市縣級限制開發區環境功能區劃研究
——以河北省張家口市為例

李 晟,鄭 重,周偉奇,李偉峰

1 中南林業科技大學風景園林學院,長沙 410004 2 南華大學建筑學院,衡陽 421001 3 中國科學院生態環境研究中心城市與區域生態國家重點實驗室,北京 100085 4 中國科學院大學,北京 100049

我國地域遼闊,各地區間自然環境和社會經濟狀況差異較大,因此有必要對環境進行分區管控,優化國土空間管控,保障區域資源合理分配[1-2]。環境功能區劃是在國家主體功能區劃的指導下,充分考慮區域經濟社會活動對環境的干擾和影響,綜合社會、經濟、環境三個要素,分析確定不同區域的環境功能,并以此為依據實施環境空間分區管控的綜合規劃。環境功能區劃是實行環境分區管理和分類指導,促進環境保護管理戰略轉型的基礎[2-3]。

自20個世紀80年代以來,基于空間規劃理論,國內外開展了大量環境區劃的指導思想和技術手段的探索性研究。大量的研究主要聚焦在水[4- 6]、大氣[7]、土壤[8- 10]、噪聲[11-13]等單一環境要素的環境功能區劃。這類區劃在環境保護方面發揮了重要作用,但是由于缺乏對自然條件和社會經濟要素的綜合考慮, 難以起到統籌指導的作用。如今隨著社會經濟的發展和環境保護形勢的變化,明確各地區主導環境功能,完善綜合環境功能區劃體系成為解決生態環境問題、優化經濟發展的重要需求[2,14-15]。2012年,環保部環境規劃院提出了《環境功能區劃編制技術指南(試行)》(簡稱《指南》),對環境綜合評價及分區方法進行了規范, 目前在《指南》的基礎上各地區環境功能區劃已相繼開展并不斷完善[16]。但是總體而言,當前環境功能區劃相關研究仍存在以下兩個方面的問題： (1)大多研究集中于探究省級尺度環境功能評價與分區(如四川[17]、湖北[18]、廣西[19]等),市縣級環境功能區劃相關研究較少,導致區劃難以落地;(2)現有市縣尺度環境功能區劃大多沒有和其他國土區劃相結合,和其他區劃的空間范圍和監管方面存在沖突。

我國于2011年發布了《全國主體功能區規劃》,作為指導國土空間開發和其他空間規劃的重要依據[20-21]。主體功能區劃按照不同區域的資源環境承載能力、現有開發強度和未來發展潛力,以及是否適宜或如何進行大規模高強度工業化城鎮化開發為基準,將國土劃分為優化開發區域、重點開發區域、限制開發區域和禁止開發區域4類主體功能區[22]。限制開發區是生態功能重要,資源環境承載能力較低,生態系統相對脆弱的地區。為協調限制開發區的開發秩序、構建生態保護和經濟發展并進的發展模式,近年來我國對于限制開發地區開展了很多國土空間格局優化研究。如米楠等[23]根據區域自然環境狀況將寧夏回族自治區的限制開發地區細化為禁止開發區、強限制開發區、中限制開發區和弱限制開發區4類,以突出功能區內部的差異和發展潛力,便于精細化管理;王菲菲[24]根據土地覆蓋類型與功能將萬安縣分為生態建設區、城鎮發展區、農業生產區、禁止開發區4類功能區。但已有限制開發地區功能區劃往往僅考慮環境質量和開發強度,而忽視了各地區環境功能類型,特別是在資源環境承載力較弱的限制開發地區,自然條件、經濟發展狀況以及人類活動差別很大,針對不同環境功能制定環境保護和管控策略尤為重要,但是，目前缺少面向限制開發區開展的環境功能區劃研究。 因此，進行限制開發區的環境功能區劃研究，對于環境資源利用決策和環境管理政策的制定具有重要意義。本研究在總結現有環境功能區劃研究方法基礎上,以河北省張家口市作為示范區開展市縣尺度限制開發區域環境功能評價與區劃工作,并根據各環境功能區的主要功能及生態環境特點提出相應的環境目標和管控措施,為區域管理提供可行的操作手段。本文對《指南》中的區劃體系設計和區劃技術進行改進,可為其他市縣級限制開發區環境功能區劃提供參考。

1 研究區概況

張家口市位于河北省西北部,地處蒙古高原與華北平原之間,南北長289.2 km2,東西寬216.2 km2,總面積3.69104km2。張家口市地勢西北高、東南低,陰山山脈橫貫中部,將張家口市分為壩上、壩下兩個不同的自然區域。壩上屬內蒙古高原南緣,該區地勢平坦,草原遼闊,屬典型波狀高原景觀。壩下地處華北平原與內蒙古高原的過渡帶,地形復雜,多丘陵與河谷盆地。氣候類型屬寒溫帶大陸性季風氣候,夏季涼爽短促,冬季寒冷漫長。四季分明,雨熱同期,壩上壩下氣溫差異較大,全年大部分時間受西北冷氣流影響,風多雨少,氣候干燥,年降水量300—500 mm,屬于半干旱地區,自然植被覆蓋以灌木草地為主[25]。

張家口市轄6個市轄區,10個縣,截至2015年年末,張家口市戶籍總人口469.01 萬人,其中城鎮人口230.81萬人,鄉村人口211.36萬人, 2015年張家口市實現生產總值1363.54億元。人均生產總值達30840元[26]。張家口市是河北省傳統的老工業基地和畜牧業基地。

在國家及河北省主體功能區劃中,張家口全境處于限制功能區中的重點生態功能區。張家口地處京津冀眾多城市的上風上水位置,是京津冀平原地區重要的生態屏障,擔負著保護京津地區生態安全的重要任務。同時張家口地區擁有豐富的自然資源,提供大量生態系統服務功能,是京津冀地區重要的供水水源地、水源涵養區和風沙源治理區[27]。張家口市人口城市化和土地城市化進程緩慢。盡管其經濟增長快,環境質量高,但仍面臨一定程度的環境問題,包括地表水及地下水水質超標,土地退化和企業違規排放等問題,因此對其進行環境功能區劃具有重要意義。

2 環境功能區劃方法

2.1 總體思路

為規范省級環境功能區劃編制技術要求、方法和程序,我國環保部編制了《環境功能區劃編制技術指南(試行)》,用以指導省級環境功能區劃的編制,重點流域、重點區域環境功能區劃工作。限制開發地區內的環境功能區劃是以保障農產品安全、保障重點生態功能區生態產品提供、保障環境安全為目的,相比其他主體功能區的環境功能區劃,限制開發地區環境功能區劃的主要目標是重點生態功能區和農產品主產區。本文在《指南》的基礎上,結合限制開發區的定義和現狀,并綜合考慮市縣級環境功能區劃的要求,對區劃的思路和方法進行調整,具體思路如下：以省級主體功能區劃和生態環境功能區劃為依據,結合實地調研明確研究區的主要環境功能;在此基礎上從自然生態安全評價、維護人群健康評價和區域環境支撐能力評價三個方面,選擇適當的指數對研究區進行環境綜合評價;依據主導因素法,結合環境綜合評價結果和縣(鄉鎮)級行政邊界劃定區劃單元邊界并確定環境功能類別;明確分區主導環境功能、環境目標和管控措施。

2.2 環境功能區劃體系

在《環境功能區劃編制技術指南(試行)》中,根據保障自然生態安全和維護人群環境健康兩方面的基本功能,把國土空間劃分為自然生態保留區、生態功能調節區、食物安全保障區、聚居發展維護區、資源開發引導區5類環境功能區。本文在該區劃方法的基礎下,結合限制開發地區的典型特征進行調整,將生態功能重要,但生態環境較為脆弱或受到人類活動擾動強烈的地區劃分為生態功能恢復區,將限制開發地區劃分為6類環境功能區,并進一步根據環境功能區的主要功能類型劃分了15類功能區亞類(表1)。

表1 限制開發地區環境功能區劃體系

2.3 環境功能綜合評價

環境功能綜合評價主要依據自然生態安全指數評價、維護人群環境健康指數評價、區域環境支撐能力指數對區域進行評價。通過環境功能綜合評價,區域內各評價單元都有一個相應的環境功能綜合評價數值,它是劃分環境功能區劃的基礎。數值越高的地區環境功能越偏向于維護人群環境健康,反之則偏向于保障自然生態安全[2]。《指南》綜合了主體功能區劃和生態功能區劃的指標體系和評價方法,提供了環境功能綜合評價指標體系。本文根據限制開發地區在主體功能區劃中的定位,這里對環境功能綜合評價指標體系進行了一些調整,以指導限制開發區環境功能區劃的進行。

2.3.1環境功能綜合評價指標體系

《指南》提供了3個一級指標9個二級指標和25個三級指標。國家主體功能區劃將限制開發區域分為農產品主產區、水源涵養型生態功能區、水土保持型生態功能區、防風固沙型生態功能區、生物多樣性維護型生態功能區5個類型,實際使用中,要根據研究區的主體功能區類型和本底特征對指標體系進行調整。本文在《指南》提供的環境綜合評價指標體系的基礎上,基于張家口市實地情況，取消了石漠化敏感性、人口流動強度、 GDP 增長率3個指標，相對弱化了經濟開發強度對區劃的影響。重點突出限制開發地區內各地區在保障生態安全和環境承載力方面的空間分異特征,制定了適用于張家口地區的環境綜合指標體系,共有3個一級指標,9個二級指標和18個三級指標(表2)。

表2 張家口環境功能綜合評價指標體系

2.3.2數據來源

自然生態安全指數中所用到的土地利用數據、土壤數據、氣象數據均來自于“京津冀城市群生態環境三十年變化調查與評估”項目所獲得的遙感數據、地面調查數據和長期生態系統監測數據。

人群健康維護指數所用到的人口柵格數據來自于LandScan全球人口數據庫,分辨率為1 km1 km,社會經濟數據來自于《張家口經濟年鑒》。

區域環境支撐能力指數所用到的指標來自于《河北經濟年鑒》、《中國城市統計年鑒》、《張家口經濟年鑒》、《河北省水環境功能區劃》、《河北省環境功能區劃》、《河北省主體功能區劃》。

2.3.3環境功能綜合評價方法

為滿足市縣尺度環境功能區劃對精細格局的要求,同時也有利于環境監管落地,本文采用了公里格網與行政邊界結合的方法,在計算自然生態安全指數和區域維護人群環境健康指數時采用公里格網作為研究單元,在計算區域環境支撐能力指數時用縣級行政區作為分析單元,之后在地理信息系統軟件的幫助下,利用空間疊加分析技術計算出環境功能綜合評價指數(A),計算方法為：

A=KP2-P1

式中,P1為自然生態安全指數;P2為人群健康維護指數,K為區域環境支撐能力指數。

對于自然生態安全指數的計算,本文依據相關文獻選擇了更適合市縣尺度生態系統敏感性和生態系統重要性的計算方法[28-29]。人群健康維護指數和區域環境支撐能力指數的計算則選用了《指南》提供的方法。 基于環境功能綜合評價指數進行分析,得到張家口市環境功能綜合評價圖(圖1),高開發建設區及較高開發建設區主要為中心城區及其他人類聚居地,高自然生態保障區主要為各類自然保護地及森林公園,較高自然生態保障區與生態功能過渡區交錯分布在高開發建設區及較高開發建設區周邊。

圖1 張家口市環境功能綜合評價圖Fig.1 Environmental function assessment in Zhangjiakou

2.4 環境功能區識別

綜合考慮具有重要影響的主導因子以及相關的國家政策、規劃等,通過選取不同類型環境功能區的主導因素,劃分自然生態保留區、生態功能保持區、生態功能恢復區、食物安全保障區、環境開發引導區、聚居發展維護區,對評價結果進行修正,提出環境功能區劃備選方案。

主導因素法是自上而下劃分環境功能區的技術方法,劃分各類型區的主導因素見表3。

表3 各環境功能類型區的主導因子

根據環境功能區目標,制定區域的環境質量考核目標、區域污染物排放標準、污染物排放總量控制要求、環境風險防范要求和自然生態保護要求等環境管理要求。制定分區的產業準入標準和環境影響評價工作技術要求。

圖2 張家口市環境功能區劃Fig.2 Environmental function zoning in Zhangjiakou

建立“分區管理、分類指導”的環境管理體系。根據當地自然及社會經濟情況,制訂地方環境質量標準、污染排放標準、總量控制要求、產業準入環境標準等,建立基于環境功能區劃的環境管理體系。

3 張家口市環境功能分區

本文將張家口市國土劃分為自然生態保留區、生態功能保持區、生態功能恢復區、農產品安全保障區、環境開發引導區、聚居環境維護區6類環境功能分區(圖2,表4)。

3.1 自然生態保留區

張家口市共劃定自然生態保留區6個,其中2個,分別是大海陀自然保護區,面積約112.25 km2;小五臺山自然保護區,面積約60 km2。保留引導區4個,分別是長城嶺景區、金河口國家森林公園、和平森林公園和蔚縣空中草原自然保護區。面積共357.25 km2,占全市總面積0.98%。

自然文化資源保護區其主導環境功能是保護自然生態系統與珍惜瀕危野生動植物物種。大海陀自然保護區、小五臺山自然保護區都屬于國家級自然保護區,作為典型溫帶森林生態系統類型,保留了大量暖珍稀瀕危野生動植物物種,包括和"國寶"大熊貓齊名的我國特有珍禽褐馬雞,因此需要保障自然環境本底狀態,強制保護具有特定自然資源價值的區域,以保障自然生態系統原真性和可持續發展空間,維護物種多樣性。其余4個保留引導區尚未受到大規模人類活動干擾,生態服務功能不顯著,暫不具備農牧業及資源開發價值,應受到保護以保留其自然狀態和滿足可持續發展需求。

表4 張家口環境功能分區結果

對于自然生態保留區,應該嚴格劃定生態紅線,加強生態修復和環境保護,禁止一切工業項目進入,現有的要限期關閉搬遷; 禁止經營性畜禽養殖;嚴格按照相關文件進行保護和管控,杜絕一切形式的水體及土壤污染。可以適當發展自然保護區綠色旅游業。

3.2 生態功能保持區

張家口市包括2個大型生態功能保持區,其中防風固沙區1個,壩上高原山地區。水源涵養區1個,冀北燕山山區。此外,還有多個中小型生物多樣性保護、防風固沙、水源涵養和水土保持功能區,共 20752.75 km2,占張家口總面積的57.0%。該類型分區在張家口市所占面積最大,說明張家口市主導環境功能是自然生態保障,大部分國土以提供自然保障功能為主,符合張家口限制開發地區的主體功能區劃定位。

這幾個區域是京津冀地區的重要生態屏障,京津冀生態安全的重要屏障,海灤河流域重點水源保護區和生態恢復治理區。河北林業和生物多樣性保護的重點區,河北生態旅游產業開發核心區,河北綠色能源、特色農業等生態產業重點發展區。該區域的管控重點是注重區域內的生態恢復和保持工作,保證地表水、地下水、區域空氣和土壤質量達到國家質量標準,同時禁止新增二類、三類工業項目,已有二類、三類應逐步退出該區域。禁止任何形式的毀林、開荒等破壞植被的行為,加強生態公益林保護與建設,提升區域水源涵養和水土保持功能,增強區域生態環境承載力,保持并優化原有的產業基礎。

3.3 生態功能恢復區

張家口附近的生態功能恢復區主要集中在張家口主城區以及崇禮區西南部,此外,還有部分分布在燕山北麓和陽原縣以及蔚縣的農業區。總面積達2354.94 km2,占張家口總面積的6.47%。

該地區自然條件差,生態環境脆弱,由于前期經濟發展影響,生態環境破壞比較嚴重,崇禮區曾一度成為風沙入侵北京的主要通道,蔚縣西部地區也經歷過嚴重的草地退化與荒漠化。經過近年來的生態恢復建設,這些地區生態環境得到了一定改善,但仍然需要繼續保護和治理。因此,該區域以生態保護與恢復為主要職能,禁止規模化經濟開發活動。并且該區域應進行適當生態移民,將生態脆弱區的村莊遷移至其他地區,緩解土地壓力的同時,防止生態環境的進一步惡化。

3.4 農產品安全保障區

研究區內劃分了5個農產品安全保障區,其中4個是糧食環境安全保障區。分別是西南蔚縣糧食主產區、西部節水糧果區、東南部特色糧果主產區和城郊高效農業區。1個是畜產品環境安全保障區,東部水保林牧區。面積共11110.43 km2,占保護區面積的30.52%。

食品安全保障區的功能主要是保護基本農田和耕地,保護、改良土壤。以綠色、有機農產品生產基地為環境保護目標,環境管控方面要嚴格控制地表水和土壤質量,禁止涉及重金屬、持久性有機污染物排放的二類工業項目,并嚴格控制化肥農藥施用量,重點保障有毒有害環境污染不對農產品基地產生影響,確保農產品質量安全和產量。該區域主要經濟基礎為農林副業,其產業優勢是特色種植業。所以,該區域未來的經濟發展方向仍以特色種植業為主,在此基礎上,加大農業機械化基礎設施建設,實現規模化生產。此外,依據其農業基礎,可適當的發展農產品深加工業。

3.5 環境開發引導區

張家口市區東部鄰接的崇禮區東部及東北部被劃定為聚居環境維持區,該地區環境支撐能力較強,有較好的開發潛力,但是人均水資源利用率偏低,還需要進一步優化。該區域面積共1591.88 km2,占張家口總面積的4.37%。

該區域資源環境承載力高,現有開發密度中等,經濟基礎較好,但是未形成優化的生產模式,還有進一步提升的空間。應以該區域良好的資源環境承載力和良好的經濟基礎為優勢,依據現有經濟發展基礎,加大投入力度,完善基礎設施建設,強化管理,適當利用和開發林業資源與礦產資源,進一步提升經濟水平。

3.6 聚居發展維護區

聚居發展維護區中的聚居環境優化區主要為張家口中心城區和中心鎮居住、商業、科教等的集中區塊,這片區域同時也是河北省主體功能區劃中劃定的重點開發區。聚居發展維護區面積共241.69 km2,占張家口總面積的0.66%,說明張家口市經濟基礎較差,城市化水平不高。

聚居發展維護區主要功能是提供健康的人居環境,保障各環境指標能夠持續滿足人類健康生活的需要,防范環境風險。該區域主要是張家口市主城區,在未來較長時間內仍將是區域經濟發展的中心,針對其發展,應進行區域內產業結構優化調整。優化方向主要為降低產業發展對生態環境的依附性,促進綠色產業優先發展。憑借區位優勢與經濟基礎大力發展第三產業,以信息業、服務業來推動產業結構優化。完善交通網絡。促進其與周邊區縣間資金、信息、勞動力與資源的高速流通。

3.7 張家口市整體環境功能結構

基于張家口市環境功能區劃,規劃張家口市“一心二帶三區”的環境功能結構(圖3)。

圖3 張家口市環境功能結構Fig.3 Environmental function structure of Zhangjiakou

“一心”是指聚居環境維護及開發引導核心區。要在嚴守環境管控目標的前提下,提高核心區綜合經濟水平,強化區域集聚輻射帶動能力,引領全市經濟迅速健康發展。

“二帶”指生態功能保留及保持帶,是聯系研究區內部各環境要素及外部生態空間的重要生態區域。在未來土地與環境資源利用規劃中,要以“二帶”作為戰略抓手,在東部以生態保留為主應分發揮生態保育功能;在西部以生態恢復為主大力發展生態建設。做到充分利用張家口市生態資源優勢,維護市域生態安全,發揮生態屏障和水源涵養功能,推動生態工程建設,形成生態友好型發展模式。

“三區”指農產品供給安全保障區。要做到從傳統農業轉型為生態農業,通過“退耕綠化、種草禁牧、改旱節水”等措施,引導農業生產朝著資源節約、環境友好的方向發展,以保障張家口及周邊地區農產品供給安全。

4 討論

(1)為在管理和政策層面與主體功能區劃統籌協調,環境功能區劃應考慮主體功能區類型。限制開發地區是主體功能區劃中重要的類型,包括重點生態功能區和農產品主產區,限制開發地區的主要環境功能區劃應該是以保障農產品安全,保障重點生態功能區生態產品提供、保障環境安全為目的,需要與其他主體功能區類型進行區別。因此,本文在《指南》的基礎上,針對限制開發區的特點優化了環境功能區分類體系,將生態功能調節區根據其生態脆弱性與環境質量,調整為生態功能保持區和生態功能恢復區,突出了限制開發地區的生態重要性與生態脆弱性的特征,同時根據環境功能能綜合評價重新劃定了環境開發引導區,有利于市縣級環境管控措施的分解與落地。

(2)環境功能區劃具有明顯的空間尺度特征[30],針對不同環境功能綜合評價指標的要求,本文采用了公里格網和行政邊界相結合方法進行環境功能綜合評價。公里格網單元能夠反映自然地理信息和人口最真實的分布特征,并且能夠保持自然生態系統的連續性;而行政區劃單元作為社會經濟和環境相關指標的統計單元,能更好的表現區域環境支撐能力,同時行政區劃單元也是環境保護政策落地實施的基本單元。這種方法在滿足市縣尺度環境功能區劃對精細格局的要求的同時,也有利于管理部門提供清晰可落地的管控措施和環境目標。

(3)不同類型限制開發區由于本底環境不同,具有迥異的生態環境特征并且面臨不同的生態環境問題。例如土壤侵蝕、水土流失問題嚴重的黃土高原丘陵溝壑;土地沙化嚴重、沙漠化敏感程度高的科爾沁草原;物種豐富、瀕危珍稀物種集中,但棲息地受威脅的三江平原濕地等等。針對區域特有的環境特征和主要環境問題,環境區劃編制必須遵循因地制宜的指導思想,選用差異化的指標體系和評價方法,才能使區劃結果更具有科學性和可行性。

5 結論

本文在總結現有環境功能區劃研究方法的基礎上,基于限制開發區功能定位與環境特征,提出了以公里格網作為分析單元,結合縣域行政邊界,基于環境功能綜合評價的結果,從自然生態安全、維護人群健康和區域環境支撐能力等三個方面,開展限制開發區市縣尺度環境功能區劃的方法。基于該方法,將張家口市分為自然生態保留區、生態功能保持區、生態功能恢復區、農產品安全保障區、環境開發準入區、聚居發展維護區6類環境功能區,并根據各環境功能區的主要功能及生態環境特點提出相應的發展建議,在此基礎上進一步規劃了張家口市“一心二帶三區”的環境功能結構。本文在《指南》的基礎上,結合了實踐案例對限制開發區環境功能區劃進行了實踐探索,對于限制開發地區限制高強度工業化、城鎮化的特點,項目調整了評價所用的參數,使區劃結果在保留社會經濟因素和環境支撐能力的同時,更多的考慮了區域自然環境功能的空間分異,該方法和思路可為其他類型限制開發區環境功能區劃研究提供依據和參考。