。依托區位條件、資源特點和產業基礎,重點發展以高附加值、低污染為主導的現代服務業、先進制造業和戰略性新興產業。

生態環境敏感區域：要堅持“在保護中發展”,實行從嚴從緊的環保準入,重點發展生態農業、生態旅游和文化產業等,確保生態環境安全。生態發展區原則上不再新建各類開發區。鼓勵通過整治現有污染,減少區域、流域、行業污染排放總量,設立傳統產業轉型升級園區,推動傳統優勢產業轉型升級。從嚴控制涉重金屬和高污染高能耗項目建設。嚴格禁止鋼鐵、化工、制漿造紙、印染、鞣革、發酵釀造、電鍍(含配套電鍍)及生態發展區內的礦山開采、有色金屬冶煉等排放重金屬及高污染高能耗項目。禁止新建向河流排放含汞、砷、鎘、鉻、鉛等重金屬污染物和持久性有機污染物的項目。

4 結論和討論

江北新區分屬長江流域、滁河流域和淮河流域三大流域,其基本的大江河、低山丘陵地貌特征賦予了區域較高的生態功能重要性,需要作為保護地進行強制保護的生態空間比重較大；土地資源承載力和環境容量呈現由沿江向內陸地區遞減趨勢,但隨著國家級新區工業化城鎮化快速推進,沿江地區城鎮建設用地開發強度大,湖泊水庫及長江岸線等生態空間面臨被擠占風險,同時沿江等濱水區域的人口壓力、工業污染排放和環境風險壓力也較為顯著,對城市環境質量造成較大影響,由此可見新區生態保護與資源開發的矛盾較為突出。江北新區作為國家級新區,應堅持“人與自然和諧共生”的規劃建設理念,強化規劃資源環境和生態保護底線思維,形成空間剛性管控機制,堅守生態和發展兩條底線,讓城市融入大自然,并優化資源、環境容量等資源配置,實現生產空間集約高效、生活空間宜居適度、生態空間山清水秀。

本研究通過構建資源環境承載力評價指標體系,基于GIS空間分析工具對空間進行分區,明確了生態空間保護范圍,著力解決因無序開發、過度開發、分散開發導致的生態空間占用過多、生態破壞、環境污染等問題,同時又基于資源環境承載能力確定了差異化的空間管制要求,是將開發與保護融為一體,從源頭實現城市可持續發展的重要路徑。本研究不僅為長江經濟帶制造業發達的同類地區實現轉型發展、探索可持續發展空間開發路徑提供案例借鑒,更為資源環境要素全面融入國家新一輪空間規劃體系制定和實施全過程提供理論和技術支撐。