生態空間區劃體系的理論內涵及關鍵技術研究

陳新闖,李小倩,呂一河,*,郭建英,谷德海,吳顏岐

1 中國科學院生態環境研究中心城市與區域生態國家重點實驗室,北京 100085 2 中國科學院大學,北京 100049 3 水利部牧區水利科學研究所, 呼和浩特 010020

生態空間是具有生態系統服務價值和對于城鄉生境保護具有重要作用的空間集合體,是社會生存發展的物質基礎和能量來源[1—3]。生態空間管控對于提升區域生態系統服務,構建生態安全格局進而促進區域可持續發展具有重要意義[3—5]。尤其城鎮化正快速改變區域城鄉空間格局,以中心城市引領城市群發展、城市群帶動區域發展的區域一體化格局正在形成和發展之中。然而,城鎮發展與生態空間耦合過程中存在的矛盾與問題進一步的加大[6—8],不合理城鎮化對于生態空間的侵占和脅迫逐漸加強,城鎮、農業、自然生態結構性矛盾凸顯,降低了區域生態系統服務供需平衡,導致人居環境質量的降低和生態風險的增加[9—12]。國土空間治理,尤其針對生態空間的有效管控迫切而重要。

隨著中國生態文明理念的貫徹和執行,對于生態空間的管控日趨成熟,中國相繼出臺了生態空間管控的政策和意見,如:《全國主體功能區規劃》在全國尺度將中國國土空間分為優先開發區域、重點開發區域、限制開發區域和禁止開發區域；《全國國土規劃綱要(2016—2030)》進一步要求明確保護主題,實行分類分級保護,切實加強環境分區管治,促進形成國土全域分類分級保護格局；《國家重點生態功能保護區規劃綱要》在區域尺度提出有選擇地劃定一定面積予以重點保護和限制開發建設。其中,生態區劃是國土空間保護、修復、高質量開發的重要手段,是優化國土空間開發格局和維護國土安全的具體研究實踐,是保障區域協調發展,促進人類福祉提升的迫切需求[13—14]。

實施區域協調發展是新時代國家重大戰略之一,亟待從區域角度開展生態空間區劃,以便加強生態空間管控的實效性,解決區域生態產品和服務的供需矛盾。現階段中國已全面建立和完善生態保護紅線制度,同時對環境各要素(大氣、水、海洋、水土流失等)實行分區管控,為環境保護與生態建設提供科學依據[15—17]。但目前生態區劃尤其針對生態空間區劃的理論研究、區劃方法及管控研究都相對薄弱,且不同生態區劃因用途的不同,方法差別很大。如:針對單一生態要素的生態管理區劃[18—21],針對不同空間尺度的綜合生態區劃[22—24],針對單一用途管制的區劃[25—27]。生態空間區劃的復雜性和多樣性造成生態管控政策和目標的不一致性,使生態管理不嚴謹、技術方法不規范[16]。因此,構建科學合理的生態空間區劃體系,對區域生態空間實施分類分級保護、修復和高質量開發,可充分提升有限的國土開發空間的利用效率,騰出更多空間,實現更大范圍、更高水平的生態空間保護,為區域生態安全格局的構建提供決策依據,健全國土空間用途管制制度,是新時代生態文明建設的重要內容。

1 生態空間區劃內涵

目前國土空間規劃將國土空間劃分為城鎮空間、農業空間和生態空間。生態空間單指自然生態空間,指以提供生態系統服務或生態產品為主導功能,為生態、經濟和社會長遠發展提供重要支撐作用的空間范圍,包括森林、草原、濕地、河流、湖泊、灘涂、荒地、荒漠等。在“多規合一”背景下目前只針對自然生態空間的規劃與區劃具有一定局限性。城鎮空間、農業空間也包含有一定面積的綠地、濕地、草地等自然或人工生態用地,對維護區域環境和人類健康具有重要意義[28—30],該區域也應該屬于生態空間。高質量農田同樣發揮著重要的生態系統服務價值,與森林和草地相比,農田的直接服務價值所占比重遠遠高于森林和草地,且農田的娛樂休閑價值逐漸得到認可[31—32]。區域尺度生態空間區劃應是獨立于城鎮建成區外,對自然、人工、半人工生態空間統一評價分類。在以往區劃框架中較多考慮自然指標,忽視生態系統的整體性和山水林田湖草的共生關系,造成區劃結果較低的應用性。區域尺度生態空間區劃要以山水林田湖草生命共同體的理念進行綜合評估,統籌考慮生態綜合體的結構、過程,生態質量以及生態系統服務供需關系。隨著城鎮化的發展,人口、經濟與生態建設、保護和修復的關系逐漸改變[33—34],因此現階段生態空間區劃在強調生態空間的特性和服務的基礎上,還應注重決策者、一般民眾及其他利益相關者對于生態空間的要求和生態空間與城鎮發展關系的看法。

本研究界定生態空間區劃是以生態空間提供生態系統服務,維系生態安全為基礎,依據社會-經濟-自然復合生態系統理論,統籌社會生態、經濟生態、自然生態,從區域尺度以山水林田湖草生命共同體理念綜合辨識分類生態空間。綜合考慮現有生態區劃評價標準和分類標準,基于政策目標和居民需求,識別現階段生態空間需要提升及完善的方面,按照生態空間的生態過程和生態功能將各類生態空間聚類整合,形成生態綜合體,將具有生態空間保護、修復和高質量開發建設價值的區域或類型進行劃分研究。生態空間區劃的目的是滿足人類所期望的生態系統狀態,支撐區域可持續發展和生態文明建設。城鎮發展與生態保護一直是國土空間管控的難點,生態空間區劃通過統籌區域生態資源,科學辨識需要保護和修復的重要生態空間,對于一般性生態空間可在資源環境承載能力和國土空間開發適宜性評價的基礎上適度發展城鎮建設。生態空間區劃應與生態保護紅線和自然保護地的劃定區分,生態空間區劃具有一定的時效性,隨著生態修復、城鎮開發建設,在保障區域可持續發展的前提下,生態空間各分區可根據城鎮發展、居民需求,生態系統服務供需變化進行動態調整(圖1)。

圖1 生態空間區劃內涵的轉變Fig.1 Transformation of connotation of ecological space zoning

2 中國生態空間區劃的研究進展

2.1 基于生態功能的生態區劃——以生態空間生態壓力及服務功能為主導

生態功能是評價生態空間的重要基礎,不僅表征維持人類生存的一切物質和能量,還對人居環境質量、區域生態空間格局、城鎮可持續發展具有重要意義[35—37]。從單一的生態功能引入社會學、經濟學的理念,考慮區域生態功能和社會經濟特點,傅伯杰等[38]以可持續發展為目標,以社會-經濟-自然復合生態系統理論為基礎,對地域進行逐級的劃分或合并,編制了中國生態區劃方案。劉國華等[39]進一步考慮各生態系統的形成、結構和功能及其與氣候等因素的關系,揭示其空間分異規律。在此基礎上,基于不同研究尺度的生態功能區劃逐漸成為研究熱點,研究涉及景觀尺度、市縣尺度、城市群尺度、流域尺度[9, 40—43]。評價指標也由單一生態要素綜合為生態敏感性、生態重要性、生態系統服務等表征生態功能的指標體系[44—49]。《全國生態功能區劃》根據區域生態系統格局、生態環境敏感性與生態系統服務功能空間分異規律,以區域生態空間的服務特征和風險特征差異將區域劃分成不同生態功能的地區。雖然在分區中體現人居保障功能,但由于對生態空間服務過程和傳輸機制的考慮不足,忽視區域時空尺度生態系統服務的權衡與協同關系的變化,對不同生態系統服務間的具體相互作用關系缺少統一的評判,區域尺度忽視服務的流通性造成部分區域供需與實際差異較大,使得區域生態空間的評估具有較大不確定性[3, 50]。近年來,以生態系統服務供需關系為主線研究生態功能區劃、探索區域生態安全格局構建已成為熱點[51—54]。生態系統服務權衡理論立足于居民需求,為生態空間區劃的政策應用性和實際指導性提供了條件。但這需要考慮生態系統服務的耦合關系以及傳輸機制,有效識別和分類對維持區域可持續發展不同用途的生態空間,并構建能以最小的面積最大限度地規避生態供需矛盾、保障區域生態安全的空間格局。

2.2 基于環境功能的生態區劃——以生態空間生態質量及外在環境特征為主導

環境功能指國土空間內生態空間所提供服務的外在表現形式,提供人類生存,滿足社會發展的能力,主要指與城鄉物質代謝密切相關的水環境、土環境和氣環境等[15]。環境功能區劃是按照國家主體功能定位,科學評估區域生態環境的外在特征,服務功能的分異規律和演化特征,篩選并確定區域的主體環境功能,對國土空間進行分類管控[55—57]。首先構建了基于單一要素環境功能區劃的研究[18, 58—61],繼而《聲環境功能區劃分技術規范》、《環境空氣質量功能區劃分原則與技術方法》等國家環境功能區劃標準發布,并在各省市國土空間規劃和生態環境保護專項規劃中得到了實踐性的應用。但隨著城鎮化發展和城市群的成熟,單一環境要素難以滿足區域尺度區劃需求,尤其缺少對區域社會經濟發展與環境保護的綜合考慮,導致環境功能區劃的銜接性、可接受性較差,難以滿足國土空間規劃的需要[17, 62—64]。王金南等[15]從社會-經濟-自然復合生態系統的角度,基于環境功能評價和主導因素法,綜合自然生態安全、人群健康維護、區域環境支撐,構建了環境功能區劃技術體系。隨著國土空間規劃的發展,生態環境部進一步提出“三線一單”空間區劃形式,以生態保護紅線、環境質量底線、資源利用上線為基礎,匹配行政邊界,劃定環境管控單元,編制環境準入負面清單,構建環境分區管控體系,如:《四川省生態環境分區管控方案》明確提出在總體生態環境管控要求的基礎上,根據區域特征、發展定位和突出生態環境問題,明確各區域差別化的總體生態環境管控要求,劃定優先保護單元、重點管控單元、一般管控單元。“三線一單”空間區劃統籌區域生態、環境、資源,建立了全域覆蓋的生態環境分區體系[65],但由于數據的不完備性和評價主體的差異,造成評價單元具有差異性,以行政單元為基本單元的分區雖然方便環境管理政策的實施,但忽視區域生態系統的連續性和連通性,造成其他生態風險的增加,且評價指標體系是否適合區域生態環境特征,是否滿足居民的需求還需進一步研究。

2.3 生態空間區劃技術要點

生態空間區劃是多重權衡的結果,應綜合生態功能和環境功能進行生態區劃,評估指標的選擇應基于不同的知識體系,如政策目標、公眾偏好、專家知識等。生態空間區劃指標體系應結合生態質量、生態健康和生態系統服務綜合表征生態功能和環境功能。生態質量和生態系統服務是生態系統的外部狀態,是居民直接感知生活環境質量的指標,也是政策目標的主要體現。生態健康表征生態系統的完整性,反映了生態系統在外界壓力下的穩定性,是識別生態受損的關鍵指標[2]。具體指標體系可根據區域特點、政策背景及居民問卷調查,篩選決策者、民眾普遍關心的指標。生態空間區劃從區域角度出發,以“山水林田湖草是一個生命共同體”的理念,以單元網格整合地理單元,對其生態格局、生態過程、生態功能進行綜合評估,識別區域生態特性,并結合區域內部生態現狀及生態系統受損類型,識別區域內需要保護或修復的生態空間。本文建議采用閾值方法合理確定各分區標準。對于生態空間區劃指標閾值的選取,很大程度上決定于政策目標、居民需求,各地區可根據實地調研及國土規劃要求合理確定閾值范圍。

3 國土空間規劃背景下生態空間區劃需改進的要點

3.1 以滿足政策目標、居民需求和可持續發展為導向,構建生態空間區劃指標體系

目前雖然對生態空間區劃的研究取得較大的進展并應用到國土空間規劃,但由于對生態空間理解的差異,目前區劃方案存在多頭設計、重復構架和認知困難等問題[13],主要的原因是對生態空間區劃的內涵和目標理解不足。生態空間區劃應明確并聚焦于區劃的目的和各分區的管控目標。區域尺度生態空間區劃應統籌山水林田湖草等生態要素,實現區域生態綜合管理的目標,而不是單獨的生態要素實現多種生態目標。例如:生態修復空間以實現生態品質提升為主要目的,應明確生態空間存在的突出問題,統籌考慮區域生態空間退化過程和方向以及未來區域生態修復所面臨的形勢與挑戰。通過空間格局分布,以及不同尺度之間的相互轉換途徑與方法,制定自上而下的綜合修復政策及措施。基于此,生態空間區劃應參考政策目標,居民需求,基于生態功能區劃和環境功能區劃,以生態系統服務功能、生態敏感性、生態質量、生態健康等多因子評價,結合區域城鎮化特征及未來發展定位,體現區域生態系統與社會系統、經濟系統的協調發展,實施自適應管理體系。

3.2 生態空間區劃立足于現有國土空間管控體系

圖2 區域生態空間區劃體系框架圖Fig.2 Framework diagram of regional ecological space regionalization system 虛線邊框表示包含內容不局限于圖中所示內容

生態空間區劃的基本目的是綜合識別區域生態空間現階段及未來需要提升及完善的管理措施。生態空間區劃是在主體功能區劃的基礎上,立足于區域角度的細化和深化,構造適宜區域特點,維護區域可持續發展的分區指標體系,同時也涵蓋了生態保護紅線、環境質量底線、資源利用上線的評價體系(圖2)。生態空間區劃是基礎性區劃方法,可進一步針對各類生態分區內的生態特點,整合區域內對生態功能極重要,生態環境極敏感的區域確定閾值劃定生態保護紅線;區域內整合生態承載力、耕地生態系統服務、生態質量等劃定永久基本農田。立足于政策目標、居民需求,選取生態質量、生態系統服務供需評價指標,構建適宜區域城鎮化特點的環境質量底線和資源利用上線。通過區域一體化的生態分區,整合各類分區內生態質量、生態系統服務、生態健康評價,可識別國土空間生態修復重點區。通過生態空間區劃整合目前存在的分區體系,建立一套相對統一的分區指標體系,既可避免評價的重復,又方便決策者實施生態管理,提升居民的認可度和實操性。

3.3 按照生態系統服務供需耦合機制調整生態空間區劃

生態空間的核心功能是提供生態系統服務和保障區域生態安全,而生態空間區劃是區域尺度以構建恢復生態完整性和可持續性生態系統服務為目標,從格局-過程-服務-可持續性的綜合角度尋求具有空間差異化和功能協同性的解決方案。生態系統服務在生態空間區劃體系中具有重要的指示作用,但由于區域生態系統服務的多樣性、空間尺度的流通性及居民需求的時效性,不同類型生態系統服務相互影響,且權重不同。隨著城鎮化的發展,區域生態空間格局動態變化和居民生產生活方式的改變,造成生態系統服務供需變化。因此生態空間區劃中要重視生態系統服務的供需機制及其與城鎮化的耦合機制,杜絕以簡單線性關系將多種生態系統服務進行疊加,應探究服務間的權衡與協調關系,將情景分析整合到生態系統服務的權衡中,建立適合區域特點的一套多方權衡的綜合生態系統服務評估模型,且注重生態系統服務供需和流動機制,空間尺度辨識供給方和需求方及其傳輸機制,可有效識別對維持區域可持續發展具有重要作用的生態空間和對于區域生態安全起到關鍵作用的生態廊道、生態節點等,實施精準管控。

3.4 生態空間區劃的困難和展望

雖然生態保護和生態建設的理念、生態評價技術取得了較大的發展,但應用到實際中的生態空間區劃目前只有生態保護紅線,保護了區域極重要和極敏感性的空間單元,但忽視了其余生態空間的管控,可能造成區域整體生態質量和服務的降低[12]。未來應該加強生態空間區劃體系的構建和應用,以可持續發展、生態文明建設和人類福祉提升為核心,樹立以生態空間區劃為依據,實施生態空間分區管控,支撐國土空間規劃的理念。現階段,由于生態基礎數據薄弱,空間地理數據的全面性和準確性保障不足,且在評價過程中數據的坐標系、分辨率的不匹配,制約著生態空間區劃的應用性。國家尺度應建立統一的生態空間數據庫和數據平臺,依托現有監測技術構建天地一體化生態空間數據監測評估體系,加強生態空間評價體系和評價標準的集成構建,建立起一套從生態空間區劃評價指標選取、數據處理、模型構建、結果制圖和空間匹配標準和規劃的技術體系。由于缺乏統一的命名標準,生態空間區劃命名較混亂,較多依據評價指標、評價目標等命名[66, 67]。“三線一單”中采用優先保護區、重點管控區、一般管控區命名,具有高度的概括性。本文建議在此基礎上,針對生態空間各類分區的特點,尤其地理位置、生態質量、生態系統服務、生態壓力、生態管控目標及城鎮化對生態空間的影響綜合命名,如:區域高質量水資源優先保護區、區域水土流失重點管控區、城鎮休閑重點管控區、城郊農業一般管控區等。

生態評價中對于生態綜合體的研究應該加強,不同生態空間組合的生態質量和生態健康要高于單一生態空間。然而現有研究較多針對單一生態空間,這主要由于生態綜合體的尺度問題仍不明確,不同尺度下生態綜合體的組成、面積、效益差異較大。通過空間格局分布,探究各尺度下生態綜合體的內部聯系,確定最優化的評價單元,是當前研究及應用生態空間區劃的核心和關鍵。城市生態系統中,生態空間區劃中應注意生態空間與城鎮空間的耦合機制。對城鎮內的生態空間以資源環境承載力和生態系統服務為基礎,開展適宜性評價,強調生態保護、人居環境調節和社會文化價值。充分考慮生態保護的必要性與社會經濟發展的協調性,對于城鎮內的重要生態空間也可適當擴大其空間范圍。在生態空間區劃中沒有必要強行把非生態用地劃出去,而是要統籌考慮非生態用地對區域生態空間的影響。如何統籌生態空間的跨區域生態環境的影響機制及生態空間與社會經濟發展的耦合關系,針對性地解決區域生態環境問題,供需矛盾,形成科學合理的生態空間管控方法與策略是未來研究的重點。