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随着我国经济的快速发展,生态环境持续恶化,面对城市发展带来的人类对生活环境质量的迫切需要,人居环境科学成为当前生态环境质量研究的热点领域[1]。在人居环境中,城市是人类改造自然最彻底,也是受环境变化影响最显著的区域,成为研究者关注的典型区域[2?4]。对全球社会而言,良好的生态环境是可持续发展不可或缺的组成部分[5],要提高人居环境质量,就需要对城市生态环境进行深入、科学的分析。学者们通常从社会感知角度评价城市居住空间质量,认为其内涵包括:自由不受压制的居民生活、和谐的人际关系、健康的居住环境以及可持续的生态系统[6?9]。随着对生态环境的重视程度和研究定量化的要求不断上升,需要更细化的生态质量评价[10],以便为提升城市生活环境质量提供参考。
目前对于居住空间的生态质量概念还没有明确的定义,相关研究多围绕可持续性、生态和谐与生态安全等概念展开[11],生态居住区是指符合生态学原理、社会经济自然协调发展、物质、能量信息高效利用、生态系统良性循环的人类聚居区[12]。适用于生态质量评价的一般方法非常广泛,包括从系统生态学的角度进行城市生态质量动态评价[13],通过生产力水平等生物物理量进行度量[14],或者基于生态风险等概念进行生态环境质量分析[15],然后运用指标体系[16?18]等手段进行综合研究。单纯采用指标体系的方法,在选取指标、制定权重及解读结果等方面存在主观性,难以获得普遍适用的结论;且生态环境部分的指标单一,指示性低;再者指标评定多采用统计数据,以城市内部区片为评价单元,空间分辨率低。
本研究拟采用遥感影像像元的空间分辨率,货币化城市地域居住空间邻近区域的生态系统服务功能[19?20]及环境污染损失的综合效果,从而整合不同指向的生态资源的环境效应评估生态质量。因此,本研究基于生态系统服务原理,分析城市内部生态质量以及生态质量指数的空间分布。研究结果可以为城市规划提供依据,也可以为提升城市居民生活水平提供参考。
1数据来源与研究方法
1.1数据来源
水资源和城市噪音质量数据来自《深圳市环境质量报告书2005》,区发病率数据来自《深圳市卫生局统计资料汇编2005》,深圳市2005年土地利用图(空间分辨率30m)及数字高程图(DEM)来自国土资源与房产管理局,相关统计资料来自《深圳市统计年鉴》。
1.2生态质量评价方法
Ehrlich等[21]在1974年提出生态系统服务的概念,指生态系统与生态过程形成及维持的、人类赖以生存的自然环境条件与效用。本文基于此,考察生态系统价值和人类建设活动对生态质量的影响,即将两者对城市生态系统的价值增减统一为生态质量指数的度量。由于生态系统具有服务功能,城市生态系统对生态质量产生增加值,其评价方法借鉴Costanza等[22]的研究成果,认为同类型生态用地产生的功能值相同,生态用地面积与其对生态系统产生的增加值成正比。提取研究区域内各生态用地面积即可得生态系统增加值:,ijiY=∑Y×Q(1),iY=∑Y(2)Yi表示某类型的生态用地产生的增加值,Yij表示某类型某生态用地斑块产生的增加值,Qi表示该斑块的面积,Y表示全部生态用地类型产生的增加值。人类建设污染环境,对生态质量产生减损值。采用环境经济学方法,对废气、废水和噪音3种具有较强空间影响的减损项使用不同方法计量。根据人力资本法[23]将研究区内大气污染导致的健康损失成本作为废气相关的生态质量减损值,包括住院损失的劳动时间价值、医疗费用以及患者死亡损失:0[()]()iiiiiiL=p×∑T+D×d+Y×M×R?R,(3)L表示环境污染对人体健康的损失值(万元);p表示人力资本(取人均净产值,单位:元/(年•人));Ti表示i种疾病患者人均丧失劳动时间(年),即住院时间;Di表示i种疾病患者死亡的平均误工(年);di表示i种疾病的患病死亡率;Yi表示i种疾病患者平均医疗护理费用(元/人);M表示污染覆盖区域内的人口数,单位(万人);Ri,R0i表示分别为污染和清洁区i种疾病的发病率(人/10万)。参考污染损失?浓度曲线法[24],对不同污染物计算曲线参数a和b以及复合污染损失率R,由式(7)得到水污染的经济损失。即:a=[(1?RB)/RB]^((1+CM/CB)/(CM/CB?1)),(4)b=21×G^(99/(CM/CB?1)),(5)×r=1/(1+a+e?bc),(6)S=K×R,(7)CB表示污染物的本底浓度,CM表示引起水体严重污染时的临界浓度,RB表示本底浓度时对应的污染损失率,RM表示最高浓度时对应的污染损失率,r为单类污染物损失率。对不同的污染物类型使用概率理论计算复合污染损失率R。S为污染物价值损失,K为水资源价值。根据防护费用法,计算将现实噪音降低到无害的程度所付出的防护工程成本:Y=Q×C,(8)C表示单位长度防护成本,Q表示噪音路段长度。根据城市生态特性,考虑3个基本效应。其一是距离衰减规律,受体距离主体距离越近,受其价值增减的影响就越大;其二是面积效应,作用距离相等时,面积越大的主体对受体的作用越大;其三是综合效应,受体的生态质量指数是所有邻近主体产生的增减量算术之和。通过上述三种效应综合,分析城市生态质量空间分布,计算过程均在ArcGIS9.3平台上实现。
1.3影响因素空间评价方法
数据经上述计算后汇总到矢量图上,在ArcGIS9.3平台上对不同用地类型数据进行缓冲分析,与土地利用数据保持相同的空间尺度。通过距离分析和栅格运算取得衰减效果,最后将各类型结果进行叠加分析。
2结果分析
2.1居住环境质量的空间分布
根据以上方法得到生态质量空间分布图(图1),可以发现:生态质量指数最低的栅格大部分位于宝安区;生态质量指数最高的栅格大部分沿东海岸分布。在30m为分辨率的栅格图层中按照Percentile划分法将生态质量状况归为5个等级(表1)。30m分辨率的研究结果有助于理解整个深圳市的居住空间生态状况,对此结果进行分区统计则有助于分析影响生态质量的宏观因素,为改善生态质量措施的制定和执行、提高其目的性和针对性提供依据。由于深圳市的特区占地面积较广,从大小上与市区大致相同。在特区内按照市区、特区外按照街道为单位提取范围内的数据栅格点统计区域均值,得到生态质量等级图(图2)。从表2可以发现:全市生态质量指数均值为49208.0,属于中等水平。大鹏和南澳街道,即龙岗区南部的生态质量指数在深圳市最高,其北部生态质量指数为最低。以福田为中心向两侧居住空间生态质量指数逐渐降低,东部地区的生态质量多优于西部地区,北部地区的生态质量稍劣于南部地区。特区内的生态质量平均来说优于特区外,特区内由东向西生态质量变差,特区外则呈斑块状交错分布。#p#分页标题#e#
2.2生态质量空间结构形成的驱动因素
2.2.1城市规划的影响
深圳区内包含丘陵、盆地、谷地和沿海平原等多种地貌类型,生态环境破碎而复杂,为保护区内环境,明确城市发展方向,政府在早期就制定了一系列相关规划,其中基于地形条件对用地建设的相应准则对生态质量空间格局具有重要影响。根据《深圳市城市规划标准与准则》,全市可建设用地的标准包括:特区内海拔不超过50m;特区外不超过80m,坡度<25°等。在此规定下,海拔较低、坡度较缓的土地先被城市建设利用。可以通过地形与生态质量的关系证实城市规划的影响,坡度(30m分辨率)与生态质量指数(中位数)的相关系数达到0.71(图3),即地势越陡处生态质量越好。以罗湖为分界,罗湖西部、福田以及南山地区地势平坦,使其成为20世纪80年代城市发展规划中的主要空间,而罗湖以东的区域则受地势限制发展甚缓,即便与香港接界也由非城市景观主导,从而在生态质量上有较大潜力。此外,特区外条带状的生态质量分区和山脉分布也说明了这一点。可见,政府基于地形条件的用地规划是生态质量空间分布状况形成的主要驱动因素。
2.2.2城市功能演进的影响
从特区内向特区外的生态质量空间递变与城市功能的空间演进也有较大联系。特区内部已经形成了良好的产业结构,开始发展以第三产业和以先进工业为基础的新工业体系等无污染产业为主导的经济[25]。而随着特区的发展,中心城区发生极化与扩散效应,特区外部开始承接特区内部对生态有所影响的第二产业等工业项目,人口数量也不断增加(表3),植被覆盖度不断降低,从而在发生了城市功能结构的空间演替的同时改变了生态质量的空间格局。1980年制定的东、中、西3个条带发展轴向的规划已经得到落实[26],深圳特区外部分轴线上的镇区生态质量指数明显低于其他。因此,在经济起步较早发展状况较好的特区内部,生态质量反而比特区外部未发展区域更好。
3结论与讨论
(1)深圳地域生态质量评价结果呈现出以福田为中心向两侧居住空间生态质量逐渐降低、东部优于西部,北部稍劣于南部的空间格局,这是由政府规划和城市发展共同驱动形成的。城市规划是生态质量格局的主要推动力,城市功能的演进影响了最终的空间分布。根据评价结果,东部海岸临近各种旅游景点和城市中心,环境质量较好,可能是非通勤人士较舒适的居住地选择,而罗湖?福田中心和南山蛇口中心则是通勤人士较理想的住宅区域,适宜进行相应的规划。2)本文使用环境经济学手段评估生态质量,其中人力资本法和污染损失?浓度曲线法的计量结果相对Costanza等[22]对生态系统服务功能值偏小,使得结果对后者敏感性更大,故而出现不同地域差异较大的现象。以罗湖为例,此区受水库和东部林地的影响,最终生态质量指数十倍于临近的福田区。这对研究方法提出了进一步改善的要求。3)总体来看,深圳市的环境质量不容乐观。从生态价值的构成来看,改善环境作用最显著的土地利用方式为森林用地,其次为水域和果园用地。从作用强度(单位面积对生态环境的改善作用)来看,单位面积湿地的改善作用最大,其次是水域和森林。在污染用地中,废水起的局域作用最大,达到68.98%,废气占22.31%,噪音占8.71%。这个结果可以应用到对深圳市生态质量改善的措施制定方面。在建设用地的开发过程中,最应保留(即最不能转化成建设用地)的土地利用方式是湿地,其次是水域,再次是森林。在治理和减少环境污染的过程中,首先值得关注的是污水环境的解决工程,其次是大气净化工程,第三是噪音污染治理工程。同时建议对区域内的旧工业行业进行删减和重组,对新兴工业有选择性地接受和发展,鼓励创新或引进绿色节能技术。
