成渝城市群生態保護紅線分析及其配套政策建議

楊妃，李志剛

1. 成都理工大學 地球科學學院， 成都 610059； 2. 成都理工大學 管理科學學院， 成都 610059

生態保護紅線是指在生態空間范圍內具有重要生態功能、 必須強制性嚴格保護的區域， 包括具有水源涵養、 生物多樣性保護、 水土保持等功能的重要生態區， 以及水土流失、 地質災害等生態環境敏感區， 是保障國家生態環境安全的底線[1]． 2011年， 國務院在《國務院關于加強環境保護重點工作的意見》中正式提出生態保護紅線計劃， 并將其作為國家生態安全戰略． 2015年， 中國環境保護部頒布實施《生態保護紅線劃定技術指南》[2]， 以幫助地方政府結合當地需求進行調整， 制定適合本地紅線的劃定政策．

生態系統為人類福祉、 健康和生存提供多種生態系統服務， 這些服務直接或間接地對人類社會作出貢獻， 其重要性激發了人們對生態保護的興趣[3]． 生態系統服務價值(ecosystem service value， ESV)可以為環境管理者和公眾提供直接的評估方式， 以了解生態系統潛在的服務能力[4]． 目前， 國內外常用的ESV評估方法有當量因子法和生態功能價值法[5]． 前者利用土地利用數據和生態系統服務當量來計算ESV， 與生態功能價值法相比， 當量因子法直觀且所需數據較少， 是評估中宏觀尺度ESV的常用方法． 1997年， Costanza等[6]首先提出了全球ESV的等效因子． 根據我國的實際情況， 謝高地等[7]提出適合中國生態系統服務的分類方法， 制定了“中國土地生態系統服務價值當量表”， 并在不同尺度和單個生態系統中得到廣泛應用[8-9]． 但是這些研究忽略了生物量和植被覆蓋度對生態用地的影響， 考慮到ESV的準確評價是區分生態系統實際發展狀況的基礎， 有必要結合生物量和植被覆蓋度對ESV系數進行修正[10]．

成渝雙城經濟圈建設已經成為國家區域發展的重大戰略， 以成都和重慶為核心城市， 帶動成渝地區協同發展． 但成渝城市群在經濟和城鎮化高速發展過程中， 也積累了一些矛盾和問題， 如城鎮無序擴張， 城市群環境污染嚴重等， 較大地沖擊了城市原有的生態和空間結構， 引發了生態功能下降、 空氣污濁等一系列“城市病”[11]． 因此， 生態功能保護成為成渝城市群區域可持續發展面臨的重大現實問題． 生態保護紅線作為我國環境保護的制度創新， 其科學劃定對構建科學合理的城市生產、 生活空間和生態空間， 維護國土生態安全、 促進經濟社會可持續發展和推進生態文明建設具有十分重要的現實意義． 目前， 關于生態保護紅線的研究成果較多， 如王雅竹等[12]綜合考慮生態敏感性、 生態功能重要性和禁止開發區， 明確長江岸線生態保護紅線及其分區； 劉延國等[13]構建了生態地質環境脆弱性評估體系， 優化了四川省生態保護紅線識別方法， 為生態紅線研究提供了理論和實踐支撐． 但總體看來， 現有成果針對城市群的研究較少， 且可操作性不強． 基于此， 本研究充分考慮重要數據的實效性、 評估方法的可行性和可操作性， 采用植被凈初級生產力(net primary productivity of vegetation， NPP)定量指標法， 在時間維度上識別穩定的生態功能熱點和長期受自然或人為因素影響的脆弱區， 疊加自然保護區以確定生態保護紅線． 在此基礎上對紅線內的ESV、 土地利用和生態系統服務功能進行綜合分析， 為制定有針對性的區域生態保護政策， 合理利用區域生態資源提供科學依據．

1 研究區與研究方法

1.1 研究區概況

《成渝城市群發展規劃》指出， 成渝城市群涵蓋重慶市的渝中、 萬州等29個地區， 以及四川省的成都、 自貢等15個市， 研究區總面積為18.5萬km2(圖1)． 成渝城市群地處長江上游， 是西南地區城鎮和人口密度最大的區域， 已成為西部大開發的重要平臺． 研究區生態地位極其重要， 是長江上游重要的生態安全屏障和水源保護區． 長江干流自西南向東北貫穿全境， 主要支流有岷江、 嘉陵江和沱江等， 與全國重要的水源涵養區相接． 由于地理位置的緣故， 研究區屬亞熱帶濕潤季風氣候， 降水充沛， 空氣相對濕度大． 地貌類型復雜多樣， 包含山地、 丘陵、 盆地和平原等， 地勢總體呈四周高中間低．

1.2 數據來源

本研究使用了2000-2020年2種形式的數據， 即空間數據和統計數據． 具體而言， 本研究使用的數據主要包括： NASA官網(http： //modis.gsfc.nasa.gov)提供的2000-2020年MODIS成品數據MOD17A2產品， 用于提取研究區NPP數據； 2000-2020年均降水量和月均降水量由NASA官網(https： //disc.gsfc.nasa.gov/datasets/GPM_3IMERGM_06/)提供， 氣溫數據來源于Copernicus官網(https： //cds.climate.copernicus.eu/cdsapp#!/home)； 從地理空間數據云(http： //www.gscloud.cn/)收集了分辨率為90 m的數字高程模型(DEM)數據， 用于提取海拔和坡度； 土壤類型和土壤有機質含量等信息來自世界土壤數據庫(HWSD)的中國土壤數據集， 由國家冰川凍土沙漠科學數據中心(http： //www.ncdc.ac.cn)提供； 研究區的土地利用數據來自GlobeLand30(http： //data.ess.tsinghua.edu.cn/)， 空間分辨率為30 m； 歸一化植被指數(NDVI)數據由USGS官網(https： //lpdaac.usgs.gov/products/mod13a1v006/)提供； 自然保護區數據來自于中國科學院資源環境數據云平臺(http： //www.resdc.cn/)．

1.3 研究方法

1.3.1 生態保護紅線確定方法

基于研究區的生態特性和主要的生態環境問題， 并借鑒該區域已有的相關研究文獻[14-15]， 根據《生態保護紅線劃定技術指南》， 采用定量指標法(表1)對研究區的生態系統服務功能重要性和生態敏感性進行評估． 利用自然斷點法將歸一化后的生態系統服務功能重要性和生態敏感性分為極重要(極敏感)、 高度重要(高度敏感)、 中度重要(中度敏感)、 重要(敏感)和一般重要(一般敏感)5個等級． 最后， 選取生態系統服務功能極重要和高度重要穩定區以及生態環境極敏感和高度敏感穩定區， 將其納入生態保護紅線．

表1 生態保護紅線劃定的計算方法

1.3.2 生態保護紅線區ESV評價

生態系統服務價值系數是評估區域ESV的基礎， 由于生態系統存在空間異質性， 直接采用中國土地生態系統服務價值當量系數可能會導致計算結果偏離研究區的實際情況． 利用生物量和植被覆蓋率因子對ESV系數進行修正， 構建了能更好反映ESV隨時間動態變化的評價模型． 計算公式為：

式中：VCp為研究區第i年生態系統服務價值系數， 元/(hm2·a)；NPPs和NPPg分別為研究區和全國范圍內的植被凈初級生產力， gC/m2；V0為中國生態系統服務的單位價值當量；VC0為研究區單位面積農田提供的糧食價值， 元/hm2；P為研究區的平均糧食價格， 元/kg；Q為研究區平均糧食產量， kg/hm2；ci和Ci分別為第i年研究區和全中國的年均植被覆蓋率， 計算模型為：

(3)

式中：INDVI為歸一化植被指數；INDVI min和INDVI max分別為研究區內INDVI的最小值和最大值．

生態保護紅線區的生態系統服務價值計算公式為：

(4)

式中：ESVf為紅線內第f項生態系統服務功能的生態系統服務價值總量， 元/a；Ai為紅線內i類土地利用類型的面積， hm2；VCfi為紅線內第i類土地利用類型的第f項生態系統服務價值系數， 元/(hm2·a)．

2 結果

2.1 生態系統服務功能重要性評價

從圖2可以看出， 由于四川盆地中部的平原與四周丘陵山地的地形和氣候差異， 各項生態系統服務功能呈現出明顯的空間差異． 水土保持和固碳釋氧的空間分布在該時間段內變化較小， 趨于穩定狀態， 但空間異質性明顯， 極重要和高度重要區集中分布在渝東北秦巴山地、 渝東南武陵山一帶的中低山林區、 渝南金佛山和大婁山區域， 以及研究區西南部的小相嶺和大涼山、 西部的岷山—邛崍山一帶的自然保護區和天然林分布區． 水源涵養和生物多樣性維持受氣候因素影響， 年際變化明顯， 呈現變化的空間分布， 穩定的高值區分布在四川盆地西南地區的雅安、 眉山和樂山， 以及研究區東北部的渝東北生態涵養發展區、 渝東南生態保護區和四川達州等地區， 是主要產水區和自然保護區．

圖2 成渝城市群生態系統服務功能重要性評價結果

總體而言， 研究區的生態系統綜合服務功能以中度重要和重要區為主， 占研究區總面積的65%以上(圖3)． 2000-2020年極重要和高度重要區面積分別增加了6 216.73 km2和14 505.70 km2， 而一般重要和重要區面積呈減少趨勢， 分別為1 1674.87 km2和2 0611.42 km2， 說明研究區的生態環境轉好趨勢明顯． 在空間分布上， 研究區的生態系統功能呈現明顯的區域差異， 西南和東北部優于中部平原區， 這些地區自然生態系統保存較好， 維持著人類賴以生存的生命支持系統．

圖3 生態系統服務功能重要性與水土流失敏感性占比

2.2 生態敏感性評價

成渝城市群的水土流失主要集中在中度敏感和敏感區， 占研究區總面積的50%以上(圖3)， 時段內極敏感和高度敏感區面積分別減少了9 084.56 km2和11 341.83 km2， 一般敏感和敏感區分別增加了7 141.84 km2和11 952.40 km2， 整體上呈現敏感性降低趨勢． 在空間分布上， 極敏感和高度敏感區分布在四川省的雅安、 眉山、 樂山、 達州， 以及重慶主城“四山”(縉云山、 中梁山、 銅鑼山、 明月山)區和三峽庫區(圖4)， 這些地區屬山地丘陵， 降雨量十分豐富， 生態系統很容易受到人類活動的影響．

圖4 研究區水土流失敏感性時空分布

2.3 生態保護紅線區的土地利用與生態服務價值變化分析

2.3.1 生態保護紅線空間分布

成渝城市群生態保護紅線面積為45 718.86 km2， 占研究區總面積的24.71%， 主要分布在研究區東部的大巴山—巫山—武陵山—金佛山—大婁山一帶， 重慶主城“四山”區域， 以及西部的岷山—邛崍山—小相嶺—大涼山一帶． 從行政區劃來看， 紅線主要集中在四川省的樂山、 雅安、 達州、 眉山和成都， 以及重慶市的萬州區、 豐都縣、 黔江區和云陽縣等(圖5)， 分別占紅線區的19.71%，14.23%，13.02%，7.06%，6.09%，5.24%，3.57%，3.53%和3.03%． 生態保護紅線的劃定有利于維護國家和地區的生態安全， 為生態建設規劃提供參考依據， 與習近平總書記提出的綠色發展理念高度契合．

底圖來源于國家測繪地理信息局標準地圖服務網站， 審圖號： GS(2016)1605號．圖5 生態保護紅線的空間分布以及各行政區內的紅線面積

2.3.2 生態保護紅線的土地利用變化

由表2研究區生態保護紅線的土地利用變化可以看出， 生態保護紅線的主要土地利用類型是林地和耕地， 占紅線區域總面積的51.32%和36.86%(2000年)、 52.33%和37.02%(2010年)以及52.20%和36.37%(2020年)． 2000-2010年保護紅線區的林地、 耕地和水域面積增加明顯， 分別為462.95，70.28，24.38 km2， 表明期間研究區在保護生態林業方面功效顯著． 2010-2020年研究區保護紅線內的土地利用類型變化與前10年的變化情況差異較大， 建設用地和水域的面積顯著增加． 其中， 2020年建設用地的面積為2010年的3.33倍， 水域面積增幅為55.76%．

表2 2000-2020年紅線區域的土地利用變化

2.3.3 生態保護紅線區的ESV變化

2000-2020年期間， 研究區生態保護紅線內的ESV總量呈不斷增加的趨勢(表3)， 分別為727.97，736.48，737.05億元， 說明近年來成渝城市群實施的各項生態保護措施， 在改善生態功能方面發揮了積極作用． 但2000-2010年和2010-2020年ESV總量的增幅分別為1.17%和0.08%， 后10年的增長速度有所減慢． 在各種土地利用類型中， 林地是生態系統服務的主體， 占紅線區服務總價值的77.46%(2000年)、 78.07%(2010年)和77.84%(2020年)． 除了林地的服務價值較高外， 耕地和草地的服務價值貢獻率3年平均達15.34%和4.53%， 其次是水域、 灌叢、 濕地、 冰川積雪． 從整體上來說， 除了耕地、 草地、 濕地和建設用地的ESV下降外， 其他土地利用類型的ESV均上升． 其中， 2000-2020年林地的ESV增長最為明顯， 為9.88億元．

表3 紅線區不同土地利用類型ESV的變化

從圖6可以看出， 2000-2020年紅線區4大體系服務功能價值從大到小依次為調節服務、 支持服務、 供給服務、 文化服務， 分別是361.81，243.97，92.73和35.31億元． 2000-2020年紅線區各類生態系統服務的ESV變化較小， 其中調節服務中水文調節功能的ESV增長量最大， 為1.86億元． 通過計算單項生態系統服務價值的平均值， 支持服務中的土壤保持、 生物多樣性功能以及調節服務中的氣體調節、 水文調節功能的ESV較高， 分別占總價值的18.99%，14.26%，14.28%和14.15%， 其次為氣候調節、 廢物處理、 原料生產和美學景觀， 供給服務中的食物生產服務貢獻最低， 僅為3.08%．

圖6 2000-2020年生態保護紅線區ESV的時序變化

3 討論

3.1 生態保護紅線分析

2000-2020年成渝城市群、 生態保護紅線區和非紅線區的單位面積ESV分別為1.18，1.60，1.03萬元/hm2， 紅線區單位面積ESV為整個研究區的1.36倍， 是非紅線區的1.55倍． 因此， 生態保護紅線是一個生態系統相對較好的區域， 生態系統供給能力較強， 具有不可復制性和不可替代性． 鄧偉等[16]在對重慶市生態紅線區生態系統服務價值研究中也發現， 紅線區的土地平均生態系統服務單位面積價值是全市土地平均的1.22倍． 此外， ESV的變化取決于土地利用的變化情況， 土地利用變化可以改善或破壞生態系統服務的供應能力[17]． 根據劃定的紅線區統計數據， 如果不計算耕地和建設用地， 則各土地利用類型的生態系統服務單位面積價值大小順序為水域(5.09萬元/hm2)、 濕地(3.37萬元/hm2)、 林地(2.40萬元/hm2)、 灌叢(1.02萬元/hm2)． 2000-2020年生態保護紅線區生態系統服務價值顯著增加， 主要原因是大量的耕地和草地轉化為水域和林地， 這意味著退耕還林政策帶來了積極的生態效應． 在相關研究[18]中也有類似的結論， 他們認為水域和林地是影響生態系統服務價值變化的主要因素．

3.2 生態保護配套政策建議

成渝城市群是長江上游重要的生態屏障， 自2020年四川省和重慶市人民政府相繼出臺《關于落實生態保護紅線、 環境質量底線、 資源利用上線制定生態環境準入清單實施生態環境分區管控的通知》等文件， 制定明確的生態環境分區管控方案， 將所轄行政區域從生態環境保護的角度劃分了優先保護、 重點管控和一般管控3種分區單元， 實施生態環境精細化、 差異化管理， 助力成渝地區雙城經濟圈建設， 筑牢長江上游重要生態屏障． 本研究為優化后續生態保護紅線監管工作， 根據成渝城市群生態系統服務功能與價值的時空變化特征分析結果， 提出以下建議．

1) 優化土地利用格局， 明確保護優先級． 研究結果表明， 水體的單位面積生態系統服務價值最高， 2000-2020年均值為5.09萬元/hm2， 且對多種生態系統服務的供給能力不可替代． 因此， 需加強水資源保護、 河湖水域岸線管理保護、 水污染防治、 水環境治理和水生態修復工作， 推進成渝城市群區域內長江、 嘉陵江、 烏江、 岷江、 涪江和沱江等生態廊道的建設任務． 其次， 濕地作為單位面積生態系統服務價值次之的生態系統， 對維持區域水文調節、 生物多樣性保護和美學景觀等服務的穩定性至關重要． 在城市規劃中應避免對湖泊、 河流、 沼澤等的侵占， 盡量保持濕地景觀格局的整體性， 同時重視濕地旅游資源開發和利用， 以提高濕地的利用效率． 最后， 林地生態系統在保護紅線區的占比最大， 對紅線區域ESV貢獻率約為77.79%， 在改善生態系統服務方面發揮著重要作用． 因此， 加大林地的保護力度， 積極培育“工業樹”， 打造“產業林”， 以增強林地在氣候水文調節、 原料生產、 生物多樣性保護和土壤保持等服務的供應能力．

2) 堅持“點上開發、 面上保護”原則． 紅線區單位面積ESV約為非紅線區的1.55倍， 主要分布在成渝城市群周邊山區， 其生態系統相對較好、 生態系統服務供給能力較強， 其中土壤保持、 氣體調節、 生物多樣性和水文調節服務價值較高， 分別為139.32，104.75，104.65，103.85億元， 但紅線區生態環境脆弱， 是水土流失極敏感和高度敏感的集中區域． 因此， 地方政府應加大對水土流失綜合治理專項資金的投入， 以支持區域土地綜合治理、 生態修復等工程的實施， 確保長江流域的生態安全． 而對于四川省的成都市近郊區、 雅安市石棉縣、 眉山市洪雅縣、 樂山市峨眉山市、 達州市宣漢縣， 以及重慶市萬州區、 黔江區、 開州區和云陽縣等區域， 則應構建多元化生態補償機制， 為保護區域生態系統提供有效的投融資支持， 創新生態補償方式， 多渠道引入社會資本合作， 改善經濟發展與生態保護的困境， 在不影響主導生態服務功能的前提下， 引導企業資金參與生態保護力度， 注重大健康產業、 生態旅游業等特色生態產業的發展， 將生態優勢轉化為發展優勢， 增加第三產業財稅收入．

3) 實施差異化分區管理． 研究區生態保護紅線面積為45 718.86 km2， 占研究區總面積的24.71%， 紅線區域ESV為733.83億元， 占研究區總量的33.67%． 紅線區土地利用類型復雜多樣， 對ESV貢獻較大的是林地(77.79%)、 耕地(15.34%)、 草地(4.53%)、 水域(1.75%)和濕地(0.09%)． 基于研究區生態狀況的復雜性， 將生態紅線的劃分不同級別和類型并實施差異化管理策略． 對于紅線區生態服務功能極重要、 生態環境極敏感和自然保護區， 將其劃分為核心保護區， 高度重要和高度敏感區劃定為一般管控區． 核心保護區是生態保育和修復的關鍵地區， 應實施嚴格的管控措施， 除生態修復、 自然保護、 應急救災和省級以上的民生基礎設施外， 禁止一切與生態保護無關的開發建設和工業化城鎮化的人為活動． 一般管控區要以保護生態本底為主， 采取適度控制和生態補償措施， 實行總量控制和占補平衡原則， 優先考慮低能耗和高新技術產業、 生態建設項目和公共基礎設施．

4) 搭建生態保護紅線監管平臺． 研究結果表明， 2000-2020年生態保護紅線內的ESV總量呈持續上升趨勢， 但2010-2020年的增長率較2000-2010年有所下降． 針對紅線區ESV增長速度降低的實際情況， 有必要開展區域生態環境狀況及變化趨勢的實時監測、 調查和評估， 實現生態保護紅線常態化監管． 一方面， 運用云計算、 物聯網等信息化手段， 通過遙感影像開展監測數據集成分析和綜合應用， 對環境事故等風險自動識別， 提高生態保護紅線管理決策科學化水平； 全面掌握生態系統構成、 分布與土地利用動態變化， 開展突發性和累積性生態風險分析， 對風險源進行預測預警； 另一方面， 對人類干擾活動進行實時監控， 及時開展現場核查， 遏制破壞生態環境的行為．

4 結論

1) 2000-2020年， 成渝城市群生態系統綜合服務功能極重要和高度重要區面積增加3.36 km2和7.84 km2， 水土流失極敏感和高度敏感區面積減少4.91 km2和6.13 km2， 整體上呈現生態環境好轉趨勢．

2) 劃定生態保護紅線區域的總面積為45 718.86 km2， 占研究區的24.71%， 主要集中在樂山、 雅安、 達州等地區， 土地利用類型以林地和耕地為主． 研究期內生態保護紅線區域土地利用變化較大， 其中草地、 耕地和濕地的面積減少， 林地、 水域和建設用地等土地利用類型的面積增加， 且草地和林地的面積變化最明顯．

3) 生態保護紅線區的ESV總量在研究期間呈上升趨勢， 但增幅減小， 2000-2010年和2010-2020年ESV總量的增幅分別為1.17%和0.08%． 從生態系統服務價值結構功能來看， 土壤保持、 氣體調節、 生物多樣性和水文調節占紅線區域ESV的61.68%； 從土地利用類型來看， 林地、 耕地和草地對紅線區ESV的貢獻率分別為77.79%，15.34%和4.53%； 各土地利用類型的生態系統服務單位面積價值從大到小依次為水域、 濕地、 林地、 灌叢．