遼河流域(渾太水系)山水林田湖草沙一體化保護與修復研究

滕超 王雷

(1.遼寧有色勘察研究院有限責任公司,遼寧 沈陽 110000;2.遼寧省地質礦產研究院有限責任公司,遼寧 沈陽 110032)

黨的十九屆五中全會提出,推動綠色發展,促進人與自然和諧共生。要堅持綠水青山就是金山銀山理念,堅持尊重自然、順應自然、保護自然,堅持節約優先、保護優先、自然恢復為主,守住自然生態安全邊界[1]。2018年9月28日,習近平總書記到撫順西露天礦和遼陽進行實地考察,并在沈陽召開深入推進東北振興座談會,明確指示要“加快統籌山水林田湖草治理,使東北地區天更藍、山更綠、水更清”,為遼寧生態文明建設指明了方向、提供了遵循。

遼河流域(渾太水系)涵蓋山地、平原和海域,充分契合國家“渤海攻堅戰”和“藍色海灣行動”的戰略部署。2021年,遼河流域(渾太水系)山水林田湖草沙一體化保護和修復工程獲批國家第一批山水林田湖草沙一體化保護和修復工程項目。基于生態安全的遼河流域(渾太水系)山水林田湖草沙一體化保護和修復工程以遼河流域渾太水系為完整的地理單元,統籌考慮生態系統的關聯性和自然生態要素的綜合性,將碳達峰、碳中和納入遼河流域生態文明建設的具體部署,最終實現“秀美遼河,潤山凈海”的總目標。

1 研究區域概況

遼河流域(渾太水系)位于遼寧省的中東部,東起東北森林帶(撫順、本溪),經沈陽(現代化都市圈)、遼寧鐵礦集中開采區(本溪、遼陽和鞍山),西至“渤海海岸帶”(營口和盤錦),終入渤海灣,流經撫順、沈陽、本溪、遼陽、營口和盤錦等6市,省內流域總面積4.18萬km2。流域內地貌有山地、丘陵、平原,生態系統類型有森林、草地、河流、湖泊、濕地、農田、城鎮等,生態要素齊全豐富。遼河流域(渾太水系)山水林田湖草沙一體化保護和修復工程的實施范圍為上游撫順市、中游遼陽市和下游盤錦市。

渾太水系作為全國“兩屏三帶”中的重要區域,具有水源涵養、土壤保持、洪水調蓄、生物多樣性的生態調節服務功能,對調節區域水循環與局地氣候、維護國家生態安全具有重要戰略意義。同時,也是國家重要的糧食生產和林產品基地,具有農產品和林產品的雙重產品提供服務功能,在保證區域和國家的生態安全、糧食安全方面起著重要作用。

2 研究內容

2.1 數據來源

本文中選取渾太水系的“二調”及“三調”數據、氣象數據、生態數據、社會經濟數據、水系分布、高程數據等,柵格數據分辨率為30 m×30 m,矢量數據比例尺不低于1∶200 000[2]。

2.2 技術路線

基于遼河流域(渾太水系)的生態安全,通過多期生態景觀數據的對比分析,得出生態景觀格局演替規律;同時,采用單途徑多因子診斷法,對渾太水系的主要生態系統服務功能中選取農產品供給、水源涵養(固碳與持水)和生物多樣性(生境質量)三個因子進行評價。結合渾太水系的生態環境問題和生態服務功能,有針對性地開展山水林田湖草沙一體化保護和修復工程[3]。

圖1 遼河流域(渾太水系)山水林田湖草沙一體化保護和修復工程技術路線圖

2.3 生態系統評價

2.3.1 生態景觀格局演替規律分析

對遼河流域(渾太水系)整體,選取1990年、2000年和2018年的三期柵格數據,采用從林地景觀、耕地景觀、草地景觀、水域景觀、居民點建設用地景觀和未利用地景觀6大景觀類別進行對比分析,形成1990年、2000年和2018年遼河流域(渾太水系)各年份景觀類型分布圖。

選取1990年、2000年、2010年和2018年的四期柵格數據,選擇最大斑塊指數(LPI)、平均斑塊面積(MPS)、斑塊個數(NP)、多樣性指數(SHDI)4個指標,運用Fragstates4.2軟件綜合計算景觀指數法,形成景觀格局評價指標體系。

2.3.2 生態服務功能評價

選取生態服務功能中的農產品供給、生物多樣性(生境質量)和水源涵養(固碳與持水)三個因子,采用單途徑多因子診斷法進行評價。

(1)農產品供給計算方法。

農產品供給公式如下:

(1)

式中:Es為農產品總供給熱量(kcal);Ei為第i種農產品所提供的熱量(kcal);Mi為第i種農產品的產量(t);EPi為第i種農產品可食部的比例(%);Ai為第i種農產品每100 g可食部中所含熱量(kcal);i=1,2,3,…,n為某農產品種類。

表1 生態景觀格局演替規律分析指標表

表2 生態景觀格局演替規律分析結果

(2)生物多樣性(生境質量)計算方法。

應用InVEST軟件的生物多樣性模塊測算生境質量指數評價生境質量,確定威脅因子與敏感性因子的權重值及威脅源對生境的最大影響距離,最后輸入InVEST模型得到生境質量分布圖。計算結果的值越大代表棲息地質量越高,生物多樣性質量越高。

(2)

式中:Qxj是土地利用類型j中柵格x的生境質量;Dxj是土地利用類型j柵格x的生境脅迫水平;k是縮放參數(常數)。

(3)

式中:dxy為柵格x與y之間的線性距離;drmax為脅迫因子最大有效威脅距離;Wr為脅迫因子的權重;βx為柵格x的可達性水平;Sjr為土地利用類型j對脅迫因子的敏感性。

(3)水源涵養(固碳與持水)計算方法。

耦合了生態系統生產力和土壤碳、氮通量,由網格化的全球氣候、輻射、土壤和遙感植被指數數據集驅動。模型包括土壤有機物、微量氣體通量、養分利用率、土壤水分、溫度、土壤結構和微生物循環。從現有的多個研究成果來看,固碳釋氧和水源涵養等在空間上是基本一致的格局。因此該指標既體現了區域內生態系統生產力的條件,又能在一定程度上反映產水和水源涵養的能力。其計算公式如下:

NPP(x,t) =APAR(x,t)×ε(x,t)

(4)

式中:t表示時間,x表示空間位置。

2.4 生態環境問題

由于遼河流域(渾太水系)覆蓋范圍廣,受歷史上粗放型經濟發展模式和東北老工業基地的重工業發展影響,在不同區域呈現出不同的生態環境問題。

上游作為水源涵養區,2020年底林草地面積占75%以上,較1990年草地減少66.91%,建設用地增加75.74%,導致區域斑塊破碎度增加,景觀完整性遭到破壞。此外,松材線蟲病生物疫情嚴重,水源涵養能力出現明顯下降。撫順市區礦山集中開采區生態環境破壞嚴重。

中游作為國家優質農產品提供區,耕地面積相比1990年減少28.2%。遼陽、鞍山鐵礦集中開采區礦山生態環境破壞嚴重,林地呈現碎片化,生物多樣性功能出現較大面積的分散性下降。

下游是我國面積最大的濱海濕地,擁有世界著名的紅海灘。較1990年,濕地減少11.66%,水域減少26.50%,生態系統穩定性差,生態廊道部分斷裂,景觀完整性遭到破壞,對生物多樣性構成威脅。

全域水生態環境問題突出。水是連通渾太水系流域上、中、下游的靈魂,受氣候變化和經濟發展需求影響,生態流量逐年減少,河口環境改變。同時,陸域入海污染物導致區域海洋功能受損,渤海成為我國諸多海域中生態環境最為脆弱的海域[4]。

表3 生態服務功能評價結果

圖2 遼河流域(渾太水系)生態環境問題分布圖

3 山水林田湖草沙一體化保護和修復工程部署

3.1 山水林田湖草沙一體化保護和修復工程整體結構

以保證國家的生態安全、糧食安全和用水安全為目標,堅持“整體保護、系統修復”的原則,根據渾太水系的主要生態環境問題和生態服務功能,在“七大生態保護修復單元”構建“一河兩帶三湖”的生態安全格局。“一河”即渾太水系生態廊道,是渾太水系的靈魂,主要包括西露天礦及周邊地區礦山生態修復區、太子河流域生態修復區和遼河口水環境生態修復區3個生態保護修復單元;“兩帶”即東北森林帶和渤海海岸帶,主要包括渾河流域森林生態修復及水環境治理區和遼河口濕地生態恢復區2個生態保護修復單元;“三湖”即大伙房水庫、湯河水庫和葠窩水庫,主要包括渾河流域森林生態修復及水環境治理區、湯河水庫飲用水源保護區生態修復與水質保障區和葠窩水庫工農業水源區礦山生態修復與水質提升區3個生態保護修復單元。其中,渾河流域森林生態修復及水環境治理區既屬于東北森林帶,也包含大伙房水庫水源區。

圖3 遼河流域(渾太水系)七大生態修復單元和“一河兩帶三湖” 生態安全格局

涵蓋森林生態修復、礦山生態修復、水環境生態修復、土地綜合整治與生態修復、濕地生態修復等方面,分階段、分區域實施,確保山水林田湖草沙一體化保護和修復工程整體推進、科學部署。聚焦東北森林帶生態保護、遼河平原糧食主產區保護、重要水源地保護、遼河口國家級自然保護區及渤海海岸帶保護,以統籌流域上、中、下游“山水林田湖草生命共同體”為主線,以生態保護修復單元為載體,科學部署,分步實施,整體推進,最終實現“秀美遼河,潤山凈海”總目標。

3.2 子項目布局

通過遼河流域(渾太水系)生態系統的綜合評價、生態環境問題和生態服務功能的分析,按照“因地制宜、科學合理、突出特色”的原則,統籌推進山水林田湖草多要素綜合治理、系統治理、源頭治理,將上、中、下游區域進行統籌考慮,將遼河流域(渾太水系)山水林田湖草沙一體化保護和修復工程分為西露天礦及周邊地區礦山生態修復區、渾河流域森林生態修復及水環境治理區、太子河流域生態修復區、湯河水庫飲用水源保護區生態修復與水質保障區、葠窩水庫工農業水源區礦山生態修復與水質提升區、遼河口水環境生態修復區、遼河口濕地生態恢復區等7個生態保護修復單元,形成“一河兩帶三湖”的生態安全格局。針對7個生態保護修復單元的主要生態環境問題和脅迫因子,采取不同的修復措施,達到不同的修復目標,布設了9個子項目。

3.3 修復措施及修復目標

(1)“一河”。

“一河”即渾太水系生態廊道,是渾太水系的靈魂。主要包括西露天礦及周邊地區礦山生態修復區、太子河流域生態修復區和遼河口水環境生態修復區3個生態保護修復單元。針對渾太水系兩側的局部支流水質不達標、農業面源污染、水土流失等問題,開展水環境生態修復、土地綜合整治與生態修復、礦山生態修復等工程,從源頭治理,徹底改善渾太水系水環境,提高生態流通量,保證渾太水系的水生態安全和遼河平原的糧食安全。

(2)“兩帶”。

“兩帶”即東北森林帶和渤海海岸帶。主要包括渾河流域森林生態修復及水環境治理區和遼河口濕地生態恢復區2個生態保護修復單元。針對東北森林帶內森林生態系統局部破碎度不斷增加、水源涵養能力下降等問題,開展森林生態修復、礦山生態修復、小流域綜合治理等工程,從根本上提高森林生態系統的連通性,提高植被覆蓋率,提高水源涵養能力,保證東北森林帶的生態安全;針對渤海海岸帶內部分近岸海域生態功能受損、生物多樣性降低、生態系統脆弱等問題,開展遼河三角洲濕地生態保護修復工程,恢復退化的典型生境,加強候鳥遷徙路徑棲息地保護,加強生物多樣性保護,提升海岸帶生態系統結構完整性和功能穩定性。

圖4 遼河流域(渾太水系)七大生態修復單元及子項目布局

(3)“三湖”。

“三湖”即大伙房水庫、湯河水庫和葠窩水庫。主要包括渾河流域森林生態修復及水環境治理區、湯河水庫飲用水源保護區生態修復與水質保障區和葠窩水庫工農業水源區礦山生態修復與水質提升區3個生態保護修復單元。針對水庫周邊區域存在局部入庫支流水土流失嚴重、農業面水源污染等問題,開展小流域綜合治理、礦山生態修復、重點水源地保護保育等工程,保證大伙房水庫水質穩定在地表水II類水質;湯河水庫水質保持在地表水II類水質;葠窩水庫水質提升到地表水Ⅴ類水質以上,保障渾太水系的用水安全。

4 結論與建議

本文通過對遼河流域(渾太水系)生態景觀格局演替規律、生態系統服務功能中的農產品供給、生物多樣性和水源涵養的綜合評價,并結合生態環境問題和生態服務功能,實現“評價—問題—功能—目標”一一對應的山水項目科學部署,保證山水項目實施既有很強的可操作性,真正減少或降低生態脅迫,又能保證區域的生態安全,取得長久的生態修復成效。同時,突出生態保護修復對遼寧省經濟社會發展的支撐作用,為建設遼東綠色經濟區等省“十四五”規劃發展格局提供良好的生態環境,構建生態保護修復與經濟建設相互促進的永續發展的良好局面。