杨 帆，李纯斌，吴 静，李怀海

（甘肃农业大学资源与环境学院，兰州730070）

自2019 年5 月《关于建立国土空间规划体系并监督实施的若干意见》出台以来，国土空间规划编制全面实施，在空间规划体系当中，生态环境作为本底要素占据十分重要的地位。国土空间规划与生态保护是互相成就的关系：国土空间规划可以有效推进生态保护，在国土空间规划综合调研分析过程中，影响生态的各项因素能够被充分考虑，进而可以通过规划的调整优化来推进生态保护。伴随经济快速发展，我国生态空间长期被挤压，“生产、生活、生态”空间矛盾不断加剧[1]，红古区作为兰州这个西北重工业中心产业分布的重要一环，特殊的地理环境和高能耗高排放的产业结构长期以来对当地的生态环境造成了较大程度的污染与破坏。生态空间管制是我国生态文明建设的重要内涵[2]，习近平总书记在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上强调：“治理黄河，重在保护，要在治理”。红古区地处黄河重要支流流域，担负着黄河上游小流域生态修复、水土保持等重任。产业转型与经济发展使得厘清生态环境现状、构建生态环境保护和建设方向对于红古区国土空间规划与整治、区域自然资源与生态环境保护具有重要意义[3]。

目前国内生态空间分布的研究包括演变、识别、结构优化、重构等[4-7]，定性与定量的空间划定技术日趋完善，由于空间尺度及地域环境差异大，规范系统的分析体系尚在探索阶段[8]，需要研究者根据研究区实际情况再做取舍。现通用的各类技术方法在大中空间尺度的应用较成熟，小空间尺度的应用有待实践检验[9，10]，但小空间尺度生态空间分布研究对当地开发建设更具有现实性与实践性，也有助于国土空间规划的整体实施与落地。生态空间保护方面，国内开展的保护治理工作多以某一特定情况为焦点，缺少生态系统的统筹规划使得修复工作散乱、低效[11]，2019 年6 月印发的《市县国土总体空间规划编制指南》中进一步明确指出“山水林田湖草生命共同体”的理念，并针对不同环境对象提出具体要求，由此可见小空间尺度范围的生态空间划分与生态保护与实践具有迫切的现实意义。

研究生态空间分布及生态空间修复问题，应当从生态系统服务功能价值以及生态敏感性两个方向全面考虑，即生态系统可为人类社会提供生态产品和服务的效能高低、生态系统在人类活动和自然环境变化下的抗干扰能力高低。本文通过全面实地考察研究区生态环境现状来识别生态任务与潜在影响因素，以明确主导生态系统服务功能和生态敏感性特征，并使用国家科学共享网站获取气象、遥感影像等基础数据，采用专家打分法以及层次分析法建立研究评价体系，使用地理信息系统和遥感等数据处理和分析方法，最终划定研究区生态空间分布，并提出有针对性的生态保护建议。

1 研究区概况

红古区位于甘肃省中部，兰州市西南，总面积约531.1km2（东经 102°49′39″～103°22′12″，北纬 36°07′57″～36°26′21″），属北温带半干旱大陆性气候，光照充足，降水量少，蒸发量大，气候干燥。区域地处湟水河、大通河下游河谷，北依山南邻水，地势西北高东南低，由西北向东南倾斜，北部低山梁峁起伏、中部沟壑纵横成块状坪台地、南部河谷川地地势平坦；境内矿产开采历史长达三十至四十年，造成一定程度的地质环境问题，2018 年10 月被批准为“国家级独立工矿区”。根据兰州市人民政府办公室关于印发《兰州市2019 年度地质灾害防治方案》统计，研究区地质灾害主要类型有滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷和不稳定斜坡灾害隐患；根据《方案》中的坐标信息使用ArcGIS绘制出地质灾害易发区分布图：滑坡、崩塌（不稳定斜坡）、泥石流主要沿湟水河及其支流大通河和一些大型河谷两岸集中成带分布，且多集中发生于雨季[12]，地质灾害高易发区集中在窑街街道、海石湾镇河谷川台地，曾属于历史采矿和计划经济时期老矿业基地，地质灾害中易发区分布于湟水河河谷川地及河谷台地一带（图1）。

2 数据与方法

研究使用数据如下：（1）气象数据（来自中国气象数据网“中国地面气候资料日值数据集（V3.0）”产品），选取研究区内及周边10 个气象站点2018 年降水量、蒸散发量数据通过空间插值法求得；（2）土地利用数据（来自地理国情监测云平台），参考《土地利用现状分类标准》、《城市用地分类与规划建设用地标准》将研究区土地利用类型分类、统计；（3）DEM 数据、NDVI 数据（来自地理空间数据云），以获得研究区高程、坡度、坡长、植被覆盖率等数据；（4）土壤数据（来自中国土壤数据库），主要使用研究区各类土壤的粘粒、粉粒、砂粒和有机碳的百分比含量，用于计算土壤可蚀性因子；（5）基础数据（来自国家基础地理信息中心），主要使用红古区及其周边行政区划矢量数据。

图1 地质灾害易发区分布图

2.1 生态系统服务功能重要性分析指标体系与方法

根据红古区实际生态环境现状进行判断，基于2018 年基础数据，将红古区在《全国生态功能区划》、《甘肃省生态保护与建设规划》、《全国主体功能区规划》、《甘肃省主体功能区规划》、《兰州市“十三五”生态建设与发展规划》中的任务定位作为指导，以《资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价技术指南（征求意见稿）2019》提供的生态评价指标为依据确定了如下评价指标体系（表1）。

表1 生态系统服务功能重要性分析指标与方法

通过ArcGIS 栅格计算器分别将不同评价类型的单因子统一转为1000 米×1000 米的栅格数据进行计算，得到各类生态系统服务功能重要性，然后运用栅格计算器根据公式“Int（[某一功能的栅格数据]/[某一功能栅格数据的最大值]×100）”归一化不同类型生态系统服务值栅格图，得到研究区总体生态系统服务值栅格图，从高到低排列计算累加服务值，最后按照累积服务值占服务总值50%、30%、20%的分级标准把生态系统服务功能重要性划分为极重要、重要和一般重要3 级，得到生态系统服务功能重要性空间分布结果。

2.2 生态敏感性分析指标体系与方法

提取研究区2018 年DEM 数据、NDVI 数据、土地利用数据，将“高程、坡度、河流、植被覆盖率、土地利用”5 个单因素敏感性分别按照一定范围划分为“一般敏感区、轻度敏感区、中度敏感区、重度敏感区和极度敏感区”，并根据单因素重要程度采用专家打分法与层次分析法赋予不同权重，最终通过多因子分权重空间叠加分析法，得到生态敏感性空间分布结果（表2）。

3 结果与分析

3.1 用地类型变化

伴随区域产业结构的发展与调整、人口流入流出等因素，研究区各用地类型变化显著（图2）。区域内以草地、林地、建设用地为主，至2019 年三者分别占比49.81%、17.72%和14.37%，合计超出全区土地总面积的75%。研究区土地开发利用程度较高，2019 年全区已利用土地面积482.78km2，土地利用率达到90.90%；可供开发利用的裸地占全区土地的9.10%，土地后备资源充足。研究区土地利用地域差异明显，全区耕地保持原有的耕作状况，主要分布在湟水河、大通河沿岸，这些地方地势比较平坦，光照充足，耕作条件较好，城镇用地与耕地同样依河而建，草地、林地分布较广，集中在东北部分带状山地。

2009 年至 2019 年研究区建设用地增长37.40km2，增长率96.13%；生态用地（草地、林地与水域面积之和）总体减少19.18km2，减少率5.04%，其中，得益于近年造林生态工程的有序进行，林地面积增长17.36km2，水域面积减少3.36km2；耕地面积增加4.75km2，增长率11.77%，见表3。

3.2 生态系统服务功能重要性评价

3.2.1 水源涵养功能重要性。水源涵养是生态系统水服务功能的核心内容[13]，是生态系统通过自身结构对降水进行截留、渗透、积蓄的作用，进而对水资源、水循环进行调控。自然生态系统中以森林生态系统水源涵养量最大、重要性最大，其次为灌丛、草地和湿地生态系统[14]。结果显示，中等重要的中值区分布最广、面积最大，占全区总面积的67.38%，这是由于全区以水源涵养功能重要性中等的草地生态系统为主，分布于东北方向带状山地，其间夹杂少量森林生态系统、灌丛生态系统（分别对应：极重要区占全区总面积的2.64%、重要区占全区总面积的2.64%）；其次为一般重要地区，占全区总面积的11.09%，主要包括湟水河、大通河沿岸川台地区的湿地生态系统。研究区总体水源涵养功能重要性类型属于中等重要。

表2 单因素敏感性划分表

图2 2009 年、2019 年用地类型变化

表3 2009 年、2019 年各类用地面积

3.2.2 水土保持功能重要性。水土保持是通过诸如森林、草地等生态系统的特有结构与作用过程减少水蚀导致的土壤侵蚀。结果显示，研究区水土保持功能重要性类型以重要为主，占全区总面积的67.39%，主要分布在东北方向带状山地；其次，湟水河、大通河沿岸川台地区属于水土保持功能重要性极重要区，占全区总面积的25.49%；研究区内一般重要区域面积较小，占全区总面积的0.58%，可忽略不计，多分布在花庄镇、平安镇山区内。

3.2.3 防风固沙功能重要性。防风固沙是生态系统（如森林、草地等）通过其结构与过程减少由于风蚀所导致的土壤侵蚀的作用。结果表明，借由较高的地势和面积较大的植被覆盖范围，研究区东北部带状山地是十分重要的防风固沙屏障，属于防风固沙重要区，占全区总面积的67.39%；其次湟水河、大通河沿岸川台地区集中有研究区内绝大部分建设用地，本身不具有防风固沙功能，其间零星分布的人工林可以起到一定防风固沙作用，占全区总面积的2.64%，属于防风固沙一般重要区。

3.2.4 综合生态系统服务功能重要性。研究表明，研究区主导生态系统服务功能为水土保持与防风固沙，二者极重要区和重要区面积总和分别占研究区总面积的92.88%和74.81%，水源涵养功能次之。空间叠加三种生态系统服务功能综合分析得出：研究区综合生态系统服务功能重要性类型以重要为主，面积约为357.92km2，占全区总面积的67.39%，主要集中在东北方向带状山地，区域内地势起伏度大、海拔较高，分布有林、灌、草等多种自然生态系统类型，以草地生态系统为主，适宜生态保护并对研究区内生态修复与生态安全具有重要作用；其次，沿大通河、湟水河川台地区属于一般重要区，所承担生态功能稍弱，面积约为150.90km2，占全区总面积的30.11%，该区域地势平坦、水利条件好，是研究区内供人类开发、建设、居住的精华地带（图3 和表4）。

3.3 生态敏感性

3.3.1 单因子生态敏感性。高程越高，生态敏感性越高；一般敏感区和轻度敏感区共210.60km2，占全区总面积的39.62%，主要集中于湟水河沿岸川台地区；中度敏感区面积146.80km2，占比27.61%；重度敏感区和极度敏感区面积174.20km2，占比32.77%，集中在西北处山地，主要分布下辖行政区包括窑街街道、矿区街道、海石湾镇、华龙街道、红古镇、花庄镇包含部分重度高程敏感区。坡度越大，生态敏感性越高；坡度一般敏感区和轻度敏感区共212.79km2，占全区总面积的38.85%；中度敏感区面积161.73km2，占比29.52%；重度敏感和极度敏感地区面积173.27km2，占比31.63%。河流敏感性根据防洪安全距离确定，防洪安全距离越小，敏感性越高；河流一般敏感地区面积480.40km2，占总面积的90.32%；中度敏感地区面积34.51km2，占比6.49%；重度敏感和极度敏感地区面积16.96km2，占比3.19%。植被覆盖率越高地区敏感性越高；结果表明，植被一般敏感和轻度敏感地区面积214.07km2，占总面积的40.38%；中度敏感地区面积 282.88km2，占比53.37%；重度敏感和极度敏感地区面积33.13km2，占比6.25%。土地利用一般敏感地区面积28.10km2，占比2.30%，极度敏感地区面积1188.90km2，占比97.70%。

图3 生态系统服务功能重要性空间分布图

表4 生态系统服务功能重要性评价统计

3.3.2 综合生态敏感性。通过对高程、坡度、河流、植被覆盖率五种生态敏感因子空间叠加综合分析，将研究区划分为一般敏感区、中度敏感区、重度敏感区、极度敏感区四类。结果表明：极度敏感区和重度敏感区总面积249.58km2，占比46.95%，适宜生态保护，主要分布在研究区西北方向大部分地区及东北方向带状山地，包括下辖窑街街道、矿区街道、海石湾镇大部分以及红古镇、花庄镇近半，其中矿区街道、海石湾镇与湟水河交界的川台地区属于地质灾害重点易发区，且高程坡度值较大、生态敏感性高，属于区域内重点生态修复区域；中度敏感区总面积221km2，占比41.57%，较适宜生态保护，可以有限制条件的开展适度建设，主要分布于华龙街道、红古镇及花庄镇内湟水河沿岸川台地区与东北部带状山地交界坡地、平安镇北部山地大部分区域；一般敏感区总面积61.05km2，占总面积的11.48%，适宜进行城市建设，主要分布在大通河沿岸；一般敏感区与中度敏感区主要为中心城镇及乡村建设用地、地势平坦的耕地和缓坡处人工林地，属于区域内地质灾害次重点易发区，呈分散条带状分布多处地质灾害点（图4 和表5）。

4 对策与讨论

在空间规划成为我国规划体系的主要发展趋势以来，以生态保护为空间规划的出发点，有机统一生态资源开发、利用、管理，使国土空间规划得到永续发展具有重要意义。综合分析来看，红古区地质灾害高易发区在大通河沿岸川台地区（曾属于区内采矿基地），这里同时也是红古区水土保持极重要区，也具有极高的生态敏感性；湟水河沿岸属于地质灾害一般易发区，是红古区主要人口、产业分布区，承担重要的水土保持功能，但总体生态敏感性为一般至中等程度。研究结果表明：（1）研究区历史矿产开采引发的地质灾害问题，是区域生态建设的首要挑战，主要分布在大通河沿岸；（2）研究区存在生态系统结构和功能不健全的问题，整体生态系统价值提升空间较大—草地生态系统为主要组成成分，具有较强生态系统服务功能的林地生态系统面积小且分布分散；（3）研究区生态敏感性高，主要集中在大通河沿岸及其山区，以及红古镇、花庄镇大部分山区。根据已存在的地质灾害点发生客观条件与生态空间分析结合，可以更加精准地、因地制宜地采取相应的生态修复措施。

图4 生态敏感性空间分布图

表5 生态敏感性评价统计

4.1 修复采矿区自然本底，恢复生态系统发育环境。红古区绝大部分生态问题来自于采砂采石采矿引起的自然本底机能降低，需要有针对的击破泥石流、崩塌、滑坡等地质灾害问题，从根本上为生态环境提供良好发育条件，以达到生态系统修复再生、高效可持续发展的目的，包括采取消除潜在变形体、对塌陷区的煤矸石及废弃矿渣采取稳固、覆土植树等措施。

4.2 提高生态系统服务功能价值，丰富植被群落层次及覆盖率。红古区需要在保育现有植被的基础上丰富植物种类，选择水土保育、防御风沙作用强的专类植物，适当营造灌丛、林地，形成完整的“乔灌草”植被覆盖层，以平衡生态系统类型比例，打破单一草地生态系统的服务结构。

4.3 合理管控生态敏感区域，规划高效的生态建设发展路线。极度敏感区应实施严格保护并采取措施提前预防生态破坏，并实施优先保护与修复；对重度敏感区应实施控制保护，引导适度开发，同时提高及恢复生态环境质量；对中度敏感和一般敏感区应实施协调保护，加强脆弱生态系统修复，积极与协调产业发展布局。

4.4 调整区域内用地结构，打造环境适宜、生态优美的产业发展模式。研究区土地发展潜力良好，需要完善中心城区功能，提高节约集约用地水平，盘活建设用地、低效用地存量，提高土地利用效率，防止出现由于城市过度扩张所带来的生态环境与资源问题。

国土空间规划的内涵不单纯是土地与空间，而是将其作为载体来展现国家经济发展、文化特点及价值观念，这样生态空间界限分属就产生了基于生态用地和基于生态功能的两种理论角度[15]，二者区别在于强调生态空间所属的土地类型或是自然属性[16]；在国土空间规划的视角中，可见生态空间在一定程度上包含在生态用地的范围内，其中将诸如城市建设用地中的分散绿地系统划分为生态用地，但不属于生态空间，但在不同空间尺度范围内，由于复杂的地貌地形及各类空间交错的影响，生态空间的识别就会存在一定误差，因此小空间尺度范围的生态空间方法还需要进一步合理研究[16-19]。另外，国土空间规划中所涉及的生态空间划定评价是相对精确的、更具有针对性，就要求技术方法所需数据尽可能在微观层面体现详实，而事实上相关数据在省域范围内容易获得，越向下获取难度越高[20-23]，以本研究区为例，县域级别相关自然性状数据无法得到，只能寻求其他方法以确定最终结果。另外一些方法由于区域限制因素，导致结果误差较大，例如干旱区、半干旱区此类蒸发量大于降水量的地区，在使用水源涵养量的Invest 模型计算时，会出现结果的量级偏差，与现实自然情况不符，缺少相应修正方法。因此，深入、细化研究不同空间尺度范围的生态空间划定技术方法仍然需要在各地国土空间规划的编制过程中逐渐摸索、完善，尽早形成成熟的空间划定体系与方法[24，25]。