基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)協(xié)同優(yōu)化的生態(tài)空間劃定及彈性分級策略
——以山東省棲霞市為例

劉頌 董宇翔 蔣理 劉曉

1 研究背景

1.1 基于“雙評價(jià)”的生態(tài)空間劃定

生態(tài)空間是具有自然屬性、以提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)或生態(tài)產(chǎn)品為主導(dǎo)功能的國土空間[1]，在國土空間規(guī)劃背景下，提供多元高效的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是生態(tài)空間規(guī)劃的重要內(nèi)容。其中生態(tài)保護(hù)紅線范圍內(nèi)為核心保護(hù)區(qū)[2]，具有剛性管控需求[3]，而生態(tài)保護(hù)紅線范圍外為一般生態(tài)空間，通常作為規(guī)劃分區(qū)中的控制區(qū)，其管控具有一定彈性。生態(tài)空間的劃定和管控對于保證區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給具有較高的重要性[4]。

研究表明，生態(tài)空間需要在空間分布上具備完整性和連續(xù)性，且具備一定的管控導(dǎo)向，以保證多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給[5]。但各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間關(guān)系復(fù)雜，主要表現(xiàn)為互補(bǔ)促進(jìn)的協(xié)同（正相關(guān)）關(guān)系和此消彼長的權(quán)衡（負(fù)相關(guān)）關(guān)系，如城市化造成大部分供給服務(wù)與調(diào)節(jié)和支持服務(wù)之間存在權(quán)衡關(guān)系[6]，典型案例為退耕還林雖然增強(qiáng)了生態(tài)系統(tǒng)的氣候調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)等調(diào)節(jié)和支持服務(wù)[7]，卻可能會減少水資源供給和食物供給等供給服務(wù)[8]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的權(quán)衡關(guān)系導(dǎo)致規(guī)劃決策難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)所有服務(wù)的效益最大化，片面追求某種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給，勢必會影響其他類型的服務(wù)[9]。因此，生態(tài)空間規(guī)劃應(yīng)是一種空間約束下的多目標(biāo)彈性決策過程，生態(tài)空間的劃定和保護(hù)策略制定應(yīng)以多項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值協(xié)同優(yōu)化為導(dǎo)向。

目前已有學(xué)者開展了大量的生態(tài)空間規(guī)劃實(shí)踐，GIS空間加權(quán)疊加方法是常用的生態(tài)空間規(guī)劃方法，如何舸[10]采用多因子疊加的生態(tài)敏感性評價(jià)，進(jìn)行南寧市生態(tài)空間規(guī)劃；楊帆等[11]運(yùn)用GIS空間加權(quán)疊加方法分析區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與生態(tài)敏感性，進(jìn)而劃定生態(tài)空間。2020年，自然資源部辦公廳發(fā)布了《資源環(huán)境承載能力和國土空間開發(fā)適宜性評價(jià)指南（試行）》[12]，標(biāo)志著資源環(huán)境承載能力和國土空間開發(fā)適宜性評價(jià)（簡稱“雙評價(jià)”）作為一項(xiàng)政策工具開始在國土空間規(guī)劃編制中應(yīng)用推廣，GIS空間加權(quán)疊加方法也被納入“雙評價(jià)”技術(shù)指南中，成為生態(tài)空間劃定的標(biāo)準(zhǔn)流程。盡管“雙評價(jià)”方法簡便易行，在多個(gè)生態(tài)空間規(guī)劃實(shí)踐上獲得了一定成效，但該方法也存在一定的局限性。1）采用“雙評價(jià)”識別出的生態(tài)空間往往呈現(xiàn)出離散、破碎的斑塊化特征[13]，忽視了生態(tài)系統(tǒng)的完整性、連通性及系統(tǒng)性[14-16]。亟須在生態(tài)空間規(guī)劃中加入系統(tǒng)性的約束以促進(jìn)整體效能的增益。2）依靠主觀設(shè)置的單一權(quán)重疊加資源環(huán)境承載能力要素的評價(jià)結(jié)果，忽視了各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的權(quán)衡關(guān)系[17]，存在片面性。3）“雙評價(jià)”將單要素評價(jià)簡單疊加進(jìn)行生態(tài)空間劃定，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)協(xié)同視角下的多宜性沖突空間具備不確定性，管控困難[15]。雖然有研究從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡與協(xié)同角度分析了生態(tài)空間的管控分區(qū)策略[17-18]，但是少有研究將空間彈性測度納入考量，導(dǎo)致分區(qū)結(jié)果難以應(yīng)對空間發(fā)展的不確定性。

可見，生態(tài)空間規(guī)劃是空間約束條件下的多目標(biāo)彈性決策過程，“雙評價(jià)”只是從生態(tài)視角進(jìn)行的科學(xué)預(yù)判，仍然涵蓋大量主觀決策過程。而基于復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，主觀判斷具有十分顯著的局限性，生態(tài)空間的劃定結(jié)果仍需結(jié)合地區(qū)的規(guī)劃戰(zhàn)略，因地制宜，同時(shí)統(tǒng)籌權(quán)衡多方利益主體，才能得到相對科學(xué)合理的結(jié)果[19]，故需引入更加科學(xué)的規(guī)劃方法提供支撐[20]。

1.2 結(jié)合多情景分析的空間優(yōu)化技術(shù)

本研究提出結(jié)合空間優(yōu)化技術(shù)和多情景分析作為提供生態(tài)空間規(guī)劃決策的解決途徑，希望在兼顧生態(tài)空間系統(tǒng)性的基礎(chǔ)上，綜合考慮多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的協(xié)同優(yōu)化，進(jìn)行生態(tài)空間的邊界劃定，對生態(tài)空間進(jìn)行彈性分級并提出分級管控策略。

1）空間優(yōu)化（spatial optimization）技術(shù)指基于算法求解空間優(yōu)化問題的關(guān)鍵技術(shù)[21]，它首先將研究問題概化為以變量、約束條件、目標(biāo)為基本要素的數(shù)學(xué)問題，利用算法工具，通過控制決策變量，在相應(yīng)空間約束條件下實(shí)現(xiàn)方案的批量生成及評估，可以在較短時(shí)間內(nèi)搜尋到目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的最優(yōu)空間方案。空間優(yōu)化技術(shù)在進(jìn)行生態(tài)空間劃定方案尋優(yōu)上具備優(yōu)勢，且在該方面已經(jīng)有了大量成功的實(shí)踐[22-25]。其中，地理模擬與優(yōu)化系統(tǒng)（geographical simulation and optimization systems,GeoSOS）[26]是集成了空間優(yōu)化算法的綜合模擬優(yōu)化平臺，其搭載的蟻群算法（一種基于多主體的概率算法）[27]能夠在考慮空間系統(tǒng)性的條件下快速尋求最優(yōu)的空間方案，如李丹等[28]將其應(yīng)用于城鎮(zhèn)開發(fā)邊界劃定的尋優(yōu)實(shí)踐中，并認(rèn)為其是當(dāng)前“三區(qū)三線”劃定的重要技術(shù)工具之一。

2）多情景分析是常用的空間分析方法。結(jié)合多情景分析，空間優(yōu)化技術(shù)在考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間權(quán)衡關(guān)系的同時(shí)可為生態(tài)空間彈性分級及管控提供建議。既往研究表明將多情景分析用于權(quán)衡生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的實(shí)踐可以有效指導(dǎo)生態(tài)管理政策的制定[17]，其涵蓋的多種決策選項(xiàng)可以應(yīng)對空間發(fā)展的不確定性[29]。將不同目標(biāo)側(cè)重下的最優(yōu)空間方案進(jìn)行疊加，可以判斷某種空間屬性在不同目標(biāo)情景下的最優(yōu)空間中性質(zhì)是否穩(wěn)定[30-31]，性質(zhì)穩(wěn)定的空間將被視為剛性管控區(qū)域，而不同情景中性質(zhì)變動(dòng)的空間則存在彈性管理的可能，如Yoon等[32]利用空間優(yōu)化技術(shù)求取了18個(gè)不同目標(biāo)側(cè)重情景下的最優(yōu)土地利用配置方案，認(rèn)為在不同目標(biāo)側(cè)重情景下土地性質(zhì)發(fā)生變化的空間為“彈性中立區(qū)”。

本研究以山東省棲霞市為例，利用GeoSOS空間優(yōu)化技術(shù)平臺，以多項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)協(xié)同優(yōu)化為目標(biāo)，提出兼顧空間系統(tǒng)性的生態(tài)空間劃定及彈性分級策略，將在不同權(quán)重情景下劃定的多個(gè)最優(yōu)生態(tài)空間方案疊加，明確應(yīng)對空間沖突時(shí)的決策傾向，從而為生態(tài)空間彈性分級提供依據(jù)。

2 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)棲霞市隸屬于山東省煙臺市，總面積約1 793 km2，常住人口62.2萬。棲霞市生態(tài)資源充足，生態(tài)保護(hù)面積居煙臺市第一，是煙臺市重要的生態(tài)功能區(qū)。

棲霞市水資源豐富，以牙山、艾山為分水嶺，境內(nèi)有白洋河、黃水河、清水河等六大水系，是煙臺市及周邊縣市區(qū)的重要水源發(fā)源地，其流域和水文特征是學(xué)者的重要研究對象[33]。此外，棲霞市境內(nèi)生物多樣性條件較好，被劃定為山東省生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域[34]。2021年4月，煙臺市將“碳達(dá)峰”“碳中和”目標(biāo)納入生態(tài)文明建設(shè)整體布局，而棲霞市森林覆蓋率達(dá)69.2%，高于煙臺市、山東省及全國的平均值，具有相當(dāng)高的碳匯潛力。綜合上述情況，本研究將生物多樣性維持服務(wù)、水資源供給服務(wù)和氣體調(diào)節(jié)服務(wù)定為棲霞市生態(tài)空間所提供的主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。

2.2 數(shù)據(jù)來源

本研究的數(shù)據(jù)主要來源于棲霞市第三次全國國土調(diào)查的土地利用類型、土壤類型、植物可利用的水容量（plant available water capacity）[35]、年潛在蒸散量（potential evapotranspiration）[36]，中國年降水量[37]，中國三級流域數(shù)據(jù)[38]（表1），所有柵格數(shù)據(jù)經(jīng)過ArcGIS軟件重采樣至150 m×150 m分辨率以統(tǒng)一精度，用于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和權(quán)衡的綜合評估（integrated valuation of ecosystem services and trade-offs, InVEST）[39]模型中生境質(zhì)量、水資源供給量、碳儲量模塊的測算，并作為GeoSOS優(yōu)化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

表1 研究采用的數(shù)據(jù)名稱、精度及來源[35-38]Tab. 1 Name, precision and source of data used in this research[35-38]

3 研究方法

3.1 研究方法概述

首先，本研究利用InVEST模型對棲霞市主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估指標(biāo)（生境質(zhì)量、水資源供給量、碳儲量）進(jìn)行評估，作為生態(tài)空間方案生成優(yōu)化的基礎(chǔ)。其次，在此基礎(chǔ)上利用GeoSOS空間優(yōu)化技術(shù)平臺，針對研究區(qū)主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)設(shè)置權(quán)重矩陣，制定不同權(quán)重情景下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給目標(biāo)作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，同時(shí)考慮空間緊湊性以實(shí)現(xiàn)不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)導(dǎo)向下的生態(tài)空間劃定。再次，疊合不同權(quán)重情景的生態(tài)空間劃定結(jié)果，依據(jù)柵格疊加計(jì)數(shù)結(jié)果進(jìn)行生態(tài)空間的重要性分級。最后，針對不同重要性等級的生態(tài)空間提出彈性管控的建議（圖1）。

1 研究流程示意圖Schematic diagram of research process

3.2 基于InVEST模型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)測算

InVEST模型是由斯坦福大學(xué)開發(fā)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估模型，具有較高的評估精度[40]，多次被用于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估的相關(guān)研究中[41-42]。本研究采用InVEST模型分別對棲霞市的生境質(zhì)量指數(shù)、水資源供給量、碳儲量進(jìn)行測算，分別作為生物多樣性維持服務(wù)、水資源供給服務(wù)、氣體調(diào)節(jié)服務(wù)的指標(biāo)。

InVEST模型的生境質(zhì)量模塊用以測算生境質(zhì)量指數(shù)，該指數(shù)常被作為生物多樣性維持服務(wù)的表征指標(biāo)。參考王宏杰[43]、張夢迪等[44]的研究并結(jié)合場地情況進(jìn)行生境質(zhì)量模塊需要的威脅源類型、最大影響距離、權(quán)重及對各土地利用類型的脅迫指數(shù)的參數(shù)設(shè)置，生境質(zhì)量指數(shù)的具體測算如式（1）：

式中：Qxj為在柵格x中j類生境類型的生境質(zhì)量指數(shù)，取值范圍為[0，1]；Hj表示j類生境類型的生境適宜指數(shù)；Dzxj中Dxj為柵格x中j類生境類型的總體威脅水平；z和k為縮放參數(shù)，其中k為半飽和常量。

InVEST模型的水資源供給量模塊基于水量平衡原理，綜合考慮植物蒸騰作用、植物根系保水能力和土壤深度等信息實(shí)現(xiàn)水資源供給量測算，InVEST模型水資源供給量模塊中測算的生物物理系數(shù)參考郭麗潔等[41]、竇攀烽等[45]、竇苗等[46]的測算參數(shù)，水資源供給量具體測算如式（2～4）：

式中：Yx為柵格x的年水資源供給量；AETx為柵格x的年平均實(shí)際蒸散量，由年潛在蒸散量計(jì)算得出；Px為柵格x的年均降水量；Rx為柵格x的干燥指數(shù)；AWCx為柵格x的植物可利用的水容量；Z為季節(jié)性常數(shù)；ωx是由AWCx、Px、Z組合的線性函數(shù)的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。

InVEST模型的碳儲量模塊根據(jù)土地利用類型情況對地上碳庫、地下碳庫、土壤碳庫和死亡有機(jī)碳庫的碳儲量進(jìn)行測算。本研究根據(jù)劉洋等[42]提供的碳庫參數(shù)對棲霞市第三次全國國土調(diào)查的土地利用類型進(jìn)行了歸并處理及測算，碳儲量具體測算如式（5）：

式中：Ctotal為流域總碳儲量；Cabove為地上碳儲量；Cbelow為地下碳儲量；Csoil為土壤碳儲量；Cdead為死亡有機(jī)碳儲量。

基于InVEST模型測算出棲霞市3項(xiàng)主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)將作為生態(tài)空間優(yōu)化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，空間優(yōu)化算法將以3項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)協(xié)同優(yōu)化為目標(biāo)進(jìn)行生態(tài)空間的劃定。

3.3 生態(tài)空間劃定與彈性分級

為充分考慮各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的權(quán)衡關(guān)系，避免主觀設(shè)置單一權(quán)重造成的片面化影響，本研究以0.2為梯度，對不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)設(shè)定21個(gè)權(quán)重情景來構(gòu)建生態(tài)空間劃定的目標(biāo)函數(shù)，代表側(cè)重不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)目標(biāo)的生態(tài)空間劃定標(biāo)準(zhǔn)（表2）。目標(biāo)函數(shù)表達(dá)式如（6）：

表2 多情景目標(biāo)權(quán)重設(shè)置Tab. 2 Setting of target weight under multiple scenarios

式中：y表示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總效益，作為生態(tài)空間劃定的目標(biāo)；ESHQ、ESWY、ESCS分別為歸一化處理后的生境質(zhì)量指數(shù)、水資源供給量、碳儲量值；x1、x2、x3分別為生物多樣性維持服務(wù)、水資源供給服務(wù)、氣體調(diào)節(jié)服務(wù)所占總目標(biāo)的權(quán)重，由不同的情景決定。

將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)地圖（圖2）和目標(biāo)函數(shù)作為輸入條件，在GeoSOS平臺進(jìn)行空間優(yōu)化。GeoSOS平臺搭載蟻群算法進(jìn)行最大生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)目標(biāo)的生態(tài)空間的范圍求解，算法將每個(gè)柵格作為一個(gè)為0或1的決策變量，將空間緊湊度作為生成解集的約束條件，以各個(gè)權(quán)重情景的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給量作為目標(biāo)函數(shù)，經(jīng)過位置移動(dòng)、信息素釋放等系列過程，實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)解的搜尋。根據(jù)煙臺市控制性詳細(xì)規(guī)劃約束條件可知，棲霞市生態(tài)核心區(qū)面積約為棲霞市總面積的17.7%，生態(tài)控制區(qū)應(yīng)當(dāng)為棲霞市總面積的19.29%，以此作為約束依據(jù)進(jìn)行優(yōu)化實(shí)踐，設(shè)置待劃定的生態(tài)空間所占的柵格數(shù)量為15 867個(gè)，緊湊性和目標(biāo)函數(shù)權(quán)重參考李丹等[28]的研究設(shè)置為0.2和0.8，基于21個(gè)不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)偏好的目標(biāo)權(quán)重情景進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，迭代次數(shù)上限為500次，共計(jì)運(yùn)算10 500次。

2 棲霞市主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間分布Spatial distribution of dominant ecosystem services in Qixia City2-1 生物多樣性維持服務(wù)Biodiversity maintenance services2-2 水資源供給服務(wù)Water supply services2-3 氣體調(diào)節(jié)服務(wù)Carbon regulation services

21個(gè)情景下的生態(tài)空間劃定結(jié)果代表了不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的導(dǎo)向，將其疊合求并集，作為生態(tài)空間范圍劃定依據(jù)。若某些區(qū)域在多個(gè)權(quán)重情景下都被劃定為生態(tài)空間，則表明這個(gè)區(qū)域能供給多項(xiàng)主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，應(yīng)當(dāng)作為生態(tài)核心保護(hù)區(qū)進(jìn)行剛性管理；若區(qū)域僅在少數(shù)權(quán)重情景下被劃定為生態(tài)空間，則表明該區(qū)域能供給的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相對單一，應(yīng)當(dāng)作為生態(tài)控制區(qū)進(jìn)行彈性管控，其具體彈性應(yīng)當(dāng)根據(jù)被劃定為生態(tài)空間的頻次進(jìn)行分級管理。

4 結(jié)果與分析

4.1 研究區(qū)主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間分布

采用InVEST模型對棲霞市3項(xiàng)主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行測算，從測算結(jié)果（圖2）可見各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)具備一定的分布特征。如生物多樣性維持服務(wù)的高供給區(qū)域主要位于棲霞市中東部，而棲霞市中西部、東南部為低供給區(qū)域（圖2-1）；水資源供給服務(wù)主要位于棲霞市東南部（圖2-2）；而棲霞市中部和北部的氣體調(diào)節(jié)服務(wù)較高（圖2-3）。

4.2 多權(quán)重情景下的生態(tài)空間劃定

從生態(tài)空間劃定的結(jié)果來看，各種情景下的生態(tài)空間較好地考慮了空間緊湊性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)高值分布情況（圖3）。

3 棲霞市不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)重情景下的生態(tài)空間劃定結(jié)果Demarcation results of ecological space under different ecosystem service weighting scenarios in Qixia City

從僅提供單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的生態(tài)空間分布來看，水資源供給服務(wù)（A1）的生態(tài)空間主要分布于唐家泊鎮(zhèn)東南部和桃村鎮(zhèn)西南側(cè)；而生物多樣性維持服務(wù)（A6）的生態(tài)空間主要分布于唐家泊鎮(zhèn)北部、翠屏街道東部等位置；氣體調(diào)節(jié)服務(wù)（F）的生態(tài)空間位于唐家泊鎮(zhèn)北部和桃村鎮(zhèn)西部。可見，不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)側(cè)重下的生態(tài)空間劃定結(jié)果有較大差異，各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間存在空間權(quán)衡，如水資源供給服務(wù)與生物多樣性維持服務(wù)、氣體調(diào)節(jié)服務(wù)可能存在較明顯的權(quán)衡關(guān)系，導(dǎo)致最優(yōu)生態(tài)空間范圍差異較大。測算結(jié)果再次證明，簡單確定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的權(quán)重進(jìn)行生態(tài)空間劃定的傳統(tǒng)方法，可能忽略了某些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)高值空間和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的權(quán)衡，阻礙了生態(tài)空間中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的高效供給。

此外，在水資源供給服務(wù)權(quán)重較大時(shí)，最優(yōu)生態(tài)空間格局的聚集特征相對明顯，在水資源供給服務(wù)比重下降時(shí)，最優(yōu)生態(tài)空間格局趨于破碎，說明棲霞市水資源供給服務(wù)的高值區(qū)域在空間上相對集中，較為緊湊的生態(tài)空間格局有利于實(shí)現(xiàn)水資源供給服務(wù)的供給最大化，其原因可能是水資源供給服務(wù)高值區(qū)域相對集中于唐家泊鎮(zhèn)北部，而其他2項(xiàng)服務(wù)的高值區(qū)域趨于離散。

由于3項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)都是棲霞市的主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，無論是哪項(xiàng)服務(wù)的高值區(qū)域都具有保護(hù)價(jià)值，本研究對21個(gè)情景的生態(tài)空間劃定結(jié)果求取并集作為生態(tài)空間的最大范圍。從疊合的生態(tài)空間劃定結(jié)果可見，生態(tài)空間主要分布于棲霞市東南部和中部的唐家泊鎮(zhèn)、桃村鎮(zhèn)西南部、蛇窩泊鎮(zhèn)北部、翠屏街道東部等位置（圖4），算法篩選的生態(tài)空間區(qū)域具有明顯的組團(tuán)特征，多數(shù)柵格間具備連通性，表明算法較好地反映了生態(tài)空間的系統(tǒng)性、完整性。

4.3 生態(tài)空間彈性分級管控策略

生態(tài)空間劃定和彈性分級是國土空間規(guī)劃的必要需求，棲霞市在21個(gè)不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)目標(biāo)權(quán)重情景下的生態(tài)空間劃定方案可以作為彈性分級的依據(jù)，若在多個(gè)不同目標(biāo)導(dǎo)向情景下都被劃定為生態(tài)空間，則說明該區(qū)域在不同情況下都具有剛性保護(hù)的必要，應(yīng)作為生態(tài)保護(hù)紅線范圍，反之則具有一定彈性。本研究根據(jù)各個(gè)柵格在21個(gè)情景中被劃定為生態(tài)空間的頻次作為內(nèi)部重要性分級的依據(jù)，以自然斷點(diǎn)法分為4類：Ⅰ類生態(tài)空間（18～21次）、Ⅱ類生態(tài)空間（12～17次）、Ⅲ類生態(tài)空間（6～11次）、Ⅳ類生態(tài)空間（1～5次），并針對性地提出了彈性分級管控建議。

4.3.1 Ⅰ類生態(tài)空間——系統(tǒng)保護(hù)、剛性管控

Ⅰ類生態(tài)空間占地面積約15 061 hm2，表示無論在側(cè)重何種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的情景下都貢獻(xiàn)了很高的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，其生態(tài)功能構(gòu)成完整，是實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)協(xié)同優(yōu)化的核心生態(tài)區(qū)域。該類空間聚集特征明顯，主要集中在唐家泊鎮(zhèn)北部和翠屏街道東部（圖4），同現(xiàn)狀土地利用類型進(jìn)行比對可以發(fā)現(xiàn)該區(qū)域是以林地、草地等自然資源用地為主的生態(tài)源地，開發(fā)強(qiáng)度較低（圖5）。該類生態(tài)空間應(yīng)當(dāng)以生態(tài)存量儲備為管控目標(biāo)，作為生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域進(jìn)行剛性保護(hù)，限制各種形式的開發(fā)建設(shè)，并注重生態(tài)空間內(nèi)外結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性，基于現(xiàn)有存量優(yōu)勢協(xié)同提升多元生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給，實(shí)現(xiàn)長效生態(tài)屏障功能。

4 棲霞市生態(tài)空間劃定結(jié)果Demarcation results of ecological space in Qixia City

5 棲霞市現(xiàn)狀土地利用類型Current land use types in Qixia City

4.3.2 Ⅱ類生態(tài)空間——穩(wěn)定結(jié)構(gòu)、限制開發(fā)

Ⅱ類生態(tài)空間占地面積約7 085 hm2，位于Ⅰ類生態(tài)空間邊緣區(qū)域及北部山區(qū)，呈斑塊狀或線狀分布（圖4）。從現(xiàn)狀土地利用類型上看，該類空間覆蓋區(qū)域以林地為主，多位于自然林草空間和農(nóng)業(yè)空間的邊緣過渡帶（圖5），仍然具備較為多元的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給效能，是Ⅰ類生態(tài)空間的重要補(bǔ)充，但這類過渡空間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給不如Ⅰ類空間穩(wěn)定，易受到用地結(jié)構(gòu)變動(dòng)的影響。所以應(yīng)當(dāng)統(tǒng)籌考慮其與周邊土地利用類型的關(guān)系和生態(tài)過渡特征，盡可能基于剛性準(zhǔn)則限制開發(fā)活動(dòng)，以實(shí)施保護(hù)為主，提升主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給水平，并保證其供給的持續(xù)性和穩(wěn)固性。

4.3.3 Ⅲ類生態(tài)空間——生態(tài)儲備、適度開發(fā)

Ⅲ類生態(tài)空間占地面積約8 253 hm2，主要分布在蛇窩泊鎮(zhèn)北部、唐家泊鎮(zhèn)南部、亭口鎮(zhèn)及松山街道北部，沿Ⅱ類生態(tài)空間線狀分布或點(diǎn)狀離散分布（圖4）。該類空間的現(xiàn)狀土地利用類型多為農(nóng)業(yè)用地（圖5），其供給的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)種類相對單一或服務(wù)價(jià)值水平不高，但為提升生態(tài)空間的連通性、鞏固生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)揮了較大的效能，如唐家泊鎮(zhèn)南部的Ⅰ、Ⅱ類生態(tài)空間之間的Ⅲ類生態(tài)空間存在廊道結(jié)構(gòu)，該類空間應(yīng)視為儲備的潛在生態(tài)廊道，允許在不危害生態(tài)本底的基礎(chǔ)上適度開發(fā)，進(jìn)行彈性管控，適當(dāng)限制城鎮(zhèn)化開發(fā)強(qiáng)度。

4.3.4 Ⅳ類生態(tài)空間——優(yōu)化服務(wù)、彈性管控

Ⅳ類生態(tài)空間只在關(guān)注某一類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)重較高時(shí)被選中，當(dāng)該類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)重下降時(shí)其重要性也隨之降低，說明該類空間雖然供給生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，但供給服務(wù)單一，且供給量較低，因此該類空間的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要層級較低。該類空間占地面積約26 239 hm2，這類空間占據(jù)面積較大說明各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系較顯著，且各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)高值區(qū)域差異較大（圖4）。該區(qū)域可以用作彈性用地區(qū)域，在需要新增適宜的建設(shè)用地時(shí)可考慮將該區(qū)域作為儲備用地，但在開發(fā)時(shí)務(wù)必考慮對其主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的保護(hù)。從非自然用地占有情況來看，以唐家泊鎮(zhèn)和蛇窩泊鎮(zhèn)為主的大部分Ⅳ類生態(tài)空間已經(jīng)被非自然用地占據(jù)（圖5），需要甄別現(xiàn)狀土地利用類型是否影響該類空間主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給。

5 結(jié)論與展望

生態(tài)空間規(guī)劃是空間約束條件下的多目標(biāo)彈性決策過程。本研究創(chuàng)新性地提出一種以多項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)協(xié)同優(yōu)化為目標(biāo)的生態(tài)空間劃定和彈性分級策略，該策略以主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)為基礎(chǔ)，以最優(yōu)化復(fù)合生態(tài)功能、提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合價(jià)值為導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)空間的劃定及彈性分級。棲霞市的實(shí)踐表明，該策略劃定的生態(tài)空間較好地保證了系統(tǒng)性和連續(xù)性，并符合多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)協(xié)同效益最大化的目標(biāo)。此外，結(jié)合空間優(yōu)化技術(shù)和多情景分析，本研究設(shè)置了21個(gè)權(quán)重情景，并綜合各權(quán)重下的優(yōu)化情景提出了生態(tài)空間分級管控方案，為后續(xù)生態(tài)管控策略的制定以及分區(qū)規(guī)劃提供了充分理性的依據(jù)，避免了主觀權(quán)重在分級方案中的人為影響。

同時(shí)，本研究也存在一定局限性。首先，本研究將提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)或生態(tài)產(chǎn)品作為生態(tài)空間的主導(dǎo)功能，僅以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給最大化作為主要優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行生態(tài)空間的劃定和彈性分級，相比“雙評價(jià)”和傳統(tǒng)方法而言，對于生態(tài)脆弱性、敏感性等因素考慮不足，劃定結(jié)果可能存在一定的決策風(fēng)險(xiǎn)。其次，本研究基于現(xiàn)狀土地利用類型實(shí)施靜態(tài)模擬，部分?jǐn)?shù)據(jù)精度不足且沒有將研究區(qū)上位規(guī)劃及發(fā)展目標(biāo)和需求納入生態(tài)空間劃定框架，可能影響研究的準(zhǔn)確性和可行性，今后的研究應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步結(jié)合時(shí)空動(dòng)態(tài)模擬及預(yù)測技術(shù)，并將更具實(shí)際意義的限制性因素或政策性目標(biāo)作為約束條件，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的模型模擬和測算，以提供更具可行性的空間規(guī)劃指導(dǎo)。最后，本研究所提出的管控策略及分析僅考慮了棲霞市的主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求，具有一定的在地性。在應(yīng)用該策略進(jìn)行生態(tài)空間劃定及彈性分級時(shí)，應(yīng)當(dāng)考量當(dāng)?shù)氐年P(guān)鍵生態(tài)需求并改進(jìn)相應(yīng)的決策目標(biāo)，設(shè)置更加貼合實(shí)際情況的限制性因素和規(guī)劃目標(biāo)。

圖表來源(Sources of Figures and Tables)：

所有圖片均由作者繪制，其中圖2～5的地圖底圖來自棲霞市自然資源和規(guī)劃局，審圖號為魯SG(2021)026；表1由作者繪制，數(shù)據(jù)來源于棲霞市自然資源和規(guī)劃局以及參考文獻(xiàn)[35]～[38]；表2由作者繪制。