主體功能區劃中限制開發生態區的細分方法
——以寧夏回族自治區為例

米　楠,楊美玲,樊新剛,,米文寶,*,李同昇,王婷玉

1 寧夏大學農學院, 銀川　750021 2 寧夏大學資源環境學院, 銀川　750021 3 寧夏大學科學技術處, 銀川　750021 4 西北大學城市與環境學院, 西安　710127

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主體功能區劃中限制開發生態區的細分方法
——以寧夏回族自治區為例

米楠1,楊美玲2,樊新剛1,3,米文寶2,*,李同昇4,王婷玉3

1 寧夏大學農學院, 銀川750021 2 寧夏大學資源環境學院, 銀川750021 3 寧夏大學科學技術處, 銀川750021 4 西北大學城市與環境學院, 西安710127

限制開發生態區是主體功能區劃中介于優先開發區和禁止開發區間的一大類生態區,在實際管理中往往存在區域范圍大、實施操作困難等問題,因此非常必要對限制開發生態區進行細化。在總結現有縣域尺度主體功能區劃研究方法基礎上,構建了細分限制開發生態區的生態保護導向和生態優先原則,提出了利用綜合指數法和景觀指數法分別細化限制開發生態區,二者細化結果疊加后,通過專家系統和政策需求修正,形成了限制開發生態區四類區域單元：禁止開發區、強限制開發區、中限制開發區和弱限制開發區,作為現有主體功能區劃方法的補充,從更為微觀的尺度反映了主體功能的差異和發展潛力,促進主體功能區劃方案的進一步推廣和實施。并以寧夏回族自治區的限制開發生態區為案例進行了研究,取得了較好的細分結果。

限制開發;生態區;主體功能區;細分;寧夏

限制開發生態區是主體功能區的一個重要類型,指資源環境承載能力較弱、大規模集聚經濟和人口條件不夠好并關系到全國或較大區域范圍生態安全的區域,多為生態環境脆弱、自然災害頻發且貧困、落后的區域,不適宜進行大規模的開發活動。目前,限制開發區的研究尺度多為省域、河流流域、城市等專項區域[1-2],多以縣為基本單元,存在“一刀切”的問題[3]。在實施過程中存在較大困難。缺乏對限制開發生態區內部差異性進行細分的考慮[4],劃分區域雖然同屬限制開發區,但由于區間差異,造成縣內限制等級有的等級高,有的等級低[5],宏觀性較強[6],研究結果的應用性、可操作性較差。開展限制開發生態區的細化工作,既是研究“主體功能”空間落地,延伸主體功能區劃,又是規范“主體功能”行為,推動主體功能區規劃有效實施的重要工作[7]。從主體功能區劃概念看,開發和保護類功能區間是突變的,必然使一部分區域在具體區劃時的類型歸屬帶來困難,進而對未來功能建設和相應配套政策帶來不便[8]。因此,通過細分提高限制開發生態區保護功能建設的可操作性,也能從更為微觀的尺度上做到因地制宜,增強具體功能區的歸屬性。

我國不同空間尺度的主體功能區劃實踐和研究,多數是通過綜合指數方法對研究單元進行賦值和矩陣判斷來劃分[9]。限制開發生態區的細分將在沿用和調整個別指標的綜合指數法基礎上[10-11],以及土地覆被和景觀尺度上,考慮景觀指數法研究[12]。綜合指數法偏重于綜合地理現象的表達,而景觀指數方法更是基于景觀板塊和土地利用方式的直觀科學方法,二者聯合使用,才能保證主體功能區劃指導規劃布局優化調整,又能夠考慮保持景觀穩定性和生態系統健康[13],因此,發揮二者優勢,各自為途徑進行細分,然后整合結果應更為可靠,是主體功能區劃方法集成創新的一個新思路。目前,國家主體功能區建設試點示范工作已經啟動,各地示范縣區均在制定實施方案,對限制開發生態區內部的限制等級的細分研究必要且迫切,具有重要的理論創新和現實指導意義。

1　限制開發生態區細化思路

限制開發中的開發是指為了維護區域生態功能而進行的保護性開發,應把限制開發區域理解為適度發展地區[14],對限制開發區域的開發是以生態保護為基礎的開發,是在開發范圍、開發類型、開發規模上受到一定約束[15]。限制開發區域是重要的生態功能區或農產品保障區,一些資源、能源聚集的、資源環境承載力弱的地區可以適度開發[16],保障農產品供給安全和生態系統穩定[17]。因此,限制開發生態區本身屬“保護類”功能區,生態保護導向是其功能識別與建設的主體;按照“生態優先”原則,細分以區域生態效益最大化為目標,進行限制等級的確定;在細分過程中,細分單元越小,劃分結果的內部均質性就越好,政策建議就越具有針對性。行政村域和公里格網雖然均質性好,但卻存在樣本數量太多,資料數據尤其是人文資料數據難以獲取的缺點,可行性較差[18]。鄉鎮行政區則以其樣本數量適中、均質性、可行性較好的優點成為細分的最佳選擇。

1.1綜合指數法

(1)指標選擇

從生態脆弱性、生態重要性、區域發展潛力3個方面,構建限制開發生態區主體功能細分的指標體系(表1)。生態脆弱性是指生態系統在特定時空尺度范圍內相對于外界干擾所具有的敏感反應和恢復能力,它是生態系統的固有屬性對外界干擾作用的表現[19]。根據國內外對生態脆弱性的表述,結合限制開發生態區實際,選取了生態壓力、生態敏感性、生態恢復力作為評價因子對限制開發生態區生態脆弱性進行綜合評價[20];根據謝高地等研究的“中國陸地生態系統生態服務價值當量因子表”,從生物多樣性保護重要性、水源涵養重要性、土壤保持重要性、沙漠化控制重要性4個指標來體現生態重要性;發展潛力是指區域復合系統維持可持續性前提下的潛在發展能力。限制開發生態區鄉鎮發展潛力主要受到當地資源環境條件、現有發展水平和區位條件的影響。良好的資源環境條件是區域經濟發展的基礎,現有經濟發展水平直接影響區域未來經濟發展的趨勢,區位條件決定了對外聯系的方便程度。據此,通過資源環境條件、現有發展水平和區位條件這3個指標來反映限制開發生態區未來發展潛力。

表1　限制開發生態區主體功能細分指標體系

(2)權重確定

細分權重確定的主觀法采用層次分析法(AHP),得到各指標權重Wi,客觀法采用熵值法,得到各指標權重Wj。在參考現有相關研究的基礎上,通過咨詢15位生態學、區域經濟學、地理學等相關專家,賦予層次分析法權重0.6,熵值法權重0.4,采用加權平均法確定各指標的總權重W式(1)：

W=0.6Wi×0.4Wj

(1)

式中,熵值法是把評價中各評價指標的信息進行化與綜合,計算各指標反映的信息熵,通過各指標的信息熵來確定權重的客觀賦權方法,計算見文獻[21]。

(3)綜合指數計算

我國最早的佛寺藏書是白馬寺藏經閣藏書。東漢永平十一年（公元68年），漢明帝敕令在洛陽創建白馬寺。白馬寺是中國第一古剎，有中國佛教的“祖庭”和“釋源”之稱。僅東漢時期，在白馬寺就譯有和收藏佛經192部，共395卷。其中，《四十二章經》為現存中國第一部漢譯佛典。

生態脆弱性指數、生態重要性指數和發展潛力指數采用綜合指數加權求和計算式(2):

(2)

式中,Ci代表各指數的評價值,Xij代表第i個鄉鎮第j個要素的無量綱化指標數值(表1),Pi代表對應指標的權重系數(公式1中的W)。

圖1　主體功能區細分三維魔方圖　Fig.1　Three-dimensional rubik′s cube figure of subdividing the main functional area

(4)主體功能細分

利用三維魔方圖方法細分[22]。將三維坐標系中的X軸定義為各鄉鎮生態脆弱性,Y軸定義為各鄉鎮發展潛力,Z軸定義為各鄉鎮生態重要性(圖1),根據距離的遠近分別將三維坐標系中的x軸、y軸和z軸的正方向劃分成高、中、低3個等級(離坐標原點越近等級越低),并根據3×3×3的組合,將整個坐標系區域分成27個空間單元,用每個空間單元來代表一種組合類型,得出基于綜合指數法的限制開發生態區主體功能細分方案一。

1.2景觀指數法

(1)指標選擇

從生態系統風險和人類活動適宜性兩方面選取景觀指數,結合鄉鎮界線,利用ArcGIS軟件空間分析功能分別得出生態系統風險程度和人類活動適宜性分布結果,對二者進行疊加得出方案二。其中,生態系統風險分析是基于景觀斑塊劃分進行風險評價[23]。選取景觀破碎度、景觀分離度、景觀優勢度、散布與并列、景觀干擾度、景觀脆弱度、景觀損失度7個指標計算區域生態風險指數。利用景觀干擾度指數和景觀脆弱度指數構建景觀生態風險度。由于不同區域風險源和風險受體會存在異質性,因此在生態風險評價中選擇鄉鎮作為基本評價單元;人類活動適宜度評價采用適宜生產的景觀面積(宜農地面積)與區域總面積的比重表示。

在對各個鄉鎮生態系統風險評價和人類活動適宜度評價的基礎上,采用列聯表互斥的矩陣分類法,對限制開發生態區進行主體功能細分(表2)。

通過評價矩陣可將研究區劃分為12種不同的組合,每種組合代表不同的含義。基于研究的需求,根據各種組合類型所代表的含義,對12種組合類型分別進行定義(表3),以此作為限制開發生態區主體功能細分的依據,可得到基于景觀格局法的限制開發生態區主體功能細分方案二。

表2　人類活動適宜度-生態系統風險評價矩陣

表3　基于景觀格局法的限制開發生態區主體功能細分

1.3限制開發生態區細化方案確定

將前文兩種方法所得結果疊加修正,對高度一致的采取疊加結果,有差異的則根據各鄉鎮的生態環境特征、區位條件、生態服務功能、區域發展戰略等通過咨詢相關專家進行綜合修正,具體原則為(表4),可以將限制開發生態區細化為4類。

表4　綜合修正原則表

禁止開發區指生態脆弱性及生態重要性都極高的區域,受環境承載力制約,以生態治理和環境保護為主,禁止任何形式的開發活動。主要有兩類,一類是各類自然保護區,另一類是限制程度最高、限制因子最多,生態極其脆弱區、生態服務功能極其重要的地區;強限制開發生態區指生態脆弱性或生態重要性指數非常高或生態脆弱性及生態重要性指數較高但發展潛力很低的區域,是限制等級最強的主體功能區;中限制開發生態區指生態脆弱性或生態重要性指數較高,發展條件較好、發展潛力較大的區域;弱限制開發生態區指生態脆弱性及生態重要性指數都很低,生態環境承載力較強,發展條件好、發展潛力較大的區域,是限制開發生態區限制等級最弱的區域,在政府監督下可適當進行區域開發,是未來區域經濟發展的主要承載區。

2　研究案例

2.1研究區概況

寧夏限制開發生態區在《全國主體功能區劃》及《寧夏主體功能區劃》中均被劃為限制開發生態區,主要包括中南部的鹽池縣、同心縣、紅寺堡開發區、西吉縣、海原縣、彭陽縣、涇源縣、隆德縣8個縣(區)(圖2),共93個鄉鎮,總面積27921.34km2,占寧夏總面積的42.05%。2012年,總人口203.81萬人,占寧夏總人口的33.83%。寧夏限制開發生態區生態環境脆弱,人口壓力較大,經濟發展長期處于欠發達狀態,2012年該地區人均GDP 是寧夏平均水平的29.02%,是引黃灌區的22.47%;農民人均純收入是寧夏平均水平的73.27%,是引黃灌區的57.39%,是全國18個集中連片特殊困難地區之一。

圖2　寧夏主體功能區分布圖Fig.2　The main function zoning map of the Ningxia Hui Autonomous Region

2.2數據來源及處理

綜合指數法借助GIS軟件,根據30M分辨率TM遙感影像(2011年)、《寧夏自然地理地圖集》(2011年)獲得研究區植被類型、土壤質地等自然屬性數據;寧夏地形DEM影像獲得各鄉鎮地形起伏度等級分布數據;《寧夏統計年鑒》、各縣(區)統計公報、各縣(區)《經濟要情手冊》獲得社會經濟統計數據。其中,土壤數據根據寧夏土壤類型分布圖(比例尺為1∶350萬),結合《寧夏土壤》對土壤特征的描述,得出各鄉鎮土壤空間分布數據;地表覆蓋類型及植被覆蓋率根據2011年寧夏遙感影像,結合2012年對研究區生態環境現狀調查數據獲得。

景觀格局法運用ENVI軟件,監督分類30m分辨率TM遙感影像(2011年),類型分為水域,耕地,有林地,牧草地,城鎮、農村居民點,未利用土地六類。運用Fragstats 3.3軟件得到景觀破碎度、景觀分離度、景觀優勢度指數和散布與并列指數,得出生態風險指數;計算各鄉鎮適宜生產的景觀面積即宜農地占總面積的百分比作為人類活動適宜強度指數。

2.3細分結果

按照以上限制開發生態區的細化方法,分別采用綜合指數法和景觀指數法得出方案一和方案二。結合專家意見、國家政策要求及區域未來發展戰略等,得出最終方案(圖3)。

(1)禁止開發區總面積53.1萬hm2,占寧夏限制開發生態區總面積的19.04%。主要有兩類,一類是各類自然保護區,另一類是是限制程度最高、限制因子最多,生態極其脆弱區、生態服務功能極其重要的地區,共14個鄉鎮。各類自然保護區主要指羅山、哈巴湖、六盤山、火石寨4個國家自然保護區,黨家岔、南華山2個省級自然保護區。生態極其脆弱區主要是位于中部干旱帶、干旱缺水生態極其脆弱的土地沙漠化區域。生態服務功能極其重要區主要是六盤山高寒陰濕區。

(2)強限制開發區(治理限制開發區)總面積71.8萬hm2,占寧夏限制開發生態區總面積的27.92%。主要是生態環境較為脆弱的區域干旱風沙區、黃土丘陵水土流失區和六盤山土石山區,共27個鄉鎮。處于強限制開發區域的各鄉鎮,生存條件惡劣,生態環境脆弱,是綜合限制程度較高的地區,尤其是自然生態條件限制程度高。

(3)中限制開發區(調控限制開發區)總面積123.6萬hm2,占寧夏限制開發生態區總面積的44.28%。主要有揚黃灌區、能源富集區和河谷川道區,資源環境條件較好,水、能源、礦產資源較為豐富,有部分水澆地,共35個鄉鎮。中限制開發生態區是寧夏限制開發生態區條件較好的區域,自然生態約束條件較少,區域社會經濟發展處于中等水平。區域內的鄉鎮位于水資源較為豐富、區位條件較好、交通便利的河谷川道區,部分位于礦產資源富集區,產業主要是以生態農業為主的特色種植業和以生態工業為主的礦產資源開發,經濟發展基礎較好,未來是寧夏限制開發生態區生態經濟和生態保護的重點區域。

(4)弱限制開發區(監督限制開發區)總面積33.2萬hm2,占寧夏限制開發生態區總面積的18.20%;劃入此區的鄉鎮共17個,主要包括兩類,一類為縣城所在的城鎮,另一類為離中心鎮較近的郊區鄉鎮。這些區域是寧夏限制開發生態區資源環境條件最好的區域,經濟基礎較好,未來發展潛力大。

其中,花馬池鎮、大水坑鎮、惠安堡鎮、河西鎮、香水鎮、高沙窩鎮屬于禁止開發區,太陽山鎮、吉強鎮、王洼鎮、白陽鎮屬于強限制開發生態區。考慮到這些鄉鎮多為縣城所在地或礦產資源富集區,均屬未來區域經濟發展的重點和中心。因此,根據區域未來發展戰略和咨詢專家意見,將各縣(區)縣城所在地豫海鎮、花馬池鎮、紅寺堡鎮、白陽鎮、城關鎮、吉強鎮調整為弱限制開發區,將能源礦產資源豐富的大水坑鎮、惠安堡鎮、高沙窩鎮、太陽山鎮、王洼鎮調整為中限制開發生態區。香水鎮雖然為涇源縣城所在地,但由于其位于六盤山自然保護區內,仍為禁止開發區。

圖3　寧夏限制開發生態區主體功能區細分方案Fig.3　The subdivision of main functional area in limit development ecological zone of the Ningxia Hui Autonomous Region

3　討論和結論

(1)限制開發生態區以生態保護為主導,因此細分選擇了生態脆弱性、生態重要性、發展潛力作為劃分指標,并以生態脆弱性和生態重要性為主要依據,以發展潛力為次要依據,即如果區域脆弱性高,重要性指數大,即使發展潛力再大,也應劃為強限制開發區或禁止開發區。

(2)主體功能細分是針對現有主體功能區劃主要基于縣級行政區劃的劃分結果差異性較大的缺陷所進行的二次劃分。基本劃分單元越小,結果的內部均質性就越好,政策建議就越具有針對性。鄉鎮行政區則以其樣本數量適中、均質性、可行性較好的優點成為限制開發生態區主體功能細分的最佳選擇。

(3)采用綜合指數法和景觀指數法相結合的限制開發生態區細化方法,能夠較好的反映限制開發區內部的發展現狀、發展潛力、生態環境承載力和協同效益的差異,大大提高了主體生態功能區的可操作性。

(4)保護與開發的對立與統一是主體功能區劃需要解決的難題。細分到鄉鎮使其主體功能更為突出,結果顯示部分禁止開發、高中低強度開發間空間分布鑲嵌、分散的特征,在保證空間連續性前提下歸并部分鄉鎮增加了保護與開發權衡的復雜性,這也是今后需要進一步研究的問題。

(5)從細分結果看,即使是面積較小的縣域功能區,內部的發展現狀、發展潛力、生態環境承載力存在較大差異,協同效益也有所不同,在生態保護前提下,保護與開發空間的過渡性和配置極為必要。同時,研究表明現有以縣為單位的主體功能區劃的指導性需要進一步細分予以配合,以達到支撐全國和省自治區主體功能區劃格局的作用。

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Theory and application of the main functional subdivision of limited development ecological zones

MI Nan1, YANG Meiling2, FAN Xingang1,3, MI Wenbao2,*, LI Tongsheng4, WANG Tingyu3

1CollegeofAgriculture,NingxiaUniversity,Yinchuan750021,China2CollegeofResourcesandEnvironment,NingxiaUniversity,Yinchuan750021,China3DepartmentofScienceandTechnology,NingxiaUniversity,Yinchuan750021,China4Collegeofcityandenvironment,NorthwestUniversity,Xi′an710127,China

The limited development zone as a type of main functional area whose ecological carrying capacity is weak, but has a serious effect on the entire country or the ecological security of large areas. Spatial development-oriented three-dimensional magic cube map, which reflects the results of the regional main features division, the main functions do not exclude other non-dominant functions, but it does not mean that the entire territory of the limited zones has limited development. The moderate development areas have better resources and environmental conditions and can be developed in eco-point protection on a priority basis. The limited development areas are minority-inhabited areas with poor economic development. Therefore, massive industrialization and urbanization are limited in these areas, and some measures, such as corresponding financial transfers and ecological compensation, are implemented to maximize the ecological functions. Limited development does not mean prohibited development, it indicates that only the level and intensity of development is restricted. To enhance the targeted goals and operability of the development and protection policy implementation in the limited developing ecological zones, we studied the main functional identification and subdivisions below the level of county, and constructed the theoretical basis and principles of subdivision of limited developing zones, based on the existing main functional subdivision methods. We proposed the guidelines for the ‘Multi-channel integration, ecological priority′, in the township administrative region range for subdividing units, and applied the comprehensive index for evaluation, ‘D Rubiks Cube’ method for limited level divisions, that formed scheme I. We applied the landscape ecology method, through remote sensing image information extraction and analysis, that formed schemeⅡ. According to the comprehensive correction principle, scheme I and II are integrated, and through expert advice and policy it is amended and combined with the actual study area, thereby forming the final scheme of the main functional subdivision of limited developing zones. The main functional areas are divided into four levels, prohibited development zone, strong limited development zone, development zone, and weak limited development zone. A case study on the limited development zone in Ningxia shows that: 1) applying two methods independently and comparing them can improve the feasibility of the solution. It is a new idea and has strong popularization. 2) Some townships are influenced by the resource development and regional macroeconomic policy orientation; therefore, adjustments must be done under the expert advice and policy requirements. 3) Even for the smaller functional zones, there are large differences in the internal development status, development potential, and ecological environmental bearing capacity; thus, protection and development of transitional space and configuration is highly essential. 4) On the basis of carding the related studies, this paper employs the regional differentiation theory, spatial structure theory, man-land relationship theory, the theory of sustainable development, ecological and economic theory, landscape ecology theory as the theoretical basis for the subdivision and regional development of the limited development areas. 5) Segmentation was conducted on the basis of the method of landscape pattern, which took into consideration only the current natural environmental conditions but did not consider the region′s future development potential. In addition, the existing ecological conditions of these areas are poor; however, with the improvement in conditions, these areas can be transformed to moderate development. Therefore, time series analysis multi-way segment after stack can improve the results of scientific nature further.

limited development; ecological zone; main functional area; subdivision; Ningxia

國家自然科學基金資助項目(41161020, 41361024)

2015- 01- 29; 網絡出版日期:2015- 12- 03

Corresponding author.E-mail: miwbao@nxu.edu.cn

10.5846/stxb201501290239

米楠,楊美玲,樊新剛,米文寶,李同昇,王婷玉.主體功能區劃中限制開發生態區的細分方法——以寧夏回族自治區為例.生態學報,2016,36(16):5058- 5066.

Mi N, Yang M L, Fan X G, Mi W B, Li T S, Wang T Y.Theory and application of the main functional subdivision of limited development ecological zones.Acta Ecologica Sinica,2016,36(16):5058- 5066.