草原地區(qū)縣域單元生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能空間識(shí)別與修復(fù)研究
——以和林格爾縣為例

潘 悅，龔 越

(武漢工程大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院，湖北 武漢 430074)

當(dāng)前，我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)強(qiáng)調(diào)空間的開發(fā)、利用、保護(hù)、修復(fù)并重，建設(shè)的內(nèi)涵在于環(huán)境、資源的保護(hù)修復(fù)與優(yōu)化配置，意在進(jìn)一步發(fā)揮其效益價(jià)值[1-2]。但是，當(dāng)前大部分地區(qū)發(fā)展觀念仍滯后于新時(shí)代要求。如在劃定三區(qū)三線這類約束性指標(biāo)的過程中，主政者往往忌于承擔(dān)生態(tài)保護(hù)指標(biāo)、耕地和基本農(nóng)田保有指標(biāo)而傾向于爭(zhēng)取城鎮(zhèn)開發(fā)建設(shè)指標(biāo)。總體上，過去建設(shè)用地粗放式批用的主要目標(biāo)放在城市周邊處女地，隨著經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)、人口社會(huì)轉(zhuǎn)型，這類用地大部分利用不充分，當(dāng)前處于待再開發(fā)的低效、閑置狀態(tài)。因此，城鎮(zhèn)地區(qū)建設(shè)發(fā)展應(yīng)以存量梳理為前提，適度補(bǔ)充增量指標(biāo)。建設(shè)用地調(diào)出作為生態(tài)功能空間保護(hù)修復(fù)的重要一環(huán)，在強(qiáng)化生態(tài)環(huán)境功能的同時(shí)，無疑為建設(shè)用地騰挪出了新的指標(biāo)。

本研究以內(nèi)蒙古和林格爾縣為研究對(duì)象，在識(shí)別研究區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能空間范圍的基礎(chǔ)上，開展生態(tài)破壞區(qū)統(tǒng)計(jì)、識(shí)別、校核研究，針對(duì)性地提出破壞區(qū)的保護(hù)修復(fù)策略，以期在實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境好轉(zhuǎn)的同時(shí)，優(yōu)化國(guó)土空間格局，并合理使用建設(shè)指標(biāo)。

1 技術(shù)路線與分析模型

1.1 技術(shù)路線

技術(shù)路線主要分為科學(xué)評(píng)估、策略研究?jī)纱蟛糠?。其中，科學(xué)評(píng)估包括對(duì)水源涵養(yǎng)、水土保持、防風(fēng)固沙、生物多樣性維護(hù)四類生態(tài)服務(wù)功能重要性的分級(jí)評(píng)估，評(píng)估模型主要選擇了《生態(tài)保護(hù)紅線劃定指南》中的NPP定量指標(biāo)法[3-8]，將評(píng)估出的四類生態(tài)服務(wù)功能區(qū)中的極重要區(qū)進(jìn)行疊加分析，得到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能極重要區(qū)范圍；策略研究主要圍繞生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能極重要區(qū)內(nèi)破壞區(qū)域的保護(hù)修復(fù)策略展開，主要包括劃定安全保障范圍、提高水土質(zhì)量、恢復(fù)自然植被景觀、平衡調(diào)出用地指標(biāo)等。

1.2 分析模型

單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性分析模型按照技術(shù)路線中科學(xué)評(píng)估的內(nèi)容劃分為四個(gè)子模塊，其中水源涵養(yǎng)、水土保持、生物多樣性維護(hù)評(píng)估模型取自《生態(tài)保護(hù)紅線劃定指南》中的NPP定量指標(biāo)法，防風(fēng)固沙評(píng)估使用了自然資源部2020年1月發(fā)布的《資源環(huán)境承載能力和國(guó)土空間開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)指南(試行)》(以下簡(jiǎn)稱《“雙評(píng)價(jià)”指南(試行)》)中的簡(jiǎn)化模型。具體計(jì)算方法如下：

(1)水源涵養(yǎng)功能重要性模型。模型計(jì)算公式為

WR=NPPmean×Fsic×Fpre(1-Fslo)

(1)

式中：WR為生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)服務(wù)能力指數(shù)；NPPmean為多年植被凈初級(jí)生產(chǎn)力平均值；Fsic為土壤滲流因子；Fpre為多年平均降水量因子；Fslo為坡度因子。

(2)水土保持功能重要性模型。模型計(jì)算公式為

Spro=NPPmean×(1-K)×(1-Fslo)

(2)

式中：Spro為水土保持服務(wù)能力指數(shù)；K為土壤可蝕性因子；其余字母意義同上。

(3)防風(fēng)固沙功能重要性模型。將坡度不小于25°且植被覆蓋度不小于80%的森林、灌叢、草地確定為水土保持極重要區(qū)。在此范圍外，將坡度不小于15°且植被覆蓋度不小于60%的森林、灌叢、草地確定為水土保持重要區(qū)。

(4)生物多樣性維護(hù)功能重要性模型。模型計(jì)算公式為

Sbio=NPPmean×Fpre×Ftem(1-Falt)

(3)

式中：Sbio為生物多樣性維護(hù)服務(wù)能力指數(shù)；Ftem為多年平均氣溫；Falt為海拔因子；其余字母意義同上。

將以上單項(xiàng)模型運(yùn)算結(jié)果按照自然斷點(diǎn)法進(jìn)行柵格重分類，劃分為極重要區(qū)、重要區(qū)、一般區(qū)三類。本研究著重對(duì)極重要區(qū)的問題進(jìn)行識(shí)別并提出修復(fù)策略。

2 數(shù)據(jù)來源與空間識(shí)別結(jié)果

2.1 研究區(qū)概況

和林格爾縣屬于呼和浩特市下轄的縣，地處內(nèi)蒙古自治區(qū)中部?？h境內(nèi)河流分為黑河、渾河兩大水系，流經(jīng)地區(qū)形成了優(yōu)質(zhì)草原地，蒙?？偛考丛O(shè)置于此。由于近年來人類活動(dòng)強(qiáng)度日益增加，且當(dāng)?shù)卮蟛糠种脖坏靥幐珊?、半干旱農(nóng)牧交錯(cuò)地區(qū)，因此原本脆弱的生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步惡化。

2.2 數(shù)據(jù)來源及處理

本研究所獲取的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要來源于和林格爾縣自然資源和規(guī)劃局、國(guó)家基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)網(wǎng)站、公共數(shù)據(jù)分享網(wǎng)站等。以2017年為基準(zhǔn)年度，利用ArcGIS 10.6軟件創(chuàng)建漁網(wǎng)等工具將以上數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)柵格化處理，并進(jìn)行歸一化運(yùn)算，最終形成精度為50 m的單因子?xùn)鸥駭?shù)據(jù)(部分?jǐn)?shù)據(jù)見圖1)。

圖1 本研究所涉及的部分單因子圖

2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能區(qū)與破壞區(qū)識(shí)別

本研究對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估和識(shí)別的方法是以《生態(tài)保護(hù)紅線劃定指南》和《“雙評(píng)價(jià)”指南(試行)》為主要參考依據(jù)的。

2.3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能空間識(shí)別

水源涵養(yǎng)功能極重要區(qū)主要分布在城關(guān)鎮(zhèn)東北部的小窩鋪、摩天嶺、王目山，大多位于該縣的原始山脈。該縣大部分地區(qū)不具備水源涵養(yǎng)功能，局部具有生態(tài)服務(wù)功能的地物主要為農(nóng)田、草地、森林等。

水土保持功能極重要區(qū)主要分布在城關(guān)鎮(zhèn)外圍，均呈片狀分布。城關(guān)鎮(zhèn)內(nèi)的水土保持功能極重要區(qū)則零散分布在北部的敖包山、天門山林場(chǎng)、摩天嶺自然保護(hù)區(qū)、西元山、香爐山等?？梢悦黠@地看出，城關(guān)鎮(zhèn)內(nèi)部的極重要區(qū)分布受山脈的坡度、坡向影響很大，破碎程度同山脊走向相關(guān)。

防風(fēng)固沙功能極重要區(qū)主要分布在盛樂鎮(zhèn)東南部、城關(guān)鎮(zhèn)東部山林地區(qū)及黑老夭鄉(xiāng)西部山區(qū)?？傮w而言，主要集中在和林格爾縣最主要的山脈地帶，即敖包山、摩天嶺、王目山一帶。

生物多樣性維護(hù)功能極重要區(qū)主要分布在巧什營(yíng)鎮(zhèn)和舍必崖鄉(xiāng)西部、城關(guān)鎮(zhèn)東北部和東南部山林地區(qū)，分布較為集中完整。除此之外在雞兒山、大紅城鄉(xiāng)一帶也有一定的規(guī)模，主要是集中分布在白二爺沙壩自然保護(hù)區(qū)。

和林格爾縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能極重要區(qū)是由四個(gè)單項(xiàng)分析模型的評(píng)估結(jié)果疊加形成的。首先是利用GIS軟件將柵格計(jì)算后的單項(xiàng)極重要區(qū)文件轉(zhuǎn)換為矢量形式，然后通過軟件中的聚合工具將相對(duì)鄰近或聚集的圖斑聚合為相對(duì)完整的連片圖斑。最終得出結(jié)果：生態(tài)系統(tǒng)功能極重要區(qū)總面積為138.4 km2，占全縣面積的4%；從縣域來看，極重要區(qū)集中分布在巧什營(yíng)鎮(zhèn)和舍必崖鄉(xiāng)西部(自北延至南部杜家窯子)、城關(guān)鎮(zhèn)東北部和東南部山林地區(qū)，除此之外在黑老夭鄉(xiāng)、大紅城鄉(xiāng)一帶也有一定的規(guī)模，見圖2。

圖2 生態(tài)服務(wù)功能極重要區(qū)單項(xiàng)評(píng)價(jià)與集成評(píng)價(jià)結(jié)果

2.3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能破壞區(qū)識(shí)別

將生態(tài)系統(tǒng)功能極重要區(qū)與2017年土地利用變更數(shù)據(jù)進(jìn)行沖突識(shí)別，結(jié)果顯示區(qū)域內(nèi)的耕地、林地、牧草地占比較大，約占極重要區(qū)的99.82%，其中林地面積最大，此類空間生態(tài)系統(tǒng)功能性較強(qiáng)，也印證了劃定成果的科學(xué)性。

但是，識(shí)別的生態(tài)系統(tǒng)功能區(qū)域內(nèi)仍存在人類活動(dòng)較大的其他用地類型，影響最大的為城鎮(zhèn)村及工礦用地，共3.52 hm2，包括建制鎮(zhèn)0.40 hm2、村莊0.21 hm2、風(fēng)景名勝區(qū)及特殊用地0.44 hm2等。通過遙感影像比對(duì)，將植被覆蓋率較低、面積較大且人為痕跡較重的地區(qū)認(rèn)定為生態(tài)破壞區(qū)。以圖3為例，生態(tài)系統(tǒng)功能極重要區(qū)地處巧什營(yíng)鎮(zhèn)的一間房村北部，區(qū)域內(nèi)大部分屬于天然牧草地，但存在一處零星建設(shè)用地，土地用途為村莊用地，現(xiàn)狀建筑面積約為1 000 m2。考慮到南部是一間房村的集中建設(shè)區(qū)，人類活動(dòng)強(qiáng)度較大，因此應(yīng)當(dāng)及時(shí)將這一塊建設(shè)用地調(diào)出，防止功能區(qū)受到進(jìn)一步干擾和侵占。

圖3 一間房村北部天然牧草地內(nèi)的建設(shè)用地飛地示意

2.4 破壞區(qū)保護(hù)與修復(fù)策略

策略一：劃定安全保障范圍，遏制生態(tài)脅迫。破壞區(qū)屬于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能極重要區(qū)內(nèi)的飛地，其保護(hù)舉措的首要內(nèi)容就是停止人為活動(dòng)的干擾，因此需要對(duì)區(qū)域進(jìn)行定點(diǎn)、定標(biāo)、定樁，確立管制范圍。具體操作上，對(duì)管制范圍進(jìn)行物理隔離，而后按范圍線定距，統(tǒng)一設(shè)立規(guī)范的標(biāo)志物、標(biāo)識(shí)牌，主要標(biāo)識(shí)信息應(yīng)包括生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能極重要區(qū)的范圍及該破壞地塊的位置、原用途、面積、具體拐點(diǎn)坐標(biāo)、主要管制措施等。在進(jìn)行封禁的基礎(chǔ)上，先以自然恢復(fù)為主，在開展國(guó)土空間專項(xiàng)規(guī)劃過程中進(jìn)一步申請(qǐng)納入修復(fù)立項(xiàng)清單，并后續(xù)進(jìn)行人工輔助修復(fù)[9-10]。

策略二：開展環(huán)境污染治理，提高水土質(zhì)量。對(duì)破壞區(qū)域進(jìn)行水質(zhì)、土壤污染情況調(diào)查，進(jìn)行環(huán)境污染分析并提出修復(fù)技術(shù)。和林格爾縣地處干旱地區(qū)，全縣60%地區(qū)的土壤類型都是風(fēng)沙土，風(fēng)沙土極不穩(wěn)定，成土過程漫長(zhǎng)，因此該地區(qū)土壤沙化、水土流失潛在風(fēng)險(xiǎn)較大。但隨著流動(dòng)風(fēng)沙土轉(zhuǎn)化為固定風(fēng)沙土，土壤有機(jī)質(zhì)會(huì)持續(xù)富集，所以只要增加肥力與水源涵養(yǎng)能力、提高植被覆蓋率，該區(qū)域后期可作為林牧資源用地。因此，在開展環(huán)境治理時(shí)應(yīng)著重考慮水土保持功能，具體可通過建立人工綠色帶、網(wǎng)格狀風(fēng)沙防護(hù)、提高土壤肥力、化學(xué)藥劑固沙、發(fā)展灌溉技術(shù)等改善破壞區(qū)環(huán)境[11]。

策略三：恢復(fù)自然植被景觀，豐富生態(tài)系統(tǒng)。系統(tǒng)考慮破壞區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成，綜合“山水林田湖草沙”要素，在對(duì)破壞區(qū)生態(tài)空間格局做出規(guī)劃安排后，從拆除、填方、覆土、固植四個(gè)層面恢復(fù)自然植被景觀，豐富生態(tài)系統(tǒng)。拆除層面主要是對(duì)建筑物、構(gòu)筑物的拆除，達(dá)到硬化地面土壤露出的目的，為復(fù)綠做前期準(zhǔn)備。填方層面主要是對(duì)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)防，包括危石清理、降坡削坡、石籠堆土、石縫固土等技術(shù)。和林格爾縣地處北部氣候惡劣區(qū)，風(fēng)力侵蝕嚴(yán)重，自然恢復(fù)能力差，因此覆土層面應(yīng)以人工覆土為主。在采取覆土工程的同時(shí)，需要注意同步開展固土工程。固植層面應(yīng)當(dāng)充分借鑒諸如毛烏素沙漠復(fù)綠等經(jīng)典案例，從植被的品種、栽種方式、護(hù)育措施等方面開展工程固植，對(duì)于不適宜種植植被的崖壁可靈活種植攀緣類植物。

策略四：平衡調(diào)出用地指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)資源流轉(zhuǎn)。對(duì)破壞區(qū)地類用途清查和調(diào)出時(shí)，要統(tǒng)籌資源指標(biāo)運(yùn)作。破壞區(qū)修復(fù)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)原則上應(yīng)以環(huán)境、資源效益(或者稱為價(jià)值)指標(biāo)為導(dǎo)向。環(huán)境指標(biāo)是根本目標(biāo)愿景，資源指標(biāo)是項(xiàng)目運(yùn)行的關(guān)鍵，作為生態(tài)修復(fù)工程價(jià)值的集中體現(xiàn)，它是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)建設(shè)的動(dòng)力來源，具體的即為通過生態(tài)修復(fù)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)，盤活各類資源。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié) 論

開展縣域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能極重要區(qū)的識(shí)別、保護(hù)修復(fù)工作對(duì)進(jìn)一步加強(qiáng)縣域范圍內(nèi)生態(tài)功能的認(rèn)識(shí)具有重要意義，且有利于自然資源等相關(guān)管理部門將其納入統(tǒng)一的空間范圍，實(shí)現(xiàn)一體化管控。本研究以和林格爾縣域單元為研究對(duì)象，依托遙感觀測(cè)和地理信息分析、統(tǒng)計(jì)技術(shù)方法，結(jié)合自然資源部成立前后發(fā)布的重要技術(shù)指南(如《“雙評(píng)價(jià)”指南(試行)》《生態(tài)保護(hù)紅線劃定指南》等)，對(duì)縣域生態(tài)系統(tǒng)功能空間識(shí)別開展研究。研究基于土地利用調(diào)查、變更數(shù)據(jù)，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能極重要區(qū)進(jìn)行了地類統(tǒng)計(jì)，并通過遙感影像校核了生態(tài)破壞區(qū)的具體位置和規(guī)模，最后總結(jié)了和林格爾縣的生態(tài)問題和氣候環(huán)境特征，提出了生態(tài)破壞區(qū)的保護(hù)修復(fù)策略，對(duì)同類的北部風(fēng)沙型草原縣域同類問題的防控及應(yīng)對(duì)具有一定的指導(dǎo)借鑒意義。

研究結(jié)果表明：生態(tài)系統(tǒng)功能極重要區(qū)總面積為138.4 km2，約占全縣面積的4%，該區(qū)域內(nèi)的耕地、林地、牧草地等生態(tài)系統(tǒng)要素占比較大，約占極重要區(qū)的99.82%；目前對(duì)極重要區(qū)生態(tài)脅迫效應(yīng)較大的是城中村等非生態(tài)用地，共3.52 hm2，本研究將其劃定為生態(tài)破壞區(qū)。生態(tài)破壞區(qū)實(shí)質(zhì)上是極重要區(qū)內(nèi)的飛地，應(yīng)當(dāng)及時(shí)封禁并調(diào)出，按照劃定安全保障范圍、開展環(huán)境污染治理、恢復(fù)自然植被景觀、平衡調(diào)出用地指標(biāo)等策略制定區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)修復(fù)工程規(guī)劃，在實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)功能恢復(fù)的同時(shí)，結(jié)合自然資源流轉(zhuǎn)推動(dòng)區(qū)域空間格局優(yōu)化與協(xié)調(diào)發(fā)展。

3.2 討 論

從我國(guó)國(guó)土空間規(guī)劃推進(jìn)進(jìn)程來看，本研究所要研究的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能空間識(shí)別與保護(hù)修復(fù)只是國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)專項(xiàng)規(guī)劃前期研究的一部分。本研究還存在以下不足：一是生態(tài)空間識(shí)別對(duì)象不應(yīng)該只包括功能空間，還應(yīng)該囊括生態(tài)脆弱空間，而且后者的修復(fù)迫切性和難度相對(duì)更大，在規(guī)劃編制過程中應(yīng)當(dāng)予以重視。二是本研究數(shù)據(jù)量相對(duì)較少，在自然資源系統(tǒng)整合以后，各地針對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理建立起了信息中心或科室，管理內(nèi)容包括林業(yè)調(diào)查、自然保護(hù)地、生態(tài)公益林等重要生態(tài)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可作為生態(tài)功能識(shí)別空間的重要依據(jù)。三是制定破壞區(qū)修復(fù)方案策略時(shí)應(yīng)當(dāng)分尺度、分區(qū)研究。分尺度層面上可具體劃分為區(qū)域尺度、修復(fù)系統(tǒng)尺度和場(chǎng)地尺度，其中區(qū)域尺度側(cè)重落實(shí)本底約束指標(biāo)，修復(fù)系統(tǒng)尺度側(cè)重分解上級(jí)修復(fù)指標(biāo)，明確修復(fù)總體目標(biāo)和修復(fù)工程立項(xiàng)，場(chǎng)地尺度側(cè)重生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)工程各支撐節(jié)點(diǎn)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、實(shí)施監(jiān)管。分區(qū)研究是指在修復(fù)系統(tǒng)尺度上的空間分類研究，可按照空間特征將修復(fù)對(duì)象劃分為重要生態(tài)區(qū)、礦業(yè)開采區(qū)、農(nóng)村發(fā)展區(qū)等。