王淑芬, 赵海霞, 董雅文



基于生态—产业协调发展的县域南京市六合区尺度空间分区

王淑芬1,2, 赵海霞1,*, 董雅文1

1. 中国科学院流域地理学重点实验室, 中国科学院南京地理与湖泊研究所, 南京 210008 2. 中国科学院大学, 北京 100049

区域发展与环境保护协调机制是空间功能分区研究的热点。以南京市六合区为例, 借助ArcGIS空间分析工具, 采用互斥性矩阵分类法, 通过对生态服务功能贡献、产业发展适宜性的单项与综合评价的集成, 构建生态—产业协调发展空间布局的总体架构, 实现了县域空间功能的整合与科学定位; 划分生态功能保护区、生态功能维护区、产业发展优化区及产业发展准入区四个类型, 并针对每个类型区环境保护与产业发展的匹配关系, 提出差别化的保护与管控要求, 为实现区域发展与生态环境融合共生、协调双赢提供依据, 也为“生产、生活、生态”空间融合规划提供参考。

生态服务; 产业发展; 功能协调; 空间分区

1 前言

随着人类对生态环境的利用范围和开发强度的不断加大, 生态环境对社会经济发展的制约日益突出, 部分地区的生态环境已严重威胁人类的生存环境和区域社会经济的可持续发展[1]。协调社会经济发展与环境保护、生态安全的矛盾成为当前研究的热点。

关于区域发展与环境保护协调发展的研究主要集中在以下几个方面: 一是对产业结构优化、淘汰落后产能、发展战略性新兴产业等倒逼污染产业退出或转型升级[2], 实施最严格的环保制度与政策以及“十三五”时期实现环境质量实质性改变的研究[3]。二是国土空间优化分区, 突出优化生产、生活、生态空间结构, 保障生态空间安全的研究[4]。三是生态空间安全格局研究。其中以生态环境敏感性和生态系统服务功能为基础, 开展国家[5]、省[6-7]、市[8-10]、县[11-12]及流域[13-15]等多尺度空间的生态功能区划等已有较多的研究积累, 生态功能区划提供的区域生态系统特征、生态功能重要性和分区体系, 对发展我国宏观生态学以及完善空间规划体系方面, 起着重要的推动作用, 同时也对开展省、市、县(区)乡镇等生态文明建设产生重要影响。在生态与发展空间功能协调理论与方法研究方面, 生态功能区划较为注重对自然因素影响的分析, 而对社会经济要素的关注相对较少, 空间统筹指导作用有限[16-17]。在环境功能分区方面, 水、气、声等单要素环境功能分区已有较为完整的研究体系[18-19], 相应的指标与国家或地方标准应用广泛, 唯独水环境承载功能与发展要素综合分区研究目前尚显薄弱。近年来, 我国空间规划研究领域做了大量的主体功能区域规划工作[20-21], 此类规划研究较为重视经济发展与生态环境保护的协调及其在分区体系中的体现[22-23]。承接这一观点, 将生态环境与区域经济协调发展矛盾最为突出的南京市六合区作为案例区, 建立环境与发展、生态与发展融合共生、协调双赢的指标体系、借助Arcgis软件平台, 通过对小尺度单元的单项与综合评价, 研究生态与产业协调发展的分区体系, 进一步拓展环境与发展综合功能区划进行探索, 同时也为特大城市和国家级新区在“生产、生活、生态”空间融合规划方面提供参考。

2 研究区概况与研究方法

2.1 研究区概况

六合区位于南京市长江以北, 是南京江北新区的重要组成部分, 全区总面积1471 km2, 下辖11个街道和1个镇, 常住人口为90.25万人。2014年地区生产总值710.78亿元, 一、二、三产业产值分别为53.51亿元、404.78亿元、252.49亿元。其中, 六合区化学工业园区工业产值为847.12亿元, 是南京市最重要的重化工产业基地。园区经济是区域发展重要支撑, 园区工业产值395.38亿元; 南京化学工业园区、六合经济开发区、南京中山科技园均集中聚集在南部沿江地带。六合区也是南京北部最重要的生态屏障, 南京江北地区三条通风走廊中大厂—化工园和长芦—玉带—八卦洲两条廊道位于六合地区, 辖有7处一级省级生态红线管控区、20处二级省级生态红线管控区, 占国土面积的23 %(图1)。因此, 六合区存在着生态保护与产业发展矛盾与冲突。

2.2 数据来源

数据包括空间矢量数据、社会经济统计数据、环境质量数据。其中, 空间矢量数据主要有1:10 万土地利用现状图、1:5 万DEM数据、水系图及生态红线保护规划、江北新区规划等相关资料; 经济发展、人口等社会经济统计数据来自六合统计年鉴; 大气、水等环境质量数据来自六合区环境质量报告书。

2.3 研究过程与方法

2.3.1 评价单元划定

基于Arcgis软件平台, 运用fishnet分析方法, 以200 m×200 m(0.04 km2)网格为基本评价单元, 将全区划分39846 个评价单元, 并通过intersect等操作将不同专题要素切分至格网单元。

2.3.2 指标体系构建及量化

根据环境与经济协调发展理论, 生态环境系统与经济系统存在相互依存、相互制约、互相反馈的关系, 生态保护与产业发展相协调是实现区域可持续发展的基础。据此, 生态与产业协调发展的分区指标体系涵盖2个层级: 要素层和指标层。其中要素层由生态服务功能贡献水平、产业发展适宜性水平两类要素组成(表1), 其中, 生态服务功能贡献水平反映区域生态系统类型、生态敏感性及生态服务水平的空间分异特征, 由生态红线管控层级、绿地占比和生态涵养贡献水平3项指标进行表征; 产业发展适宜性指在兼顾生态环境承载能力提升和环境质量改善要求的同时, 综合考虑现状与未来产业集聚、集群、产业发展导向, 由环境质量保障力、环境风险影响程度、工业集中区区位适宜性和主体功能区落地压力4项指标表征。同时, 根据各指标的评价标准进行赋值, 进行指标的量化(表2)。

图1 南京市六合区位置

表1 南京市六合区生态与产业协调发展分区指标体系及权重

2.3.3 权重确定

基于生态服务功能与产业发展相融合的目的及指标作用机制的不同, 分别将各单元的要素分值进行标准化, 然后采用熵值法确定指标权重(表1)。具体公式如下:

表2 指标评价标准与赋值

(1)数据标准化

式中: Xij是i项指标j单元标准化后的数值; ximax是i项指标中最大值; ximin是i项指标中的最小值; xij是i项指标j单元的初始值。

(2) 熵值法

首先, 将各项指标同度量化, 计算第i项指标下, 第j单元占该指标的比重:

其次, 计算第i项指标熵值(e):

式中, k=1/ln()

再其次, 计算第i项指标的差异系数(g):g=1-e

最后, 对差异系数归一化, 计算第i项指标的权重:

2.3.4 要素综合评价

通过各类指标空间加权求和进行各要素综合评价, 并采用逐级分层归并方法[24], 将生态服务功能贡献水平划分为高、较高、中、低四个等级, 将产业发展适宜性程度划分为高、中、低三个等级。具体加权求和公式如下:

式中, Ai是第i单元的生态服务功能贡献水平和产业发展适宜程度, Xij是第i单元的第j指标值; wj为第j指标的权重。

2.3.5 分区架构

根据各评价单元的生态服务功能、产业发展适宜水平的分级与排序, 构建空间关联矩阵表, 按照各评价单元所处的矩阵位置进行空间开发与保护功能分析, 将研究区划分为四大类型区。再对全域单元进行聚类与归并, 并在Arcgis软件下实现网格单元评价与分区结果的可视化(表3)。

3 研究结果

3.1 要素综合评价结果

3.1.1 生态服务功能

六合区生态环境服务功能高水平区域面积仅占1.76%, 较高的占12.9%, 较低与低的共85.35%。空间分布上, 呈北高南低空间格局(图2)。北部竹镇、金牛湖、马鞍、冶山和横梁分布有止马岭自然保护区、平山森林公园等生态红线管控区, 生态环境服务功能贡献水平高(图3a); 程桥、龙池和雄州街道地处滁河、招兵河、撇拱河和东大河交汇处, 生态涵养贡献水平较高(图3c), 生态服务功能水平较高; 东部横梁—龙袍一带以山地、丘陵为主, 绿地占比高, 环境服务功能较高, 南部葛塘、大厂、长芦及龙袍虽具有一定的绿地面积, 但生态服务功能较低(图3b) .

表3 生态—产业协调发展分区判别矩阵

3.1.2 产业发展适宜性

产业适宜性高水平区占比为48.32%, 较高水平区占12.62%, 中低水平区占39.06%, 并具有明显的空间地域差异(图4)。北部地区以现代农业为主, 水、大气环境质量均达标, 环境与产业协调发展水平高, 占比超过50%(图5a); 南部雄州工业集中区、新材料产业园、台商工业园及六合经济开发区工业区位适应性较高, 环境与产业协调发展水平也较高, 占比为2.47%(图5c)。而龙池和横梁南部受工业污染较严重, 环境风险较高, 环境与产业协调发展处于中等水平; 葛塘、大厂和长芦布局工业园区, 环境质量较差, 环境风险等级较高(图5b), 且内辖长芦—玉带生态公益林和马汊河—长江生态公益林二级红线管控区, 生态约束较高, 主体功能区建设落地压力大(图5d), 产业发展适宜水平最低。

3.2 分区结果

根据环境服务功能贡献水平、产业发展适宜性的判别矩阵, 以格网为评价单元, 划分为生态功能保护区、生态功能维护区、产业发展优化区及产业发展准入区四大类型区(图6)。

(1) 环境功能保护区面积为392.2 km2, 占全区总面积的26.40%, 包括14 处生态红线斑块, 为重要生态涵养区, 是维护南京市与六合区生态安全和经济社会可持续发展的重要保障。主要分布于北部及滁河、长江沿线, 特别是竹镇、马鞍、冶山、金牛湖街道生态红线管控区范围的土地面积较大, 超过22%, 生态环境功能的重点保护要求较为严格, 产业发展的约束极强。

图2 南京市六合区生态服务功能贡献水平

图3 南京市六合区生态服务功能贡献水平单项评价

图4 南京市六合区产业发展适宜性水平综合评价

(2)环境功能维护区面积最大, 为771.62 km2,占全区总面积的51.95%, 以现代农业、林业为主, 在保护农业生态系统及主要物种, 提高生态产品供给能力方面贡献较大。主要包括横梁、程桥、龙池西北部、雄州东部和龙袍东沟片区, 产业发展的绿色、循环导向清晰可行。

(3)产业发展优化区面积最小, 为120.33 km2,占全区总面积的8.1%, 是南京江北新区新型城镇化的重点发展地区, 提升人居环境质量与优化生态品质是发展的迫切需求。南部葛塘、龙袍、雄州、龙池人居住区面积较大, 占比均超40%, 环境风险相对较高, 亟需改善居住环境大气、水生态品质是生态环境功能水平优化提升的重点。

(4)产业发展准入区面积为216.14 km2, 占区域总面积的13.55%, 包括大厂、长芦工业园区, 重化工业集聚, 是改善与提升园区自身与周边地区环境质量和严格环境准入的特色类型区。产业转型升级与空间布局优化是提升产业环境准入门槛、建设绿色、低碳、循环型园区的重要支撑。

综合考虑国家及省市生态文明建设要求及江北新区环境保护规划, 根据六合区发展实际需求, 对生态环境功能分区进行空间管制。其中, 生态功能重点保护区应根据《江苏省生态红线区域保护规划》, 实行分级管理, 一级管控区内实行最严格的管控措施, 严禁一切形式的开发建设活动; 二级管控区以生态保护为重点, 实行差别化管控措施。生态功能维护区需严控开发强度和内容, 有限度的进行开发。产业发展优化区应与各类工业园区形成良好的空间区位关系, 加强就居住区和城中村改造, 塑造适宜的居住环境。产业发展准入区应强化化工产业的污染治理, 合理设置产业准入门槛, 坚持“调高、调轻、调优、调强、调绿”的导向, 提升产业发展层次, 构建化工园区石油化工、化工新材料等重点循环产业链。

图5 南京市六合区产业发展适宜性水平单项评价

Fig. 5 Single evaluation of industrial development suitability level in Liuhe district, Nanjing

图6 南京市六合区空间分区

4 结论与讨论

4.1 讨论

(1)分区体系基本实现了与《江苏省主体功能区域规划》、《江苏省生态红线区域保护规划》、《南京市城市总体规划》(2010—2030)以及《南京江北新区规划》发展大格局的衔接, 体现了发展与保护的有机融合。特别是, 产业发展优化区基本分布在江北新区规划的六合副中心城市范围内; 产业发展准入区与江北新区规划的长芦园区、西坝园区以及涵盖大厂地区中心与高新地区中心的科技创新片区都有衔接, 实现了与江北新区的紧密空间衔接。

(2)关于环境与发展的空间协调, 重点考虑工业经济空间, 环境服务功能高水平区域, 产业发展适宜性对工业领域来说则是处于较低的协调状态, 但对农林产业来说, 情景就不同了。又如沿江地区环境系统服务功能水平虽然较低, 但产业发展适宜性则较高, 与布局适宜性、企业污染治理力度强以及风险源控制好等有关。因此, 区域发展与环境协调水平高低与所研究区域的产业结构、布局治污水平等有较密切关系。

(3)六合区作为南京市重要生态涵养区, 需要大量资金投入维护和保护生态服务功能, 应通过生态补偿进行短期内“补血”, 并逐步过渡到生态产业培育、生态经济发展等自身“造血”阶段。而在生态补偿过程中, 最有效的补偿区域或生态服务供给者的确定, 需要考虑非均质自然生态环境等区域条件或个体差异, 高退化风险区(生态脆弱区)、重要生态功能区应作为优先补偿区[25]。由此, 止马岭自然保护区、大泉水库饮用水水源保护区、及其水源涵养区、金牛湖饮用水水源保护区及其水源涵养区等省级生态红线管控区应给予优先补偿。

4.2 结论

(1) 基于环境与经济协调发展理论、可持续发展理论, 构建了由环境服务功能贡献水平、产业发展适宜性两类要素, 生态红线管控层级、绿地占比、生态涵养贡献水平、环境质量保障力、环境风险影响程度、工业集中区区位适宜性、和主体功能区落地压力8项指标组成的环境与发展功能协调分区指标体系。可表征研究区环境服务功能的品质与供给能力, 同时又较客观地反映环境保护与产业发展的协调水平、现状与前景的有机结合。

(2)通过环境服务功能、产业发展适宜性两类要素评价, 划分由四大功能类型区组成的环境与发展协调空间体系, 具有明显的地域差异性及功能定位与发展导向的异质性。其中, 环境功能保护区、环境功能维护区在滁河以北有相对集中的分布, 呈现相互镶嵌的格局形态, 约占国土总面积76%, 是重要生态功能保护与绿色产业发展推进区。分布在滁河以南的产业发展优化区及沿长江一线产业发展准入区是南京江北新区建设的重点区。

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Spatial zoning based on the coordinated development of ecology and industry at the county scale: a case of Liuhe district, Nanjing

WANG Shufen1,2, ZHAO Haixia1,*, DONG Yawen1

1. Key Laboratory of Watershed Geographic Sciences, Nanjing Institute of Geography and Limnology, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

The coordinated mechanism of regional development and environmental protection is a hot issue for spatial function zoning. Taking Liuhe district of Nanjing as a study area, this paper analyzes the contribution of ecological services and the suitability of industrial development based on single and comprehensive evaluation by spatial analysis tools of ArcGIS and the exclusive matrix method. Result shows an overall spatial layout of coordinated development between the ecology and industry, and realizes the integration and orientation of spatial function at the county scale. The district is divided into ecological function protected zone, ecological function maintenance zone, industrial development optimized zone, and industrial development admittance zone. In the end, this paper puts forward differential measures based on the matching relationship between environmental protection and industrial development of each zone, which canguide the integration and coexistence between regional development and ecological protection, and provide the reference for integration planning of production space, living space and ecological space.

ecological services; industrial development; function coordination; spatial zoning

K901

A

1008-8873(2018)01-128-08

2017-03-16;

2017-05-21

中国科学院南京地理与湖泊研究所“一三五”重点项目(NIGLAS2012135006); 国家自然科学基金(71573250)

王淑芬(1993—), 女, 硕士研究生, 山东济宁人, 研究方向: 环境经济与环境地理, E-mail:wsf0315@163.com

赵海霞(1976-), 女, 博士, 副研究员, 研究方向: 环境经济与环境地理, E-mail: hxzhao@niglas.ac.cn

10.14108/j.cnki.1008-8873.2018.01.017

王淑芬, 赵海霞, 董雅文. 基于生态—产业协调发展的县域南京市六合区尺度空间分区[J]. 生态科学, 2018, 37(1): 128-135.

WANG Shufen, ZHAO Haixia, DONG Yawen. Spatial zoning based on the coordinated development of ecology and industry at the county scale: a case of Liuhe district, Nanjing[J]. Ecological Science, 2018, 37(1): 128-135.