生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管臺賬關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)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(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心, 北京 100094

我國生態(tài)環(huán)境總體比較脆弱,生態(tài)安全形勢十分嚴(yán)峻。生態(tài)保護(hù)紅線是指在生態(tài)空間范圍內(nèi)具有特殊重要生態(tài)功能、必須強(qiáng)制性嚴(yán)格保護(hù)的區(qū)域,是保障和維護(hù)國家生態(tài)安全的底線和生命線,通常包括具有重要水源涵養(yǎng)、生物多樣性維護(hù)、水土保持、防風(fēng)固沙、海岸生態(tài)穩(wěn)定等功能的生態(tài)功能重要區(qū)域,以及水土流失、土地沙化、石漠化等生態(tài)環(huán)境敏感脆弱區(qū)域[1]。2015年我國新修訂的《環(huán)境保護(hù)法》明確規(guī)定國家在重點(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)域劃定生態(tài)保護(hù)紅線[2]。2017年5月,原環(huán)境保護(hù)部、國家發(fā)改委聯(lián)合發(fā)布正式版《生態(tài)保護(hù)紅線劃定指南》[3]。2018年至今,我國處于生態(tài)保護(hù)紅線劃定與評估調(diào)整階段。目前,全國生態(tài)保護(hù)紅線劃定工作已經(jīng)接近尾聲[4—7]。下一步,如何嚴(yán)守生態(tài)保護(hù)紅線,開展生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管成為當(dāng)前重要的問題。基于臺賬思路的生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)測評估體系是落實(shí)劃定并嚴(yán)守生態(tài)保護(hù)紅線的重要保障,是構(gòu)建生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管業(yè)務(wù)體系并實(shí)現(xiàn)制度化運(yùn)行,確保生態(tài)保護(hù)紅線制度實(shí)現(xiàn)真正意義上“落地”的關(guān)鍵命題之一[8]。

近年來,國內(nèi)外許多組織和科研機(jī)構(gòu)都在采用不同的編制方法和技術(shù)路線推進(jìn)自然資源、農(nóng)業(yè)資源、土地調(diào)查、水利資源等方面的臺賬建設(shè)的工作。從國際角度來看,許多發(fā)達(dá)國家和地區(qū)已較早的開展自然資源調(diào)查方面的工作[9—11]。美國從20世紀(jì)初開始開展國家資源存量調(diào)查,目前已經(jīng)非常成熟；英國在1974—2008年期間共進(jìn)行了5次鄉(xiāng)村調(diào)查,調(diào)查區(qū)域和調(diào)查內(nèi)容不斷增大；澳大利亞政府從20世紀(jì)90年代起,每5年對全國生態(tài)環(huán)境開展一次全面普查,做出系統(tǒng)評估,并向議會(huì)提交詳細(xì)的環(huán)境評估報(bào)告；日本從20世紀(jì)50年代開始,每5年進(jìn)行一次全國森林資源調(diào)查試點(diǎn)工作,宏觀上把握全國森林資源現(xiàn)狀和預(yù)測動(dòng)態(tài),以判斷森林經(jīng)營和利用是否會(huì)造成森林資源枯竭。從國內(nèi)角度來看,我國生態(tài)資源調(diào)查相關(guān)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(yè)務(wù)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(shè)為重點(diǎn)工作,以縣級行政區(qū)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(jīng)濟(jì)社會(huì)用水情況、河流湖泊治理保護(hù)情況、水土保持情況、水利行業(yè)能力建設(shè)情況等信息進(jìn)行了普查[15—16]。2014年,我國啟動(dòng)第一批生態(tài)文明先行示范區(qū)建設(shè),探索編制自然資源資產(chǎn)負(fù)債表、對領(lǐng)導(dǎo)干部實(shí)行自然資源資產(chǎn)離任審計(jì)[17—18]。2016—2018年,我國開展了國家重要農(nóng)業(yè)資源臺賬制度建設(shè)項(xiàng)目研究,建立了重要農(nóng)業(yè)資源臺賬清單,基本摸清了試點(diǎn)地區(qū)水、土、氣、生、農(nóng)業(yè)廢棄物等重要農(nóng)業(yè)資源底數(shù)[19—21]。2020年,生態(tài)環(huán)境部正式啟用自然保護(hù)地人類活動(dòng)監(jiān)管系統(tǒng)[22],初步構(gòu)建形成了疑似問題線索“遙感發(fā)現(xiàn)-地面核查-監(jiān)督執(zhí)法”的主動(dòng)發(fā)現(xiàn)監(jiān)管體系,實(shí)現(xiàn)了人類活動(dòng)信息的臺賬化管理維護(hù)。2021年,我國印發(fā)了《生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管技術(shù)規(guī)范臺賬數(shù)據(jù)庫建設(shè)(試行)》等生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管系列技術(shù)規(guī)范[23—24],以規(guī)范和指導(dǎo)生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管數(shù)據(jù)庫建設(shè)工作。

總之,從分類到綜合,從實(shí)物到價(jià)值,從存量到流量,已成為國內(nèi)外生態(tài)資源、自然資源資產(chǎn)調(diào)查、評估和核算的共識[25]。本文針對生態(tài)保護(hù)紅線“生態(tài)功能不降低、面積不減少、性質(zhì)不改變”的管控目標(biāo)[26],以縣級行政區(qū)為基本單元,構(gòu)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(shí)現(xiàn)了生態(tài)保護(hù)紅線面積、紅線性質(zhì)、紅線功能和紅線管理等監(jiān)管要素的全要素、全生命周期、時(shí)空一體化的全過程臺賬化監(jiān)管。同時(shí),以寧夏回族自治區(qū)涇源縣為例,建設(shè)了涇源縣生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)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(dòng)、植被覆蓋度、生態(tài)功能、人口和國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)等方面的應(yīng)用分析,為生態(tài)保護(hù)紅線的智能化、業(yè)務(wù)化監(jiān)管提供參考。

1 生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管臺賬體系

結(jié)合生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管指標(biāo)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(shí)物到價(jià)值、從存量到流量、從圖斑到行政區(qū)的技術(shù)體系,將生態(tài)保護(hù)紅線、土地利用、植被覆蓋度、水源涵養(yǎng)、水土保持、防風(fēng)固沙、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等監(jiān)管要素的空間數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相結(jié)合,構(gòu)建了紅線面積、紅線性質(zhì)、紅線功能、紅線管理和其他等五大類臺賬(表1)。

表1 生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管臺賬清單

圖1 生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管臺賬組織體系

1.1 紅線面積臺賬

以縣級行政區(qū)為基本單元,記錄某一時(shí)間節(jié)點(diǎn)(或年度)生態(tài)保護(hù)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(tài)保護(hù)紅線邊界臺賬、調(diào)入紅線臺賬、調(diào)出紅線臺賬和自然保護(hù)地臺賬4本臺賬?？煞从成鷳B(tài)保護(hù)紅線面積及占比、評估調(diào)整面積變化、紅線內(nèi)外自然保護(hù)地面積及占比、紅線圖斑數(shù)量等屬性信息。

1.2 紅線性質(zhì)臺賬

以縣級行政區(qū)為基本單元,記錄某一時(shí)間節(jié)點(diǎn)(或年度)生態(tài)保護(hù)紅線性質(zhì)信息的電子表單賬本,支撐“性質(zhì)不改變”管控要求。主要包括疑似生態(tài)破壞問題臺賬、生態(tài)破壞問題臺賬、人類活動(dòng)實(shí)地核查臺賬、整改問題臺賬、生態(tài)修復(fù)臺賬、紅線內(nèi)保留的人類活動(dòng)臺賬、紅線內(nèi)逐步退出的人類活動(dòng)臺賬、海岸線臺賬、用地類型臺賬9本臺賬。可反映生態(tài)破壞、生態(tài)修復(fù)等活動(dòng)各階段人類活動(dòng)的面積、占比與數(shù)量、紅線內(nèi)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(qū)為基本單元,記錄某一時(shí)間節(jié)點(diǎn)(或年度)生態(tài)保護(hù)紅線生態(tài)功能信息的電子表單賬本,支撐“生態(tài)功能不降低”管控要求。主要包括植被覆蓋度臺賬、水源涵養(yǎng)臺賬、水土保持臺賬、防風(fēng)固沙臺賬、生物多樣性維護(hù)臺賬、洪水調(diào)蓄臺賬、海岸防護(hù)臺賬等22本臺賬?？煞从臣t線水源涵養(yǎng)、水土保持、防風(fēng)固沙、生物多樣性維護(hù)、洪水調(diào)蓄和海岸防護(hù)等功能量、價(jià)值量和重要性評價(jià),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(jià)等信息。

1.4 紅線管理臺賬

以縣級行政區(qū)為基本單元,記錄某一時(shí)間節(jié)點(diǎn)(或年度)生態(tài)保護(hù)紅線管理能力相關(guān)信息的電子表單賬本,主要包括紅線制度與落實(shí)臺賬、公眾滿意度臺賬、生態(tài)破壞與環(huán)境污染臺賬、界樁臺賬、標(biāo)識牌臺賬5本臺賬?？煞从臣t線監(jiān)管經(jīng)費(fèi)、人員數(shù)量、公眾滿意度、生態(tài)破壞與環(huán)境污染事件等信息。

1.5 其他臺賬

以縣級行政區(qū)為基本單元,記錄某一時(shí)間節(jié)點(diǎn)(或年度)生態(tài)保護(hù)紅線特色指標(biāo)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)相關(guān)信息的電子表單賬本,主要包括水環(huán)境質(zhì)量臺賬、空氣環(huán)境質(zhì)量臺賬、土壤環(huán)境質(zhì)量臺賬、外來入侵物種臺賬、河湖自然岸線臺賬、地面監(jiān)測站點(diǎn)臺賬、人口臺賬、GDP臺賬等臺賬。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 生態(tài)破壞問題全生命周期臺賬管理

基于“本底-變化-現(xiàn)狀”的工作思路,利用高分辨率衛(wèi)星遙感影像和深度學(xué)習(xí)技術(shù)快速識別疑似生態(tài)破壞問題,構(gòu)建生態(tài)保護(hù)紅線生態(tài)破壞問題全生命周期監(jiān)管體系(圖2),建立疑似破壞問題臺賬、實(shí)地核實(shí)臺賬、確定問題臺賬、整改問題臺賬、生態(tài)修復(fù)臺賬等臺賬,貫穿生態(tài)破壞問題從發(fā)現(xiàn)到整改再到修復(fù)的全過程。各臺賬之間相互銜接相互關(guān)聯(lián),以生態(tài)破壞問題圖斑為對象,以問題圖斑編號為唯一標(biāo)識,以生態(tài)修復(fù)為導(dǎo)向,進(jìn)行問題的管理、關(guān)聯(lián)與跟蹤,實(shí)現(xiàn)生態(tài)保護(hù)紅線生態(tài)破壞問題圖斑“事前-事中-事后”[27]的全生命周期監(jiān)管。以此為基礎(chǔ),生態(tài)破壞問題監(jiān)管結(jié)果可用于監(jiān)督執(zhí)法、績效考核和生態(tài)補(bǔ)償?shù)?推動(dòng)生態(tài)破壞問題的全鏈條閉環(huán)監(jiān)管。

圖2 生態(tài)破壞問題全生命周期臺賬管理

2.2 紅線監(jiān)管全要素精細(xì)化臺賬管理

構(gòu)建以生態(tài)網(wǎng)格為單元的生態(tài)保護(hù)紅線全要素、一體化、精細(xì)化監(jiān)管臺賬,橫向集成以生態(tài)空間、生活空間、生產(chǎn)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(tǒng)的土地覆被/土地利用分類體系相銜接,又重點(diǎn)突出了國土空間規(guī)劃與利用的科學(xué)性；縱向貫穿土地利用類型、植被覆蓋度、水源涵養(yǎng)、水土保持、防風(fēng)固沙、洪水調(diào)蓄、海岸防護(hù)等全要素生態(tài)監(jiān)管臺賬(圖3),拓展生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管的生態(tài)空間應(yīng)用分析深度。以此為基礎(chǔ),集成分析生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)測評估結(jié)果,定量跟蹤生態(tài)保護(hù)紅線邊界調(diào)整變化,分析生態(tài)保護(hù)紅線面積空間對比和生態(tài)功能影響；定量核算生態(tài)保護(hù)紅線的各種生態(tài)系統(tǒng)類型面積和用地性質(zhì)的變化,分析自然生態(tài)空間“生態(tài)盈虧”及其流向；定量分析生態(tài)保護(hù)紅線主導(dǎo)服務(wù)功能的變化情況,分析生態(tài)服務(wù)功能“生態(tài)盈虧”及其變化原因。

圖3 全要素精細(xì)化臺賬管理

2.3 多源數(shù)據(jù)時(shí)空一體化臺賬管理

將傳統(tǒng)表單臺賬和地理空間臺賬相融合,實(shí)現(xiàn)“遙感影像-空間臺賬-表單臺賬-管理臺賬”相結(jié)合的全方位時(shí)空一體化生態(tài)保護(hù)紅線臺賬管理(圖4)。針對生態(tài)保護(hù)紅線邊界,構(gòu)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(qū)為基本單元的紅線面積表單臺賬；針對生態(tài)破壞問題,構(gòu)建以生態(tài)破壞問題矢量圖斑為單元的生態(tài)破壞問題空間臺賬,以及以縣級行政區(qū)為基本單元的生態(tài)破壞問題表單臺賬；針對生態(tài)功能等柵格數(shù)據(jù),構(gòu)建以縣級行政區(qū)為單元的植被覆蓋度、水源涵養(yǎng)、水土保持等生態(tài)功能柵格空間臺賬,以及生態(tài)功能的實(shí)物量、價(jià)值量、盈虧量等生態(tài)功能表單臺賬。以此為基礎(chǔ),集成衛(wèi)星遙感、無人機(jī)、野外固定臺站和樣地樣方等觀測數(shù)據(jù),以及生態(tài)環(huán)境行業(yè)專題統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、公眾舉報(bào)和社會(huì)監(jiān)督數(shù)據(jù),形成生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管時(shí)空一體化“大數(shù)據(jù)”體系。

圖4 多源數(shù)據(jù)時(shí)空一體化臺賬管理

3 應(yīng)用分析

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

3.1 數(shù)據(jù)來源

本文建設(shè)了涇源縣生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管臺賬,共24本。其中,生態(tài)保護(hù)紅線邊界與自然保護(hù)地?cái)?shù)據(jù)來自于2018年寧夏回族自治區(qū)政府正式發(fā)布的數(shù)據(jù)[29]；2010、2015、2020年三期土地利用數(shù)據(jù)和2010—2019年十年植被覆蓋度產(chǎn)品來自于國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目； 2010、2015、2020三期水源涵養(yǎng)、水土保持、防風(fēng)固沙服務(wù)功能數(shù)據(jù)來自于全國生態(tài)狀況變化遙感調(diào)查評估項(xiàng)目；2015年居民點(diǎn)數(shù)據(jù)來自于國家基礎(chǔ)地理信息中心；2011—2020年人口和GDP數(shù)據(jù)來源于《寧夏統(tǒng)計(jì)年鑒》[30]。

3.2 結(jié)果分析

3.2.1 紅線分布分析

利用涇源縣2018年生態(tài)保護(hù)紅線邊界數(shù)據(jù),統(tǒng)計(jì)了生態(tài)保護(hù)紅線名稱、紅線類型、自然保護(hù)地名稱、自然保護(hù)地類型、自然保護(hù)地級別、面積占比等信息,建設(shè)了涇源縣2018年生態(tài)保護(hù)紅線面積臺賬(表2)。經(jīng)分析,涇源縣2018年生態(tài)保護(hù)紅線面積為577.58km2,占行政區(qū)面積51.07%(圖5)；生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域全部為自然保護(hù)地,占涇源縣自然保護(hù)地總面積的95.78%?？梢?絕大部分自然保護(hù)地都納入了生態(tài)保護(hù)紅線。

表2 涇源縣2018年生態(tài)保護(hù)紅線面積臺賬示例

圖5 涇源縣2018年劃定生態(tài)保護(hù)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(shù)據(jù),統(tǒng)計(jì)了用地面積、類型、占比、統(tǒng)計(jì)年份等信息,建設(shè)了涇源縣2010、2015、2020年三期用地類型臺賬(表3)。經(jīng)分析,2020年,生態(tài)保護(hù)紅線內(nèi)林地、草地等自然生態(tài)系統(tǒng)面積占比分別為89.55%和9.86%(圖6)?？梢?紅線區(qū)域絕大部分為自然生態(tài)系統(tǒng)。

圖6 涇源縣2020年紅線內(nèi)與行政區(qū)用地類型對比圖

表3 涇源縣紅線內(nèi)用地類型臺賬示例

3.2.3 人類活動(dòng)分析

利用涇源縣2015年居民點(diǎn)和《寧夏統(tǒng)計(jì)年鑒》[29]數(shù)據(jù),統(tǒng)計(jì)了居民點(diǎn)數(shù)量、類型、人口、GDP等信息,建設(shè)了涇源縣2011—2020年社會(huì)經(jīng)濟(jì)臺賬(表4)。經(jīng)分析,2015年,涇源縣共有188處居民點(diǎn),其中紅線內(nèi)有24處,占比12.76%?？梢?紅線內(nèi)的居民點(diǎn)密度很低。另外,2011—2020年期間涇源縣GDP穩(wěn)步提升(圖7),應(yīng)加強(qiáng)人類活動(dòng)監(jiān)管。

圖7 2011—2020年涇源縣人口與國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)變化趨勢

表4 涇源縣社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(shù)據(jù)集,統(tǒng)計(jì)了歷年紅線內(nèi)生長季植被覆蓋度最大值、均值、最小值、統(tǒng)計(jì)年份等信息,建設(shè)了涇源縣2010—2019年生態(tài)保護(hù)紅線植被覆蓋度臺賬(表5)。經(jīng)分析,2010—2019年期間,涇源縣生態(tài)保護(hù)紅線內(nèi)生長季植被覆蓋度總體上保持穩(wěn)定(圖8),2017年略有下降,主要原因?yàn)?017年降雨量減少約三分之一[29]。

表5 涇源縣紅線內(nèi)生長季植被覆蓋度臺賬示例

3.2.5 生態(tài)功能分析

利用涇源縣2010、2015、2020年水源涵養(yǎng)、水土保持、防風(fēng)固沙評估數(shù)據(jù),分別統(tǒng)計(jì)了水源涵養(yǎng)、水土保持、防風(fēng)固沙服務(wù)功能量、評估模型、統(tǒng)計(jì)年份等信息,建設(shè)了涇源縣2010、2015、2020年水源涵養(yǎng)、水土保持和防風(fēng)固沙臺賬(表6)。經(jīng)分析,2020年紅線內(nèi)水源涵養(yǎng)、水土保持、防風(fēng)固沙功能量分別占全縣的比例為77.39%、67.72%、61.43%(圖9)?？梢?生態(tài)保護(hù)紅線保護(hù)了生態(tài)空間絕大部分的重要生態(tài)功能。

圖8 2010—2019年涇源縣紅線內(nèi)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(nèi)和行政區(qū)生態(tài)功能量對比圖

表6 涇源縣紅線內(nèi)生態(tài)功能臺賬示例

4 結(jié)論

生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管臺賬的研究是一項(xiàng)極其復(fù)雜的基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性的工作,需要充分融合生態(tài)學(xué)、地理學(xué)、衛(wèi)星遙感、地理信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、會(huì)計(jì)學(xué)等各學(xué)科的基礎(chǔ)理論知識。目前,通過理論探索和試點(diǎn)應(yīng)用分析,生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管臺賬研究工作取得了一些重要進(jìn)展,基本實(shí)現(xiàn)了生態(tài)保護(hù)紅線面積、紅線性質(zhì)、紅線功能和紅線管理等內(nèi)容的全要素、全生命周期、時(shí)空一體化的全過程臺賬監(jiān)管。但生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管臺賬的研究尚處于起步和探索階段,需要持續(xù)研究。下一步,需借助人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、5G、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù),有待突破多源生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)匯聚整合、大數(shù)據(jù)分析等關(guān)鍵環(huán)節(jié),進(jìn)一步挖掘國產(chǎn)衛(wèi)星在生態(tài)遙感參數(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)能力,提升生態(tài)服務(wù)功能的遙感評估水平,加強(qiáng)統(tǒng)籌生態(tài)保護(hù)紅線、自然保護(hù)地、重要生態(tài)功能區(qū)、生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)等生態(tài)空間監(jiān)測監(jiān)管和互聯(lián)互通,逐步實(shí)現(xiàn)生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管臺賬的標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化、系統(tǒng)化、定量化、業(yè)務(wù)化,推動(dòng)生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管向智能感知、智能預(yù)警、智能決策、智能服務(wù)[31]方向發(fā)展,以切實(shí)保障國家和區(qū)域生態(tài)安全格局。