基于功能性和敏感性的洛陽市生態分區研究

梁靜一，吳柏清，2

（1.成都理工大學旅游與城鄉規劃學院，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）

適宜的生態環境是人類賴以生存的保障［1］。生態系統服務功能和生態敏感性是生態系統研究關注的重要指標［2-4］。生態系統服務功能重要性評價可以揭示生態系統服務的數量和空間差異性，明晰一定區域內各種生態系統服務的重要區域［5］。生態環境敏感性評價揭示的是生態系統在受到自然和人類活動干擾時，引發生態環境問題的可能性大小，可以由此確定區域內生態環境的敏感程度和空間分布特征。國外對生態系統服務功能和生態敏感性的研究較早，起源于20 世紀，屬于生態環境學領域，利用數學相關模型，制定不同的生態研究指標，著眼于現實環境，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，國內相關區劃研究開始比較晚，首先是研究自然、氣候、農業分區，然后逐漸向生態學側重，針對區域內不同的自然條件和空間特征進行分區研究［6，7］。國內研究大多基于單方面表征生態重要性，對多方面綜合評價生態保護重要性及分區的研究較少［8］。目前，中國生態環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分區的研究［9，10］。

本研究通過對洛陽市生態系統服務功能重要性和生態敏感性進行評價，從而劃分不同的區域，能夠更加有效地指導城市生態環境的保護，抑制生態環境惡化問題，促進生態結構的恢復，完善生態功能，以期為推進生態文明建設和生態可持續發展提供參考。

1 研究區概況及數據獲取

1.1 研究區概況

洛陽市因地處洛河之陽而得名，是中華文明的重要發源地，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，地理位置優越（圖1）。洛陽市屬暖溫帶半干旱大陸性氣候，季風環流顯著，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，作為一個重工業城市，同時也是河南省第二大城市，洛陽市的城市規模和經濟水平對該省發展具有重要意義。

圖1 研究區位置示意

1.2 數據獲取

本研究以洛陽市為研究區域，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劃方案、生態環境狀況公報等相關文本。

1.3 研究方法

本研究依據生態環境部頒布實施的《生態保護紅線劃定指南》（環辦生態〔2017〕48 號）和自然資源部頒布實施的《資源環境承載能力和國土空間開發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系統服務功能重要性和生態敏感性進行評價，將各評價指標均歸一化到0～1 參與計算，最后將生態系統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 生態系統服務功能重要性評價 生態系統服務功能重要性評價可以揭示生態系統服務的數量和空間差異性，明晰一定區域內各種生態系統服務的重要區域。根據研究區生態系統特點，本研究從水源涵養、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）水源涵養功能。水源涵養功能計算公式如下。

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 生態敏感性評價 生態環境敏感性評價揭示的是生態系統在受到自然和人類活動干擾時，引發生態環境問題的可能性大小，可以由此確定區域內生態環境的敏感程度和空間分布特征。根據研究區生態系統特點，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為生態系統類型；P為地形坡度（°）；C為植被覆蓋度因子（%）。

2 結果與分析

2.1 生態系統服務功能重要性評價結果

2.1.1 水源涵養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，重要區主要集中在欒川縣、嵩縣周圍區域，這些地區地勢較高，山川丘陵交錯，伊河和北汝河流經此區域，且建有陸渾水庫，水源涵養功能較高（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、高度重要區以及重要區主要集中在欒川縣、嵩縣西部以及洛寧縣南部地區，這些地區建有多個自然保護區和國家森林公園，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、高度重要區以及重要區主要集中在欒川縣和嵩縣南部地區，該區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，因此城區內防風固沙功能較低（圖2d）。

2.1.5 生態系統服務功能重要性評價結果 生態系統服務功能重要性極重要區和高度重要區主要集中在洛陽市南部地區；重要區主要集中在洛陽市西部地區，北部孟津縣也有分布；比較重要區在洛陽市北部分布較多；一般重要區較少零星分布。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和國家森林公園，生態系統服務功能相對完善，生態環境狀況良好（圖2e）。

圖2 生態系統服務功能重要性空間分布

2.2 生態敏感性評價結果

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和高度敏感區在汝陽縣南部及嵩縣西部少數鄉鎮零散分布，敏感區在洛陽市南部少量零星分布，比較敏感區和一般敏感區分布較廣，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在洛寧縣東北部、宜陽縣中部以及欒川縣北部部分鄉鎮少量分布，敏感區在洛寧縣、宜陽縣、伊川縣、欒川縣、新安縣等地區有所分布，其余為比較敏感區和一般敏感區，占比較高，分布范圍較廣，各個縣域均有分布。總體來看，洛陽市中部部分鄉鎮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域大多集中在洛寧縣，嵩縣、宜陽縣、汝陽縣等部分鄉鎮有少量分布，占比最高的為比較敏感區和一般敏感區，分布范圍較廣，各個縣域均有分布（圖3c）。

2.2.4 生態敏感性評價結果 洛陽市生態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鎮為高度敏感區和敏感區，總體來看，敏感性程度偏低。山地和丘陵交錯地區，敏感性程度較高，人類活動會破壞地表植被、損害地形地貌，使得地區生態較為敏感，可能會引發水土流失等自然地質災害，對生態環境造成破壞（圖3d）。

圖3 生態敏感性空間分布

2.3 生態環境分區管控

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

圖4 洛陽市生態分區

2.3.1 水源涵養、水土保持及生物多樣性維護重要區 該區域的水源涵養服務功能、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鎮，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，水文條件優良；建立伏牛山國家級自然保護區、熊耳山省級自然保護區等多個自然保護區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，生態環境良好，水土保持和水源涵養功能較強，且具有豐富的動物資源、植物資源和旅游資源，從而完善生態功能類型，形成了森林生態系統和濕地生態系統［13］。

該區域生態服務功能較高，植被覆蓋率較高，要注意保護和維護，提高森林生態的穩定性，保護水源涵養功能，維護生物多樣性，主張走保護與開發并重的道路，大力發展當地生態旅游資源，維護生態環境的同時帶動經濟發展。

2.3.2 水土流失預防治理區 該區域地形高差加大，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在汝陽縣城南部與嵩縣相接處的部分鄉鎮，由于人類修建水庫以及其他不合理的土地利用，使得區域內植被覆蓋度降低，原有地質環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，大力發展雨水集流、節水灌溉工程，禁止開展陡坡開荒等農業生產，施工的同時要注意生態環境的保護，關注長遠生態，預防水土流失的發生。

2.3.3 石漠化調控治理區 洛陽市生態環境局下發的2019 年生態環境狀況公報中顯示，洛寧縣的土地脅迫指數為全市第二，偏高。該區域森林覆蓋率略低，包含低山區和丘陵，地形復雜，裸巖荒山面積大，坡度陡，抗干擾能力差；該區域因大規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，無法涵養水源，同時破壞一些動物的生存環境，生態系統變得敏感脆弱［15］。

該區域建有故縣水庫，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，對石漠化現象優先進行調控。

2.3.4 土地沙化調控治理區 從地形地貌上來看，該區域地塊相對破碎，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，科學規劃和調控生態問題。

2.3.5 城區生態治理區 洛陽市生態環境局下發的2019 年生態環境狀況公報中顯示，洛陽市轄區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（生態環境狀況指數）最低，生態環境質量類型為一般。

在河南省的發展格局中，洛陽市一直處于重要地位，作為一個重工業城市，洛陽市工業的發展使得經濟水平不斷提高、居民人均收入不斷增加，推動城市規模不斷擴大，并帶動了周邊地區的發展。顯而易見，工業化發展會帶來一系列的環境問題：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，引發水土流失等自然災害；該區域人口、建筑密度大，瀍河區、澗西區、洛龍區等部分工業占地面積大，使得生態保護功能重要性低［18］。

對于該區域需要采取積極的管制措施，一方面要推動經濟、工業的發展，保障廣大人民生存的需求，另一方面，要更加注重生態環境的治理保護，加大道路兩側的綠化，加強對施工企業的監管力度，注重日常維護管理，在市區宣傳欄進行生態可持續宣講，提高人民的生態意識，大力推進可持續發展。

2.3.6 生態恢復區 該區域生態環境整體上略優，可能受水系及地形因子影響［19］。該區域主要包含伊川縣、新安縣、偃師市大部分鄉鎮以及周邊鄉鎮，地處豫西低山丘陵區，氣候條件溫和，屬于自然生態類型較為齊全的地區，早些年，由于該區域與洛陽市中心城區鄰接，受工業發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，使得生態環境一度惡化。

隨著人類對生態的重視程度慢慢提高，該區域的生態環境已經在逐步好轉。政府大力實施退耕還林、工礦廢棄地復墾、礦山環境治理、生物多樣性保護和水源涵養保護等工作；小浪底水庫和西霞院水庫帶動了周圍生態功能的提高；區域內青要山自然保護區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環境的和諧發展［20］。

3 小結

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

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

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

由于生態系統包含的要素種類繁多，生態研究的難點之一在于從整體上分析統籌布局［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優化完善評價體系，多方面考慮生態因素，同時也要考慮制度、社會等對生態環境的影響，更加系統全面地進行相關研究。