黄河滩区绿空间格局及生态系统服务研究进展

园林与景观设计  2021年11月第18卷总第408期
长沙理工大学网络中心黄河滩区绿空间格局及生态系统服务研究进展
冯君明,冯一凡,李 翅
(北京林业大学园林学院,北京 100083)
摘要:在黄河流域生态保护和高质量发展的时代背景下,黄河滩区绿空间将承担更加多元的生态、经济与社会功能。识别其时空演变特征、驱动机制,以及与生态系统服务之间的响应关系,可以为区域生态系统的合理规划和健康发展提供科学的依据。文章通过梳理黄河滩区绿空间格局与生态系统服务之间的关系,以绿空间格局时空演变及其生态系统服务为主线,对已有研究成果进行归纳,并总结其不足,最后提出未来深化和扩展的研究方向,以期为区域生态保护和空间高质量发展战略的制定和实施提供参考。
关键词:黄河滩区;绿空间格局;生态系统服务;研究进展
[中图分类号]TU982    [文献标识码]A    DOI :10.19892/jki.csjz.2021.31.39
Research Progress on Green Space Pattern and Ecosystem Services in Yellow River Floodplain Area
Feng Junming, Feng Yifan, Li Chi
(School of Landscape Architecture, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China)
Abstract: Under the background of ecological protection and high-quality development of Yellow River basin, green space in the Yellow River floodplain area will undertake more diversified ecological, economic and social functions. Identifying its temporal-spatial evolution characteristics, driving mechanism and response relationship with ecosystem services can provide a scientific basis for rational planning and healthy development of regional ecosystem. Therefore, by sorting out the relationship between green spatial pattern and ecosystem services in the Yellow River floodplain area, this paper summarized the current research achievements and shortcomings about the spatial and temporal evolution of urban green spatial pattern and ecosystem services. Finally, the future research direction
 of deepening and expanding is proposed, with a view to provide a reference for the formulation and implementation of regional ecological protection and spatial high-quality development strategy.Key words:  yellow river floodplain area; green spatial pattern; ecosystem services; research progress
黄河滩区(Yellow River Floodplain Area)指黄河下游宽河道段主河槽至两侧河堤之间的地带,是黄河沉积泥沙、滞蓄洪水的主要行洪区域[1]。长久以来,黄河滩区同时承担着行洪滞洪、生产生活等多种职能,成为一类特殊的空间地带[2]。
2019年9月,黄河滩区生态保护和高质量发展战略的提出,对该区域城乡空间的综合治理与协同规划提出了新目标和新要求。至此,做好黄河滩区生态保护与环境建设工作,促进流域生态系统的健康发展,是黄河滩
区城乡空间规划与建设的重要导向[3]。
绿空间是区域生态系统的重要组成,在维护区域生态安全、提升生物多样性、支撑社会经济可持续发展等方面具有多种生态服务功能[4]。
对城市绿空间格局的时空变化及其影响因子的研究,可揭示城市发展过程中各要素间的复杂关系,并进一步保障城市绿空间格局的生态系统服务供给[5]
目前,基于生态系统服务对城市绿空间格局开展定性和定量等研究已成为生态学、城乡规划学和
风景园林学等领域的热点。然而,针对黄河滩区这一特殊地域,已有研究更多聚焦生态环境演变[6]、滩地综合治理[7]等领域,少数学者立足区域或城市视角开展绿空间格局时空评价与生态系统服务响应研究(见图 1)。面对黄河滩区及沿河城市未来发展要求,以生态系统服务功能提升为重要准则,系统、科学地规划城市绿空间格局,是实现
基金项目:国家自然科学基金面上项目(51978050);国家住房与城乡建设部科学技术计划项目(2020-k-194)。作者简介:冯君明(1992-),男,博士在读研究生。研究方向:风景园林学、城乡开放空间规划和城市设计。
通讯作者:李翅(1971-),男,博士,教授、博士生导师。研究方向:韧性城市与区域空间发展、国土空间规划与城市设计、绿社区与低影响开发。邮箱:**************。
图1 国内外黄河滩区相关研究成果统计
(图片来源:作者自绘)
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拇指再造
园林与景观设计2021年11月第18卷总第408期
该区域生态保护,支撑城乡空间高质量发展的基础。本文通过梳理黄河滩区绿空间与生态系统服务之间的关系,以黄河滩区绿空间时空演变及其生态系统服务为主线,对已有研究成果进行归纳和总结,对比相同领域内其他流域或区域的研究成果,结合黄河滩区绿空间现状提出未来深化和扩展的研究方向,以期为区域生态保护和空间高质量发展战略的制定和实施提供参考。
1黄河滩区绿空间格局与生态系统服务之间的关系1.1黄河滩区绿空间概念界定
目前,学术界对绿空间(green space)尚未形成统一的概念,其理解因研究目的的差异性而异[4]。国外学者主要相较于“灰空间”来理解“绿空间”,国内学者更多地从广义的“绿地”概念入手,将其理解为具有生态、游憩等多重功能的自然和人工绿化用地[5]。黄河滩区作为自然生态与人为活动相互影响较为频繁且剧烈的区域,其绿空间无论在功能类型或是规划导向上势必需要做出更具地域性的认识。本文在梳理国内外相关学者对绿空间概念释义的基础上[4,8],将黄河滩区绿空间定义为:在黄河下游滩区沿河城市范围内,以自然环境为主导,用于改善人居环境和维持陆地与水文生态
系统循环,具有生态、游憩、美化、文化和防灾避灾等综合功能的绿化用地。黄河滩区绿空间具体包含城市公园、自然/人工林地和草地、耕地、湿地及水域等。
1.2黄河滩区绿空间格局与生态系统服务的关系
绿空间的形态和类型在区域范围内的组合与分布,构成了绿空间格局,既包括城市建设用地内的绿空间,也包括城市建设用地之外对城市生态环境质量和景观品质等有直接或间接影响的区域[5]。绿空间格局与生态系统服务之间的关系密切,前者是后者发挥作用的物质载体,后者则是前者综合评价的重要依据。在空间尺度和规划内容的分异下,绿空间格局对于生态系统服务功能的发挥不尽相同。综合来看,城市绿空间规划主要通过改变土地覆被类型和自身空间格局来影响生态系统服务的类型和水平[9]。因此对于黄河滩区绿空间而言,一方面,借助绿空间规划促进城市土地覆被类型的转换与优化,可以实现水源涵养、水土保持、文化娱乐等生态系统服务功能的提升;另一方面,科学、合理地规划绿空间布局有利于增强区域生态系统提供服务的稳定性[6]。在黄河滩区城市绿空间规划实践中,需要结合空间格局的分析方法对生态系统服务的功能价值和空间特征进行量化分析与模拟预测,从而做出更加科学的评判与选择。
2黄河滩区绿空间格局时空演变相关研究进展通过整理相关研究成果发现,黄河滩区绿空间格局时空演变研究在内容上可分为演变过程与特征、影响因素等方面,与此同时,在面对不同研究尺度和对象上所使用的方法和技术工具也存在差异。2.1黄河滩区绿空间格局时空演变的研究方法
黄河滩区绿空间格局时空演变相关研究方法包括定性描述和定量分析两种。前者主要结合史料专著、统计年鉴、规划文件等文献进行整理,后者则运用景观生态学理论,在获取土地利用/覆被数据的基础上,结合地理信息系统(geographic information system,GIS)、遥感(remote sensing,RS)、景观格局指数(Fragstats)等工具对绿空间演变过程进行量化分析,并使用莫兰指数(Moran’s I)、KMO检验(Kaiser-Meyer-Olkin)和皮尔森系数(Pearson correlation coefficient)等方法进行空间自相关或驱动力分析。对比上述方法可以发现,定量分析法在使用中最为广泛,其应用尺度包括黄河流域[10]、黄河滩区[11]、省域[12]和市/镇域[13]等。但由于数据源的限制,相关研究时限多起始于20世纪末,难以在较长时间维度上对绿空间格局演变进行分析。与之相对的是,定性描述可以实现对区域绿空间格局的全时段演变分析。例如,李雪玲对开封城市绿开放空间演变史进行了梳理[14],但该方法也会受到历史文献等基础条件的制约。水凝胶
2.2黄河滩区绿空间格局时空演变的研究内容
黄河滩区绿空间格局时空演变相关研究内容主要聚焦于演变规律及驱动因素两个方向。绿空间格局演变的规律多借助Fragstats软件平台的类型(class level)和景观(landscape level)两个级别及其众多分支指标进行全局或“移动窗口”(moving window)分析。例如,梁国付等对河南省黄河沿岸滩地、湖泊等湿地景观格局演变进行量化分析[11]。Kong等以济南市二环路范围内城区为例,由城市中心到边缘共8个标准方向选择286个空间采样点并以此提取分析数据,进而总结不同年份内各类城
市绿空间景观格局指数与城市空间梯度的关系[13]等。
绿空间格局演变的驱动因素主要包括自然和人文两大类,其中自然因素包括气候、土壤、地形地貌等;人文因素包括人口、经济、政策等[4]。在黄河滩区绿空间格局演变的驱动因素方面,不同学者也做出具有针对性的见解。例如,谢羽倩等结合社会经济数据对黄河下游桃花峪至高村段宽滩区土地覆盖的因素进行分析,认为滩区面积、周边城市发展的吸引力及水利设施是主要影响因素 [15]。
3黄河滩区绿空间格局生态系统服务相关研究进展生态系统服务(ecosystem service,ES)指人类直接或间接在自然中获得的益处。加强对黄河下游地区生态系统服务的研究,对整个黄河流域内区域社会经济的可持续发展具有重要意义[16]。通过对相关文献的梳理,本文同样从研究方法和内容两个方面对黄河滩区绿空间格局生态系统服务研究进行总结。
3.1黄河滩区绿空间格局生态系统服务研究方法
黄河滩区绿空间格局生态系统服务研究方法包括价值量计算(市场价值法、生产成本法、机会成本法、
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支付意愿法等),功能评估流域分布式水文模型(soil and water assessment tool,SWAT)、生态系统服务权衡综合模型(integrated valuation of ecosystem services and trade-offs,InVEST),以及二者的结合等。其中对价值量和功能评估的使用均较为广泛,前者作为基于“单位价值”的计算方法,是以货币的方式统一衡量不同生态系统服务的价值[9],在使用上更加便捷;后者通常借助空间模型进行评价,可更加直观地表达生态系统在不同区域内提供服务功能的强弱和变化。后者典型如Cong等以山东省南四湖流域(属淮河流域,但研究范围与黄河滩区存在交集)为例,结合SWAT模型和InVEST模型对流域水源供给、土壤保持和水源净化功能进行评估,结果显示以丘陵和山脉为主要地貌类型的流域东部总体服务价值高于西部平原[17]。
3.2黄河滩区绿空间生态系统服务研究内容
在研究内容上,黄河滩区相关研究主要以定量评价的方式,对区域绿空间格局生态系统服务功能进行分析,包括生态质量、生物多样性[18]等单项生态服务,以及水生态系统服务等复合服务类型研究[6],具体包括生态系统服务的空间分布、时空演变,以及相互间的权衡—协同效应[17]等。所依据的功能分类多为联合国千年生态系统评估计划研究团队(millennium assessment, MA)与2005年提出的千年发展目标(millennium development goals,MDG),以及Haines-Young等于2010年提出的生态系统服务国际通用分类(common international classification of ecosystem services, CICES)等。所涉及的尺度相对绿空间格局时空演变研究更为广泛。例如,陈阳等以南
太行山区紧邻的城市组团为例,基于生态系统服务理论提出构建黄河流域水土保持区的生态保护和修复方案[19]。李婧楠通过构建生态系统服务评估框架为黄河滩区郊野公园规划提供指导等[20]。
4总结与展望
4.1总结
本文在明确黄河滩区绿空间格局概念及其与生态系统服务之间关系的基础上,对国内外相关研究成果进行了梳理和归纳。对比相近研究领域内其他地域的研究成果,可以发现由于特殊的环境和资源条件,黄河滩区绿空间格局时空演变相关研究在分析对象选取上有其独特的方式,包括提取自然湿地景观(如河流、滩地、坑塘)、农业景观(如水稻/芦苇种植区、盐田)和人工沟渠等[11],可提升绿空间格局分析的针对性,从而更加深入地了解水文生态环境变化对区域绿空间格局的影响。然而在生态系统服务研究领域,黄河滩区还存在可进一步探讨的方向。
4.1.1研究尺度
在研究尺度上,缺少对黄河滩区,即黄河两岸大堤范围内的生态系统服务演变分析。特别是近年来黄河滩区多
次发生较大规模土地转换的背景下。例如,河南省自2015年起已开展了27.4万余人的移民搬迁安置工
作,未来该省还有约76.3万人参与其中[21],因此黄河滩区相比沿河城市其他区域变化更加明显。
4.1.2研究方法
在研究方法上,缺少区域绿空间格局对生态系统服务的响应分析。国内外学者已经通过艾比湖流域(Ebinur Lake Basin)[22]、圣安东尼奥河流域(San Antonio River Basin)[23]等研究论证了绿空间格局与生态系统服务之间的互动关系,而二者之间的关系能够为流域城市生态管理提供理论支持[5]。
阿尔及利亚地震4.1.3研究内容和指标的选取
在研究内容和指标的选取上,对黄河滩区资源环境或矛盾的特殊性考虑不足,包括绿空间对地下水的补给(供给服务)、土壤保持(调节服务)、滩区生态空间可达性、洪涝灾害时的居民安全撤离覆盖度(文化服务)等。
4.2展望
在上文研究的基础上,本文认为未来黄河滩区绿空间格局相关研究可在如下三个方面进行深化和扩展。
4.2.1开展多尺度、跨梯度的绿空间格局时空演变对比研究
黄河滩区在地貌环境和自然演进历程上相比其他流域有很大差异,特别是在具有游荡性、过渡性、弯曲性等不同水文条件的河段影响下[24],黄河滩区绿空间在发展演变过程中必然受到更加复杂的自然—人文因素影响。因此,为了更加深入地剖析黄河滩区绿空间发展演变的过程和规律,其研究需要从过程描述向演变机制及交叉对比的方向转变。以黄河滩区自然和人文因素为切入点开展绿空间格局多尺度、跨梯度的对比研究,包括流域内不同河段之间、相同河段不同河流或水利系统缓冲区之间的横向、纵向对比等,从而更好地解释城市生态环境与土地开发之间的复杂关系。
4.2.2深化绿空间格局时空演变与生态系统服务的响应机制研究
绿空间格局的时空演变与城市发展及城市生态环境密切相关[5]。随着黄河流域生态保护与高质量发展、中原城市发展规划、黄河滩区移民搬迁等国家战略和重大项目的推进,黄河滩区城乡空间必将发生更大幅度的发展和演变,与之同变的还有城市绿空间及其提供生态系统服务的功能类型和质量。因此以多源数据为支撑,通过动态监测、情景模拟等方法掌握时空演变背景下黄河滩区城市绿空间格局与生态系统服务之间的耦合关系,对区域生态系统保护和修复、城乡空间的合理规划和高质量发展具有重要意义。
4.2.3结合韧性城市理论扩展绿空间格局的评价与优化研究
由于历史、自然条件等原因,黄河下游滩区是我国贫困人口相对集中的区域,社会经济弹性不足。与
此同时,虽然小浪底水利枢纽的建成和运行在一定程度上降低了黄河滩区水患风险,但其调水调沙后续动力不足,
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导致黄河下游防洪短板突出,长达800  km的“地上悬河”仍然威胁着广袤的滩区及滩外平原地带[3]。在此背景下,韧性城市理论由于与黄河滩区的发展具有高度相关性 [1],使该理论在黄河下游生态廊道格局[7]、滩区城乡空间规划[2]等方面得到应用与推广。同理,在黄河滩区城市绿空间格局评价与功能优化过程中,需要充分考虑城市绿空间所承担的生态、经济与社会韧性作用,以此为指导构建区域城市绿空间系统和格局,使其成为多功能的生态网络。
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