面向國土空間規劃的生態保護重要性評價
——以內蒙古東部地區興安盟為例

孫立超 郭露露 全嘉美 段增強* 王 健 賈貴舉 董康寧 董 杰

(1.中國農業大學 土地科學與技術學院，北京 100193；2.自然資源部農用地質量與監控重點實驗室，北京 100193；3.興安盟自然資源調查規劃研究中心，內蒙古 烏蘭浩特 137400)

改革開放后，我國城鎮化高速發展不斷擠壓生態空間，資源開發利用粗放、國土空間布局失衡、生態服務功能退化等問題頻發，區域生態安全和社會生態安全的可持續發展面臨嚴峻考驗，如何解決生態安全問題已經不僅僅受到學術界廣泛關注，也逐漸引起政府和社會的高度重視。國土空間規劃是國家空間發展的指南、可持續發展的空間藍圖、合理劃定“三區三線”的基礎，也是各類開發保護建設規劃的基本依據。其中，生態保護紅線、生態空間的劃定是踐行“三區三線”中生態優先的理念,是保障和維護國家生態安全的底線，是延續和強化生命線的根本，生態保護重要區的劃定是國土空間規劃中其他空間的基礎。基于生態保護重要性評價體系并針對區位特點劃定合理的生態保護重要區域是系統性解決區域生態安全問題、推動可持續發展的有效手段，可為國土空間規劃提供重要的理論支撐。國內外研究圍繞生態保護重要區的識別方法與生態修復進行了大量的理論和實證研究，已有研究一般從生態保護區的劃定方法、生態保護區的生態保護評價工作、生態保護地網絡建設等三方面進行，如：歐盟的綠寶石網絡(Emerald Network)、自然2000保護區網絡(Natura 2000)、歐洲的綠帶計劃(The European Green Network)、美國的綠帶網絡(American Greenway Green Belt)。國內研究則逐漸形成基于點(節點)、線(生態廊道)、面(源地)的生態安全體系研究，可分為基于生態紅線和基于生態過程的2類研究，并形成了全國、省、城市群、市、縣、鄉的多尺度研究區域。

目前，有關生態安全的研究在理論以及實踐都已經形成了相對成熟的理論體系和技術架構，但尚未構建完整的生態重要性保護制度，對生態保護重要區域落地以及優化國土空間規劃研究相對較少。

興安盟位于內蒙古東北部，是我國北方生態安全重要屏障。全盟大部分植被處于干旱、半干旱農牧交錯帶地區，是全球變化最為生態敏感的區域之一。同時興安盟近年由于天然林保護工程、水庫建設和農田開墾造成濕地和草地面積減少，生態資源面積在減少，亟待通過國土空間規劃進行改善，為鄉村振興和生態文明建設的新時代發展貢獻力量。目前生態功能區劃及生態脆弱性方面研究尚少，因此，本研究以內蒙古東部興安盟為研究區，采用生態系統服務功能重要性與生態脆弱性評價相結合的方法，構建基于目標層-準則層-指標層評價體系進行生態保護重要性評價并以此為準可設定符合興安盟實際的生態修復規劃，以期為興安盟國土空間和生態資源的可持續利用提供依據。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

興安盟(119°28′～123°38′E，44°14′～47°39′N)地處內蒙古東北部與黑龍江省吉林省接壤。行政區面積5.98×10hm，轄兩市一縣三旗。地勢呈西北高東南低態勢，是典型的溫帶大陸季風氣候區，立體氣候特征顯著，地區差異性明顯，年均降水量在350～400 mm，雨熱同期集中于夏末秋初，無霜期在95～145 d，日照數為2 580～3 120 h。興安盟地處大興安嶺向松嫩平原過渡帶，生態系統類型多樣，森林面積大、分布廣，生態服務價值高、碳匯功能巨大，是錫林郭勒草原、呼倫貝爾草原、科爾沁草原與內蒙古草原的連接紐帶，在我國北方環境保護治理和生態修復過程中發揮著重要作用，是我國北方的重要生態安全屏障。

興安盟土地利用現狀(圖1)類型中耕地、林地、草地合計占全盟國土總面積的92.11%，其中耕地1.57×10hm、所占比例28.49%，林地1.71×10hm、所占比例30.97%，草地1.80×10hm、所占比例32.65%，生態農牧空間占據主導地位。

圖1 興安盟土地利用現狀Fig.1 Current land use status of Xing’an League administrative district

1.2 數據來源

本研究使用數據包括興安盟土地利用現狀數據、DEM數據、土壤質地數據、氣象數據集、生態系統類型數據集和NDVI等有關數據，具體數據來源如表1所示。

表1 本研究數據來源
Table 1 Data sources in this study

項目Item來源Data source2019年土地利用現狀Land use status in2019興安盟自然資源調查規劃研究中心數字高程模型DEM興安盟自然資源部門土壤質地Soil texture全國第二次1∶100萬土壤調查成果數據庫2015年NDVI全球變化科學研究數據出版系統2013年蒸散發量Evapotranspiration in 2013中國—東盟1 000米分辨率地表蒸散發數據集近十年氣象數據集Meteorological data set in recent ten years興安盟氣象局生態系統分布Ecosystem distribution中國生態評估與生態安全數據庫2011—2015年降雨量Rainfall from 2011 to 2015資源環境數據云平臺林草數據集Forest and grass data set興安盟林草部門

由于數據來自不同部門，數據之間存在一定差異，本研究統一校核為30 m空間分辨率進行評價和分析。

2 研究方法

參考自然資源部《資源環境承載能力和國土空間開發適宜性評價技術指南(試行版)》，基于興安盟生態自然資源稟賦現狀，設定目標層、準則層和指標層進行生態保護重要性評價(表2)，各層評價因子皆為等權重，在生態重要性評價結果之上進行分等定級。其中指標層中的生態服務功能重要性等級越高，生態脆弱性越強，表明生態越需要進行保護，對空間開發約束性越強。本研究在ArcGIS系統下集成生態服務功能重要性和生態脆弱性，作為興安盟生態保護重要性等級的結果，最后將評價結果分為極重要、重要、一般重要3個等級，計算公式如下：

表2 興安盟生態保護重要性評價指標權重
Table 2 Evaluation index weight of the ecological protection importance in Xing’an League

目標層Target layer準則層Criterion layer指標層Index layer生態保護重要性The importance of ecological protection生態系統服務功能重要性The importance ofecosystem services生態脆弱性Ecological vulnerability 生物多樣性維護功能重要性The importance of biodiversity maintenance水源涵養重要性The importance of water conservation水土保持重要性The importance of soil and water conservation防風固沙重要性The importance of windbreak and sand fixation水土流失脆弱性Soil and water loss vulnerability沙化脆弱性Sandification vulnerability

EP=Max(ES，EV)

(1)

式中：EP為生態保護重要性；ES為生態系統服務功能重要性；EV為生態脆弱性。

2.1 生態系統服務功能重要性評價

生態系統服務功能在千年生態系統評估(MA)中指出其狀態和變化與人類福祉具有密切聯系。本研究基于興安盟NDVI、氣候、土壤質地、地形起伏度等數據為基礎，選擇生物多樣性維護、水源涵養、水土保持、防風固沙4個評價指標進行生態系統服務功能重要性評價。即：

ES=Max(BM,WC,SW,WS)

(2)

式中：BM為生物多樣性維護功能重要性；WC為水源涵養功能重要性；SW為水土保持功能重要性；WS為防風固沙功能重要性。

通過ArcGIS進行疊加分析以上4個指標層，不同生態區域類型重要等級及賦值見表3。

表3 生態系統服務功能重要性評價指標體系
Table 3 Evaluation Index System for the Importance of Ecosystem Service Function

指標層Index layer方法method相關參數Related parameters生物多樣性維護功能重要性The importance of biodiversity maintenanceBM=Max(EL,SL,GH)BM為生物多樣性維護功能重要性;EL為生態系統層次;SL為物種層次;GH為遺傳層次各級生態區賦值見表4。水源涵養重要性The importance of water conservationWC=∑ji(Pi-Ri×α-ETi)×Ai×10-3WC為水源涵養量,mm;Pi為降雨量,mm;Ri為地表徑流量,mm;α為平均地表徑流系數,按各類型生態系統地表徑流系數均值計算;Ai為i類生態系統面積(km2);i為研究區第i類生態系統類型;j為研究區生態系統類型數。水土保持重要性The importance of soil and water conservationSW=([ET],[NDVI],[TR])ET為生態系統類型;NDVI為植被覆蓋度;TR為地形起伏度TR>100且NDVI≥80%的森林、灌叢和草地為極重要區;TR≥50且NDVI≥60%的森林、灌叢和草地為重要區;此范圍外為一般重要區。防風固沙重要性The importance of windbreak andsand fixationWS=(ET,NDVI,SC,GD)ST為生態系統;SC為土壤砂粒含量;NDVI為植被覆蓋度;GD為大風天數;SC≥85%、GD≥30 d、NDVI≥15%的森林、灌叢、草地生態系統為極重要區;SC≥65%,GD≥20 d,NDVI ≥10%的森林、灌叢、草地生態系統為重要區;此范圍外為一般重要區。

表4 生物多樣性維護功能重要性分級賦值表
Table 4 Classification and assignment of biodiversity maintenance function importance

準則層Criterion laye指標層Index layer生態系統層次Ecosystem level優先保護生態系統目錄為極重要區;優先保護名錄外可能需要保護的森林、灌叢、草原等為重要區,其他生態系統為一般重要區。物種層次Species level國家級自然保護區、國家公園、森林公園、濕地公園、地質公園等地區為生物多樣性維護功能極重要區;省級為重要區;縣級與其他為一般重要區。遺傳層次Genetic hierarchy國家級公益林保護為一級列為極重要區;國家級公益林保護為二級列為重要區。

2.2 生態脆弱性評價

生態脆弱性是指生態系統對區域內自然環境變化和人類活動干擾的脆弱敏感反應程度，它表明區域生態環境在受到干擾后出現問題的難易程度和可能性大小。簡而言之，生態脆弱性指在相同的人類活動強度作用或者外力影響下，生態系統表現為：水土流失、沙漠化等的區域生態環境問題。本研究根據興安盟的生態現狀和即將面臨的生態問題，選取水土流失脆弱性、沙化脆弱性2個指標進行集成評價得到興安盟的生態脆弱分布情況。即：

EV= Max(WV,SV)

(3)

式中：EV為生態脆弱性；WV為水土流失脆弱性；EV為沙化脆弱性。

通過ArcGIS進行疊加分析以上2個指標層，依據表5公式計算指標層，其中單層分級賦值具體詳見表6以及表7。

表5 生態脆弱性評價指標層
Table 5 Ecological vulnerability assessment index layer

指標層Index layer方法Method相關參數Related parameter水土流失脆弱性Soil and water lossvunerabilityWV=4R×K×LS×CWV為水土流失脆弱性等級值;R、K、LS、C分別為降雨侵蝕力因子、土壤可蝕性因子、地形起伏度因子和植被覆蓋因子。沙化脆弱性Sandification vulnerabilityEV=4I×W×K×CEV為沙化脆弱性等級值;I、W、K、C分別為干燥度指數、冬春季節大于6 m/s的起風沙天數、土壤質地和植被蓋度因子。

表6 水土流失脆弱性各因子脆弱性分級標準
Table 6 Vulnerability classification standard of each factor of soil erosion vulnerability

評價因子Evaluation factor高脆弱High fragility較高脆弱Higher fragility中等脆弱Moderatelyvulnerable較低脆弱Lower fragility低脆弱Low fragility降雨侵蝕力Rainfall erosion[600,+∞)(400,600)(100,400](25,100](0,25]土壤可蝕性Soil erodability砂粉土/粉土Sand silt/silt soil砂壤/粉粘土/壤粘土Sandy soil/silt clay/loam clay面砂土/壤土Surfacesand/loam粗砂土/細砂土/粘土Coarse sand/fine sand/clay石礫/沙Gravel/sand地形起伏度Land slope[300,+∞)(100,300)(50,100](20,50](0,20]植被覆蓋Vegetation cover(0,0.2](0.2,0.4)[0.4,0.6)[0.6,0.8)[0.8,1]

表7 沙化脆弱性各因子脆弱性分級標準
Table 7 Vulnerability grading standard of each factor of sandification vulnerability

評價因子Evaluation factor高脆弱High fragility較高脆弱Higher fragility中等脆弱Moderatelyvulnerable較低脆弱Lower fragility低脆弱Low fragility干燥度指數Dryness Index[16.0,+∞)[4.0,16.0)[1.5,4.0)[1.0,1.5)(-∞,1.0)起風沙天數/dWind and sand days[30,365][20,30][10,20)[5,10)(0,5)土壤質地Soil texture砂質Sandy壤質Loamy礫質Gravel粘質Gooey基巖Bedrock植被覆蓋/%Vegetation coverage(0,0.2)[0.2,0.4)[0.4,0.6)[0.6,0.8)[0.8,1.0]

3 結果與分析

由生態保護重要性指標層結果(圖2)、準則層結果(圖3)可知：興安盟生態系統服務功能重要性的極重要區主要分布在阿爾山市大部分地區、科爾沁右翼前旗西部地區、扎賚特旗西北部及南部部分地區、突泉縣北部及科爾沁右翼中旗的部分區域；興安盟脆弱性相對不高，中等脆弱區主要分布在盟域的西南部。興安盟盟域范圍內自然保護區(圖牧吉自然保護區、科爾沁自然保護區、青山自然保護區等)及各類國家公園、森林公園等分布較多，這類地區生態系統完整性高、生物種類豐富，分布著具有保護價值的物種，對于生物多樣性的維護具有重要意義，將其劃入生態系統服務功能極重要區。阿爾山市生物多樣性維護功能較為重要的同時，因降水量較大、植被豐富、地形起伏較為明顯，其水土保持功能和水源涵養功能較為突出，大部分地區被劃入生態系統服務功能極重要區。科爾沁右翼前旗西部地區及科爾沁右翼中旗西部和中部部分區域由于地形起伏較大，水土保持功能較為突出。而科爾沁右翼中旗的部分地區由于大風天數較多、土壤砂粒含量較高，對于防風固沙功能的發揮較為重要，也被列入生態系統服務功能極重要區。

圖2 內蒙古興安盟生態保護重要性和水土流失及沙化脆弱性等級Fig.2 Importance of ecological protection and vulnerability levels of soil erosion and desertification in Xing’an League, Inner Mongolia

圖3 內蒙古興安盟生態系統服務功能和生態脆弱性等級Fig.3 Ecosystem service functions and ecological vulnerability levels in Xing’an League, Inner Mongolia

內蒙古興安盟生態保護重要性目標層評估結果見圖4。可知：興安盟生態保護極重要區面積為27 986.88 km，占國土面積比重為50.75%，以生物多樣性、水源涵養、水土保持生態系統服務功能為主，而生態脆弱性評價結果偏低，無生態極脆弱區分布。空間分布上，極重要區主要分布在興安盟北部阿爾山市地區極重要區面積為6 998.62 km，占25.01%(以生物多樣性維護、水源涵養、水土保持功能為主，生態系統服務功能突出)及其以南科爾沁右翼前旗西部區域極重要區域面積為10 492.86 km，占37.49%(以水源涵養、水土保持功能為主)、興安盟南部科爾沁右翼中旗部分地區極重要區面積為4 815.21 km，占17.21%(北部以水土保持及水源涵養功能為主，南部生物多樣性維護功能、防風固沙功能較為突出)、突泉縣西北部極重要區面積為1 014.52 km，占3.62%(生物多樣性維護功能及水土保持功能為主)、扎賚特旗西部和北部地區集中區面積為4 533.08 km，占16.32%(水源涵養及水土保持功能為主)及圖牧吉自然保護區、科爾沁自然保護區和青山自然保護區等地區(體現為生物多樣性維護功能)，與生態系統服務功能極重要區的空間分布特征基本相同。

圖4 內蒙古興安盟生態保護重要性目標層圖Fig.4 Importance target layer map of ecological protection in Xing’an League, Inner Mongolia

本研究基于指標層和目標層綜合評價結果，根據生態系統服務功能重要性和生態脆弱性程度，發現興安盟的生態脆弱性相對較低，生態保護極重要區域主要受生態系統服務功能重要性影響較大，其中生態系統服務功能重要性中的水土保持重要性、水源涵養重要性、生物多樣性功能重要性和防風固沙重要性所占比例分別為41.79%、40.32%、16.93%和0.96%。說明水土保持功能與水源涵養功能對興安盟生態保護具有重要意義，其次是生物多樣性功能重要性。因此興安盟的生態修復規劃應從水土保持和水源涵養等相關項目進行開展和出發，并結合興安盟當地實際情況進行修正，有針對性加強生態修復體系的建立打造出我國北方生態安全屏障。

4 討論與結論

4.1 討論

生態系統服務功能重要性以及生態脆弱性的客觀評價，可以科學地指導生態格局劃定，并對國土空間規劃中生態空間的劃定、生態保護紅線的劃定發揮關鍵性作用。本研究主要針對生物多樣性維護功能重要性、水源涵養功能重要性、水土保持功能重要性、防風固沙功能重要性、水土流失脆弱性、沙化脆弱性6個單因子進行集成分析，基于評級結果可以對興安盟的生態修復分區規劃提供理論支撐，實現針對性分區，如：針對水土流失、沙化脆弱性較為嚴重的區域制定有效生態修復和國土空間綜合整治；在阿爾山市地區、科爾沁右翼中旗南部地區、突泉縣的西北部地區建立類似于圖牧吉自然保護區、科爾沁自然保護區及青山自然保護區的維護生物多樣性功能區，以保持生態系統、物種和動植物基因多樣性 的豐富度；在科爾沁右翼前旗西部區域、科爾沁右翼中旗北部地區、扎賚特旗西部和北部地區建立水源涵養保護區。也可以基于生態保護重要性不同等級進行分區生態修復，如：生態極重要區采取以封育為主，不允許進行放牧以及農業和人類活動；生態保護重要區域以保護為主，可以合理規劃農區和牧區進行適當的人類活動；生態一般重要區以預防為主，在不破壞生態結構以及功能的原則上可以開展農業和牧業等人類生產活動。

本研究針對興安盟近十年數據進行的生態重要性功能空間區域劃分，未進行長時間序列數據分析展開研究，下一步可以從空間、時間，多角度、多維度、多方位進行深度研究。基于《資源環境承載能力和國土空間開發適宜性評價技術指南(試行版)》方法，針對興安盟地處蒙東地區典型的農牧交錯帶以及西北高東南低的整體態勢做了優化，今后的地市級(盟)這個層級評價方法的側重點可以傾向于整體性和協調性，以別于省級宏觀和縣級的微觀。

4.2 結論

本研究基于興安盟自然資源環境稟賦和生態環境特征，選取了生態系統類型、NDVI、土壤質地、地形地貌、自然保護區及各類國家級公園、濕地等多源數據，通過構建目標層-準則層-指標層對興安盟生態保護重要性程度進行分類定量評價與分等定級，并以此為準識別出生態保護重要區。主要結論如下：

1)當前，興安盟生態保護極重要區面積為27 986.88 km， 所占比例50.75%，主要分布在興安盟北部阿爾山地區及其以南科爾沁右翼前旗西部區域、興安盟南部科爾沁右翼中旗部分地區、突泉西北部及圖牧吉自然保護區、科爾沁自然保護區及青山自然保護區等地區，該區域可以作為劃定生態保護紅線的主要區域；

2)從行政區域分布來看，阿爾山、科爾沁右翼前旗的生態高重要性區所占比例最大，這些區域主要分布于盟域西北部地區，從空間上可判斷出這些區域是興安盟生態功能重要、生態戰略地位重要的地區，因此針對此區域應建立更完善的生態環境保護政策和機制；

3)從指標層來看，水土保持功能和水源涵養功能是構成興安盟生態重要性評價貢獻較大的因子，表明水土保持功能和水源涵養功能方面對興安盟至關重要。