基于三維模型框架的承德市域生態(tài)功能區(qū)劃研究

楊立強(qiáng)，錢金平，胡引翠

（1. 河北省國土資源廳 信息中心， 河北 石家莊 051130；2.河北師范大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院， 河北 石家莊 050024）

承德市位于河北省東北部，自然資源豐富。同時(shí)，承德市是京津兩大城市的生態(tài)屏障和飲用水源地，是河北省的重點(diǎn)敏感生態(tài)區(qū)。因此，開展生態(tài)功能區(qū)劃研究，明確定位和發(fā)展方向，對(duì)于促進(jìn)全市經(jīng)濟(jì)社會(huì)與生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，具有重要意義。本文以區(qū)域自然生態(tài)本底、自然過程、人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)三個(gè)維度，明確區(qū)域的景觀格局及動(dòng)態(tài)變化，構(gòu)建生態(tài)功能區(qū)劃的指標(biāo)體系。在技術(shù)方法上，以遙感數(shù)據(jù)為補(bǔ)充，獲取相關(guān)指標(biāo)因子，在地理信息系統(tǒng)的輔助下，構(gòu)建生態(tài)功能區(qū)劃的技術(shù)體系，劃分了承德市生態(tài)功能圈，為決策者提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

承德市屬半干旱、半濕潤大陸性季風(fēng)性山地氣候。全市氣候類型由北向南依次是亞寒帶冷濕帶、亞干旱中溫帶、亞濕潤中溫帶和較濕潤暖溫帶。承德市河流分屬四個(gè)流域，即灤河流域、北三河流域、遼河流域、大凌河流域。

承德市植被沿緯度方向分為兩個(gè)植被帶，即溫帶草原植被帶和暖溫帶落葉闊葉林植被帶中的燕山山地落葉闊葉林溫性針葉林區(qū)。在地貌上，前者位于壩上高原，后者位于山地丘陵。燕山山脈最高峰為霧靈山，隨著地勢(shì)的升高和水熱條件的變化，植被分布呈明顯的垂直分布。植被自下而上，可分為松櫟林帶、云杉落葉松林帶。在各種類型中以落葉闊葉林占優(yōu)勢(shì)，樺楊林和櫟林廣泛分布。全市森林覆蓋率達(dá)53.3%，自然保護(hù)區(qū)達(dá)13個(gè)，包括國家級(jí)5個(gè)、省級(jí)8個(gè)，總面積2 933 km2，占全市國土面積的7.4%；森林公園16個(gè)，包括國家級(jí)7個(gè)、省級(jí)9個(gè)，總面積1 033.21 km2，占全市國土面積的2.6%。

2 三維模型框架的生態(tài)功能區(qū)劃方法

生態(tài)功能區(qū)劃需要綜合考量生態(tài)系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)和功能，評(píng)價(jià)人類對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響和生態(tài)系統(tǒng)的承載力。生態(tài)功能區(qū)劃以自然要素、自然系統(tǒng)、自然過程、人類的擾動(dòng)為基礎(chǔ)，確認(rèn)生態(tài)系統(tǒng)等級(jí)結(jié)構(gòu)和邊界。區(qū)域的生態(tài)功能特點(diǎn)，需要在自然生態(tài)本底、人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)、自然過程構(gòu)成的三維模型框架下描述。

在自然生態(tài)本底維度，反映了區(qū)域的自然生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，主要采用自然環(huán)境和自然資源兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行度量。不僅包括生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)成和尺度，還包括土壤、水文、植被等自然資源特征。

在人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)維度，優(yōu)先考慮自然資源利用的廣度和人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，采用資源利用、環(huán)境影響兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行度量。主要包括產(chǎn)業(yè)布局、土地利用、污染物排放和環(huán)境質(zhì)量等方面。

在自然過程維度，反映生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力受擾動(dòng)的特征，則采用生態(tài)敏感性和生態(tài)脆弱性兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行度量。

在三維模型框架下，利用地理信息系統(tǒng)與遙感技術(shù)進(jìn)行生態(tài)功能區(qū)劃。首先收集資料，獲取各評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換為空間數(shù)據(jù)格式。第二，利用GIS軟件對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行定量分析。第三，對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行空間分析和綜合評(píng)價(jià)。最后，根據(jù)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，結(jié)合生態(tài)環(huán)境特征的相似性和差異性而進(jìn)行生態(tài)功能分區(qū)，具體流程如圖1所示。

圖1 生態(tài)功能區(qū)劃流程圖

3 承德市生態(tài)環(huán)境特征分析

3.1 承德市自然生態(tài)本底特征

承德市地跨兩個(gè)緯度帶，是暖溫帶向寒溫帶的過渡地帶，地形、地貌等自然條件復(fù)雜多樣，構(gòu)成生物生境類型與生物種群的差異性和多樣性，使得生態(tài)系統(tǒng)多樣性更加豐富多彩。

利用TM遙感數(shù)據(jù)提取植被覆蓋度信息、制作土地覆被分類圖。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，全市沙化地分布以圍場(chǎng)縣最多，占全市沙化地總面積的43.57%；其次是豐寧縣，占全市沙化地面積的33.72%；隆化縣沙化地占全市沙化地面積的6.64%，居第3位（見圖2）。利用GIS軟件對(duì)植被覆蓋度、沙占地百分比和土壤質(zhì)地3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析和評(píng)價(jià)，最終得出承德市荒漠化現(xiàn)狀評(píng)價(jià)結(jié)果。

圖2 承德市沙化地分布比例

利用遙感數(shù)據(jù)，解譯制作承德市土壤侵蝕分布圖。承德市的土壤侵蝕分布在豐寧萬勝永、外溝門，圍場(chǎng)壩上新?lián)?、山灣子和寶元棧的交界區(qū)，隆化北部步古溝、西阿超兩鄉(xiāng)有零星分布，承德縣岔溝鄉(xiāng)、頭溝鄉(xiāng)有大范圍分布，灤平虎什哈、付家店也有零星分布。

3.2 承德市人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)特征

利用TM遙感數(shù)據(jù)，經(jīng)過幾何校正、拼接、對(duì)比度調(diào)整和監(jiān)督分類，結(jié)合實(shí)地調(diào)查，獲取承德市土地利用分布圖。

3.3 承德市生態(tài)系統(tǒng)自然過程特征

根據(jù)承德市生態(tài)環(huán)境特征，選取土壤侵蝕、荒漠化、水資源脅迫、水環(huán)境污染、地質(zhì)災(zāi)害5個(gè)指標(biāo)反映生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人類活動(dòng)反應(yīng)的敏感程度?；哪舾行圆捎脻駶欀笖?shù)、土壤質(zhì)地、冬春季起沙風(fēng)的天數(shù)及植被覆蓋程度等因子。采用地理信息系統(tǒng)技術(shù)建立評(píng)價(jià)因子的圖形庫和屬性庫，運(yùn)用GIS的疊加分析功能獲得承德地區(qū)土地荒漠敏感性綜合評(píng)價(jià)圖。

土壤侵蝕敏感性評(píng)價(jià)可以運(yùn)用通用土壤侵蝕方程，采用單因子分析方法對(duì)影響土壤侵蝕的敏感性進(jìn)行分級(jí)，并利用GIS生成各個(gè)因子對(duì)承德市土壤侵蝕敏感性的影響圖。

以土壤侵蝕和水土流失、土地荒漠化、水環(huán)境污染、地質(zhì)災(zāi)害等生態(tài)環(huán)境問題及其分布范圍為基礎(chǔ)，以土壤侵蝕敏感性、土地荒漠化敏感性、水資源脅迫敏感性、水環(huán)境污染敏感性等敏感性指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果為基礎(chǔ)，對(duì)單因子評(píng)價(jià)結(jié)果分級(jí)指標(biāo)進(jìn)行空間疊加計(jì)算，得出承德市生態(tài)環(huán)境敏感性綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。

高度敏感區(qū)：主要分布在豐寧縣東北部、中部，圍場(chǎng)縣東北部、中部地區(qū)。

中度敏感區(qū)：主要分布在高度敏感區(qū)周圍，包括豐寧縣壩上地區(qū)和壩下地區(qū)的北部，圍場(chǎng)縣中部、東部大面積地區(qū)，隆化縣中部，灤平縣東北部，承德縣東南部。

輕度敏感區(qū)：主要分布在豐寧縣東部，圍場(chǎng)縣東南部和西北部，隆化縣西部和西北部，承德縣南部，承德市中部，灤平縣東北部，平泉縣東北部和南部有小面積分布，寬城縣中部有零散分布。

一般地區(qū)：主要分布在興隆縣全部，寬城大部分，灤平縣中南部，承德縣北部和南部，平泉縣北部和南部。

4 承德市生態(tài)功能區(qū)劃結(jié)果

承德生態(tài)功能分區(qū)過程中，采用定性與定量分析相結(jié)合的方法。在ArcGIS和SPSS軟件支持下繪制不同生態(tài)因子生態(tài)敏感性、生態(tài)脆弱性專題圖。在此基礎(chǔ)上，利用ArcGIS空間分析功能，同時(shí)著重考慮人類生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，來確定各區(qū)域在三維模型框架下的位置。最后，遵循生態(tài)特征與功能相結(jié)合、自然過程與人類活動(dòng)相結(jié)合、生態(tài)環(huán)境建設(shè)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展相結(jié)合的原則，結(jié)合承德市可持續(xù)發(fā)展的總體部署、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的現(xiàn)狀評(píng)價(jià)和定位，對(duì)承德市域進(jìn)行生態(tài)功能區(qū)劃。

承德市生態(tài)功能區(qū)劃分區(qū)系統(tǒng)分三個(gè)等級(jí)：首先從宏觀上以自然氣候、地貌類型、地理特點(diǎn)劃分自然生態(tài)區(qū)；然后根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)類型與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能類型劃分生態(tài)亞區(qū)；最后根據(jù)生態(tài)服務(wù)功能重要性、生態(tài)環(huán)境敏感性與生態(tài)環(huán)境問題，在各生態(tài)亞區(qū)內(nèi)劃分生態(tài)功能區(qū)，以滿足宏觀指導(dǎo)和分級(jí)管理的需要。

生態(tài)區(qū)（Ⅰ級(jí)區(qū)）的劃分：主要依據(jù)承德市大的地貌類型，并繼承國家生態(tài)功能區(qū)劃中的三級(jí)功能區(qū)界線和河北省生態(tài)功能區(qū)劃中亞區(qū)界線，將壩上高原地貌與壩下山地、丘陵地貌的分界線作為生態(tài)功能區(qū)劃一級(jí)區(qū)的分界線。

生態(tài)亞區(qū)（Ⅱ級(jí)區(qū)）的劃分：壩上生態(tài)區(qū)以草原生態(tài)系統(tǒng)類型分布和縣級(jí)行政區(qū)區(qū)界為依據(jù)劃分生態(tài)亞區(qū)。壩下地區(qū)以冀北山地中高山森林和森林草地生態(tài)系統(tǒng)，中低山森林灌叢、草地和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，燕山山地森林生態(tài)系統(tǒng)，城鎮(zhèn)工礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)類型為依據(jù)，兼顧?quán)l(xiāng)級(jí)行政區(qū)界的完整性，劃分出生態(tài)功能亞區(qū)。

生態(tài)功能區(qū)（Ⅲ級(jí)區(qū)）的劃分：以承德市行政區(qū)劃圖、1︰25萬DEM和TM影像為底圖，運(yùn)用GIS軟件把生態(tài)環(huán)境敏感性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性評(píng)價(jià)結(jié)果轉(zhuǎn)化為像元大小為107.9 m×107.9 m的柵格圖像進(jìn)行空間分析，對(duì)每個(gè)柵格采用最大值法，比較生態(tài)系統(tǒng)敏感性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能各因素的空間分布在柵格單元上的影響程度，明確對(duì)每個(gè)柵格單元敏感性或服務(wù)功能重要性評(píng)價(jià)級(jí)別最高即影響力最大的因子，確定每個(gè)柵格單元的主導(dǎo)生態(tài)服務(wù)功能。

承德市生態(tài)功能區(qū)按三級(jí)分區(qū)分別命名，每一生態(tài)功能區(qū)的命名由三部分組成。①一級(jí)區(qū)命名要體現(xiàn)出分區(qū)的氣候和地貌特征，由地名+地貌特征+生態(tài)區(qū)構(gòu)成。②二級(jí)區(qū)命名要體現(xiàn)出分區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、過程與生態(tài)服務(wù)功能的典型類型，由地名+生態(tài)系統(tǒng)類型+生態(tài)亞區(qū)構(gòu)成。③三級(jí)區(qū)命名要體現(xiàn)出分區(qū)的生態(tài)服務(wù)功能重要性、生態(tài)環(huán)境敏感性或脅迫性的特點(diǎn)，由地名+生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能特點(diǎn)（或生態(tài)環(huán)境敏感性特征）+生態(tài)功能區(qū)構(gòu)成。

全市生態(tài)功能區(qū)劃共劃分出一級(jí)區(qū)2個(gè)，即壩上高原生態(tài)區(qū)、冀北及燕山山地生態(tài)區(qū)。生態(tài)亞區(qū)6個(gè)，即壩上高原西部草原生態(tài)亞區(qū)、壩上高原東部森林草原生態(tài)亞區(qū)、冀北山地森林生態(tài)亞區(qū)、七老圖山森林灌草生態(tài)亞區(qū)、燕山山地南部林果生態(tài)亞區(qū)、承德規(guī)劃發(fā)展生態(tài)亞區(qū)。

在明確生態(tài)區(qū)的基礎(chǔ)上，按前述區(qū)劃原則進(jìn)一步細(xì)劃為6個(gè)生態(tài)亞區(qū)、27個(gè)生態(tài)功能區(qū)。

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