基于功能分區(qū)的沈陽生態(tài)保護(hù)紅線劃定

程麗軒，陳宏偉，2，江俊濤，齊淑艷，2，夏廣鋒

（1. 沈陽大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110044；2. 沈陽大學(xué) 遼寧省城市有害生物治理與生態(tài)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 遼寧 沈陽 110044；3. 遼寧省生態(tài)環(huán)境廳 遼寧省生態(tài)環(huán)境保護(hù)科技中心，遼寧 沈陽 110015）

0 引言

為應(yīng)對日益突出的生態(tài)環(huán)境問題，許多國家建立自然保護(hù)區(qū)、名勝風(fēng)景區(qū)等，實(shí)踐證明這些措施對生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)起到顯著作用[1].改革開放以來，中國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，在工業(yè)、城鎮(zhèn)、交通等基礎(chǔ)建設(shè)不斷推進(jìn)的同時(shí)，生態(tài)環(huán)境也遭到較為嚴(yán)重的破壞，人與自然之間的環(huán)境問題日益突出[2-3].針對這一問題，國內(nèi)生態(tài)學(xué)家提出了“生態(tài)保護(hù)紅線”的概念[4].生態(tài)紅線是指在一定的生態(tài)空間范圍內(nèi)，具有特殊重要的生態(tài)功能而需要保護(hù)的區(qū)域邊界[5].為維護(hù)區(qū)域的生態(tài)安全和生態(tài)服務(wù)功能，生態(tài)保護(hù)紅線是必須強(qiáng)制性嚴(yán)格保護(hù)的區(qū)域，是保障和維護(hù)國家生態(tài)安全的底線和生命線[6-8].生態(tài)保護(hù)紅線由重要生態(tài)功能區(qū)保護(hù)紅線、生態(tài)敏感區(qū)和脆弱區(qū)保護(hù)紅線、生物多樣性保護(hù)紅線3大類型構(gòu)成[9-12].

沈陽存在較多生態(tài)環(huán)境問題，如耕地土壤退化、空氣污染、水體污染等，這些問題不僅影響沈陽生態(tài)環(huán)境和生態(tài)文明建設(shè)，而且還制約沈陽經(jīng)濟(jì)發(fā)展.因此，基于國內(nèi)外生態(tài)紅線規(guī)劃理論框架和技術(shù)方法，從生態(tài)敏感性、生態(tài)功能重要性、法定保護(hù)地和水源保護(hù)區(qū)等方面入手，建立沈陽生態(tài)紅線指標(biāo)評價(jià)體系，并劃定沈陽域生態(tài)保護(hù)紅線，以期保護(hù)沈陽現(xiàn)有生態(tài)資源.

1 研究區(qū)域概況

沈陽地處長白山余脈與遼河沖積平原的過渡地帶，以平原為主，地勢東高西低.在法庫縣境內(nèi)，平均海拔約50 m，最高海拔高度為447.2 m；在遼中縣境內(nèi)，最低海拔高度為5.3 m.沖積平原地貌面積占沈陽土地面積的49.8%.沈陽氣候特征為冬冷夏暖，雨水集中，年均降水量727.4 mm，年均蒸發(fā)量1 410 mm，夏季降水占60%以上.年均氣溫 7.9 ℃，年均無霜期150 d.沈陽屬于北溫帶受季風(fēng)影響的半濕潤大陸性氣候，土地利用類型以耕地為主，土壤類型多為棕壤、草甸土和水稻土等.沈陽境內(nèi)有遼河、渾河、繞陽河、柳河大型河流穿過，水資源總量約為32.6 億m3.

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

（1）遙感數(shù)據(jù)來源于美國航空航天局的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，時(shí)間跨度為2005-2015年，分辨率為250 m.

（2）土地利用數(shù)據(jù)依據(jù)2015年環(huán)境遙感監(jiān)測土地覆蓋進(jìn)行土地類型劃分，分辨率為30 m，按照《土地利用現(xiàn)狀分類標(biāo)準(zhǔn)（GB-T21010-2007）》劃分為6類.

（3）氣象數(shù)據(jù)源自中國氣象局以及縣級站點(diǎn)數(shù)據(jù)，分辨率為30 m.

（4）土壤數(shù)據(jù)為沈陽行政區(qū)域和全國以1 100∶ 萬土壤分類圖確定.

（5）地形（DEM）數(shù)據(jù)來源于國際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)，分辨率為30 m，利用ArcGIS提取地形相關(guān)信息.

2.2 研究方法

識(shí)別評價(jià)范圍進(jìn)行，根據(jù)國家和省市相關(guān)規(guī)定確定法定保護(hù)地，將法定保護(hù)地直接劃入生態(tài)紅線，剩余區(qū)域劃入評價(jià)范圍.在評價(jià)范圍內(nèi)從生態(tài)功能重要性與生態(tài)敏感性評價(jià)2個(gè)方面構(gòu)建指標(biāo)體系，進(jìn)行生態(tài)保護(hù)重要性評價(jià)，將生態(tài)功能極重要區(qū)域和生態(tài)極敏感區(qū)域劃為生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)[13].

（1）沈陽法定保護(hù)地范圍劃定

沈陽法定保護(hù)地紅線邊界遵循已有的邊界規(guī)定，各個(gè)區(qū)域需要按照法律依據(jù)進(jìn)行劃定.

（2）生態(tài)功能評價(jià)

基于地理信息系統(tǒng)（ArcGIS）平臺(tái)，從水土保持、水源涵養(yǎng)、生物多樣性保護(hù)、防風(fēng)固沙4個(gè)方面進(jìn)功能行評價(jià)[13-15].

① 水土保持

利用修正的通用水土流失方程（RUSLE）方程進(jìn)行評價(jià)[16].水土保持量為

式中，A為潛在土壤侵蝕量，t/(hm2·a)；B為實(shí)際土壤侵蝕量，t/(hm2·a)；R為降水侵蝕力，MJ·mm/(hm2·h·a)；K為土壤可蝕性因子，t·hm2·h/ (hm2·MJ·mm)；LS為地形因子，取0.15～0.5；C為植被覆蓋因子，取0～1.

② 水源涵養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)作用可以減少地表徑流量，增加地下徑流和地下水的儲(chǔ)量.水源涵養(yǎng)服務(wù)能力指數(shù)[17]為

式中，Nmean為多年生態(tài)系統(tǒng)凈初級生產(chǎn)力平均值，gC/(m2·a)；Fsic為土壤滲流能力因子；Fpre為由多年平均年降水量數(shù)據(jù)插值并歸一化到0～1；Fslo為根據(jù)最大最小值法歸一化到0～1的評價(jià)區(qū)域坡度.

③ 生物多樣性保護(hù)

基于每個(gè)土地利用單元的土地利用類型來劃分生物多樣性等級類型，森林為一級、灌木為二級、濕地為三級、草地為四級、農(nóng)田和居民點(diǎn)為五級.生物多樣性指數(shù)[18]為

式中，KNDVI為生物豐度指數(shù)的歸一化系數(shù)；a為林地指數(shù)；b為草地指數(shù)；c為水域濕地指數(shù)；d為耕地指數(shù)；e為建設(shè)用地指數(shù)；f為未利用地指數(shù)；S′為區(qū)域面積.

④防風(fēng)固沙功能[19]重要性評價(jià)

防風(fēng)固沙服務(wù)能力指數(shù)為

干燥指數(shù)為

式中，K為土壤質(zhì)地；C為植被覆蓋因子，取0～1；∑10 °C為日溫大于等于10 ℃持續(xù)期間活動(dòng)積溫總和，r為同期降水量，mm.

（3）生態(tài)敏感性評價(jià)

從水土流失、土地沙化、河湖濱帶3方面評價(jià)沈陽生態(tài)環(huán)境敏感性[20].

① 水土流失

利用水土流失影響因子計(jì)算水土流失敏感性指數(shù)[21]，其計(jì)算公式為

式中，Ri為降水侵蝕力；Ki為土壤質(zhì)地因子；LSi為坡度坡長因子，取0.15～0.5；Ci為覆蓋因子，取0～1；下標(biāo)i為i評價(jià)區(qū)域.

② 土地沙化

選取干燥度指數(shù)、起沙風(fēng)天數(shù)、土壤質(zhì)地、植被覆蓋度等評價(jià)指標(biāo)[22]，計(jì)算并生成土地沙化敏感性等級分布，i評價(jià)區(qū)域土地沙化敏感性指數(shù)為

式中，F(xiàn)s、Ci、Ii分別為i評價(jià)區(qū)域土壤質(zhì)地、植被覆蓋度（0～1）和干燥指數(shù)的敏感性等級.土地沙化敏感性評價(jià)指標(biāo)及分級見表1.

表1 土地沙化敏感性評價(jià)指標(biāo)及分級Tab.1 evaluation and classification of land desertification sensitivity index

③河湖濱帶

河湖濱帶敏感性由河流水環(huán)境功能、水質(zhì)目標(biāo)以及濱岸帶集水區(qū)土壤侵蝕強(qiáng)度確定，濱岸帶植被最小保護(hù)寬度[23]為

式中，a為水質(zhì)目標(biāo)敏感性等級，取0～1；b為濱岸帶集水區(qū)土壤侵蝕強(qiáng)度.

根據(jù)土壤侵蝕強(qiáng)度確定最小保護(hù)寬度，將河流水質(zhì)目標(biāo)劃分為5個(gè)等級，見表2.

表2 河湖濱帶最小保護(hù)寬度推薦值Tab.2 recommended minimum protection width of river lakeside zone

3 結(jié)果與分析

3.1 法定保護(hù)地范圍與分析

沈陽法定保護(hù)地劃定范圍包含世界文化遺產(chǎn)、自然保護(hù)區(qū)、森林公園、風(fēng)景名勝區(qū)、濕地公園和水源保護(hù)地，利用草地資源規(guī)劃（ArcGIS）平臺(tái)確定法定保護(hù)地紅線區(qū)，將沈陽法定保護(hù)地劃分6類，見表3.世界文化遺產(chǎn)為沈陽故宮、清昭陵、清福陵；自然保護(hù)區(qū)為臥龍湖和滑石臺(tái)地質(zhì)遺跡省級自然保護(hù)區(qū)、石人山、白清寨、仙子湖和五龍山市級自然保護(hù)區(qū)；森林公園為隕石山和沈陽國家森林公園；風(fēng)景名勝區(qū)為棋盤山、沈陽怪坡、沈陽朝陽山和沈陽中華寺風(fēng)景區(qū)；濕地公園為獾子洞、七星和蒲河國家濕地公園；水源保護(hù)地38處.

3.2 生態(tài)功能區(qū)識(shí)別

沈陽水土保持功能分一般重要、中等重要、重要和極重要區(qū)，面積占比依次為96.38%、2.55%、0.91%、0.16%.沈陽法定保護(hù)地類型、對應(yīng)名稱、紅線劃定區(qū)域見表3.

表3 沈陽法定保護(hù)地紅線劃定區(qū)域Tab.3 red line delimitation area of Shenyang legal protected area

表4為沈陽各生態(tài)功能區(qū)面積及所占全區(qū)面積的比例，沈陽水土保持功能以一般重要為主.沈陽極重要水土保持功能區(qū)域主要集中在法庫縣中部和東部、沈北新區(qū)石人山、渾南區(qū)棋盤山、蘇家屯區(qū)等，該區(qū)域具有較高植被覆蓋度，植被類型豐富多樣，以天然次生林為主.一般重要、中等重要、重要和極重要的水源涵養(yǎng)功能重要性面積占比依次為30.60%、31.60%、28.80%、9.00%，生物多樣性保護(hù)功能重要性面積占比依次為11.00%、73.00%、2.00%、14.00%. 沈陽生物多樣性保護(hù)功能以中等重要為主，極重要生物多樣性保護(hù)功能區(qū)域主要集中在沈北新區(qū)石人山和七星山、渾南區(qū)棋盤山、蘇家屯區(qū)、法庫縣、康平縣等區(qū)域，以及沈陽范圍內(nèi)主要河流的灘涂和水域、沈陽其他濕地等.一般重要、中等重要、重要、極重要防風(fēng)固沙功能重要性面積占比依次為30.50%、30.10%、29.70%、9.70%，沈陽極重要防風(fēng)固沙功能區(qū)域主要集中在康平縣西北部、法庫縣西北部、新民市西部，以及柳河、秀水河、養(yǎng)息牧河、繞陽河的防護(hù)帶.沈陽極重要水土保持、水源涵養(yǎng)、生物多樣性保護(hù)、防風(fēng)固沙功能占地面積依次為21.01 km2、1 157.23 km2、1 800.02 km2、1 247.34 km2，其極重要生態(tài)功能區(qū)域疊加面積為 3 727.51 km2，占沈陽土地總面積的比約為28.40%.沈陽極重要生態(tài)功能區(qū)主要集中在沈北新區(qū)東部、新民市中西部、康平縣中部和西北部、遼中縣東南部、法庫縣中部、渾南區(qū)和蘇家屯區(qū)，極重要功區(qū)主要功能為涵養(yǎng)水源等.

表4 沈陽各生態(tài)功能區(qū)面積及占比Tab. 4 area and proportion of the ecological functions regions in Shenyang

3.3 生態(tài)敏感區(qū)識(shí)別

表5為沈陽各生態(tài)敏感區(qū)面積及所占面積的比例，沈陽水土流失不敏感區(qū)、輕度敏感區(qū)、中度敏感區(qū)、高度敏感區(qū)、極敏感區(qū)，占比依次為19.30%、23.00%、20.80%、28.40%、8.50%，以高度敏感為主.沈陽水土流失極敏感區(qū)域主要集中在蘇家屯區(qū)東部、法庫縣八虎山、渾南區(qū)棋盤山、沈北新區(qū)石人山，這些區(qū)域地形起伏較大，土壤砂礫含量較高，容易發(fā)生水土流失.土地沙化不敏感區(qū)、輕度敏感區(qū)、中度敏感區(qū)、高度敏感區(qū)、極敏感區(qū)，占比依次為40.40%、27.60%、14.80%、7.00%、10.20%，極敏感區(qū)土地沙化主要集中在康平縣西北部、法庫縣包家屯、新民市南部、遼中縣和于洪區(qū)部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)，該區(qū)域降雨量稀少而蒸發(fā)量和風(fēng)力大，植被覆蓋度低，高強(qiáng)度的生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)導(dǎo)致該區(qū)域水土流失嚴(yán)重.沈陽河湖濱帶以不敏感為主，極敏感河湖濱帶區(qū)域主要集中在康平縣、法庫縣、新民市河道區(qū)域附近以及遼河、渾河、蒲河沿岸地區(qū)，該區(qū)域在水力侵蝕作用下導(dǎo)致土地沙化和土地鹽漬化.

表5 沈陽各生態(tài)敏感區(qū)面積及占比Tab. 5 area and proportion ratio of the environmental sensitive regions in Shenyang

將不同生態(tài)敏感脆弱圖疊加后可知，沈陽極敏感水土流失、土地沙化、河湖濱帶占地面積為 1 093.47 km2、1 312.32 km2、399.03 km2，其極敏感生態(tài)環(huán)境區(qū)域疊加面積為2 383.50 km2，占沈陽土地總面積的18.16%.主要集中河流沿岸、沈陽濕地和水庫分布區(qū)以及康平縣、法庫縣、新民市周邊區(qū)域.

3.4 沈陽生態(tài)保護(hù)紅線劃定結(jié)果分析

根據(jù)生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域的不同屬性，結(jié)合不同功能區(qū)，確定生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)，共計(jì)98處，劃定總面積為2 756.25 km2，占沈陽面積的21.00%.

4 結(jié)論

（1）采用沈陽遙感影像數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、土壤類型數(shù)據(jù)，以及地形數(shù)據(jù)，運(yùn)用GIS 軟件，結(jié)合區(qū)域自然環(huán)境特點(diǎn)，在充分分析區(qū)域生態(tài)環(huán)境重要性和區(qū)域生態(tài)敏感性基礎(chǔ)上，確定水土保持功能、水源涵養(yǎng)功能、防風(fēng)固沙功能以及生物多樣性保護(hù)功能的分布區(qū)域和面積.重要生態(tài)功能區(qū)主要分布于沈陽林地、草地、河流等地區(qū)；水土流失敏感性、土地沙化敏感性和河湖濱帶敏感性主要分布在河流沿岸、濕地和水庫，通過空間疊加分析，同時(shí)考慮法定保護(hù)地的空間分布，進(jìn)而確定沈陽生態(tài)保護(hù)紅線區(qū).

（2）沈陽生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域主要集中在沈陽的林地、河流，以及自然保護(hù)區(qū)等，其總面積為2 756.25 km2，占沈陽土地面積的21.00%.不僅包括生態(tài)服務(wù)功能重要的地區(qū)，也包括環(huán)境敏感性較高和生態(tài)較為脆弱的地區(qū). 這些區(qū)域納入沈陽生態(tài)保護(hù)紅線范圍，可以為提高沈陽的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能、保障人居環(huán)境安全、保護(hù)生物多樣性、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展等方面產(chǎn)生積極而重要的成效.