遼河流域(渾太水系)山水林田湖草沙一體化保護與修復(fù)研究

滕超 王雷

(1.遼寧有色勘察研究院有限責(zé)任公司,遼寧 沈陽 110000;2.遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)研究院有限責(zé)任公司,遼寧 沈陽 110032)

黨的十九屆五中全會提出,推動綠色發(fā)展,促進人與自然和諧共生。要堅持綠水青山就是金山銀山理念,堅持尊重自然、順應(yīng)自然、保護自然,堅持節(jié)約優(yōu)先、保護優(yōu)先、自然恢復(fù)為主,守住自然生態(tài)安全邊界[1]。2018年9月28日,習(xí)近平總書記到撫順西露天礦和遼陽進行實地考察,并在沈陽召開深入推進東北振興座談會,明確指示要“加快統(tǒng)籌山水林田湖草治理,使東北地區(qū)天更藍(lán)、山更綠、水更清”,為遼寧生態(tài)文明建設(shè)指明了方向、提供了遵循。

遼河流域(渾太水系)涵蓋山地、平原和海域,充分契合國家“渤海攻堅戰(zhàn)”和“藍(lán)色海灣行動”的戰(zhàn)略部署。2021年,遼河流域(渾太水系)山水林田湖草沙一體化保護和修復(fù)工程獲批國家第一批山水林田湖草沙一體化保護和修復(fù)工程項目?；谏鷳B(tài)安全的遼河流域(渾太水系)山水林田湖草沙一體化保護和修復(fù)工程以遼河流域渾太水系為完整的地理單元,統(tǒng)籌考慮生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)性和自然生態(tài)要素的綜合性,將碳達(dá)峰、碳中和納入遼河流域生態(tài)文明建設(shè)的具體部署,最終實現(xiàn)“秀美遼河,潤山凈?！钡目偰繕?biāo)。

1 研究區(qū)域概況

遼河流域(渾太水系)位于遼寧省的中東部,東起東北森林帶(撫順、本溪),經(jīng)沈陽(現(xiàn)代化都市圈)、遼寧鐵礦集中開采區(qū)(本溪、遼陽和鞍山),西至“渤海海岸帶”(營口和盤錦),終入渤海灣,流經(jīng)撫順、沈陽、本溪、遼陽、營口和盤錦等6市,省內(nèi)流域總面積4.18萬km2。流域內(nèi)地貌有山地、丘陵、平原,生態(tài)系統(tǒng)類型有森林、草地、河流、湖泊、濕地、農(nóng)田、城鎮(zhèn)等,生態(tài)要素齊全豐富。遼河流域(渾太水系)山水林田湖草沙一體化保護和修復(fù)工程的實施范圍為上游撫順市、中游遼陽市和下游盤錦市。

渾太水系作為全國“兩屏三帶”中的重要區(qū)域,具有水源涵養(yǎng)、土壤保持、洪水調(diào)蓄、生物多樣性的生態(tài)調(diào)節(jié)服務(wù)功能,對調(diào)節(jié)區(qū)域水循環(huán)與局地氣候、維護國家生態(tài)安全具有重要戰(zhàn)略意義。同時,也是國家重要的糧食生產(chǎn)和林產(chǎn)品基地,具有農(nóng)產(chǎn)品和林產(chǎn)品的雙重產(chǎn)品提供服務(wù)功能,在保證區(qū)域和國家的生態(tài)安全、糧食安全方面起著重要作用。

2 研究內(nèi)容

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文中選取渾太水系的“二調(diào)”及“三調(diào)”數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、生態(tài)數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)、水系分布、高程數(shù)據(jù)等,柵格數(shù)據(jù)分辨率為30 m×30 m,矢量數(shù)據(jù)比例尺不低于1∶200 000[2]。

2.2 技術(shù)路線

基于遼河流域(渾太水系)的生態(tài)安全,通過多期生態(tài)景觀數(shù)據(jù)的對比分析,得出生態(tài)景觀格局演替規(guī)律;同時,采用單途徑多因子診斷法,對渾太水系的主要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能中選取農(nóng)產(chǎn)品供給、水源涵養(yǎng)(固碳與持水)和生物多樣性(生境質(zhì)量)三個因子進行評價。結(jié)合渾太水系的生態(tài)環(huán)境問題和生態(tài)服務(wù)功能,有針對性地開展山水林田湖草沙一體化保護和修復(fù)工程[3]。

圖1 遼河流域(渾太水系)山水林田湖草沙一體化保護和修復(fù)工程技術(shù)路線圖

2.3 生態(tài)系統(tǒng)評價

2.3.1 生態(tài)景觀格局演替規(guī)律分析

對遼河流域(渾太水系)整體,選取1990年、2000年和2018年的三期柵格數(shù)據(jù),采用從林地景觀、耕地景觀、草地景觀、水域景觀、居民點建設(shè)用地景觀和未利用地景觀6大景觀類別進行對比分析,形成1990年、2000年和2018年遼河流域(渾太水系)各年份景觀類型分布圖。

選取1990年、2000年、2010年和2018年的四期柵格數(shù)據(jù),選擇最大斑塊指數(shù)(LPI)、平均斑塊面積(MPS)、斑塊個數(shù)(NP)、多樣性指數(shù)(SHDI)4個指標(biāo),運用Fragstates4.2軟件綜合計算景觀指數(shù)法,形成景觀格局評價指標(biāo)體系。

2.3.2 生態(tài)服務(wù)功能評價

選取生態(tài)服務(wù)功能中的農(nóng)產(chǎn)品供給、生物多樣性(生境質(zhì)量)和水源涵養(yǎng)(固碳與持水)三個因子,采用單途徑多因子診斷法進行評價。

(1)農(nóng)產(chǎn)品供給計算方法。

農(nóng)產(chǎn)品供給公式如下:

(1)

式中:Es為農(nóng)產(chǎn)品總供給熱量(kcal);Ei為第i種農(nóng)產(chǎn)品所提供的熱量(kcal);Mi為第i種農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量(t);EPi為第i種農(nóng)產(chǎn)品可食部的比例(%);Ai為第i種農(nóng)產(chǎn)品每100 g可食部中所含熱量(kcal);i=1,2,3,…,n為某農(nóng)產(chǎn)品種類。

表1 生態(tài)景觀格局演替規(guī)律分析指標(biāo)表

表2 生態(tài)景觀格局演替規(guī)律分析結(jié)果

(2)生物多樣性(生境質(zhì)量)計算方法。

應(yīng)用InVEST軟件的生物多樣性模塊測算生境質(zhì)量指數(shù)評價生境質(zhì)量,確定威脅因子與敏感性因子的權(quán)重值及威脅源對生境的最大影響距離,最后輸入InVEST模型得到生境質(zhì)量分布圖。計算結(jié)果的值越大代表棲息地質(zhì)量越高,生物多樣性質(zhì)量越高。

(2)

式中:Qxj是土地利用類型j中柵格x的生境質(zhì)量;Dxj是土地利用類型j柵格x的生境脅迫水平;k是縮放參數(shù)(常數(shù))。

(3)

式中:dxy為柵格x與y之間的線性距離;drmax為脅迫因子最大有效威脅距離;Wr為脅迫因子的權(quán)重;βx為柵格x的可達(dá)性水平;Sjr為土地利用類型j對脅迫因子的敏感性。

(3)水源涵養(yǎng)(固碳與持水)計算方法。

耦合了生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力和土壤碳、氮通量,由網(wǎng)格化的全球氣候、輻射、土壤和遙感植被指數(shù)數(shù)據(jù)集驅(qū)動。模型包括土壤有機物、微量氣體通量、養(yǎng)分利用率、土壤水分、溫度、土壤結(jié)構(gòu)和微生物循環(huán)。從現(xiàn)有的多個研究成果來看,固碳釋氧和水源涵養(yǎng)等在空間上是基本一致的格局。因此該指標(biāo)既體現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的條件,又能在一定程度上反映產(chǎn)水和水源涵養(yǎng)的能力。其計算公式如下:

NPP(x,t) =APAR(x,t)×ε(x,t)

(4)

式中:t表示時間,x表示空間位置。

2.4 生態(tài)環(huán)境問題

由于遼河流域(渾太水系)覆蓋范圍廣,受歷史上粗放型經(jīng)濟發(fā)展模式和東北老工業(yè)基地的重工業(yè)發(fā)展影響,在不同區(qū)域呈現(xiàn)出不同的生態(tài)環(huán)境問題。

上游作為水源涵養(yǎng)區(qū),2020年底林草地面積占75%以上,較1990年草地減少66.91%,建設(shè)用地增加75.74%,導(dǎo)致區(qū)域斑塊破碎度增加,景觀完整性遭到破壞。此外,松材線蟲病生物疫情嚴(yán)重,水源涵養(yǎng)能力出現(xiàn)明顯下降。撫順市區(qū)礦山集中開采區(qū)生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重。

中游作為國家優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品提供區(qū),耕地面積相比1990年減少28.2%。遼陽、鞍山鐵礦集中開采區(qū)礦山生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重,林地呈現(xiàn)碎片化,生物多樣性功能出現(xiàn)較大面積的分散性下降。

下游是我國面積最大的濱海濕地,擁有世界著名的紅海灘。較1990年,濕地減少11.66%,水域減少26.50%,生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性差,生態(tài)廊道部分?jǐn)嗔?景觀完整性遭到破壞,對生物多樣性構(gòu)成威脅。

全域水生態(tài)環(huán)境問題突出。水是連通渾太水系流域上、中、下游的靈魂,受氣候變化和經(jīng)濟發(fā)展需求影響,生態(tài)流量逐年減少,河口環(huán)境改變。同時,陸域入海污染物導(dǎo)致區(qū)域海洋功能受損,渤海成為我國諸多海域中生態(tài)環(huán)境最為脆弱的海域[4]。

表3 生態(tài)服務(wù)功能評價結(jié)果

圖2 遼河流域(渾太水系)生態(tài)環(huán)境問題分布圖

3 山水林田湖草沙一體化保護和修復(fù)工程部署

3.1 山水林田湖草沙一體化保護和修復(fù)工程整體結(jié)構(gòu)

以保證國家的生態(tài)安全、糧食安全和用水安全為目標(biāo),堅持“整體保護、系統(tǒng)修復(fù)”的原則,根據(jù)渾太水系的主要生態(tài)環(huán)境問題和生態(tài)服務(wù)功能,在“七大生態(tài)保護修復(fù)單元”構(gòu)建“一河兩帶三湖”的生態(tài)安全格局?！耙缓印奔礈喬瞪鷳B(tài)廊道,是渾太水系的靈魂,主要包括西露天礦及周邊地區(qū)礦山生態(tài)修復(fù)區(qū)、太子河流域生態(tài)修復(fù)區(qū)和遼河口水環(huán)境生態(tài)修復(fù)區(qū)3個生態(tài)保護修復(fù)單元;“兩帶”即東北森林帶和渤海海岸帶,主要包括渾河流域森林生態(tài)修復(fù)及水環(huán)境治理區(qū)和遼河口濕地生態(tài)恢復(fù)區(qū)2個生態(tài)保護修復(fù)單元;“三湖”即大伙房水庫、湯河水庫和葠窩水庫,主要包括渾河流域森林生態(tài)修復(fù)及水環(huán)境治理區(qū)、湯河水庫飲用水源保護區(qū)生態(tài)修復(fù)與水質(zhì)保障區(qū)和葠窩水庫工農(nóng)業(yè)水源區(qū)礦山生態(tài)修復(fù)與水質(zhì)提升區(qū)3個生態(tài)保護修復(fù)單元。其中,渾河流域森林生態(tài)修復(fù)及水環(huán)境治理區(qū)既屬于東北森林帶,也包含大伙房水庫水源區(qū)。

圖3 遼河流域(渾太水系)七大生態(tài)修復(fù)單元和“一河兩帶三湖” 生態(tài)安全格局

涵蓋森林生態(tài)修復(fù)、礦山生態(tài)修復(fù)、水環(huán)境生態(tài)修復(fù)、土地綜合整治與生態(tài)修復(fù)、濕地生態(tài)修復(fù)等方面,分階段、分區(qū)域?qū)嵤?確保山水林田湖草沙一體化保護和修復(fù)工程整體推進、科學(xué)部署。聚焦東北森林帶生態(tài)保護、遼河平原糧食主產(chǎn)區(qū)保護、重要水源地保護、遼河口國家級自然保護區(qū)及渤海海岸帶保護,以統(tǒng)籌流域上、中、下游“山水林田湖草生命共同體”為主線,以生態(tài)保護修復(fù)單元為載體,科學(xué)部署,分步實施,整體推進,最終實現(xiàn)“秀美遼河,潤山凈海”總目標(biāo)。

3.2 子項目布局

通過遼河流域(渾太水系)生態(tài)系統(tǒng)的綜合評價、生態(tài)環(huán)境問題和生態(tài)服務(wù)功能的分析,按照“因地制宜、科學(xué)合理、突出特色”的原則,統(tǒng)籌推進山水林田湖草多要素綜合治理、系統(tǒng)治理、源頭治理,將上、中、下游區(qū)域進行統(tǒng)籌考慮,將遼河流域(渾太水系)山水林田湖草沙一體化保護和修復(fù)工程分為西露天礦及周邊地區(qū)礦山生態(tài)修復(fù)區(qū)、渾河流域森林生態(tài)修復(fù)及水環(huán)境治理區(qū)、太子河流域生態(tài)修復(fù)區(qū)、湯河水庫飲用水源保護區(qū)生態(tài)修復(fù)與水質(zhì)保障區(qū)、葠窩水庫工農(nóng)業(yè)水源區(qū)礦山生態(tài)修復(fù)與水質(zhì)提升區(qū)、遼河口水環(huán)境生態(tài)修復(fù)區(qū)、遼河口濕地生態(tài)恢復(fù)區(qū)等7個生態(tài)保護修復(fù)單元,形成“一河兩帶三湖”的生態(tài)安全格局。針對7個生態(tài)保護修復(fù)單元的主要生態(tài)環(huán)境問題和脅迫因子,采取不同的修復(fù)措施,達(dá)到不同的修復(fù)目標(biāo),布設(shè)了9個子項目。

3.3 修復(fù)措施及修復(fù)目標(biāo)

(1)“一河”。

“一河”即渾太水系生態(tài)廊道,是渾太水系的靈魂。主要包括西露天礦及周邊地區(qū)礦山生態(tài)修復(fù)區(qū)、太子河流域生態(tài)修復(fù)區(qū)和遼河口水環(huán)境生態(tài)修復(fù)區(qū)3個生態(tài)保護修復(fù)單元。針對渾太水系兩側(cè)的局部支流水質(zhì)不達(dá)標(biāo)、農(nóng)業(yè)面源污染、水土流失等問題,開展水環(huán)境生態(tài)修復(fù)、土地綜合整治與生態(tài)修復(fù)、礦山生態(tài)修復(fù)等工程,從源頭治理,徹底改善渾太水系水環(huán)境,提高生態(tài)流通量,保證渾太水系的水生態(tài)安全和遼河平原的糧食安全。

(2)“兩帶”。

“兩帶”即東北森林帶和渤海海岸帶。主要包括渾河流域森林生態(tài)修復(fù)及水環(huán)境治理區(qū)和遼河口濕地生態(tài)恢復(fù)區(qū)2個生態(tài)保護修復(fù)單元。針對東北森林帶內(nèi)森林生態(tài)系統(tǒng)局部破碎度不斷增加、水源涵養(yǎng)能力下降等問題,開展森林生態(tài)修復(fù)、礦山生態(tài)修復(fù)、小流域綜合治理等工程,從根本上提高森林生態(tài)系統(tǒng)的連通性,提高植被覆蓋率,提高水源涵養(yǎng)能力,保證東北森林帶的生態(tài)安全;針對渤海海岸帶內(nèi)部分近岸海域生態(tài)功能受損、生物多樣性降低、生態(tài)系統(tǒng)脆弱等問題,開展遼河三角洲濕地生態(tài)保護修復(fù)工程,恢復(fù)退化的典型生境,加強候鳥遷徙路徑棲息地保護,加強生物多樣性保護,提升海岸帶生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整性和功能穩(wěn)定性。

圖4 遼河流域(渾太水系)七大生態(tài)修復(fù)單元及子項目布局

(3)“三湖”。

“三湖”即大伙房水庫、湯河水庫和葠窩水庫。主要包括渾河流域森林生態(tài)修復(fù)及水環(huán)境治理區(qū)、湯河水庫飲用水源保護區(qū)生態(tài)修復(fù)與水質(zhì)保障區(qū)和葠窩水庫工農(nóng)業(yè)水源區(qū)礦山生態(tài)修復(fù)與水質(zhì)提升區(qū)3個生態(tài)保護修復(fù)單元。針對水庫周邊區(qū)域存在局部入庫支流水土流失嚴(yán)重、農(nóng)業(yè)面水源污染等問題,開展小流域綜合治理、礦山生態(tài)修復(fù)、重點水源地保護保育等工程,保證大伙房水庫水質(zhì)穩(wěn)定在地表水II類水質(zhì);湯河水庫水質(zhì)保持在地表水II類水質(zhì);葠窩水庫水質(zhì)提升到地表水Ⅴ類水質(zhì)以上,保障渾太水系的用水安全。

4 結(jié)論與建議

本文通過對遼河流域(渾太水系)生態(tài)景觀格局演替規(guī)律、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能中的農(nóng)產(chǎn)品供給、生物多樣性和水源涵養(yǎng)的綜合評價,并結(jié)合生態(tài)環(huán)境問題和生態(tài)服務(wù)功能,實現(xiàn)“評價—問題—功能—目標(biāo)”一一對應(yīng)的山水項目科學(xué)部署,保證山水項目實施既有很強的可操作性,真正減少或降低生態(tài)脅迫,又能保證區(qū)域的生態(tài)安全,取得長久的生態(tài)修復(fù)成效。同時,突出生態(tài)保護修復(fù)對遼寧省經(jīng)濟社會發(fā)展的支撐作用,為建設(shè)遼東綠色經(jīng)濟區(qū)等省“十四五”規(guī)劃發(fā)展格局提供良好的生態(tài)環(huán)境,構(gòu)建生態(tài)保護修復(fù)與經(jīng)濟建設(shè)相互促進的永續(xù)發(fā)展的良好局面。