生態(tài)退化風險視角下的資源枯竭型城市國土空間生態(tài)保護修復
——以大余縣為例

張曉平,胡紫紅,張 璐

(1. 東華理工大學測繪工程學院,江西 南昌 330013; 2. 廣東國地規(guī)劃科技股份有限公司,廣東 廣州510650)

2008—2013年,國家先后確定了69個資源枯竭型城市[1]。因長期資源開采,該類城市生態(tài)退化、資源逐漸枯竭、經(jīng)濟效益遞減[2],生態(tài)保護修復面臨任務繁重、風險加劇、基礎(chǔ)薄弱、缺乏長期有效監(jiān)管機制等諸多嚴峻挑戰(zhàn)[3],如何開展資源枯竭型城市生態(tài)保護修復成為亟待解決的問題。針對生態(tài)保護修復,學者們圍繞礦山地質(zhì)環(huán)境問題[4-5]、森林質(zhì)量低下[6-7]、河流污染[8-9]、草原水土流失[10-11]等具體生態(tài)問題形成了一系列研究。近年,全域生態(tài)保護修復逐漸被關(guān)注,如城市生態(tài)系統(tǒng)綜合修復[12-13],市或縣域生態(tài)安全格局構(gòu)建[14-15]。相關(guān)研究區(qū)域遍及資源型地區(qū)[14]、生態(tài)型城市[16]、自然保護區(qū)[17]、生態(tài)屏障區(qū)[18]等,但鮮有涉及資源枯竭型城市。2021年,世界自然保護聯(lián)盟正式將生態(tài)退化風險評估運用于生態(tài)系統(tǒng)恢復[19],生態(tài)退化風險評估是生態(tài)修復的前提與基礎(chǔ)[20-21]。對資源型枯竭城市而言,已破壞土地的生態(tài)修復與重建需耗費大量人力、物力和財力[22]。同時,城市轉(zhuǎn)型發(fā)展帶來較大壓力,因此其勢必仍面臨一定的生態(tài)退化風險。為此,本文擬針對資源枯竭型城市生態(tài)保護修復問題,以江西省大余縣為研究區(qū),評估區(qū)域生態(tài)退化風險,提出生態(tài)保護修復策略,為資源枯竭型城市國土空間生態(tài)保護修復提供參考。

1 研究區(qū)及數(shù)據(jù)源

大余縣位于江西省的南部,隸屬江西省贛州市,下轄8個鎮(zhèn)、3個鄉(xiāng)。全縣面積共1368 km2,東西長127.5 km,南北寬25 km,整體東西向長條形分布。境內(nèi)礦產(chǎn)資源十分豐富,西北部因地質(zhì)運動的影響而盛產(chǎn)鎢礦,礦產(chǎn)資源開采百年有余。作為“世界鎢都”,礦產(chǎn)資源帶動經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)發(fā)展的同時,也對大余縣生態(tài)環(huán)境造成嚴重創(chuàng)傷。長期露天開采挖損和廢石廢渣堆放給當?shù)赝恋刭Y源帶來了不同程度的破壞,也易誘發(fā)滑坡和泥石流等地質(zhì)災害。同時,地下開采礦產(chǎn)資源形成地表剝離和地下采空,造成地表植被破壞、邊坡高凸及地面沉降。2012年,大余縣被評定為資源枯竭型城市,目前礦山總數(shù)為59個,其中已廢棄的有13個,其余均為持證開采礦山。

大余縣2020年土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)(1∶10 000),以及永久基本農(nóng)田、礦產(chǎn)資源、生態(tài)保護紅線、自然保護地、交通等數(shù)據(jù)從大余縣自然資源局獲取,數(shù)字高程模型(digital elevation model,DEM)和2020年30 m Landsat 8 OLI 影像來源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺。此外,研究數(shù)據(jù)還包括2020年1 km氣象數(shù)據(jù)和人口密度數(shù)據(jù)(來源于地理監(jiān)測云平臺)、2020年500 m 凈初級生產(chǎn)力(net primary production,NPP)及夜光遙感數(shù)據(jù)(national polar-orbiting partnership-visible infrared imaging radiometer suite, NPP-VIIRS)(來源于美國國家航空航天局)、以及1 km土壤數(shù)據(jù)(來源于國家青藏高原科學數(shù)據(jù)中心)[23]。

2 生態(tài)退化風險評價方法

2.1 生態(tài)退化風險評價指標體系

生態(tài)退化是因自然或人類活動導致的一種生態(tài)系統(tǒng)逆向發(fā)展的過程,主要通過其凈化環(huán)境的能力、組成、結(jié)構(gòu)、功能等方面的變化來體現(xiàn)。生態(tài)退化風險是生態(tài)系統(tǒng)受干擾后可能由健康穩(wěn)定狀態(tài)退化為不穩(wěn)定狀態(tài)的程度,主要受系統(tǒng)內(nèi)部自身生態(tài)功能狀況、系統(tǒng)受外界影響壓力及抵抗外界干擾的能力3個因素的影響[20]。內(nèi)部自身生態(tài)功能狀況指生態(tài)系統(tǒng)功能的維持情況,比如生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性、防風固沙能力及水土保持能力等;系統(tǒng)受外界影響壓力主要源于人類活動造成的壓力,包括人口壓力、經(jīng)濟壓力及資源壓力等;抵抗外界干擾的能力指受外界干擾時自身恢復的能力,涉及植被、土壤等要素的恢復能力。

從生態(tài)功能維持力、生態(tài)自我恢復力、生態(tài)壓力3個維度構(gòu)建生態(tài)退化風險評價指標體系[24](見表1)。其中,生態(tài)功能維持力包含土壤保持力和水源涵養(yǎng)維護力;生態(tài)自我恢復力用組織力、恢復力和活力表征;因資源枯竭型城市仍有部分礦業(yè)活動,生態(tài)壓力維度中除人口壓力、資源壓力和經(jīng)濟發(fā)展壓力外,還考慮了礦業(yè)開采壓力的影響。生態(tài)退化風險共有9個指標度量,土壤侵蝕量采用土壤流失方程計算[25-26],水源涵養(yǎng)能力由區(qū)域水量平衡方程求取[27-28],植被覆蓋度對Landsat 8 OLI 影像進行波段運算所得,植被凈初級生產(chǎn)力通過校正后的NPP數(shù)據(jù)表示,土壤有機質(zhì)含量運用土壤數(shù)據(jù)庫中的土壤有機質(zhì)含量屬性表示,墾殖率為每平方千米耕地面積占比,人口密度為每平方人口數(shù)量,采礦影響程度按照采礦影響范圍確定[29],夜間燈光指數(shù)為NPP-VIIRS重采樣到500 m的像元亮度值(digital number,DN)。各指標權(quán)重依據(jù)層次分析法計算,通過咨詢環(huán)境相關(guān)領(lǐng)域和部門專家,判斷兩個指標之間的相對重要性,建立判斷矩陣,確定每個指標的權(quán)重大小。進行一致性檢驗,臨界比值(critical ration,CR)均在0.1以下。

表1 生態(tài)系統(tǒng)退化風險評價指標體系

2.2 生態(tài)退化風險評價模型

評價因子度量方式差異,采用極差標準法標準化處理,正向指標和逆向指標計算公式如式(1)—式(2)所示。在指標權(quán)重基礎(chǔ)上,采用綜合指數(shù)法對生態(tài)退化風險程度進行計算,如式(3)所示。

(1)

(2)

(3)

式(1)—式(3)中,y為指標x標準化后指數(shù);xmin為指標x最小值;xmax為指標x最大值;Y為標準化綜合分值;Wi為指標i的權(quán)重;yi為指標i標準化后指數(shù);n為評價指標個數(shù),本文中n為9。

根據(jù)權(quán)重計算各像元生態(tài)退化風險的綜合指數(shù)后按照大小排序,劃分[0,0.2]、(0.2,0.4]、(0.4,0.6]、(0.6,0.8]、(0.8,1]5個區(qū)間,分別對應穩(wěn)定區(qū)、臨界區(qū)、輕度退化風險區(qū)、中度退化風險區(qū)和重度退化風險區(qū)。

3 生態(tài)退化風險評價結(jié)果

(1)大余縣生態(tài)退化風險總體較低。大余縣生態(tài)退化風險最大值為0.68,最小值為0.05,平均值為0.29(如圖1(a)所示)。中度退化風險區(qū)、輕度退化風險區(qū)、生態(tài)退化臨界區(qū)和生態(tài)穩(wěn)定區(qū)面積依次為20.05、372.51、359.32和591.79 km2,分別占全縣土地總面積的1.50%、27.72%、26.74%和44.04%(如圖1(b)所示)。將輕度退化風險區(qū)和中度退化風險區(qū)作為生態(tài)退化風險區(qū),占全縣總面積的29.22%。上述數(shù)據(jù)表明,大余縣生態(tài)退化風險總體較低。其主要原因為大余縣面臨的生態(tài)壓力不大,且具有較強的生態(tài)自我恢復力。全縣植被凈初級生產(chǎn)力平均值為786.68 g/m2,同時土壤有機質(zhì)含量平均值為1.75%,植被覆蓋度平均值為83.15%,在江西省均處于較高水平,作為全國主體功能區(qū)試點示范縣及江西省生態(tài)文明示范縣,大余生態(tài)自我恢復力強,降低了其生態(tài)退化風險。另外,全縣墾殖率、夜間燈光指數(shù)及人口密度平均值分別為0.09、0.41和225人/km2,均處于較低水平,同時受采礦影響的國土空間僅限于局部范圍,因此全縣面臨的生態(tài)壓力總體不大。

圖1 大余縣生態(tài)退化風險的空間分布

(2)大余縣生態(tài)退化風險空間集聚特征顯著,呈“四片一帶”格局?！八钠粠А敝肝鞑?、西南部、北部、東南部四片和東部平原帶。西南片主要為生態(tài)穩(wěn)定區(qū),同時存在少量零星分布的生態(tài)退化臨界區(qū),該區(qū)域植被凈初級生產(chǎn)能力較好,水系豐富,但水源涵養(yǎng)能力和土壤保持功能欠佳,生態(tài)環(huán)境較敏感。東南片除個別生態(tài)退化臨界區(qū)外,基本為生態(tài)穩(wěn)定區(qū),該區(qū)域為丘陵山區(qū)地貌,各山谷集中連片分布耕地,存在一定的資源壓力,但區(qū)域整體遠離礦區(qū),生態(tài)壓力總體較小,生態(tài)功能維持力和生態(tài)自我恢復力均較好,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量整體較好。西部片區(qū)呈現(xiàn)生態(tài)退化臨界區(qū)及輕度退化風險區(qū)混合分布特征,主要原因是該區(qū)域高程較高且坡度較大,植被狀況良好,與高度的礦業(yè)開采壓力和較差的土壤有機質(zhì)相互影響。約76.65%的輕度退化風險區(qū)分布于大余縣北部,該區(qū)域雖然植被覆蓋度較高,生態(tài)功能維持能力較好,但大面積地下開采礦區(qū)的分布是該區(qū)域面臨輕度退化風險的主要原因。東部平原帶呈現(xiàn)生態(tài)退化臨界區(qū)及中度、輕度退化風險區(qū)混合分布特征,該區(qū)域地勢平坦,交通設施齊全,人類活動頻繁,存在一定的人口壓力、經(jīng)濟壓力和資源壓力。中度退化風險區(qū)全部位于東部平原帶,沿國道G323分布,除了經(jīng)濟活躍因素外,還因國道沿線周邊分布一些露天非金屬礦點。

(3)生態(tài)壓力是局部生態(tài)退化風險的主要原因,其中礦業(yè)開采壓力是導致局部生態(tài)壓力升高的關(guān)鍵因素。全縣生態(tài)壓力總值為192.99,生態(tài)功能維持力為34.23,生態(tài)自我恢復力為153.32,生態(tài)壓力在生態(tài)退化風險中的貢獻為50.71%,表明大余縣生態(tài)退化風險的主要原因是生態(tài)壓力。在生態(tài)壓力層面,采礦影響程度的貢獻達89.18%,說明礦業(yè)開采壓力明顯導致大余縣局部生態(tài)退化風險增大。大余縣作為資源枯竭型城市,礦業(yè)開采進入衰退期,集中于北部和西部進行地下開采,但仍然面臨開采中的廢棄物壓占損毀土地,地面塌陷、地質(zhì)滑坡等地質(zhì)災害及重金屬和廢棄物污染等壓力。

4 大余縣國土空間生態(tài)保護修復策略

4.1 生態(tài)保護修復分區(qū)

在生態(tài)退化風險評價結(jié)果的基礎(chǔ)上,疊加采礦影響范圍、生態(tài)保護紅線、自然保護地及高速公路進行生態(tài)保護修復分區(qū)(如圖2所示)。將北部和最西部評價結(jié)果為輕度退化,同時處于采礦影響范圍內(nèi)的區(qū)域劃分為生態(tài)治理區(qū);將西部生態(tài)退化評價結(jié)果為穩(wěn)定、生態(tài)保護紅線和自然保護地大面積覆蓋的區(qū)域劃分為生態(tài)涵養(yǎng)區(qū);將生態(tài)退化風險評價結(jié)果為穩(wěn)定且在高速公路南側(cè)的區(qū)域劃分為生態(tài)保育區(qū);將生態(tài)退化風險評價結(jié)果為臨界、非金屬采礦影響范圍在內(nèi)的東部平原帶劃分為生態(tài)提升區(qū)。同時,為保證分區(qū)結(jié)果的連續(xù)性,將小斑塊納入臨近的大區(qū)域。

圖2 大余縣國土空間生態(tài)保護修復分區(qū)

4.2 生態(tài)保護修復策略

(1)生態(tài)治理區(qū)生態(tài)保護修復策略。生態(tài)治理區(qū)總面積為536.81 km2,是受全縣采礦影響程度最大的區(qū)域,也是資源枯竭型城市礦山生態(tài)環(huán)境治理的重點區(qū)域,面臨較大的地質(zhì)災害隱患和重金屬污染。建議對該區(qū)域定期開展地質(zhì)災害調(diào)查工作,對災害易發(fā)區(qū)和已塌陷區(qū)應進行綜合治理改造;從采礦源頭減少重金屬污染,并針對已經(jīng)受污染的農(nóng)用地積極展開重金屬污染治理;回收廢石、廢渣和尾礦等固體廢棄物中的有價元素,對廢石礦區(qū)、裸露巖石區(qū)、尾礦處和荒山處進行客土回填。

(2)生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)生態(tài)保護修復策略。生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)總面積為315.36 km2,該區(qū)域有油羅口國家森林公園和章水國家濕地公園,水系豐富,是全縣居民用水的重要來源區(qū)域,水源涵養(yǎng)能力有待提高。該區(qū)域建議針對水庫建立多個不同級別的水源地保護區(qū)并設立防護網(wǎng),300 m范圍內(nèi)禁止建設與水利、供水等無關(guān)的一切活動和旅游活動;結(jié)合現(xiàn)狀河流水面,在章江上游進行河流廊道建設工程,連接水庫水面,為丘陵山區(qū)長藤結(jié)瓜式水利系統(tǒng)規(guī)劃奠定基礎(chǔ)。

(3)生態(tài)保育區(qū)生態(tài)保護修復策略。生態(tài)保育區(qū)總面積為210.16 km2,該區(qū)域受礦業(yè)活動開采的影響較小,區(qū)域整體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較好,需要減少對該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的干擾,維系生態(tài)系統(tǒng)的正常功能。在該區(qū)域,建議對林相均勻、成林希望較大的林地進行封山育林,禁止進行與林業(yè)生產(chǎn)或生態(tài)建設無關(guān)的工作;在高速公路處每隔20 km設置一處野生動物通道,并定期對野生動物通道進行管護和監(jiān)測,以期維持生態(tài)保育區(qū)生物多樣性功能。

(4)生態(tài)提升區(qū)生態(tài)保護修復策略。生態(tài)提升區(qū)總面積為281.35 km2,該區(qū)域是全縣永久基本農(nóng)田保護紅線和城鎮(zhèn)開發(fā)邊界分布最多的區(qū)域,受人類活動干擾最大。在該區(qū)域,建議開展山水林田城鄉(xiāng)綜合整治,山林造林綠化、補植,農(nóng)林用地綜合整理,控制農(nóng)業(yè)面源污染,城鄉(xiāng)綜合美化;控制和減少河流現(xiàn)有內(nèi)源污染,定期清理河流沿線岸邊垃圾;開展道路綠色建設工程,在公路用地和鐵路用地兩側(cè)各設置50 m的植物緩沖帶,在鐵路處每隔20 km設置一處野生動物通道。

5 結(jié) 語

本文以江西省大余縣為研究區(qū),根據(jù)生態(tài)退化風險理論,考慮系統(tǒng)外部壓力及內(nèi)部恢復力和維持力等因素,兼顧礦業(yè)開采的影響,識別了區(qū)域生態(tài)退化風險及空間差異,劃分了生態(tài)保護修復區(qū),提出了生態(tài)保護修復的區(qū)域差異化策略,為系統(tǒng)性推進大余縣國土空間生態(tài)保護修復提供了指導。大余縣生態(tài)退化風險空間集聚特征顯著,呈現(xiàn)“四片一帶”的空間格局。作為資源枯竭型城市,大余縣生態(tài)退化風險較低,主要原因為大余縣森林覆蓋率高,面臨的生態(tài)壓力不大,且具有較強的生態(tài)自我恢復力。在大余縣國土空間生態(tài)保護修復工作中,解決礦業(yè)開采帶來的生態(tài)環(huán)境問題是重中之重,尤其在北部和西部的生態(tài)治理區(qū),應加強地質(zhì)災害治理和重金屬污染防治,以及尾礦、廢棄物處理。另外,在支撐大余轉(zhuǎn)型發(fā)展的東部平原帶,尤其是國道G323沿線,應開展全域土地綜合整治,以緩解經(jīng)濟發(fā)展帶來的生態(tài)退化風險。

需要說明的是,本文僅是一個靜態(tài)的分析,而生態(tài)退化和礦業(yè)開采是一個動態(tài)過程,若能綜合區(qū)域社會發(fā)展階段和礦業(yè)開采歷程分析資源枯竭型城市生態(tài)系統(tǒng)退化規(guī)律及退化風險,將為資源枯竭型城市國土空間生態(tài)修復提供更有力支撐。