喀斯特石漠化區(qū)生態(tài)保護(hù)紅線劃定——以貴州省威寧縣為例

顧羊羊, 徐夢(mèng)佳, 楊 悅, 黃賢峰, 鄒長(zhǎng)新, 葉 鑫,*

1 生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學(xué)研究所,南京 210042 2 貴州省環(huán)境科學(xué)研究設(shè)計(jì)院,貴陽(yáng) 550081

為應(yīng)對(duì)日益突出的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題,中國(guó)政府先后建立了自然保護(hù)區(qū)、森林公園、濕地公園等各類自然保護(hù)地并對(duì)生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)取得一定成效,但目前尚有部分生態(tài)系統(tǒng)脆弱區(qū)和生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)未得到有效保護(hù)[1]。因此,我國(guó)學(xué)者高吉喜提出“生態(tài)保護(hù)紅線”的概念,強(qiáng)調(diào)對(duì)重要生態(tài)服務(wù)功能保護(hù)區(qū)、生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)、生物多樣性保育區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)保護(hù),以確保國(guó)家生態(tài)安全[2-3]。2017年,中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于劃定并嚴(yán)守生態(tài)保護(hù)紅線的若干意見(jiàn)》,明確指出要?jiǎng)澏ú?yán)守生態(tài)保護(hù)紅線。同年,原環(huán)境保護(hù)部發(fā)布了《生態(tài)保護(hù)紅線劃定指南》(以下簡(jiǎn)稱《指南》),該指南系統(tǒng)闡述生態(tài)保護(hù)紅線的劃定原則、劃定技術(shù)流程和管控要求等,為國(guó)家生態(tài)保護(hù)紅線劃定提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支撐。2018年2月,國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)了京津冀3省(市)、長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶11省(市)和寧夏回族自治區(qū)共15省(市、區(qū))生態(tài)保護(hù)紅線劃定方案,北京市等15個(gè)省份共劃定生態(tài)保護(hù)紅線面積約61萬(wàn)km2,占15省份國(guó)土總面積約25%[4]。

近些年國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者從生態(tài)保護(hù)紅線的概念內(nèi)涵[5-6]、劃定技術(shù)方法[7- 9]、管控辦法[10-11]等多個(gè)方面開(kāi)展研究。生態(tài)保護(hù)紅線是最為嚴(yán)格的生態(tài)空間,既能保障生態(tài)服務(wù)供給,又能維護(hù)人居環(huán)境安全[5]。作為我國(guó)環(huán)境保護(hù)的重要制度創(chuàng)新,生態(tài)保護(hù)紅線是提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的有效手段,對(duì)維護(hù)國(guó)家或區(qū)域生態(tài)安全及可持續(xù)發(fā)展具有戰(zhàn)略意義[12]。在劃定方法方面,Bai等基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)構(gòu)建紅線評(píng)估框架劃定上海市生態(tài)保護(hù)紅線,并分析不同情景模式下生態(tài)紅線保護(hù)成效[13]。Xu等通過(guò)構(gòu)建區(qū)域評(píng)估方法識(shí)別長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)紅線[7]。劉軍會(huì)等[8]從區(qū)域?qū)用鎰澏ň┙蚣降貐^(qū)生態(tài)保護(hù)紅線?？傮w來(lái)說(shuō),現(xiàn)有劃定方法以科學(xué)評(píng)估為主,較少涉及紅線邊界精準(zhǔn)界定,導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果難以落地[9]。在劃定尺度方面,以往研究主要集中在省級(jí)[8,14]、流域[7,15]和市級(jí)[16-17]尺度,針對(duì)喀斯特石漠化區(qū)縣域?qū)用鎰澏夹g(shù)研究不多。在劃定效果評(píng)價(jià)方面,已有研究主要側(cè)重生態(tài)用地[18-19]、生態(tài)資產(chǎn)價(jià)值[20]和植被凈初級(jí)生產(chǎn)力[8]等內(nèi)容,而對(duì)于紅線范圍內(nèi)人類擾動(dòng)以及不同分區(qū)劃定結(jié)果對(duì)比相關(guān)成果較少。

我國(guó)西南喀斯特地區(qū)巖溶面積占國(guó)土面積的5.35%,人口密度是全國(guó)平均人口密度的1.5倍,耕地貧瘠且旱澇不保收[21]；加上長(zhǎng)期不合理的土地利用方式,導(dǎo)致水土流失和植被退化,使得石漠化現(xiàn)象得以形成與發(fā)展[22]。石漠化會(huì)引起水土流失加劇、土壤肥力下降、生物多樣性降低等生態(tài)問(wèn)題,同時(shí)加劇人口貧困、經(jīng)濟(jì)與科技文化落后等社會(huì)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題,已經(jīng)成為制約我國(guó)西南喀斯特地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵因素[23-24]。因此,根據(jù)生態(tài)保護(hù)紅線劃定原則和要求,本研究將石漠化敏感性指標(biāo)作為生態(tài)環(huán)境敏感性的評(píng)估重點(diǎn),劃定喀斯特石漠化區(qū)生態(tài)保護(hù)紅線。

本研究以典型石漠化區(qū)威寧縣為例,采用地理信息技術(shù)與遙感技術(shù),定量評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與生態(tài)環(huán)境敏感性,并結(jié)合第二次全國(guó)土地調(diào)查數(shù)據(jù)和相關(guān)規(guī)劃等數(shù)據(jù),劃定生態(tài)保護(hù)紅線。選取生態(tài)用地、植被覆蓋度與人類擾動(dòng)指數(shù)三個(gè)指標(biāo),評(píng)價(jià)生態(tài)保護(hù)紅線劃定效果,為喀斯特石漠化區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)管提供決策支持。

1 研究區(qū)概況

威寧縣地處貴州省西北部(103°36′ —104°45′E, 26°36′ —27°26′N),北、西、南三面分別與云南省接壤(圖1),是貴州省面積最大、海拔最高的縣,同時(shí)也是全國(guó)喀斯特地區(qū)扶貧開(kāi)發(fā)綜合治理試點(diǎn)縣。國(guó)土面積6298 km2,轄39個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道),平均海拔2200 m。亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候,年日照時(shí)數(shù)1812 h,年降雨量926 mm,夏季平均氣溫18 ℃。森林植被類型以常綠針葉林和落葉雜灌林為主,河流總長(zhǎng)度達(dá)1031.1 km,河網(wǎng)密度達(dá)16.4 km/km2。威寧縣具有草海國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)、鎖黃倉(cāng)國(guó)家濕地公園、草海國(guó)家重要濕地等各類保護(hù)地,同時(shí)位于桂黔滇喀斯特石漠化防治生態(tài)功能區(qū),屬于典型的喀斯特地貌,全縣巖溶面積4400 km2,石漠化面積1103.91 km2,其中中度以上石漠化面積占石漠化總面積的30.54%[25]。

圖1 威寧縣區(qū)位圖Fig.1 Location of the Weining County

2 研究方法

2.1 研究技術(shù)路線

喀斯特石漠化區(qū)生態(tài)保護(hù)紅線劃定研究技術(shù)路線如圖2所示:①識(shí)別區(qū)域重點(diǎn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和生態(tài)環(huán)境敏感性特征,將水源涵養(yǎng)服務(wù)功能、水土保持服務(wù)功能和生物多樣性維護(hù)功能納入生態(tài)功能重要性評(píng)估,將水土流失敏感性和石漠化敏感性納入生態(tài)環(huán)境敏感性評(píng)估。結(jié)合禁止開(kāi)發(fā)區(qū)與其他各類保護(hù)地?cái)?shù)據(jù),將生態(tài)功能重要區(qū)與極重要區(qū)、生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)與極敏感區(qū)的結(jié)果進(jìn)行空間疊加,初步劃定生態(tài)保護(hù)紅線。②根據(jù)第二次全國(guó)土地調(diào)查數(shù)據(jù),按照王麗霞等[9]提出的生態(tài)保護(hù)紅線邊界優(yōu)化方法,并結(jié)合威寧縣相關(guān)部門規(guī)劃等數(shù)據(jù),優(yōu)化調(diào)整生態(tài)保護(hù)紅線。③最后從生態(tài)用地、植被覆蓋度和人類擾動(dòng)指數(shù)三個(gè)方面評(píng)估生態(tài)保護(hù)紅線劃定效果。

圖2 喀斯特石漠化區(qū)生態(tài)保護(hù)紅線劃定研究技術(shù)路線圖Fig.2 Technology roadmap of ecological conservation redline delineation research in the karst rocky desertification area

2.2 評(píng)估方法

2.2.1水源涵養(yǎng)功能評(píng)價(jià)方法

水源涵養(yǎng)功能是水生態(tài)系統(tǒng)與其他生態(tài)系統(tǒng)間通過(guò)水文作用的綜合表現(xiàn)[26]。威寧縣不僅位于大婁山水源涵養(yǎng)與生物多樣性維護(hù)重要區(qū),而且包含云貴水源涵養(yǎng)、石門-秀水水源涵養(yǎng)生態(tài)功能小區(qū),兩個(gè)生態(tài)功能小區(qū)面積1596.44 km2,占全縣面積25.35%。將水源涵養(yǎng)量作為生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)功能評(píng)估指標(biāo),采用水量平衡方程來(lái)計(jì)算水源涵養(yǎng)量[8],計(jì)算公式為:

式中,TQ為總水源涵養(yǎng)量(m3),Pi為降雨量(mm),SRi為地表徑流量(mm),ETi為蒸散發(fā)量(mm),Ai為i類生態(tài)系統(tǒng)面積(km2),i為研究區(qū)第i類生態(tài)系統(tǒng)類型,j為研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)類型數(shù)。

2.2.2水土保持功能評(píng)價(jià)方法

水土保持功能是指為減少由于水量沖擊而造成的土壤侵蝕,森林、草地等生態(tài)系統(tǒng)通過(guò)其自身結(jié)構(gòu)與功能發(fā)揮調(diào)節(jié)的作用[27]。威寧縣位于桂黔滇喀斯特石漠化防治生態(tài)功能區(qū),地處亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū),巖溶環(huán)境為主,易發(fā)生土壤侵蝕。采用修正通用水土流失方程(The Revised Universal Soil Loss Equation, RUSLE)的評(píng)估水土保持服務(wù)功能[28],公式如下:

Ac=Ap-Ar=R×K×L×S×(1-C)

式中,Ac為水土保持量(t hm-2a-1)；Ap為潛在土壤侵蝕量(t hm-2a-1)；Ar為實(shí)際土壤侵蝕量(t hm-2a-1)；R為降雨侵蝕力因子(MJ mm hm-2h-1a-1)；K為土壤可蝕性因子(t hm2h hm-2MJ-1mm-1)；L表示坡長(zhǎng)因子,S表示坡度因子,C為植被覆蓋因子,無(wú)量綱。

2.2.3生物多樣性維護(hù)功能評(píng)價(jià)方法

生物多樣性維護(hù)功能是生態(tài)系統(tǒng)最重要的功能之一,其在維護(hù)基因、物種、生態(tài)系統(tǒng)多樣性方面發(fā)揮的巨大作用[29]。橫河-牛欄江生物多樣性保護(hù)、草海高原濕地生物多樣性保護(hù)和玄姑-玉舍-糸囖高原生物多樣性保護(hù)生態(tài)功能小區(qū)位于威寧縣境內(nèi)面積2503.68 km2,占全縣面積39.75%。采用NPP定量指標(biāo)法評(píng)估生物多樣性維護(hù)功能[30],計(jì)算公式為:

Sbio=NPPmean×Fpre×Ftem×(1-Falt)

式中,Sbio為生物多樣性維護(hù)服務(wù)能力指數(shù),NPPmean為多年植被凈初級(jí)生產(chǎn)力平均值(gC/m2),Fpre為多年平均降水量(mm),Ftem為多年平均氣溫(℃),Falt為海拔因子(m),各因子均需進(jìn)行0—1歸一化處理。

2.2.4水土流失敏感性評(píng)價(jià)方法

水土流失敏感區(qū)是指對(duì)外界干擾和環(huán)境變化反應(yīng)敏感,易于發(fā)生水土流失的區(qū)域。西南喀斯特土壤保持重要區(qū)生態(tài)系統(tǒng)脆弱,水土流失敏感性程度高,土壤一旦流失,生態(tài)恢復(fù)重建難度大。另外該區(qū)域毀林毀草開(kāi)荒導(dǎo)致植被覆蓋度低、水土流失嚴(yán)重。根據(jù)通用水土流失方程基本原理評(píng)估水土流失敏感性[8],計(jì)算公式如下:

式中,SSi為i空間單元水土流失敏感性指數(shù),Ri為降雨侵蝕力因子(MJ mm hm-2h-1a-1),Ki為土壤可蝕性因子(t hm2h hm-2MJ-1mm-1),LSi為坡長(zhǎng)坡度因子,Ci為地表植被覆蓋因子,LSi因子與Ci因子均為無(wú)量綱。

2.2.5石漠化敏感性評(píng)價(jià)方法

石漠化敏感性評(píng)估是為了識(shí)別區(qū)域易發(fā)生石漠化的生態(tài)環(huán)境脆弱或敏感區(qū)。威寧縣位于桂黔滇喀斯特石漠化防治生態(tài)功能區(qū),威寧-赫章高原分水嶺石漠化防治亞區(qū)。同時(shí)迤那—大街石漠化敏感、雙龍-小海-金鐘口石漠化敏感、爐山-二塘石漠化敏感生態(tài)功能小區(qū)均位于威寧縣境內(nèi)。根據(jù)石漠化形成機(jī)理,選取碳酸巖出露面積百分比、地形坡度、植被覆蓋度因子構(gòu)建石漠化敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[17]。計(jì)算公式如下:

式中,Si為i評(píng)估區(qū)域石漠化敏感性指數(shù),Di為i評(píng)估區(qū)域碳酸巖出露面積百分比,Pi為i評(píng)估區(qū)域地形坡度、Ci為i評(píng)估區(qū)域植被覆蓋度。

2.3 生態(tài)系統(tǒng)綜合人類擾動(dòng)指數(shù)

根據(jù)趙國(guó)松[31]、吳琳娜[32]等人提出的生態(tài)系統(tǒng)綜合人類擾動(dòng)指數(shù)方法,將未利用地的人類擾動(dòng)分級(jí)指數(shù)設(shè)為0,林地、草地、濕地的人類擾動(dòng)分級(jí)指數(shù)為1,耕地的人類擾動(dòng)指數(shù)為2,建設(shè)用地的人類擾動(dòng)分級(jí)指數(shù)為3,用加權(quán)求和方法計(jì)算區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)綜合人類擾動(dòng)指數(shù)(Anthropogenic disturbance index,ADI),計(jì)算公式如下:

式中,ADI為生態(tài)系統(tǒng)綜合人類擾動(dòng)指數(shù)(簡(jiǎn)稱人類擾動(dòng)指數(shù)),Bi為第i級(jí)生態(tài)系統(tǒng)人類擾動(dòng)分級(jí)指數(shù),Ei為第i級(jí)生態(tài)系統(tǒng)面積所占百分比。人類擾動(dòng)指數(shù)越高,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的威脅程度越大,反之則越低。

2.4 數(shù)據(jù)來(lái)源及預(yù)處理

威寧縣生態(tài)系統(tǒng)類型數(shù)據(jù)來(lái)源于2015年全國(guó)生態(tài)狀況變化遙感調(diào)查評(píng)估成果,空間分辨率30 m。氣象站點(diǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)站(http://data.cma.cn/),主要包括降雨量、氣溫、總太陽(yáng)輻射等因子。蒸散發(fā)數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)研究網(wǎng)絡(luò)科技資源服務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)站(http://www.cnern.org.cn/),空間分辨率1 km。數(shù)字地形高程數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站(http://www.gscloud.cn/),空間分辨率30 m。土壤數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)1:100萬(wàn)土壤數(shù)據(jù)庫(kù)(http://westdc.westgis.ac.cn)。植被凈初級(jí)生產(chǎn)力(net primary productivity, NPP)數(shù)據(jù)為2015年MODIS17 A3產(chǎn)品數(shù)據(jù),歸一化植被指數(shù)(normalized difference vegetation index, NDVI)數(shù)據(jù)為2000—2015年MODIS13 Q1產(chǎn)品數(shù)據(jù),均來(lái)源于美國(guó)國(guó)家航空航天局網(wǎng)站(https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/)。2000—2015年土地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn/)。本研究以2015年作為基準(zhǔn)年劃定威寧縣生態(tài)保護(hù)紅線,以上數(shù)據(jù)均通過(guò)ArcGIS 10.6 軟件進(jìn)行重采樣或空間插值為250 m空間分辨率。

2.5 評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

將不同類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能柵格圖導(dǎo)入Matlab 2014軟件,進(jìn)行歸一化計(jì)算并按像元值從高到底排序,計(jì)算累加服務(wù)功能。按照《指南》標(biāo)準(zhǔn),把累加服務(wù)功能值占該類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總值的50%和80%作為對(duì)應(yīng)閾值,將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型劃分為極重要區(qū)、重要區(qū)、一般重要區(qū),并分別賦值3、2、1。生態(tài)環(huán)境敏感性評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)方法相同。

2.6 綜合評(píng)價(jià)

針對(duì)水源涵養(yǎng)、水土保持、生物多樣性維護(hù)功能的評(píng)價(jià)分級(jí),采取析取運(yùn)算方法進(jìn)對(duì)態(tài)系統(tǒng)綜合服務(wù)功能進(jìn)行評(píng)價(jià)[17],計(jì)算公式為:

ESC=Max{ESw,ESs,ESb}

式中,ESC代表生態(tài)系統(tǒng)綜合服務(wù)功能重要性評(píng)價(jià)結(jié)果,ESw代表水源涵養(yǎng)功能重要性評(píng)價(jià)結(jié)果,ESs代表土壤保持功能重要性評(píng)價(jià)結(jié)果,ESb代表生物多樣性維護(hù)功能重要性評(píng)價(jià)結(jié)果。生態(tài)環(huán)境綜合敏感性評(píng)價(jià)方法相同。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)保護(hù)紅線初步劃定

結(jié)合ArcGIS軟件,將威寧縣水源涵養(yǎng)功能、水土保持功能、生物多樣性維護(hù)功能評(píng)價(jià)分級(jí)結(jié)果進(jìn)行析取分析,得到生態(tài)系統(tǒng)綜合服務(wù)功能評(píng)價(jià)結(jié)果(圖3和表1)。結(jié)果表明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性分類中一般重要區(qū)面積1635 km2,占全縣面積25.96%,主要分布在研究區(qū)中部,地勢(shì)平緩,是人類開(kāi)發(fā)建設(shè)活動(dòng)的主要分布區(qū)域。重要區(qū)面積2108.19 km2,占全縣面積33.47%,主要分布在研究區(qū)中部四周,該區(qū)域雪山鎮(zhèn)、黑石頭鎮(zhèn)是未來(lái)中心鎮(zhèn),鄉(xiāng)鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)建設(shè)的重點(diǎn)區(qū)域。極重要區(qū)面積2554.81 km2,占全縣面積40.57%,主要分布在研究區(qū)的東南部、西南部以及西北部,該區(qū)域降水多,地貌類型以峰林峰叢為主,林、灌、草植被生態(tài)系統(tǒng)較為豐富,對(duì)維護(hù)黔西北高原巖溶區(qū)、牛欄江-橫江流域生態(tài)安全具有重要作用。同時(shí),將威寧縣水土流失敏感性、石漠化敏感性評(píng)價(jià)分級(jí)結(jié)果進(jìn)行析取分析,得到生態(tài)環(huán)境綜合敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果(圖3和表1)。結(jié)果表明研究區(qū)以敏感類型為主,面積約4273.31 km2,占全縣面積67.85%,敏感區(qū)在研究區(qū)廣泛分布。極敏感區(qū)面積1934.81 km2,占全縣面積30.72%,其中石漠化極敏感區(qū)占比為72.36%,主要分布在研究區(qū)東部爐山鎮(zhèn)—二塘鎮(zhèn)和西部岔河鄉(xiāng)—石門鄉(xiāng)等森林覆蓋率低、土壤侵蝕強(qiáng)、水土流失嚴(yán)重的巖溶山地區(qū)域。

表1 威寧縣生態(tài)評(píng)價(jià)面積及占比統(tǒng)計(jì)表

圖3 生態(tài)系統(tǒng)綜合服務(wù)功能評(píng)價(jià)結(jié)果與生態(tài)環(huán)境綜合敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.3 Evaluation results of comprehensive ecosystem service and comprehensive ecological sensitivity

為使得生態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果精準(zhǔn)落地,需要準(zhǔn)確界定生態(tài)保護(hù)紅線邊界范圍。首先將生態(tài)系統(tǒng)綜合服務(wù)功能分級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果與生態(tài)環(huán)境綜合敏感性評(píng)價(jià)分級(jí)結(jié)果進(jìn)行空間疊加,提取Value值大于3的范圍作為綜合評(píng)估結(jié)果,其次對(duì)綜合評(píng)估結(jié)果(占全縣國(guó)土面積的54.72%)像元斑塊進(jìn)行融合及聚合處理。接著結(jié)合第二次全國(guó)土地調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行邊界細(xì)化調(diào)整,并剔除面積大于5畝的農(nóng)田,然后對(duì)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理,去除1.5 km2以下未融合的獨(dú)立破碎斑塊,減小生態(tài)保護(hù)紅線分布的破碎化程度。最后疊加禁止開(kāi)發(fā)區(qū)和其他各類保護(hù)地,得到威寧縣紅線初步結(jié)果,面積1710.56 km2,占全縣國(guó)土面積的29.61%。

3.2 生態(tài)保護(hù)紅線優(yōu)化調(diào)整

威寧縣生態(tài)保護(hù)紅線優(yōu)化調(diào)整需與已有規(guī)劃進(jìn)行協(xié)調(diào):(1)與土地利用規(guī)劃、城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃協(xié)調(diào),自然資源部門和住建部門建議生態(tài)保護(hù)紅線應(yīng)考慮與《威寧縣土地利用總體規(guī)劃(2006—2020年)調(diào)整方案》、《威寧縣縣城總體規(guī)劃(2018—2035年)》的銜接,與生態(tài)保護(hù)紅線斑塊存在重疊的區(qū)域,兼顧發(fā)展需求與紅線斑塊的完整性,適當(dāng)預(yù)留發(fā)展空間；(2)與交通路網(wǎng)規(guī)劃協(xié)調(diào),交通部門建議應(yīng)考慮G7611、S102等現(xiàn)狀道路以及納入國(guó)家或省級(jí)“十三五”規(guī)劃,且明確項(xiàng)目選址或線路走向的規(guī)劃道路；(3)與礦產(chǎn)資源規(guī)劃協(xié)調(diào),通過(guò)與《貴州省礦產(chǎn)資源總體規(guī)劃(2016—2020年)》和《畢節(jié)市礦產(chǎn)資源總體規(guī)劃(2016—2020)》銜接,對(duì)于重要礦產(chǎn)資源分布與生態(tài)保護(hù)紅線重疊的區(qū)域,結(jié)合礦產(chǎn)資源的采礦權(quán)、規(guī)模、類型、開(kāi)采時(shí)間以及生態(tài)保護(hù)紅線斑塊的完整性等進(jìn)行綜合考慮；(4)與旅游發(fā)展規(guī)劃協(xié)調(diào),旅游部門建議考慮《貴州省“十三五”旅游業(yè)發(fā)展規(guī)劃》和《威寧縣城總體規(guī)劃(2018—2035)》,旅游基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),可根據(jù)是否明確布局落位或選線走向,根據(jù)環(huán)境影響評(píng)價(jià)法科學(xué)評(píng)估后,確定是否可建設(shè)或劃入生態(tài)保護(hù)紅線列入正面清單,對(duì)其建設(shè)進(jìn)行約束；(5)與林業(yè)發(fā)展規(guī)劃協(xié)調(diào),林業(yè)部門建議考慮《貴州省“十三五”林業(yè)發(fā)展規(guī)劃》和《畢節(jié)市“十三五”林業(yè)生態(tài)建設(shè)規(guī)劃》,生態(tài)保護(hù)紅線初步劃定結(jié)果需與商品林和經(jīng)濟(jì)林充分銜接。與相關(guān)規(guī)劃協(xié)調(diào)后,威寧縣生態(tài)保護(hù)紅線面積1497.22 km2,占全縣面積的23.77%。隨著邊界的扣除,生態(tài)保護(hù)紅線產(chǎn)生較多破碎斑塊,對(duì)后期生態(tài)保護(hù)紅線勘界定標(biāo)、生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管以及生態(tài)補(bǔ)償造成巨大困難。通過(guò)對(duì)照影像地圖以及野外調(diào)研后,在不影響整體比例情況下,將細(xì)小斑塊扣除,處理后威寧縣生態(tài)保護(hù)紅線面積1496.13 km2,占全縣面積的23.75%(圖4,本結(jié)果為階段性成果)。

圖4 威寧縣生態(tài)保護(hù)紅線劃定結(jié)果Fig.4 Delineation results of ecological conservation redline in Weining County

3.3 生態(tài)保護(hù)紅線劃定效果評(píng)價(jià)

3.3.1生態(tài)用地劃定結(jié)果分析

根據(jù)第二次全國(guó)土地調(diào)查數(shù)據(jù),將威寧縣有林地、灌木林地等14個(gè)土地利用類型作為生態(tài)用地進(jìn)行統(tǒng)計(jì),對(duì)城市、村莊、水田、旱地等20個(gè)土地利用類型作為非生態(tài)用地進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明威寧縣生態(tài)用地面積2838.48 km2,占全縣總面積的45.07%。紅線內(nèi)生態(tài)用地面積895.70 km2,占紅線面積的60.54%。紅線內(nèi)非生態(tài)用地面積583.87 km2,占紅線面積的39.46%(圖5)。根據(jù)第一次全國(guó)地理國(guó)情普查數(shù)據(jù),將威寧縣地表覆蓋三級(jí)分類進(jìn)行合并,將喬木林、灌木林、喬灌混合林、天然草地、人工草地、水面等11個(gè)地表覆蓋二級(jí)類作為生態(tài)用地進(jìn)行統(tǒng)計(jì),將水田、旱地、果園、茶園等非生態(tài)用地進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明威寧縣生態(tài)用地面積3181.16 km2,占全縣國(guó)土面積的50.51%。紅線內(nèi)生態(tài)用地面積1066.81 km2,占紅線面積的71.30%。紅線內(nèi)非生態(tài)用地面積429.32 km2,占紅線面積的28.70%,紅線內(nèi)生態(tài)用地面積占比高于非生態(tài)用地面積占比(圖5)。

圖5 威寧縣紅線內(nèi)生態(tài)用地與非生態(tài)用地空間分布Fig.5 Spatial distribution of ecological and non-ecological land in ecological conservation redline in Weining County

3.3.2植被覆蓋度劃定效果評(píng)價(jià)

2015年威寧縣紅線內(nèi)NDVI年均值0.78,紅線外NDVI年均值0.77,草海自然保護(hù)區(qū)NDVI年均值0.64(圖6)。2000—2015年不同分區(qū)NDVI均值呈現(xiàn)波動(dòng)增加趨勢(shì),16年間威寧縣紅線內(nèi)NDVI年均值>威寧縣NDVI>紅線外NDVI年均值>草海自然保護(hù)區(qū)NDVI年均值。近些年貴州全省退耕還林、巖溶地區(qū)石漠化綜合治理和草海自然保護(hù)區(qū)生態(tài)修復(fù)等工程的實(shí)施,威寧縣植被覆蓋顯著增加。

圖6 2000—2015年威寧縣NDVI變化Fig.6 Changes of NDVI in Weining County from 2000 to 2015

為評(píng)價(jià)紅線劃定范圍內(nèi)植被覆蓋變化規(guī)律,采用一元線性回歸模擬逐個(gè)像元的NDVI年際變化趨勢(shì)[33]。當(dāng)斜率S>0時(shí),表明植被覆蓋呈現(xiàn)增加趨勢(shì)；S<0時(shí),表明植被覆蓋呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。參照已有資料,根據(jù)S的變化范圍,定義嚴(yán)重退化、輕微退化、基本不變、輕微改善和明顯改善5個(gè)變化區(qū)間(圖7)。

圖7 2000—2015年威寧縣NDVI變化趨勢(shì)分區(qū)Fig.7 Division of NDVI change trend in Weining County from 2000 to 2015

從表2可以看出,在威寧縣紅線范圍內(nèi),植被嚴(yán)重退化區(qū)面積只有5.25 km2,占紅線面積的0.36%。紅線內(nèi)植被輕微改善區(qū)和明顯改善區(qū)面積共738.69 km2,占紅線面積的50.45%；紅線外植被嚴(yán)重退化區(qū)和輕微退化區(qū)面積共692.25 km2,占紅線外面積的14.54%,而紅線外植被輕微改善區(qū)和明顯改善區(qū)面積占紅線外面積48.39%；其中,草海自然保護(hù)區(qū)植被嚴(yán)重退化區(qū)和輕微退化區(qū)面積共29.94 km2,占保護(hù)區(qū)面積的30.8%,同時(shí)保護(hù)區(qū)有48.04%的區(qū)域植被呈現(xiàn)輕微改善和明顯改善趨勢(shì)。由于歷史原因草海國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)里面存在原始城鎮(zhèn)以及大面積水域濕地,導(dǎo)致草海NDVI年均值低于紅線內(nèi)NDVI年均值。紅線內(nèi)NDVI基本不變區(qū)、輕微改善區(qū)和明顯改善區(qū)面積占比達(dá)到88.42%,生態(tài)保護(hù)紅線劃定范圍內(nèi)植被覆蓋呈增加趨勢(shì)。

表2 威寧縣NDVI分區(qū)變化統(tǒng)計(jì)

3.3.3人類擾動(dòng)劃定效果評(píng)價(jià)

2000—2015年威寧縣不同分區(qū)人類擾動(dòng)指數(shù)如圖8所示。2015年威寧縣紅線內(nèi)人類擾動(dòng)指數(shù)230.23,紅線外人類擾動(dòng)指數(shù)250.06,紅線內(nèi)人類擾動(dòng)指數(shù)低于紅線外人類擾動(dòng)指數(shù)。2000—2015年威寧縣不同分區(qū)人類擾動(dòng)指數(shù)呈現(xiàn)波動(dòng)增加趨勢(shì),16年間威寧縣紅線外人類擾動(dòng)指數(shù)>威寧縣人類擾動(dòng)指數(shù)>草海自然保護(hù)區(qū)人類擾動(dòng)指數(shù)>紅線內(nèi)人類擾動(dòng)指數(shù),生態(tài)保護(hù)紅線內(nèi)人類擾動(dòng)較少。2010—2015年草海自然保護(hù)區(qū)人類擾動(dòng)指數(shù)呈現(xiàn)減少趨勢(shì),近些年威寧縣實(shí)施“退城還湖、退村還湖、退耕還湖、造林涵湖”等生態(tài)工程,拆除保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)建設(shè)用地,實(shí)施退耕還濕和造林綠化工程,增加濕地面積,控制人為活動(dòng),改善生態(tài)功能。

圖8 2000—2015年威寧縣不同分區(qū)人類擾動(dòng)指數(shù)變化 Fig.8 Changes of anthropogenic disturbance index in different zones of Weining County from 2000 to 2015

2000—2015年威寧縣人類擾動(dòng)指數(shù)時(shí)空變化如圖9所示。2015年紅線內(nèi)人類擾動(dòng)指數(shù)較大的是雪山鎮(zhèn)和哲覺(jué)鎮(zhèn),分別為5.47和4.21,人類擾動(dòng)指數(shù)較小的是中水鎮(zhèn)0.12。從2000年到2015年,紅線內(nèi)人類擾動(dòng)增加較大的是雪山鎮(zhèn)和麻乍鎮(zhèn),分別增加了0.23和0.15。雪山鎮(zhèn)紅線面積最大131.24 km2,近些年發(fā)展烤煙業(yè)和種草養(yǎng)畜產(chǎn)業(yè),16年間紅線范圍內(nèi)有18.92 km2的林地轉(zhuǎn)耕地和12.67 km2草地轉(zhuǎn)為耕地,人類擾動(dòng)增加。紅線內(nèi)人類擾動(dòng)減少較小的是哲覺(jué)鎮(zhèn)和黑石頭鎮(zhèn),分別減少了0.12和0.09。哲覺(jué)鎮(zhèn)和黑石頭鎮(zhèn)紅線面積較大,分別為115.46 km2和101.17 km2,僅次于雪山鎮(zhèn)和草海鎮(zhèn),但人類擾動(dòng)變化穩(wěn)定。結(jié)合各鄉(xiāng)鎮(zhèn)紅線面積和人類擾動(dòng)指數(shù)變化趨勢(shì),威寧縣雪山鎮(zhèn)、麻乍鎮(zhèn)和么站鎮(zhèn)需要控制紅線范圍內(nèi)人類擾動(dòng),加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)和監(jiān)管,維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全。

圖9 2000—2015年人類擾動(dòng)指數(shù)變化Fig.9 Changes of anthropogenic disturbance index in Weining County from 2000 to 2015

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

本文通過(guò)構(gòu)建縣域尺度喀斯特石漠化地區(qū)生態(tài)保護(hù)紅線劃定方法,劃定威寧縣生態(tài)保護(hù)紅線,并從生態(tài)用地、植被覆蓋度與人類擾動(dòng)指數(shù)三個(gè)方面評(píng)價(jià)劃定效果。結(jié)論如下:

(1)威寧縣生態(tài)系統(tǒng)綜合服務(wù)功能重要性類型以極重要為主,占研究區(qū)總面積的40.57%。生態(tài)環(huán)境綜合敏感性類型以敏感為主,占總面積的67.86%。優(yōu)化調(diào)整后生態(tài)保護(hù)紅線面積1496.13 km2,占全縣面積的23.75%。

(2)紅線內(nèi)生態(tài)用地面積占比高于非生態(tài)用地占比20%以上,紅線內(nèi)NDVI年均值大于紅線外NDVI年均值。近些年貴州全省退耕還林、巖溶地區(qū)石漠化綜合治理和草海自然保護(hù)區(qū)生態(tài)修復(fù)等工程的實(shí)施,威寧縣植被覆蓋顯著增加。16年間紅線內(nèi)NDVI基本不變區(qū)、輕微改善區(qū)和明顯改善區(qū)面積占比達(dá)到88.42%,紅線劃定范圍內(nèi)植被覆蓋呈增加趨勢(shì)。

(3)2000—2015年紅線內(nèi)人類擾動(dòng)指數(shù)低于紅線外人類擾動(dòng)指數(shù),草海自然保護(hù)區(qū)退村還湖、退耕還濕等生態(tài)修復(fù)工程的實(shí)施,人類擾動(dòng)指數(shù)呈現(xiàn)減少趨勢(shì)。16年間威寧縣雪山鎮(zhèn)、麻乍鎮(zhèn)紅線劃定范圍內(nèi)存在大量林地、草地轉(zhuǎn)耕地,需要控制紅線區(qū)人類擾動(dòng),加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)和監(jiān)管,維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全。

4.2 討論

(1)《指南》中生物多樣性維護(hù)功能評(píng)價(jià)方法主要包括NPP法和物種分布模型法,NPP法由于所需參數(shù)較少,計(jì)算簡(jiǎn)單得到廣泛應(yīng)用。但NPP法無(wú)法覆蓋全部生物多樣性重要區(qū)域,并且受農(nóng)作物高NPP影響[30]。本研究通過(guò)NPP法識(shí)別威寧縣生物多樣性維護(hù)功能,發(fā)現(xiàn)生物多樣性極重要區(qū)和重要區(qū)分布范圍覆蓋《貴州省生態(tài)功能區(qū)劃(修編)》中橫河-牛欄江生物多樣性保護(hù)、玄姑-玉舍-糸囖高原生物多樣性保護(hù)生態(tài)功能小區(qū)。在生態(tài)保護(hù)紅線劃定過(guò)程中模型評(píng)估參數(shù)設(shè)置參考相關(guān)學(xué)者的研究成果[34],若能在威寧縣進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的實(shí)地采集與驗(yàn)證,評(píng)估結(jié)果將更加科學(xué)可靠。

(2)生態(tài)保護(hù)紅線的劃定需統(tǒng)籌考慮“自上而下”演繹評(píng)價(jià)和“自下而上”歸納協(xié)調(diào)這兩個(gè)方面,提升紅線邊界劃定的科學(xué)性[8]。本研究在縣域尺度,使用高分辨率遙感影像和第二次土地利用調(diào)查數(shù)據(jù),按照王麗霞等[9]提出的生態(tài)保護(hù)紅線邊界優(yōu)化方法,實(shí)現(xiàn)生態(tài)保護(hù)紅線數(shù)據(jù)由低分辨率向高分辨率轉(zhuǎn)換,提高紅線邊界精度。同時(shí)縣域生態(tài)保護(hù)紅線的劃定,在充分考慮當(dāng)?shù)匕l(fā)展目標(biāo)以及利益相關(guān)者需求的情況下,能夠有效檢驗(yàn)或優(yōu)化區(qū)域或省級(jí)層面劃定結(jié)果,達(dá)到減少紅線內(nèi)矛盾沖突,解決交叉重疊問(wèn)題,為后期紅線的精準(zhǔn)落地以及科學(xué)管理提供有力支撐。

(3)保護(hù)成效評(píng)價(jià)應(yīng)圍繞“生態(tài)功能不降低、保護(hù)面積不減少、用地性質(zhì)不改變”的管控目標(biāo)[11],以生態(tài)系統(tǒng)類型和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能為主要內(nèi)容,構(gòu)建評(píng)估框架與指標(biāo)體系,采用定性與定量相結(jié)合的方法,從生態(tài)保護(hù)紅線內(nèi)外、實(shí)施前后生態(tài)狀況變化的角度進(jìn)行評(píng)估[35]。威寧縣紅線內(nèi)生態(tài)用地大于非生態(tài)用地,劃定的生態(tài)空間涵蓋大部分生態(tài)用地,紅線區(qū)需禁止建設(shè)破壞生態(tài)功能和生態(tài)環(huán)境的工程項(xiàng)目,確保自然生態(tài)用地不被占用,同時(shí)加強(qiáng)人類活動(dòng)監(jiān)管,減少人類擾動(dòng)。