福建省水土保持功能區(qū)生態(tài)保護(hù)紅線劃定

王翠平，丁 黎，王潤(rùn)平

(1.集美大學(xué) 理學(xué)院，福建 廈門(mén) 361021； 2.國(guó)家測(cè)繪局 大地測(cè)量數(shù)據(jù)處理中心，陜西 西安 710054； 3.山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，山西 太原 030012)

福建省水土保持功能區(qū)生態(tài)保護(hù)紅線劃定

王翠平1，丁 黎2，王潤(rùn)平3

(1.集美大學(xué) 理學(xué)院，福建 廈門(mén) 361021； 2.國(guó)家測(cè)繪局 大地測(cè)量數(shù)據(jù)處理中心，陜西 西安 710054； 3.山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，山西 太原 030012)

水土保持功能區(qū)；水土保持服務(wù)能力指數(shù)；生態(tài)保護(hù)紅線；福建省

福建省是我國(guó)重要的水土保持功能區(qū)之一，為了保障其水土保持生態(tài)系統(tǒng)功能，結(jié)合福建省多年生態(tài)系統(tǒng)凈初級(jí)生產(chǎn)力平均值、土壤可蝕性及坡度信息，利用定量指標(biāo)法估算了福建省水土保持服務(wù)能力指數(shù)，并對(duì)福建省水土保持功能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，在提取福建省水土保持極重要區(qū)的基礎(chǔ)上劃定了福建省水土保持功能區(qū)生態(tài)保護(hù)紅線，結(jié)果表明福建省水土保持生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)占福建省區(qū)域總面積的40%左右，主要分布在東部沿海區(qū)及重要河流區(qū)。

隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，人類對(duì)自然資源的需求不斷增加，自然資源生態(tài)平衡受到影響，自然生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)功能下降，資源枯竭與環(huán)境污染等問(wèn)題影響了人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展[1]。2011年《國(guó)務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)工作的意見(jiàn)》(國(guó)發(fā)〔2011〕35號(hào))提出劃定生態(tài)紅線任務(wù)，生態(tài)保護(hù)紅線劃定工作得到全國(guó)的重視。2015年《生態(tài)保護(hù)紅線劃定技術(shù)指南》(簡(jiǎn)稱《指南》)正式出臺(tái)，成為我國(guó)首個(gè)生態(tài)保護(hù)紅線劃定的綱領(lǐng)性技術(shù)指導(dǎo)文件[2]?！吨改稀分赋?，生態(tài)保護(hù)紅線是指依法在重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)、生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)和脆弱區(qū)等區(qū)域劃定的嚴(yán)格管控邊界，是國(guó)家和區(qū)域生態(tài)安全的底線[3]。水土保持生態(tài)功能是生態(tài)功能中的一類，水土的流失將影響其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，進(jìn)而影響中國(guó)的生態(tài)環(huán)境建設(shè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此，對(duì)水土保持功能重要性進(jìn)行評(píng)價(jià)，合理劃定水土保持生態(tài)功能紅線，對(duì)重要水土保持功能區(qū)進(jìn)行嚴(yán)格控制和保護(hù)，對(duì)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[4-6]。

福建省地貌類型以山地丘陵為主，山地丘陵面積占全省土地總面積的89%左右，且地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)烈，坡度是福建省土壤侵蝕的重要地形影響因子之一。同時(shí)，福建省屬多雨區(qū)，且具有雨量集中、影響范圍大、雨量大、雨勢(shì)迅猛等特點(diǎn)，容易對(duì)土壤造成局部嚴(yán)重侵蝕。另外，福建省地質(zhì)巖層以花崗巖等結(jié)晶巖類為主，其風(fēng)化形成的土壤以砂粒和黏粒為主，這類土壤透水性差，較容易發(fā)生侵蝕[7-8]。基于這些土壤侵蝕影響因素，福建省水土保持防治雖已取得了顯著成效，但土壤侵蝕仍然存在潛在危險(xiǎn)[9]。

1 研究方法

1.1 水土保持功能區(qū)生態(tài)保護(hù)紅線劃定方法

《指南》指出，水土保持功能區(qū)生態(tài)保護(hù)紅線劃定的前提為水土保持功能重要性評(píng)估，依據(jù)水土保持功能評(píng)估與分級(jí)結(jié)果，將水土保持極重要區(qū)劃入生態(tài)保護(hù)紅線。具體劃定過(guò)程如圖1所示。

圖1 水土保持功能區(qū)生態(tài)保護(hù)紅線劃定流程

1.2 指標(biāo)獲取

影響水土保持功能的因素主要包括3個(gè)，分別為生態(tài)系統(tǒng)凈初級(jí)生產(chǎn)力、土壤可蝕性因子和坡度因子[3]。

1.2.1 生態(tài)系統(tǒng)凈初級(jí)生產(chǎn)力

生態(tài)系統(tǒng)凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)采用基于CASA的光能利用率模型計(jì)算，CASA模型是被國(guó)內(nèi)外廣泛用于NPP模擬的模型。NPP的決定因素包括植被所吸收的光合有效輻射(APAR)與光能利用率(ε)，而APAR由植被所能吸收的太陽(yáng)有效輻射和植被對(duì)入射光合有效輻射的吸收比例來(lái)確定，ε是在一定時(shí)期單位面積上生產(chǎn)的干物質(zhì)中所包含的化學(xué)潛能與同一時(shí)間投射到該面積上的光合有效輻射能之比[10-11]。模型的實(shí)現(xiàn)過(guò)程參見(jiàn)文獻(xiàn)[10-11]。

1.2.2 土壤可蝕性因子

土壤可蝕性K值是標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)上單位降雨侵蝕力所引起的土壤流失量[12]。其計(jì)算公式[13-14]為

K={0.2+0.3exp[-0.025 6SAN(1-SIL/100)]}×

[SIL/(CLA+SIL)]0.3×

{1-0.25C/[C+exp(3.72-2.95C)]}×

{1-0.7SN1/[SN1+exp(-5.51+22.9SN1)]}

(1)

式中：SAN為土壤砂粒含量，%；SIL為土壤粉粒含量，%；CLA為土壤黏粒含量，%；C為有機(jī)碳含量,%；SN1=1-SAN/100。

1.2.3 坡度因子

利用地理信息系統(tǒng)軟件，采用數(shù)字高程模型來(lái)提取研究區(qū)的坡度信息。

1.3 水土保持重要性評(píng)價(jià)方法

依據(jù)《指南》，水土保持功能重要性評(píng)價(jià)方法有兩種，分別為定量指標(biāo)法和基于通用土壤流失方程(USLE)的模型法，其中：USLE模型法被廣泛應(yīng)用于水土保持重要性評(píng)價(jià)，但該模型需要豐富的數(shù)據(jù)資料支持；而定量指標(biāo)法強(qiáng)調(diào)綠色植被、地形因子和土壤結(jié)構(gòu)因子在水土保持中的作用，較USLE模型更容易實(shí)現(xiàn)，較適用于對(duì)大區(qū)域的土壤保持進(jìn)行快速評(píng)價(jià)。故采用定量指標(biāo)法來(lái)評(píng)價(jià)福建省水土保持重要性。以生態(tài)系統(tǒng)水土保持服務(wù)能力指數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，計(jì)算公式[3]為

Spro=NPPmean×(1-K)×(1-Fslo)

(2)

式中：Spro為水土保持服務(wù)能力指數(shù)；NPPmean為評(píng)價(jià)區(qū)域多年生態(tài)系統(tǒng)凈初級(jí)生產(chǎn)力平均值；K為土壤可蝕性因子；Fslo為根據(jù)最大最小值法歸一化到0～1之間的評(píng)價(jià)區(qū)域坡度柵格數(shù)據(jù)(利用地理信息系統(tǒng)軟件，由DEM計(jì)算得出)。

2 水土保持重要性評(píng)價(jià)

2.1 指標(biāo)因子評(píng)價(jià)

2.1.1 生態(tài)系統(tǒng)凈初級(jí)生產(chǎn)力評(píng)價(jià)

NPP計(jì)算所需植被覆蓋指數(shù)來(lái)自MODIS/NDVI產(chǎn)品，氣候數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)(http://cdc.cma.gov.cn/)。本研究計(jì)算了福建省2000—2010年各年的NPP，并進(jìn)一步求得福建省2000—2010年NPPmean，結(jié)果見(jiàn)圖2。福建省2000—2010年多年生態(tài)系統(tǒng)凈初級(jí)生產(chǎn)力平均值總體較高，超過(guò)800 g/m2的區(qū)域占全省總面積的93.2%，僅福州市市轄區(qū)、廈門(mén)市市轄區(qū)及泉州市市轄區(qū)的NPPmean偏低，這與福建省的地形和氣候具有一定的相關(guān)性。福建省的地貌類型89%為山地丘陵，同時(shí)福建省屬多雨區(qū)，利于植被的生長(zhǎng)，因而福建省總體植被覆蓋度較高。

圖2 福建省2000—2010年NPPmean分布

2.1.2 土壤可蝕性評(píng)價(jià)

由土壤可蝕性計(jì)算公式可知，土壤可蝕性受土壤砂粒含量、粉粒含量、黏粒含量及有機(jī)碳含量的影響。本研究中土壤基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源于黑河計(jì)劃數(shù)據(jù)管理中心(http://westdc.westgis.ac.cn) 的基于世界土壤數(shù)據(jù)庫(kù)(HWSD)的中國(guó)土壤數(shù)據(jù)集，中國(guó)境內(nèi)數(shù)據(jù)源為第二次全國(guó)土地調(diào)查南京土壤所提供的1∶100萬(wàn)土壤數(shù)據(jù)。由土壤可蝕性計(jì)算公式得到福建省土壤可蝕性K值圖，依據(jù)表1對(duì)K值結(jié)果進(jìn)行分級(jí)[15]，得到福建省土壤可蝕性類型分布圖(圖3)。福建省的土壤可蝕性類型大部分為強(qiáng)蝕性和易蝕性，其面積占福建省總面積的比例高達(dá)92.2%，表明福建省的土壤保持工作非常重要。

表1 土壤可蝕性K值分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2.1.3 坡度評(píng)價(jià)

福建省數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)集來(lái)源于黑河計(jì)劃數(shù)據(jù)管理中心(http://westdc.westgis.ac.cn)的中國(guó)1 km分辨率數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)集。利用ArcGIS軟件的地形分析功能提取福建省坡度信息，并依據(jù)《水土保持綜合治理 規(guī)劃通則》(GB/T 15772—2008)對(duì)其進(jìn)行分級(jí)劃分，見(jiàn)表2。圖4為福建省坡度等級(jí)分布圖，福建省地形坡度以微坡和緩坡為主，其面積分別占福建省總面積的86.2%和13.3%，這表明雖然福建地貌以山地丘陵為主，但其地形坡度較緩，較少存在各類型的陡坡

圖3 福建省土壤可蝕性類型分布

圖4 福建省坡度等級(jí)分布

2.2 福建省水土保持重要性評(píng)價(jià)

結(jié)合福建省多年生態(tài)系統(tǒng)凈初級(jí)生產(chǎn)力平均值、土壤可蝕性和坡度信息，利用定量指標(biāo)法，估算福建省水土保持服務(wù)能力指數(shù)。參照《指南》關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能等級(jí)的評(píng)價(jià)方法，進(jìn)一步采用Quantile(分位數(shù))功能對(duì)福建省水土保持服務(wù)能力指數(shù)進(jìn)行4級(jí)分類，將其重要性由低到高依次劃分為4個(gè)重要性級(jí)別，即一般重要、中等重要、重要、極重要[3]，結(jié)果見(jiàn)圖5。對(duì)福建省水土保持重要性評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，福建省水土保持一般重要區(qū)面積占福建省總面積的24.8%，水土保持中等重要區(qū)面積占總面積的25.0%，水土保持重要區(qū)面積占總面積的25.7%，水土保持極重要區(qū)面積占總面積的24.5%。福建省水土保持極重要區(qū)主要分布在東部沿海及中偏東地區(qū)。

圖5 水土保持重要性評(píng)價(jià)結(jié)果

將福建省水土保持重要性評(píng)價(jià)結(jié)果圖與福建省行政區(qū)劃圖進(jìn)行空間疊加分析，進(jìn)一步分析福建省水土保持極重要區(qū)的空間分布差異。統(tǒng)計(jì)各行政區(qū)內(nèi)水土保持極重要區(qū)面積占總面積的比例，結(jié)果見(jiàn)圖6。如圖6所示，福建省水土保持極重要區(qū)面積占總面積比例超過(guò)50%的行政區(qū)包括詔安縣、云霄縣、漳浦縣、漳州市市轄區(qū)、長(zhǎng)泰縣、南平市和福鼎市，水土保持極重要區(qū)面積占總面積40%～50%的行政區(qū)包括南靖縣、龍海市、廈門(mén)市同安區(qū)、泉州市市轄區(qū)、南安市、霞浦縣和連江縣，水土保持極重要區(qū)面積占總面積30%～40%的行政區(qū)包括東山縣、平和縣、華安縣、廈門(mén)市的集美區(qū)和海滄區(qū)、仙游縣、莆田市市轄區(qū)、福清市、長(zhǎng)樂(lè)市、福安市、三明市市轄區(qū)、沙縣、順昌縣、建陽(yáng)市，其他地區(qū)水土保持極重要區(qū)面積占行政區(qū)總面積的比例低于30%。

圖6 福建省水土保持極重要區(qū)空間分布

3 福建省水土保持功能區(qū)生態(tài)保護(hù)紅線劃定結(jié)果

參照《指南》中的水土保持功能區(qū)生態(tài)保護(hù)紅線劃定方法，依據(jù)水土保持重要性評(píng)價(jià)結(jié)果，將極重要區(qū)劃定為生態(tài)保護(hù)紅線范圍。對(duì)水土保持極重要區(qū)進(jìn)行圖斑聚合處理，將相對(duì)聚集或鄰近的圖斑聚合為相對(duì)完整連片圖斑，聚合距離為250 m，最小孔洞大小為1 km2，同時(shí)為了減少紅線區(qū)的破碎化程度，將面積較小的獨(dú)立圖斑刪除[3]。最終，得到福建省水土保持生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域，與福建省水系圖疊加后結(jié)果見(jiàn)圖7。福建省水土保持生態(tài)保護(hù)紅線覆蓋范圍占福建省總面積的40%左右，主要分布在東部沿海地帶、中部的閩江流域、西南部的汀江流域，以及東南部的九龍江流域。

4 結(jié) 論

福建省是我國(guó)重要水土保持功能區(qū)，也是大陸對(duì)臺(tái)經(jīng)濟(jì)合作的重要區(qū)域。為了維護(hù)福建省生態(tài)安全格局、保障水土保持生態(tài)系統(tǒng)功能、支撐其經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，本研究在對(duì)福建省進(jìn)行水土保持重要性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，對(duì)其水土保持生態(tài)保護(hù)紅線進(jìn)行了劃定，將福建省水土保持重要性分為4個(gè)等級(jí)，并將水土保持極重要區(qū)劃定為生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域。結(jié)果顯示，福建省水土保持生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)面積占福建省總面積的40%左右，主要分布在東部沿海及重要河流流域區(qū)。

水土保持生態(tài)保護(hù)紅線是指依法在水土保持生態(tài)功能區(qū)劃定的嚴(yán)格管控邊界，是國(guó)家和區(qū)域生態(tài)安全的底線，在國(guó)土開(kāi)發(fā)過(guò)程中應(yīng)限制在其內(nèi)部進(jìn)行大規(guī)模高強(qiáng)度的工業(yè)化城鎮(zhèn)化開(kāi)發(fā)。近年來(lái)，隨著海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)的提出，福建省經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，而在快速推進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程中，應(yīng)嚴(yán)格遵守控制水土保持生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域內(nèi)的城鎮(zhèn)化建設(shè)，以期實(shí)現(xiàn)區(qū)域與經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

圖7 福建省水土保持功能區(qū)生態(tài)保護(hù)紅線

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S157

A

1000-0941(2017)12-0029-05

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41571148)；福建省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2014J01161)；福建省教育廳科技專項(xiàng)(JK2015024)；集美大學(xué)校啟動(dòng)金項(xiàng)目(ZQ2016004)

王翠平(1980—),女，河北玉田縣人，講師，理學(xué)博士，主要研究方向?yàn)樯鷳B(tài)規(guī)劃、空間分析及遙感應(yīng)用等。

2017-05-10

(責(zé)任編輯 徐素霞)