基于生态系统服务参与式制图的“三生”空间优化建议——以白洋淀流域为例
周昱辰(1999- ),女,四川成都人,硕士,研究方向为生态系统服务与人类福祉。E-mail: zhouyuchen@mail.bnu.edu.cn |
收稿日期: 2021-08-30
修回日期: 2022-03-14
网络出版日期: 2022-10-28
基金资助
国家自然科学基金项目(41971225)
北京市自然科学基金项目(8192027)
Spatial optimization based on ecosystem services and the participatory mapping: A case study in Baiyangdian watershed
Received date: 2021-08-30
Revised date: 2022-03-14
Online published: 2022-10-28
在快速城市化流域,生产、生态和生活空间的布局深刻影响着流域的生态系统服务和居民福祉。但是,已有的空间布局研究大多未考虑生态系统服务在提升不同类型人群福祉中的作用,尤其缺乏对弱势群体福祉的关注。因此,以典型城市化流域——白洋淀流域为例,选择典型生态系统服务指标识别生活、生产和生态空间的高值重合地区,使用参与式制图方法将多种人群的福祉需求纳入主导功能识别中。结果发现:空间上重合的高值区总面积约占流域总面积的14.5%,主要为生产—生态功能重合区。不同利益群体对重合高值区主导功能的研判不同。一方面,城市居民比农村居民更加注重文化服务,前者提及文化服务的次数占比是后者的2倍;另一方面,政府决策者更多关注流域上游的生态功能,扶贫工作人员则更关注山区林地的生产功能。本文探索了将多种利益主体的偏好纳入区域空间布局优化的方法,可为流域“三生空间”和国土空间规划布局优化提供新的思路。
周昱辰 , 尹丹 , 黄庆旭 , 张玲 , 白岩松 . 基于生态系统服务参与式制图的“三生”空间优化建议——以白洋淀流域为例[J]. 自然资源学报, 2022 , 37(8) : 1988 -2003 . DOI: 10.31497/zrzyxb.20220805
The spatial pattern of living, producing and ecological spaces has a profound impact on regional ecosystem services and the well-being of the residents in rapidly urbanizing watersheds. However, few studies considered the relationship between ecosystem services and multiple stakeholders' well-beings. In this study, we selected seven ecosystem service indicators to identify living, producing and ecological hotspots in a typical urbanizing area, Baiyangdian watershed. Then we conducted a participatory mapping to integrate multiple stakeholders' needs into the identification of their major functions. The results show that overlapped hotspots occupy 14.5% of the total area of the watershed, which is dominated by overlapped producing and ecological functions. Furthermore, the identification of the major functions varies among different stakeholders. On the one hand, urban residents are more likely to identify the overlapped areas to living space because they prefer cultural services than rural residents. They mention cultural services twice of that by rural residents in the survey. On the other hand, policy makers pay more attention to the ecological function of the upper streams, while poverty alleviation workers focus on the producing function of the forests in this area. This study illustrates a method to integrate multi-stakeholders' preferences in spatial optimization, which can be used in the planning of the living-producing-ecological spaces and the territorial space planning.
表1 基于生态系统服务的生产—生态—生活功能分类体系Table 1 Classification of ecological, producing and living functions based on ecosystem service indicators |
功能分类 | 分类 | 二级分类 | 描述 | 表征指标 |
---|---|---|---|---|
生产功能 | 供给服务 | P1食物供给 | 持续生产或收获粮食、水果、蔬菜、牲畜、鱼和其他水生资源等 | 耕地提供水稻、油料和蔬菜,草地提供肉类和奶类,水域提供水产品的产量 |
P2淡水供给 | 淡水提供/子流域产水量 | 降水量;土壤含水量;植被根深;蒸散发系数等 | ||
生态功能 | 调节服务 | E1碳储量 | 陆地生态系统通过树木、土壤与其他生物质储存碳,其结果能够在一定程度上反馈区域的气候调节能力 | 单位面积的碳汇量/碳储量 |
E2水源涵养 | 地表水体径流调节与涵养 | 渗透量/渗透比率(径流量/表层面积);土壤水蓄储能力 | ||
E3生境质量 | 威胁源对生境的负面影响,通过生境适宜情况和退化程度计算 | 土地利用数据、威胁/胁迫因子 | ||
生活功能 | 文化服务 | L1休闲游憩 | 与休闲、游憩等相关的生活资源的聚集度 | 公园、休闲广场等兴趣点空间数据 |
L2美学欣赏 | 旅游空间的可达性 | 绿色空间(公园、湿地)用地数据、道路网数据、距最近绿地/道路的时间成本 |
表2 生态系统服务定量测度模型Table 2 Quantitative evaluation models for the selected ecosystem services |
功能类型 | 公式 | 解释 |
---|---|---|
食物供给 | 为区域内食物c在土地利用/覆盖类型K中所占的面积(km2); 为食物c在土地利用/覆盖类型K中的单位面积供给量(t/km2)[39] | |
淡水供给 | 为土地覆被类型j上栅格单元x的年均平均产水量(mm); 是土地覆被类型j在栅格x上的年实际蒸散量(mm); 是栅格x上的年降水量(mm)[40] | |
碳储量 | A表示像元面积(hm2); 、 、 和 分别表示土地利用/覆盖类型为K的像元 (x, y) 的植被地上碳密度、植被地下碳密度、土壤有机碳密度和死亡凋落物有机碳密度(t/hm2)[41] | |
水源涵养 | A表示像元面积(km2); 表示像元 (x, y) 的降水量(mm);C表示区域地表径流系数; 表示土地利用/覆盖类型为K的像元 (x, y) 的地表径流截留比例[42] | |
生境质量 | 代表土地利用/覆盖类型j中像元x的生境质量; 表示土地利用/覆盖类型j的生境适宜性; 是土地利用/覆盖类型j中像元x的受胁迫水平;k是半饱和常数,通常取 最大值的一半;z为归一化常量[41] | |
休闲游憩 | 为空间位置s处的核密度计算函数;h为距离衰减阈值;n为与位置s的距离小于或等于h的要素点数;k函数则表示空间权重函数[43] | |
美学欣赏 | 表示第i个网格对所有公共绿地景观的可达性; 表示第j块公共绿地景观的服务力(km2); 表示i网格区到第j块公共绿地景观的最小交通成本[44] |
表3 生产—生态—生活高值重合区土地利用类型Table 3 Land use types for the overlapped producing, ecological, and living hotspots |
用地类型 | 生产—生态重合区 | 生产—生活重合区 | 生态—生活重合区 | 生产—生态—生活重合区 | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
面积/km2 | 占比/% | 面积/km2 | 占比/% | 面积/km2 | 占比/% | 面积/km2 | 占比/% | ||||
水田 | 1.25 | 0.03 | 4.50 | 0.53 | 0 | 0 | 0 | 0 | |||
旱作耕地 | 716.75 | 20.05 | 596.75 | 69.92 | 3.25 | 16.25 | 24.00 | 37.21 | |||
林地 | 403.50 | 11.29 | 0 | 0 | 0.50 | 2.50 | 3.25 | 5.04 | |||
灌木林 | 283.00 | 7.92 | 0.50 | 0.06 | 0.25 | 1.25 | 0.75 | 1.16 | |||
疏林地 | 82.25 | 2.30 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |||
其他林地 | 27.00 | 0.76 | 0.25 | 0.03 | 0.75 | 3.75 | 0.75 | 1.16 | |||
高覆盖草地 | 713.00 | 19.95 | 1.00 | 0.12 | 3.25 | 16.25 | 4.75 | 7.36 | |||
中覆盖草地 | 679.00 | 18.99 | 2.25 | 0.26 | 3.00 | 15.00 | 4.50 | 6.98 | |||
低覆盖草地 | 90.25 | 2.52 | 1.75 | 0.21 | 6.75 | 33.75 | 4.00 | 6.20 | |||
河渠 | 51.25 | 1.43 | 3.25 | 0.38 | 0.50 | 2.50 | 1.75 | 2.71 | |||
湖泊 | 66.00 | 1.85 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |||
水库坑塘 | 39.25 | 1.10 | 0.50 | 0.06 | 0 | 0 | 0 | 0 | |||
滩地 | 132.50 | 3.71 | 7.50 | 0.88 | 0.25 | 1.25 | 12.00 | 18.60 | |||
城镇用地 | 3.75 | 0.10 | 64.50 | 7.56 | 0.75 | 3.75 | 1.75 | 2.71 | |||
农村居民点 | 97.00 | 2.71 | 136.50 | 15.99 | 0.50 | 2.5 | 4.25 | 6.59 | |||
其他建设用地 | 50.50 | 1.41 | 34.00 | 3.98 | 0.25 | 1.25 | 2.75 | 4.26 | |||
沙地 | 0.25 | 0.01 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |||
沼泽地 | 136.25 | 3.81 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |||
裸土地 | 0 | 0 | 0.25 | 0.03 | 0 | 0 | 0 | 0 | |||
裸岩石质地 | 2.00 | 0.06 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |||
总计 | 3574.75 | 100.00 | 853.50 | 100.00 | 20.00 | 100.00 | 64.50 | 100.00 |
图6 城乡居民各项生态系统服务重要性评价占比Fig. 6 The importance of ecosystem services evaluated by urban and rural residents |
表4 城乡居民参与下生产—生态—生活高值重合区域对比Table 4 The comparison of producing, ecological, and living hotspot overlaped, in which urban and rural residents participated respectively |
高值重合区 | 基准情景 | 城市居民 | 农村居民 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
面积/km2 | 占比/% | 面积/km2 | 占比/% | 面积/km2 | 占比/% | |||
生产—生态高值重合区 | 3575.75 | 11.45 | 1305.45 | 4.18 | 1439.19 | 4.61 | ||
生产—生活高值重合区 | 851.50 | 2.73 | 779.58 | 2.50 | 470.43 | 1.51 | ||
生态—生活高值重合区 | 20.25 | 0.06 | 23.76 | 0.08 | 8.19 | 0.03 | ||
生产—生态—生活高值重合区 | 64.75 | 0.21 | 50.67 | 0.16 | 15.39 | 0.05 | ||
总面积 | 4512.25 | 14.45 | 2159.46 | 6.92 | 1933.2 | 6.20 |
表5 生态系统服务决策在不同规划阶段对各利益主体观点的整合方式Table 5 Aggregation of multi-stakeholders' opinions using ecosystem service decision-making methods at different planning stages |
规划阶段 | 决策支持手段 | 整合多元利益主体的观点 | 研究发现 | ||
---|---|---|---|---|---|
前期准备 | 计量、统计分析 | 引导多元利益主体协同思考,明确生态系统服务对多元利益主体福祉的影响,提出规划需要解决的主要问题 | 1)农村居民的福祉受生态系统服务的影响更大,其中低收入、年老的农村居民受水源涵养服务的影响更大 2)调节服务对贫困型家庭脱贫有显著作用,而在家庭脱贫后,影响其福祉进一步提升的则主要是文化服务 | ||
编制与制图 | 物质量评估、空间叠加 | 表达不同利益主体的使用偏好和优序选择,识别关键服务和功能空间 | 1)流域中生产—生态是最主要的功能冲突,主要分布在流域上游及白洋淀淀区 2)与生活功能相关的冲突区域分布于流域中部平原地区,主要环绕保定市辖区周边分布 | ||
草案讨论与决策 | 面对面访谈、协商 | 聚焦生态系统服务的功能空间冲突,对空间制图的初步结果进行开放性探讨 | 1)结合城乡居民参与,尤其是农村居民参与下,与生态、生活相关的冲突区面积减少 2)在针对流域热高值重合区域功能优化的过程中,政府决策者更加关注生态空间的综合整治问题,而扶贫工作人员更加关注生产空间的开发问题 |
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