生態保護紅線監管臺賬關鍵技術研究與應用

史園莉,高吉喜,張文國,申 振,申文明,張宏偉,肖 桐,馬萬棟,蔡明勇,畢曉玲,任致華

生態環境部衛星環境應用中心, 北京 100094

我國生態環境總體比較脆弱,生態安全形勢十分嚴峻。生態保護紅線是指在生態空間范圍內具有特殊重要生態功能、必須強制性嚴格保護的區域,是保障和維護國家生態安全的底線和生命線,通常包括具有重要水源涵養、生物多樣性維護、水土保持、防風固沙、海岸生態穩定等功能的生態功能重要區域,以及水土流失、土地沙化、石漠化等生態環境敏感脆弱區域[1]。2015年我國新修訂的《環境保護法》明確規定國家在重點生態功能區、生態環境敏感區和脆弱區等區域劃定生態保護紅線[2]。2017年5月,原環境保護部、國家發改委聯合發布正式版《生態保護紅線劃定指南》[3]。2018年至今,我國處于生態保護紅線劃定與評估調整階段。目前,全國生態保護紅線劃定工作已經接近尾聲[4—7]。下一步,如何嚴守生態保護紅線,開展生態保護紅線監管成為當前重要的問題。基于臺賬思路的生態保護紅線監測評估體系是落實劃定并嚴守生態保護紅線的重要保障,是構建生態保護紅線監管業務體系并實現制度化運行,確保生態保護紅線制度實現真正意義上“落地”的關鍵命題之一[8]。

近年來,國內外許多組織和科研機構都在采用不同的編制方法和技術路線推進自然資源、農業資源、土地調查、水利資源等方面的臺賬建設的工作。從國際角度來看,許多發達國家和地區已較早的開展自然資源調查方面的工作[9—11]。美國從20世紀初開始開展國家資源存量調查,目前已經非常成熟；英國在1974—2008年期間共進行了5次鄉村調查,調查區域和調查內容不斷增大；澳大利亞政府從20世紀90年代起,每5年對全國生態環境開展一次全面普查,做出系統評估,并向議會提交詳細的環境評估報告；日本從20世紀50年代開始,每5年進行一次全國森林資源調查試點工作,宏觀上把握全國森林資源現狀和預測動態,以判斷森林經營和利用是否會造成森林資源枯竭。從國內角度來看,我國生態資源調查相關工作起步較晚。2006年,我國開始建立國家土地督察制度,問題臺賬管理是土地督察業務體系的重要組成部分[12—14]。2010—2012年,我國開展第一次全國水利普查,以臺賬建設為重點工作,以縣級行政區劃為基本工作單元,對河流湖泊基本情況、水利工程基本情況、經濟社會用水情況、河流湖泊治理保護情況、水土保持情況、水利行業能力建設情況等信息進行了普查[15—16]。2014年,我國啟動第一批生態文明先行示范區建設,探索編制自然資源資產負債表、對領導干部實行自然資源資產離任審計[17—18]。2016—2018年,我國開展了國家重要農業資源臺賬制度建設項目研究,建立了重要農業資源臺賬清單,基本摸清了試點地區水、土、氣、生、農業廢棄物等重要農業資源底數[19—21]。2020年,生態環境部正式啟用自然保護地人類活動監管系統[22],初步構建形成了疑似問題線索“遙感發現-地面核查-監督執法”的主動發現監管體系,實現了人類活動信息的臺賬化管理維護。2021年,我國印發了《生態保護紅線監管技術規范臺賬數據庫建設(試行)》等生態保護紅線監管系列技術規范[23—24],以規范和指導生態保護紅線監管數據庫建設工作。

總之,從分類到綜合,從實物到價值,從存量到流量,已成為國內外生態資源、自然資源資產調查、評估和核算的共識[25]。本文針對生態保護紅線“生態功能不降低、面積不減少、性質不改變”的管控目標[26],以縣級行政區為基本單元,構建基于“空間臺賬-表單臺賬”相融合的臺賬新型組織與管理方式,實現了生態保護紅線面積、紅線性質、紅線功能和紅線管理等監管要素的全要素、全生命周期、時空一體化的全過程臺賬化監管。同時,以寧夏回族自治區涇源縣為例,建設了涇源縣生態保護紅線監管5大類24本臺賬,并開展了2010—2020年期間涇源縣紅線分布、用地類型、人類活動、植被覆蓋度、生態功能、人口和國內生產總值(GDP)等方面的應用分析,為生態保護紅線的智能化、業務化監管提供參考。

1 生態保護紅線監管臺賬體系

結合生態保護紅線監管指標體系[5],基于“空間臺賬-表單臺賬”相融合的臺賬組織和管理方式(圖1),采用從分類到綜合、從實物到價值、從存量到流量、從圖斑到行政區的技術體系,將生態保護紅線、土地利用、植被覆蓋度、水源涵養、水土保持、防風固沙、社會經濟等監管要素的空間數據和統計數據相結合,構建了紅線面積、紅線性質、紅線功能、紅線管理和其他等五大類臺賬(表1)。

表1 生態保護紅線監管臺賬清單

圖1 生態保護紅線監管臺賬組織體系

1.1 紅線面積臺賬

以縣級行政區為基本單元,記錄某一時間節點(或年度)生態保護紅線面積信息的電子表單賬本,支撐“面積不減少”管控要求。主要包括生態保護紅線邊界臺賬、調入紅線臺賬、調出紅線臺賬和自然保護地臺賬4本臺賬。可反映生態保護紅線面積及占比、評估調整面積變化、紅線內外自然保護地面積及占比、紅線圖斑數量等屬性信息。

1.2 紅線性質臺賬

以縣級行政區為基本單元,記錄某一時間節點(或年度)生態保護紅線性質信息的電子表單賬本,支撐“性質不改變”管控要求。主要包括疑似生態破壞問題臺賬、生態破壞問題臺賬、人類活動實地核查臺賬、整改問題臺賬、生態修復臺賬、紅線內保留的人類活動臺賬、紅線內逐步退出的人類活動臺賬、海岸線臺賬、用地類型臺賬9本臺賬。可反映生態破壞、生態修復等活動各階段人類活動的面積、占比與數量、紅線內外各用地類型的面積與占比等屬性信息。

1.3 紅線功能臺賬

以縣級行政區為基本單元,記錄某一時間節點(或年度)生態保護紅線生態功能信息的電子表單賬本,支撐“生態功能不降低”管控要求。主要包括植被覆蓋度臺賬、水源涵養臺賬、水土保持臺賬、防風固沙臺賬、生物多樣性維護臺賬、洪水調蓄臺賬、海岸防護臺賬等22本臺賬。可反映紅線水源涵養、水土保持、防風固沙、生物多樣性維護、洪水調蓄和海岸防護等功能量、價值量和重要性評價,以及水土流失、石漠化、土地沙化與鹽漬化等敏感脆弱性評價等信息。

1.4 紅線管理臺賬

以縣級行政區為基本單元,記錄某一時間節點(或年度)生態保護紅線管理能力相關信息的電子表單賬本,主要包括紅線制度與落實臺賬、公眾滿意度臺賬、生態破壞與環境污染臺賬、界樁臺賬、標識牌臺賬5本臺賬。可反映紅線監管經費、人員數量、公眾滿意度、生態破壞與環境污染事件等信息。

1.5 其他臺賬

以縣級行政區為基本單元,記錄某一時間節點(或年度)生態保護紅線特色指標、社會經濟相關信息的電子表單賬本,主要包括水環境質量臺賬、空氣環境質量臺賬、土壤環境質量臺賬、外來入侵物種臺賬、河湖自然岸線臺賬、地面監測站點臺賬、人口臺賬、GDP臺賬等臺賬。

2 關鍵技術

2.1 生態破壞問題全生命周期臺賬管理

基于“本底-變化-現狀”的工作思路,利用高分辨率衛星遙感影像和深度學習技術快速識別疑似生態破壞問題,構建生態保護紅線生態破壞問題全生命周期監管體系(圖2),建立疑似破壞問題臺賬、實地核實臺賬、確定問題臺賬、整改問題臺賬、生態修復臺賬等臺賬,貫穿生態破壞問題從發現到整改再到修復的全過程。各臺賬之間相互銜接相互關聯,以生態破壞問題圖斑為對象,以問題圖斑編號為唯一標識,以生態修復為導向,進行問題的管理、關聯與跟蹤,實現生態保護紅線生態破壞問題圖斑“事前-事中-事后”[27]的全生命周期監管。以此為基礎,生態破壞問題監管結果可用于監督執法、績效考核和生態補償等,推動生態破壞問題的全鏈條閉環監管。

圖2 生態破壞問題全生命周期臺賬管理

2.2 紅線監管全要素精細化臺賬管理

構建以生態網格為單元的生態保護紅線全要素、一體化、精細化監管臺賬,橫向集成以生態空間、生活空間、生產空間三大分類體系為核心的國土空間全要素空間利用臺賬(圖3),既與傳統的土地覆被/土地利用分類體系相銜接,又重點突出了國土空間規劃與利用的科學性；縱向貫穿土地利用類型、植被覆蓋度、水源涵養、水土保持、防風固沙、洪水調蓄、海岸防護等全要素生態監管臺賬(圖3),拓展生態保護紅線監管的生態空間應用分析深度。以此為基礎,集成分析生態保護紅線監測評估結果,定量跟蹤生態保護紅線邊界調整變化,分析生態保護紅線面積空間對比和生態功能影響；定量核算生態保護紅線的各種生態系統類型面積和用地性質的變化,分析自然生態空間“生態盈虧”及其流向；定量分析生態保護紅線主導服務功能的變化情況,分析生態服務功能“生態盈虧”及其變化原因。

圖3 全要素精細化臺賬管理

2.3 多源數據時空一體化臺賬管理

將傳統表單臺賬和地理空間臺賬相融合,實現“遙感影像-空間臺賬-表單臺賬-管理臺賬”相結合的全方位時空一體化生態保護紅線臺賬管理(圖4)。針對生態保護紅線邊界,構建以紅線圖斑為基本單元的紅線邊界空間臺賬,以及以縣級行政區為基本單元的紅線面積表單臺賬；針對生態破壞問題,構建以生態破壞問題矢量圖斑為單元的生態破壞問題空間臺賬,以及以縣級行政區為基本單元的生態破壞問題表單臺賬；針對生態功能等柵格數據,構建以縣級行政區為單元的植被覆蓋度、水源涵養、水土保持等生態功能柵格空間臺賬,以及生態功能的實物量、價值量、盈虧量等生態功能表單臺賬。以此為基礎,集成衛星遙感、無人機、野外固定臺站和樣地樣方等觀測數據,以及生態環境行業專題統計數據、公眾舉報和社會監督數據,形成生態保護紅線監管時空一體化“大數據”體系。

圖4 多源數據時空一體化臺賬管理

3 應用分析

涇源縣位于六盤山東麓,隸屬寧夏回族自治區固原市。地勢西北高、東南低,屬溫帶半濕潤區,為森林草原類型氣候,呈“春寒、夏涼、秋短、冬長”的特點,是國家級重點生態功能區,寧夏南部重要的生態屏障和森林水源涵養地[28]。

3.1 數據來源

本文建設了涇源縣生態保護紅線監管臺賬,共24本。其中,生態保護紅線邊界與自然保護地數據來自于2018年寧夏回族自治區政府正式發布的數據[29]；2010、2015、2020年三期土地利用數據和2010—2019年十年植被覆蓋度產品來自于國家科技支撐計劃項目； 2010、2015、2020三期水源涵養、水土保持、防風固沙服務功能數據來自于全國生態狀況變化遙感調查評估項目；2015年居民點數據來自于國家基礎地理信息中心；2011—2020年人口和GDP數據來源于《寧夏統計年鑒》[30]。

3.2 結果分析

3.2.1 紅線分布分析

利用涇源縣2018年生態保護紅線邊界數據,統計了生態保護紅線名稱、紅線類型、自然保護地名稱、自然保護地類型、自然保護地級別、面積占比等信息,建設了涇源縣2018年生態保護紅線面積臺賬(表2)。經分析,涇源縣2018年生態保護紅線面積為577.58km2,占行政區面積51.07%(圖5)；生態保護紅線區域全部為自然保護地,占涇源縣自然保護地總面積的95.78%。可見,絕大部分自然保護地都納入了生態保護紅線。

表2 涇源縣2018年生態保護紅線面積臺賬示例

圖5 涇源縣2018年劃定生態保護紅線分布圖

3.2.2 土地利用分析

利用涇源縣2010、2015、2020年三期土地利用數據,統計了用地面積、類型、占比、統計年份等信息,建設了涇源縣2010、2015、2020年三期用地類型臺賬(表3)。經分析,2020年,生態保護紅線內林地、草地等自然生態系統面積占比分別為89.55%和9.86%(圖6)。可見,紅線區域絕大部分為自然生態系統。

圖6 涇源縣2020年紅線內與行政區用地類型對比圖

表3 涇源縣紅線內用地類型臺賬示例

3.2.3 人類活動分析

利用涇源縣2015年居民點和《寧夏統計年鑒》[29]數據,統計了居民點數量、類型、人口、GDP等信息,建設了涇源縣2011—2020年社會經濟臺賬(表4)。經分析,2015年,涇源縣共有188處居民點,其中紅線內有24處,占比12.76%。可見,紅線內的居民點密度很低。另外,2011—2020年期間涇源縣GDP穩步提升(圖7),應加強人類活動監管。

圖7 2011—2020年涇源縣人口與國內生產總值(GDP)變化趨勢

表4 涇源縣社會經濟臺賬示例

3.2.4 植被覆蓋度分析

利用涇源縣2010—2019年植被覆蓋度數據集,統計了歷年紅線內生長季植被覆蓋度最大值、均值、最小值、統計年份等信息,建設了涇源縣2010—2019年生態保護紅線植被覆蓋度臺賬(表5)。經分析,2010—2019年期間,涇源縣生態保護紅線內生長季植被覆蓋度總體上保持穩定(圖8),2017年略有下降,主要原因為2017年降雨量減少約三分之一[29]。

表5 涇源縣紅線內生長季植被覆蓋度臺賬示例

3.2.5 生態功能分析

利用涇源縣2010、2015、2020年水源涵養、水土保持、防風固沙評估數據,分別統計了水源涵養、水土保持、防風固沙服務功能量、評估模型、統計年份等信息,建設了涇源縣2010、2015、2020年水源涵養、水土保持和防風固沙臺賬(表6)。經分析,2020年紅線內水源涵養、水土保持、防風固沙功能量分別占全縣的比例為77.39%、67.72%、61.43%(圖9)。可見,生態保護紅線保護了生態空間絕大部分的重要生態功能。

圖8 2010—2019年涇源縣紅線內生長季植被覆蓋度平均值變化趨勢

圖9 涇源縣2020年紅線內和行政區生態功能量對比圖

表6 涇源縣紅線內生態功能臺賬示例

4 結論

生態保護紅線監管臺賬的研究是一項極其復雜的基礎性、系統性的工作,需要充分融合生態學、地理學、衛星遙感、地理信息系統、數據庫、會計學等各學科的基礎理論知識。目前,通過理論探索和試點應用分析,生態保護紅線監管臺賬研究工作取得了一些重要進展,基本實現了生態保護紅線面積、紅線性質、紅線功能和紅線管理等內容的全要素、全生命周期、時空一體化的全過程臺賬監管。但生態保護紅線監管臺賬的研究尚處于起步和探索階段,需要持續研究。下一步,需借助人工智能、物聯網、5G、云計算、大數據等技術,有待突破多源生態環境監測數據匯聚整合、大數據分析等關鍵環節,進一步挖掘國產衛星在生態遙感參數產品生產能力,提升生態服務功能的遙感評估水平,加強統籌生態保護紅線、自然保護地、重要生態功能區、生物多樣性保護優先區等生態空間監測監管和互聯互通,逐步實現生態保護紅線監管臺賬的標準化、科學化、系統化、定量化、業務化,推動生態保護紅線監管向智能感知、智能預警、智能決策、智能服務[31]方向發展,以切實保障國家和區域生態安全格局。