基于功能性和敏感性的洛陽市生態(tài)分區(qū)研究

梁靜一，吳柏清，2

（1.成都理工大學旅游與城鄉(xiāng)規(guī)劃學院，成都 610059；2.四川省高校哲學社會科學重點研究基地—青藏高原及其東緣人文地理研究中心，成都 610059）

適宜的生態(tài)環(huán)境是人類賴以生存的保障［1］。生態(tài)系統(tǒng)服務功能和生態(tài)敏感性是生態(tài)系統(tǒng)研究關注的重要指標［2-4］。生態(tài)系統(tǒng)服務功能重要性評價可以揭示生態(tài)系統(tǒng)服務的數量和空間差異性，明晰一定區(qū)域內各種生態(tài)系統(tǒng)服務的重要區(qū)域［5］。生態(tài)環(huán)境敏感性評價揭示的是生態(tài)系統(tǒng)在受到自然和人類活動干擾時，引發(fā)生態(tài)環(huán)境問題的可能性大小，可以由此確定區(qū)域內生態(tài)環(huán)境的敏感程度和空間分布特征。國外對生態(tài)系統(tǒng)服務功能和生態(tài)敏感性的研究較早，起源于20 世紀，屬于生態(tài)環(huán)境學領域，利用數學相關模型，制定不同的生態(tài)研究指標，著眼于現實環(huán)境，綜合考慮多方面研究尺度，取得了一定的研究成果。與國外相比，國內相關區(qū)劃研究開始比較晚，首先是研究自然、氣候、農業(yè)分區(qū)，然后逐漸向生態(tài)學側重，針對區(qū)域內不同的自然條件和空間特征進行分區(qū)研究［6，7］。國內研究大多基于單方面表征生態(tài)重要性，對多方面綜合評價生態(tài)保護重要性及分區(qū)的研究較少［8］。目前，中國生態(tài)環(huán)境越來越受到國家和人民的重視，大量的學者們也進行了有關生態(tài)分區(qū)的研究［9，10］。

本研究通過對洛陽市生態(tài)系統(tǒng)服務功能重要性和生態(tài)敏感性進行評價，從而劃分不同的區(qū)域，能夠更加有效地指導城市生態(tài)環(huán)境的保護，抑制生態(tài)環(huán)境惡化問題，促進生態(tài)結構的恢復，完善生態(tài)功能，以期為推進生態(tài)文明建設和生態(tài)可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 研究區(qū)概況及數據獲取

1.1 研究區(qū)概況

洛陽市因地處洛河之陽而得名，是中華文明的重要發(fā)源地，境內有多處都城遺址，有“十三朝古都”之稱，國務院首批公布的國家歷史文化名城之一。從古至今都是中原重要城市，是一座歷史文化名城。洛陽市位于河南省西部，是中國第二階梯向第三階梯過渡地帶，區(qū)內高差懸殊達2 000 余米，地勢西高東低，境內地形較為復雜，有山川、丘陵和平原；地處東經112°16′—112°37′，北緯34°32′—34°45′，全市國土總面積為15 230 km2；橫跨黃河中下游南北兩岸，地理位置優(yōu)越（圖1）。洛陽市屬暖溫帶半干旱大陸性氣候，季風環(huán)流顯著，光照充足，四季特征分明，其特點為春季干燥，夏季炎熱，秋季晝暖夜寒，冬季寒冷少照。截至2020 年底，洛陽市下轄1 個縣級市、8 個縣和6 個區(qū)，作為一個重工業(yè)城市，同時也是河南省第二大城市，洛陽市的城市規(guī)模和經濟水平對該省發(fā)展具有重要意義。

圖1 研究區(qū)位置示意

1.2 數據獲取

本研究以洛陽市為研究區(qū)域，為了保證研究的科學性，使用空間數據和文本數據進行研究。首先運用空間數據對洛陽市生態(tài)情況進行分析，然后結合文本數據，完善研究內容。

1）空間數據。包括矢量數據和柵格數據。矢量數據有行政邊界；柵格數據有植被凈初級生產力（NPP）、數字高程模型（DEM）、土壤數據、海拔、歸一化植被指數（NDVI）數據，對于收集到的氣象數據進行空間插值，得到相應的柵格數據（表1）。數據之間的存貯格式存在較大差別，因此需要對數據進行統(tǒng)一處理，針對以上幾種類型的數據主要運用了地理配準圖件進行坐標定義，以及對柵格數據、矢量數據分別進行坐標投影，應用ArcGIS 軟件將數據進行投影轉換，所有空間數據最終轉換為Gauss-Kruger投影，降低數據誤差，形成有效可參考的空間數據，以便后期研究順利開展。

表1 洛陽市相關空間數據及來源

2）文本數據。來自洛陽市自然資源局等官方政府網站，以及第三方平臺收集的相關規(guī)劃方案、生態(tài)環(huán)境狀況公報等相關文本。

1.3 研究方法

本研究依據生態(tài)環(huán)境部頒布實施的《生態(tài)保護紅線劃定指南》（環(huán)辦生態(tài)〔2017〕48 號）和自然資源部頒布實施的《資源環(huán)境承載能力和國土空間開發(fā)適宜性評價技術指南（試行）》，使用其中的模型評估法對洛陽市生態(tài)系統(tǒng)服務功能重要性和生態(tài)敏感性進行評價，將各評價指標均歸一化到0～1 參與計算，最后將生態(tài)系統(tǒng)服務功能重要性劃分為極重要、高度重要、重要、比較重要、一般重要5 個等級，將生態(tài)敏感性劃分為極敏感、高度敏感、敏感、比較敏感、一般敏感5 個等級。

1.3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務功能重要性評價 生態(tài)系統(tǒng)服務功能重要性評價可以揭示生態(tài)系統(tǒng)服務的數量和空間差異性，明晰一定區(qū)域內各種生態(tài)系統(tǒng)服務的重要區(qū)域。根據研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)特點，本研究從水源涵養(yǎng)、水土保持、生物多樣性和防風固沙4 個方面進行其功能重要性評價。

1）水源涵養(yǎng)功能。水源涵養(yǎng)功能計算公式如下。

式中，NPPmean為多年植被凈初級生產力平均值（gC/m2·年）；Fsic為土壤滲流因子；Fpre為多年平均降水量因子（mm）；Fslo為坡度因子（°）。

2）水土保持功能。水土保持功能計算公式如下。

式中，NPPmean為多年植被凈初級生產力平均值［gC/（m2·年）］；Fslo為坡度因子（°）；K為土壤可蝕性因子。

3）生物多樣性維護功能。生物多樣性維護功能計算公式如下。

式中，NPPmean為多年植被凈初級生產力平均值［gC/（m2·年）］；Fpre為多年平均降水量因子（mm）；Ftem為插值得到的多年平均溫度（℃）；Falt為海拔因子（m）。

4）防風固沙功能。防風固沙功能計算公式如下。

式中，NPPmean為多年植被凈初級生產力平均值［gC/（m2·年）］；K為土壤可蝕性因子；Fq為多年平均氣候侵蝕力；u為2 m 高處的月平均風速（m/s）；ETPi為月潛在蒸發(fā)量（mm）；Pi為月降水量（mm）；d為當月天數（d）；Ti為月平均氣溫（℃）；ri為月平均相對濕度（%）；D為地表粗糙度因子；θ為坡度（°）。

1.3.2 生態(tài)敏感性評價 生態(tài)環(huán)境敏感性評價揭示的是生態(tài)系統(tǒng)在受到自然和人類活動干擾時，引發(fā)生態(tài)環(huán)境問題的可能性大小，可以由此確定區(qū)域內生態(tài)環(huán)境的敏感程度和空間分布特征。根據研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)特點，本研究從水土流失敏感性、土地沙化敏感性、石漠化敏感性3 個方面進行評價。

1）水土流失敏感性。水土流失敏感性計算公式如下。

式中，R為降雨侵蝕力因子；K為土壤可蝕性因子；LS為地形起伏度因子；C為植被覆蓋度因子（%）。

2）土地沙化敏感性。土地沙化敏感性計算公式如下。

式中，I為干燥度指數（%）；W為起風沙天數（d）；K為土壤質地；C為植被覆蓋度因子（%）。

3）石漠化敏感性。石漠化敏感性計算公式如下。

式中，D為生態(tài)系統(tǒng)類型；P為地形坡度（°）；C為植被覆蓋度因子（%）。

2 結果與分析

2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務功能重要性評價結果

2.1.1 水源涵養(yǎng)服務功能重要性評價結果 洛陽市跨黃河、長江、淮河三大水系，但大部分屬于黃河流域。水源涵養(yǎng)服務功能重要性在空間上的分布呈南高北低的趨勢，重要區(qū)主要集中在欒川縣、嵩縣周圍區(qū)域，這些地區(qū)地勢較高，山川丘陵交錯，伊河和北汝河流經此區(qū)域，且建有陸渾水庫，水源涵養(yǎng)功能較高（圖2a）。

2.1.2 水土保持服務功能重要性評價結果 水土保持服務功能重要性極重要區(qū)、高度重要區(qū)以及重要區(qū)主要集中在欒川縣、嵩縣西部以及洛寧縣南部地區(qū)，這些地區(qū)建有多個自然保護區(qū)和國家森林公園，森林資源豐富，植被覆蓋率較高，且土壤可蝕性較小，不易受雨水侵蝕，水土保持效果較好（圖2b）。

2.1.3 生物多樣性服務功能重要性評價結果 生物多樣性維護功能極重要區(qū)、高度重要區(qū)以及重要區(qū)主要集中在欒川縣和嵩縣南部地區(qū)，該區(qū)域多年植被凈初級生產力平均值較高，森林資源豐富，動植物物種豐富，建有多個自然保護區(qū)和國家森林公園，對維持生物多樣性具有重要作用（圖2c）。

2.1.4 防風固沙服務功能重要性評價結果 防風固沙服務功能重要區(qū)在空間上分布較廣，由于洛陽市近年來施工頻繁，揚塵現象較為嚴重，因此城區(qū)內防風固沙功能較低（圖2d）。

2.1.5 生態(tài)系統(tǒng)服務功能重要性評價結果 生態(tài)系統(tǒng)服務功能重要性極重要區(qū)和高度重要區(qū)主要集中在洛陽市南部地區(qū)；重要區(qū)主要集中在洛陽市西部地區(qū)，北部孟津縣也有分布；比較重要區(qū)在洛陽市北部分布較多；一般重要區(qū)較少零星分布。總體來看，多條河流流經洛陽市，且該市設立多個自然保護區(qū)和國家森林公園，生態(tài)系統(tǒng)服務功能相對完善，生態(tài)環(huán)境狀況良好（圖2e）。

圖2 生態(tài)系統(tǒng)服務功能重要性空間分布

2.2 生態(tài)敏感性評價結果

2.2.1 水土流失敏感性評價結果 洛陽市水土流失極敏感區(qū)和高度敏感區(qū)在汝陽縣南部及嵩縣西部少數鄉(xiāng)鎮(zhèn)零散分布，敏感區(qū)在洛陽市南部少量零星分布，比較敏感區(qū)和一般敏感區(qū)分布較廣，占全市面積的95%以上，整體而言，洛陽市水土流失敏感性程度較低（圖3a）。

2.2.2 土地沙化敏感性評價結果 土地沙化高度敏感區(qū)在洛寧縣東北部、宜陽縣中部以及欒川縣北部部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)少量分布，敏感區(qū)在洛寧縣、宜陽縣、伊川縣、欒川縣、新安縣等地區(qū)有所分布，其余為比較敏感區(qū)和一般敏感區(qū)，占比較高，分布范圍較廣，各個縣域均有分布?？傮w來看，洛陽市中部部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)存在土地沙化敏感現象（圖3b）。

2.2.3 石漠化敏感性評價結果 石漠化敏感性較高區(qū)域大多集中在洛寧縣，嵩縣、宜陽縣、汝陽縣等部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)有少量分布，占比最高的為比較敏感區(qū)和一般敏感區(qū)，分布范圍較廣，各個縣域均有分布（圖3c）。

2.2.4 生態(tài)敏感性評價結果 洛陽市生態(tài)敏感性以比較敏感為主，在各個縣域內均有分布，洛陽市中部以及西北部部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)為高度敏感區(qū)和敏感區(qū)，總體來看，敏感性程度偏低。山地和丘陵交錯地區(qū)，敏感性程度較高，人類活動會破壞地表植被、損害地形地貌，使得地區(qū)生態(tài)較為敏感，可能會引發(fā)水土流失等自然地質災害，對生態(tài)環(huán)境造成破壞（圖3d）。

圖3 生態(tài)敏感性空間分布

2.3 生態(tài)環(huán)境分區(qū)管控

生態(tài)功能分區(qū)是依據區(qū)域內生態(tài)服務功能和生態(tài)敏感性的空間特征，結合生態(tài)現狀，綜合考慮區(qū)域內水、森林、土地、生物等多種生態(tài)要素，將區(qū)域劃分為具有不同特征的生態(tài)區(qū)域的過程［11］。使環(huán)境保護更加高效合理，對因地制宜地實施生態(tài)管控有重要意義［12］。依據上述對生態(tài)系統(tǒng)服務功能重要性和生態(tài)敏感性的評價結果，并結合其生態(tài)現狀對研究區(qū)進行生態(tài)分區(qū)，最終將研究區(qū)分為6 個區(qū)域（圖4）。

圖4 洛陽市生態(tài)分區(qū)

2.3.1 水源涵養(yǎng)、水土保持及生物多樣性維護重要區(qū) 該區(qū)域的水源涵養(yǎng)服務功能、水土保持服務功能和生物多樣性服務功能較高，主要包括欒川縣和嵩縣大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)，境內有熊耳山、老君山及其分支山脈；流經伊河、北汝河兩大河流，并且建有陸渾水庫，水文條件優(yōu)良；建立伏牛山國家級自然保護區(qū)、熊耳山省級自然保護區(qū)等多個自然保護區(qū)以及白云山國家森林公園、天池山國家森林公園、花果山國家森林公園、神靈寨國家森林公園等多個森林公園，生態(tài)環(huán)境良好，水土保持和水源涵養(yǎng)功能較強，且具有豐富的動物資源、植物資源和旅游資源，從而完善生態(tài)功能類型，形成了森林生態(tài)系統(tǒng)和濕地生態(tài)系統(tǒng)［13］。

該區(qū)域生態(tài)服務功能較高，植被覆蓋率較高，要注意保護和維護，提高森林生態(tài)的穩(wěn)定性，保護水源涵養(yǎng)功能，維護生物多樣性，主張走保護與開發(fā)并重的道路，大力發(fā)展當地生態(tài)旅游資源，維護生態(tài)環(huán)境的同時帶動經濟發(fā)展。

2.3.2 水土流失預防治理區(qū) 該區(qū)域地形高差加大，且夏季降水較集中，造成水土流失隱患較大。從空間分布上來看極敏感區(qū)在汝陽縣城南部與嵩縣相接處的部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)，由于人類修建水庫以及其他不合理的土地利用，使得區(qū)域內植被覆蓋度降低，原有地質環(huán)境遭到一定程度的破壞，水土保持能力降低，這是形成水土流失敏感的主要原因［14］。

對于該區(qū)域應積極恢復植被，提高覆蓋率，同時加大退耕還林還草，大力發(fā)展雨水集流、節(jié)水灌溉工程，禁止開展陡坡開荒等農業(yè)生產，施工的同時要注意生態(tài)環(huán)境的保護，關注長遠生態(tài)，預防水土流失的發(fā)生。

2.3.3 石漠化調控治理區(qū) 洛陽市生態(tài)環(huán)境局下發(fā)的2019 年生態(tài)環(huán)境狀況公報中顯示，洛寧縣的土地脅迫指數為全市第二，偏高。該區(qū)域森林覆蓋率略低，包含低山區(qū)和丘陵，地形復雜，裸巖荒山面積大，坡度陡，抗干擾能力差；該區(qū)域因大規(guī)模施工使植被遭到破壞，隨處可見光禿禿的土地，地表失去保護，從而出現土壤易被沖蝕的現象；人類對水資源的污染使得水利工程的功能退化，河流淤積嚴重，無法涵養(yǎng)水源，同時破壞一些動物的生存環(huán)境，生態(tài)系統(tǒng)變得敏感脆弱［15］。

該區(qū)域建有故縣水庫，應在興修水利的同時關注河流蓄洪灌溉能力，防止功能下降，同時應加強濕地保護，植樹造林，維持生物多樣性，對石漠化現象優(yōu)先進行調控。

2.3.4 土地沙化調控治理區(qū) 從地形地貌上來看，該區(qū)域地塊相對破碎，且大面積的丘陵被開墾，土壤上植被遭到破壞，土地裸露，造成土壤結構松散、含水量減少，土地生產力下降［16］。

該區(qū)域要加強草地退化和土地沙化的治理，堅持退耕還林還草；合理調配洛河周圍居民的生活、生產和生態(tài)用水，合理利用水資源；禁止亂挖濫伐，保護土壤結構，防止土壤中水分和有機質的流失，科學規(guī)劃和調控生態(tài)問題。

2.3.5 城區(qū)生態(tài)治理區(qū) 洛陽市生態(tài)環(huán)境局下發(fā)的2019 年生態(tài)環(huán)境狀況公報中顯示，洛陽市轄區(qū)生物豐富度指數最低，植被覆蓋指數最低，土地脅迫指數最高，污染負荷指數最高，EI（生態(tài)環(huán)境狀況指數）最低，生態(tài)環(huán)境質量類型為一般。

在河南省的發(fā)展格局中，洛陽市一直處于重要地位，作為一個重工業(yè)城市，洛陽市工業(yè)的發(fā)展使得經濟水平不斷提高、居民人均收入不斷增加，推動城市規(guī)模不斷擴大，并帶動了周邊地區(qū)的發(fā)展。顯而易見，工業(yè)化發(fā)展會帶來一系列的環(huán)境問題：廢氣、廢水、廢渣的排放會造成大氣和水資源的破壞［17］；大型施工過程中，會破壞植被、毀壞土壤結構，引發(fā)水土流失等自然災害；該區(qū)域人口、建筑密度大，瀍河區(qū)、澗西區(qū)、洛龍區(qū)等部分工業(yè)占地面積大，使得生態(tài)保護功能重要性低［18］。

對于該區(qū)域需要采取積極的管制措施，一方面要推動經濟、工業(yè)的發(fā)展，保障廣大人民生存的需求，另一方面，要更加注重生態(tài)環(huán)境的治理保護，加大道路兩側的綠化，加強對施工企業(yè)的監(jiān)管力度，注重日常維護管理，在市區(qū)宣傳欄進行生態(tài)可持續(xù)宣講，提高人民的生態(tài)意識，大力推進可持續(xù)發(fā)展。

2.3.6 生態(tài)恢復區(qū) 該區(qū)域生態(tài)環(huán)境整體上略優(yōu)，可能受水系及地形因子影響［19］。該區(qū)域主要包含伊川縣、新安縣、偃師市大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)以及周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)，地處豫西低山丘陵區(qū)，氣候條件溫和，屬于自然生態(tài)類型較為齊全的地區(qū)，早些年，由于該區(qū)域與洛陽市中心城區(qū)鄰接，受工業(yè)發(fā)展和礦山開采的影響，林地不斷被建設用地占用，人類活動頻繁，使得生態(tài)環(huán)境一度惡化。

隨著人類對生態(tài)的重視程度慢慢提高，該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境已經在逐步好轉。政府大力實施退耕還林、工礦廢棄地復墾、礦山環(huán)境治理、生物多樣性保護和水源涵養(yǎng)保護等工作；小浪底水庫和西霞院水庫帶動了周圍生態(tài)功能的提高；區(qū)域內青要山自然保護區(qū)和郁山森林公園的建立也對生物多樣性的保護提供了一定的幫助，推動了經濟社會和生態(tài)環(huán)境的和諧發(fā)展［20］。

3 小結

本研究通過對洛陽市生態(tài)系統(tǒng)服務功能和生態(tài)敏感性兩方面進行評價，并把握區(qū)域特征，依照主導功能，明確生態(tài)保護的目標，并進行分區(qū)，主要研究結論如下。

1）洛陽市生態(tài)服務功能整體上呈西高東低的趨勢，與該地區(qū)地勢特征相照應，總體來看，生態(tài)系統(tǒng)服務功能重要性程度較高，一般重要區(qū)占比最少，零散分布；洛陽市中部和西北部地區(qū)較為敏感，主要分布在洛寧縣、宜陽縣的部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)，其余大多數地區(qū)敏感性程度較低。

2）根據各單項評價以及綜合評價結果，并結合地區(qū)地形地貌、生態(tài)主導功能和現實特征，將研究區(qū)分為水源涵養(yǎng)、水土保持及生物多樣性維護重要區(qū)，水土流失預防治理區(qū)，石漠化調控治理區(qū)，土地沙化調控治理區(qū)，城區(qū)生態(tài)治理區(qū)，生態(tài)恢復區(qū)6 個區(qū)域，并針對不同區(qū)域因地制宜地提出相應的保護治理建議，提供有效引導，使生態(tài)管控更加合理。

由于生態(tài)系統(tǒng)包含的要素種類繁多，生態(tài)研究的難點之一在于從整體上分析統(tǒng)籌布局［21］。本研究僅選取個別要素利用模型法進行研究，因此結論存在一定的局限性，在今后的研究中可以繼續(xù)優(yōu)化完善評價體系，多方面考慮生態(tài)因素，同時也要考慮制度、社會等對生態(tài)環(huán)境的影響，更加系統(tǒng)全面地進行相關研究。