喀斯特山區縣域生態紅線劃定方法研究
——以貴州省普定縣為例

杜光華 蘭安軍 秦志佳 王昌浩

(貴州師范大學 地理與環境科學學院， 貴陽 550001)

喀斯特山區縣域生態紅線劃定方法研究
——以貴州省普定縣為例

杜光華 蘭安軍*秦志佳 王昌浩

(貴州師范大學 地理與環境科學學院， 貴陽 550001)

生態保護紅線作為一種具有戰略意義的管理思想，為我國的生態文明建設提供重要的理論指導和思想支撐。喀斯特山區生態紅線劃定方法的研究，是為了在我國西南喀斯特片區縣域提出一種適合喀斯特山區生態紅線的劃定方法。本文在環保部下發的《生態保護紅線劃定指南》基礎上，結合喀斯特山區的特殊性，在石漠化和水土流失敏感脆弱性的評價中增加評價單因子指標，增加河湖濱岸緩沖帶敏感性評價。把普定縣作為研究對象，在劃分上，把普定縣生態紅線劃為禁止開發區和限制開發區兩大類紅線。紅線總面積為357.9km2，占普定縣國土面積的33.14%。從劃定結果來看，該研究方法更加完善的評價喀斯特縣域生態環境，對于喀斯特山區縣域紅線劃定提供了科學基礎。

生態紅線；喀斯特；限制開發區；禁止開發區；普定縣

如何把生態保護和資源開發的關系協調好，成為關系到區域生態科學管理和生態可持續發展的關鍵問題[1]。生態保護紅線對于維護生態安全格局、保障生態系統功能及經濟社會可持續發展具有重要作用[2]。而區域生態紅線的劃定對于正確引導開發建設的空間布局，保障區域生態安全具有重要的意義[3]。

2005年《珠江三角洲環境保護規劃綱要(2004-2020)》在生態紅線劃定方法上分成三部分，構筑區域生態安全體系，飲用水源和大氣敏感區單獨劃定[5]。《深圳市基本生態控制線管理規定》提出了基本生態控制線，將一級水源保護區、風景名勝區、自然保護區、基本農田保護區、森林及郊野公園、坡度大于25°的山地、主干河流、水庫及濕地、生態廊道和綠地、島嶼和海濱陸地等生態價值較高的區域劃為“基本生態控制線”[6]。2007年昆明市在進行土地利用總體規劃編修中把生態系統敏感或具有最關鍵生態功能區域，劃為生態紅線區[7]。近幾年，生態紅線的劃定方法更加完善，符娜等[8]在生態紅線區的劃定方法是把生態脆弱性和生態系統服務功作為評價指標進行劃定。左志莉[9]對生態紅線的劃定是將紅線區劃分為水源涵養與多樣性保護、水源涵養、水土保持、蓄水等4類26個生態紅線區，考慮各生態紅線區的生態服務功能定位，并提出分區建設重點以及用地空間管制措施。2015年環保部下發了《生態保護紅線劃定技術指南》明確定義生態紅線并給出科學的指導方法，對生態紅線的劃定是將生態紅線識別為重點生態功能區、生態敏感區和脆弱區、禁止開發區以及其他區域。然后進行重要性評估，再確定劃定生態保護紅線劃定方案[10]。本文選取普定縣為研究區域，在環保部《技術指南》的基礎上結合喀斯特地域特點在普定縣的劃定實踐研究，為其他喀斯特縣域生態紅線劃定工作提供參考。

普定縣位于貴州省中部，隸屬安順市，地處云貴高原東側斜坡地帶，烏江南源三岔河自西向東橫貫縣境中部，將全縣分為南、北兩大部分。交通區位優越、旅游資源豐富，生態環境良好，縣內生態環境敏感區域眾多，對水源涵養、水土保持、生物多樣性維護等生態功能極為重要，但同時也面臨水資源保護與利用矛盾突出，水土流失、石漠化日趨發展，水源涵養能力不足，農田面源污染日趨嚴重等生態環境問題。

1 數據來源與處理

本次研究數據主要包括資料收集數據和遙感采集數據。其中資料收集數據包括自然保護區數據、基本農田保護區數據、水源保護區數據與普定縣基本專題數據，由普定縣各相關政府單位提供。遙感數據為ALOS衛星10m空間分辨率數據，經過幾何精校準，圖像鑲嵌與色彩匹配等處理，NDVI與基巖裸露率數據均通過遙感影像反演得到。所有數據均與地形數據進行校正，統一定義為等積割圓錐(Albers)投影。

2 方法與過程

喀斯特縣域生態保護紅線劃定技術路線如圖1。

圖1 喀斯特縣域生態保護紅線劃定工作路線

2.1 生態保護紅線范圍識別

結合普定縣自然地理條件和生態環境多方面、多層次分析，擬將其劃分為禁止開發紅線區和限制開發紅線區兩大類，其中禁止開發區包括風景名勝區、自然文化遺產區、飲用水源保護區、基本農田保護區以及其它重要區域，限制開發區包括重要(點)生態功能區、生態敏感/脆弱區等重要區域。

2.2 生態保護紅線劃定技術方法

2.2.1 禁止開發區類生態紅線技術方法研究

自然保護區原則上全部納入生態保護紅線，對面積較大的自然保護區，其實驗區根據生態保護重要性評估結果確定納入生態保護紅線的具體范圍。其他類型的禁止開發區，根據生態保護重要性評估結果并結合內部管理分區，綜合確定納入生態保護紅線的具體區域范圍。

根據普定縣生態環境現狀及生態保護目標，其生態功能保護的重點區域主要集中在水源保護區、風景名勝區、自然文化遺產等區域。以上區域依據相關區劃、保護區規劃，結合遙感影像、地形圖綜合劃定。

2.2.2 限制開發區生態保護紅線技術方法

(1)水源涵養功能重要性評價

水源涵養功能重要性評價采用基于降水和蒸散的水量分解模型法進行評價。公式如下：

WY=P-ET

(1)

(2)

式中：WY為水源涵養量，作為水源涵養服務能力的代用指標；P為普定縣多年平均年降水量；ET為蒸散量；PET為普定縣多年平均潛在蒸發量；ω為下墊面(土地覆蓋)影響系數，依據土地利用類型取值(表1)。

表1 水源涵養功能重要性評價參數ω取值

(2)水土保持功能區生態保護劃定方法

水土保持功能區評價采用評價公式如下：

Spro=NPPmean×(1-K)×(1-Fslo)

(3)

式中：Spro為水土保持服務能力指數；NPPmean為評價區域多年生態系統凈初級生產力平均值；Fslo為根據最大最小值法歸一化到0～1之間的評價區域坡度柵格圖；K為土壤可蝕性因子。

(3)生物多樣性維護區生態保護紅線

以生物多樣性保護服務能力指數作為評價指標，計算公式為：

Sbio=NPPmean×Fpre×Ftem×(1-Falt)

(4)

式中：Sbio為生物多樣性保護服務能力指數；NPPmean、Fpre參數的計算方法同上；Ftem為氣溫參數，由多年(10～30年)平均年氣溫數據插值獲得，得到的結果歸一化到0～1之間；Falt為海拔參數，由評價區海拔進行歸一化到0～1之間獲得。

(4)水土流失敏感性評價

在非喀斯特在地區對水土流失的評價一般把降雨侵蝕力、地形起伏度、土壤因子、植被類型等作為主要評價因子，但在喀斯特地區水土流失敏感性評價中除了以上四個因子外，還與成土速率有很大關系，而成土速率與碳酸鹽中的酸不溶物含量密切相關[11,12]。本評價選取降雨侵蝕力、地形起伏度、植被類型、土壤類型及土壤允許流失量等5個指標對研究縣域水土流失敏感性進行分析評價。在ArcGIS中將前述5個因子對水土流失敏感性影響的分布圖進行乘積運算，將運算結果進行計算，公式如下：

(5)

式中：SSj為j空間單元土壤侵蝕敏感性指數，Si為i因素敏感性等級值。采用自然分界法對評價結果進行分類，這種分類方法是利用統計學的Jenk最優化法得出的分界點。能使內部的各級方差之和最小。通過參考國家環保部下發的《生態功能區劃暫行規程》[13]、《生態保護紅線劃定技術指南》[10]以及其他相關研究[14-16]，對水土流失評價各因素分級標準如表2。

(5)石漠化敏感性評價

石漠化敏感性主要取決于巖性、地形坡度、植被覆蓋度、降水量、基巖裸露率5個因子。以表3確定的分級標準對普定縣域石漠化敏感性名單因子進行評價[17-19],按照公式(1)和(2)進行綜合疊加計算，采用自然分界法對評價結果進行分級[20-21]。

表2 水土流失敏感性評價指標分級標準

表3 土地石漠化敏感性評價指標及分級

(6)河湖濱岸緩沖帶敏感性評價

河湖濱岸緩沖帶具有生態環境功能、社會經濟功能以及美學功能等三大功能。農業非點源污染除了因為農業生產的無序發展、缺少排污管網等基礎設施等因素外，一個重要的原因是河湖濱岸生態系統缺乏管理，在河湖水體與農業生產區之間缺失良好的濱岸緩沖帶。許多研究和實踐表明，河湖濱岸緩沖帶在防治農業面源污染、保持水土、保護和改善河湖生境方面有著極其重要的作用[22-23]。

①河濱岸帶敏感性評價

依據河流水環境功能和水質目標以及濱岸帶集水區土壤侵蝕強度，確定河濱帶敏感性。把濱岸帶植被最小保護寬度作為河濱岸帶敏感性評價指標[23]，計算公式為：

H=f(a,b)

(6)

式中：H為根據水質目標敏感性和土壤侵蝕強度確定的河濱植被最小保護寬度；a為水質目標敏感性等級；b為濱岸集水區土壤侵蝕強度。

②湖濱岸帶敏感性評價

按照漁業、水質、野生動物棲息地與生物多樣性、休憩和視覺質量4個屬性的敏感性等級綜合判定A、B、C、D、E共5個等級，以4個屬性中的最高敏感性作為綜合等級。

(7)

式中：f(x)為湖濱帶敏感性綜合等級；a為湖泊漁業敏感性等級；b為湖泊水質敏感性等級；c為湖濱野生動物棲息地和生物多樣性等級；d為休憩和視覺質量敏感性等級。

3 普定縣生態保護紅線區劃定結果

3.1 禁止開發區類生態紅線劃定結果

普定縣內主要有省級梭篩風景名勝區、原始植物保護區楓林火焰山、國家級自然文化遺產穿洞古人類文化遺址、10個水源保護區、1個五千畝大壩和2個萬畝大壩。根據收集資料，在ArcMap中對其進行數字化和地理配準等處理，得出禁止開發區面積為 166.21km2，占全縣國土面積的15.4%。其中，水源保護區面積為46.02km2，占普定縣面積的4.3%；梭篩風景名勝區與普定縣楓林火焰山保護區面積為110.6km2，占普定縣面積的10.2%；穿洞古人類文化遺址面積為0.27km2，占普定縣面積的0.02%；基本農田保護區面積為36.56km2，占普定縣總面積的3.4%(圖2)。

3.2 限制開發區類生態紅線劃定結果

限制開發區類生態紅線分布見圖3。

(1)水源涵養紅線區

此次把水源涵養功能區的極重要部分作為普定縣水源涵養紅線區，面積為4.13km2。水源涵養功能是普定縣生態功能保護區的重要生態功能之一，該生態功能的發揮主要涉及森林的數量、質量以及水土保持功能。由于人們對木材的需求增長將加大森林資源的消耗，人們隨意地墾荒等行為將加大森林資源的低價值消耗，這些都將影響森林發揮水源涵養的功能。質量好的森林資源才能最高效地發揮出其水源涵養的功能，較低質量的森林對水源的涵養生態功能將大打折扣。

圖2 禁止開發區紅線分布圖

圖3 限制開發區紅線分布圖

(2)水土保持紅線區

把水土保持評價后等級為極重要的區域納入水土保持紅線范圍，其面積為86.07km2，水土保持紅線區主要分布在普定縣西南部，涉及到馬場、龍場、馬官、白巖、貓洞等鄉鎮。普定縣屬于西南喀斯特地區,是我國重點水土保持功能區，作為西南喀斯特地區比較典型的地區，此縣域土壤十分容易風化，土質疏松，被侵蝕程度很嚴重。而且普定縣降水不均且降水強度大，同時不合理的人為干擾，使得水土流失十分嚴重。

(3)生物多樣性紅線區

生物多樣性維護區通過評價得出紅線結果后，再與普定縣政府把當地經濟發展與紅線結果進行討論，最終得到生物多樣性紅線區，面積為16.31km2。普定縣山地森林植被覆蓋較低，植被退化，物種棲息地受到嚴重影響，局部地區石漠化嚴重，物種的多樣性受到影響，進而影響了遺傳的多樣性。

(4)水土流失敏感紅線區

通過水土流失敏感性評價，結合普定縣實際情況把“極敏感”水土流失等級作為普定縣水土流失敏感紅線區，面積為40.96km2。山地-河流是全縣最為重要的生態系統。在這類生態系統中，物質基本上是從山地向河流單向流動，不成一個封閉的循環體系，先天就比較脆弱。在人類干擾和破壞下，特別是隨著人口壓力增大以及人類對環境影響力加大，使這種脆弱的生態系統難以發揮其基本的生態功能。植被破壞導致水土流失，加速了物質從山地向河流運輸的強度。這種效應的結果是山地區域長期的水土流失引起營養物質大量外流，土地日益貧瘠化，水土保持能力下降，生態惡化與貧瘠化呈現惡性循環。

(5)石漠化敏感紅線區

石漠化紅線區面積為46.76km2，總共有7個區域，主要分布在城關、化處、馬場、雞場坡、坪上、補郎、貓場、貓洞等鄉鎮。普定縣地質復雜，也是喀斯特發育最廣泛的地區，伴隨的是普定縣的石漠化也非常的嚴重。一旦表面覆蓋植被破壞，植被層削減，表土則會在極短時間流失進而形成石漠化。

(6)河湖濱岸緩沖帶敏感紅線區

河湖濱岸紅線區面積為50.61km2，因含有線狀區域河流，涉及區域較廣，普定縣各個鄉鎮都有所涉及。保護河湖水體水質的關鍵是控制污染物質進入河湖水體。找出污染物質進入河湖水體的運輸途徑并加以控制是治理非點源污染的重要內容。河湖濱岸敏感的區域一般為河湖周邊，此類區域對河湖水質影響較大[22]。

4 結論與建議

本研究考慮了普定縣縣域經濟發展戰略，城鄉建設統籌部署，重點項目安排和土地供求狀況，按照實際情況將普定縣劃為2個大類紅線區，禁止開發區與限制開發區，總面積為357.90km2，占普定縣國土面積的33.14%。普定縣生態保護紅線劃定研究，對于未來西南喀斯特縣域生態保護與城鎮規劃提供了科學依據。研究結論基本符合普定縣的生態環境和空間發展的客觀實際。禁止開發區主要加強對各類保護區的管理與保護，禁止一切開發活動。而限制開發區則可以在生態保護區與規劃建設區協調下進行部分建設開發活動。

生態保護紅線劃定，國家給出了明確的劃定指南。但在水土流失和石漠化脆弱性評價中的指標選擇，國家給出的評價標準與本研究選取的評價標準進行比較后，國家的評價標準在省一級層面與本研究評價標準相差不大，但在縣域的水土流失和石漠化脆弱性評價中本研究評價標準更加的準確。喀斯特地區降水量大，但由于地上地下二次元結構，能利用到的水資源很少，地表水就更加的珍貴。河湖濱岸緩沖帶的建立就是為了更好地保護地表水資源。在劃定縣域生態紅線，尤其是喀斯特縣域生態紅線必須結合當地自然環境、資源分布、生態狀況等進行劃分。在紅線和行政區協調統一的問題上，應切實考慮當地政府部門指導意見，保證區域生態紅線規劃與土地利用規劃相結合，劃出切合實際的生態紅線。

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Study on the method of ecological protection red line delineation in Karst mountain area ——Taking Puding County in Guizhou Province as an example

Du Guanghua, Lan Anjun, Qin Zhijia, Wang Changhao

(School of Geography and Environment Sciences，Guizhou Normal University，Guiyang 550001，China)

Ecological protection red line as a strategic management idea provided an important theoretical guidance and ideological support for China's ecological civilization construction. This study was to propose a method for the ecological red line delineation for karst mountain area in China. Followed the "Guidelines for the Definition of Red Line of Ecological Protection" issued by the Ministry of Environmental Protection, this paper also considered the particularity of karst mountainous areas, added the sensitivity evaluation for rivers and lake coastal buffers, and single factor index in the evaluation of rocky desertification and soil erosion susceptibility and vulnerability. By this method, the ecological protection red line of the Puding County was categorized into 2 types: prohibition development zone and restricted development zone. The total area of the red line was 357.9 km2, accounting for 33.14% of the land area of Puding County. From the delineation results, the method in this paper was more suitable for evaluation of ecological environment in Karst counties, and provided a scientific basis for red line delineation in karst mountain county.

ecological red line; Restricted Development Zone; Prohibition Development Zone;Puding County

“環境工程碩士研究生創新基金項目”(黔教研合JYSZ字[2014]006)；貴陽市科技計劃項目“貴陽市域突發地質災害危險性遙感評價及應急技術研究”(筑科合同[2012103]81號)；貴州省科技計劃項目“喀斯特山區低碳旅游示范區建設關鍵技術與示范”(黔科合SY字[2012]3058)

2016-11-04; 2017-01-19修回

杜光華(1992-)，男，在讀碩士，研究方向：環境遙感與GIS。E-mail: 875409452@qq.com

蘭安軍(1974-)，男，教授，研究方向：喀斯特環境遙感。E-mail：493486980@qq.com

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