引洮工程关联区生态功能区划与生态—经济系统调控研究*

2012-08-04杜立钊骆进仁钱晓东

中国农业资源与区划 2012年1期

杜立钊，骆进仁，钱晓东

(兰州交通大学经济管理学院，甘肃兰州 730070)

科学认识区域生态系统和经济结构的耦合特征是保持区域生态—经济系统协调发展的前提。在我国地理区划序列中，生态功能区划因为加入了人类活动对生态系统影响作用和程度的评价，较之以前的经济区划和生态区划更能揭示区域生态—经济系统服务功能的演化特征［1-2］。根据一个广为接受的定义［3］，生态功能区划是依据生态系统特征、受胁迫过程与效应、生态服务功能重要性及生态环境敏感性等分异规律而进行的地理空间分区，是继自然区划、农业区划、生态区划之后有关生态环境保护与建设的重大基础性工作，其目的是明确区域生态安全重要区和保护关键区，辨析存在的生态问题与脆弱区，为产业布局、生态保护与建设规划提供科学依据，它是实施区域生态环境分区管理的基础和前提。

引洮供水工程 (简称引洮工程)是以九甸峡水利枢纽工程为龙头，通过水库抬高水位，调节水量后进行自流引水的大型跨区域调水工程，旨在解决甘肃中部干旱地区定西、陇西、渭源县、临洮县，兰州市榆中县，白银市会宁等6个国家扶贫重点县136万人生活用水及工业、农村人畜饮水、生态环境用水，适量发展当地节水灌溉农业。按照引洮工程一期规划，工程建成后每年将从洮河引水2.189 1亿m3，二期完成后年调水量达到5.5亿m3，这将对整个洮河流域水文和生态环境产生重大的影响。同样，这些水引入受水区后，也将对受水区的水文环境和生态地理产生长远的影响。在工程的建设和实施中，同时注重区域生态环境的治理和保护是保证区域可持续发展的重要内容。划定引洮工程影响区范围并进行生态功能区划，以此为基础协调区域生态—经济系统具有重要的实际意义。

目前我国的生态功能区划工作分为两种类型:一种是行政区尺度［4-6］，以行政区为基本单元，按照从上到下的系统完备和空间平面的无缝联结，具有鲜明的等级结构和全域覆盖特征;另一种是流域尺度［7-8］，以江河主体为轴线，划分带状域面的不同区段作为基本功能区。相应的区划技术和方法已经比较成熟［9-11］。甘肃省在全国较早完成了全省范围的生态功能区划［12］，但尺度较大，难以指导微观地域生态修复和环境整治。该文将引洮工程关联区作为一个复合型地域系统，以促进关联区生态-经济系统协调发展为区划目标，在分析区域生态—经济系统主要问题的基础上，进行生态环境敏感性评价和生态服务功能重要性评价，并明确其区域分异规律。以此为依据，根据生态环境特征的相似性和差异性进行地理空间分区，最后对各生态功能区命名并阐述各功能区生态—经济系统协调发展的调控对策。

图1 研究区范围

1 研究区概况

引洮工程是甘肃省继“引大入秦”之后又一项重大的跨区域调水工程，其对区域生态环境的影响是多方面的。工程影响所及，包括碌曲、夏河、合作、卓尼、临潭、岷县、渭源、临洮、康乐、广河、东乡、永靖、安定区、陇西、榆中、会宁县等16个县级行政单元，处于甘南高原向陇中黄土高原过渡地带，总面积486.284 6万hm2，2008年总人口467.57万人，占甘肃省总人口的17.8%。该区是典型的连片集中贫困区，工业和城镇发育不足，经济以传统农牧业为主，农民人均纯收入低于甘肃省平均水平。同时也是生态环境脆弱区，退耕还林 (草)、天然林保护、水源区保护等多项国家级生态工程在该区实施。按照与引洮工程的属性关系，可将以上区域划分为两个关联区 (图1):一是输出区，即整个洮河流域。输出区水量因调出而减少，导致引水口以下供水与河道内用水条件的变化，影响工农业用水和引起一系列的水环境问题。同时，九甸峡引水枢纽以上的洮河上游区还承担水源涵养和水质保护功能，对产业发展和城镇建设形成了一定约束。二是输水通过区和受水区。输水通过区即从九甸峡引水枢纽到受水区的引水渠道铺设区，是引水工程的关键连接地带。该区的环境影响主要发生在干渠与支渠沿线，渠道渗漏会影响所经地段土壤与地下水的平衡，有次生盐渍化的威胁，渠道与天然排水方向相交会出现阻水与干扰河系的问题，渠道铺设也会对当地植被产生破坏。受水区是引水项目的最大受益区，该区因增加供水而使经济效益和社会效益增加，但灌溉农田会出现盐渍化和涝灾，在城市 (工矿)地区废弃水也会随之增加，往往会出现二次水污染问题。同时，由于劳动力转移，受水区常住人口规模大幅下降，农业生产份额下降，需水量和水资源配置的动态变化需要跟踪评估。

2 研究方法

该文生态功能区划的技术方法和工作流程遵照《生态功能区划暂行规程》［13］。根据研究区生态系统功能与过程、生态环境敏感性以及生态服务功能的具体特征，该文在相关指标选择上进行了必要的调整，利用GIS技术并采用自上而下的分区方法。数据资料包括甘肃省的植被、土壤、气象、高程图、TM影像、土地利用、水资源、统计年鉴等。其中，生态环境敏感性评价选取了在研究区表现十分突出的土壤侵蚀和自然灾害两项指标，通过对各因子赋值，最后得出总值，并根据其所在范围将敏感性分为敏感、轻度敏感以及不敏感3个级别。生态功能重要性评价选取水源涵养、土壤保持、生物多样性维持与保护和生态系统产品提供等4项服务功能指标，依据相应分级标准，对每一类生态服务功能重要性的影响因子进行赋值，得出总值，并分为极重要、重要、比较重要和一般地区4个等级。最后，以生态环境敏感性和生态服务功能重要性指标综合赋值在空间上的相对一致性和差异性为依据，进行生态功能区划。为保持研究的一致性，各功能区命名参考了《甘肃省生态功能区划》［12］。

3 生态功能分区

3.1 生态环境敏感性分析

生态敏感性是指生态系统对自然干扰和人类活动的敏感程度，反映区域生态系统遇到干扰时发生生态环境问题的可能性和程度［14-15］。根据引洮工程关联区生态系统特征，选择土壤侵蚀和自然灾害两项指标进行生态环境敏感性评价。通过对各因子赋值，最后得出总值，并根据其所在范围将敏感性分为敏感、轻度敏感以及不敏感3个级别。

3.1.1 土壤侵蚀敏感性

根据通用水土流失方程 (USLE)，土壤侵蚀敏感性选择降水侵蚀力R值［16］、土壤质地、地形起伏度和植被覆盖等因子进行评价，计算公式为:

式中，SSj为空间单元土壤侵蚀敏感性综合指数，Ci为i因子敏感性等级值 (表1)。

表1 土壤侵蚀敏感性评价指标及分级标准

评价结果表明，该研究区土壤侵蚀敏感性共分为3级，不敏感、轻度敏感、敏感。其中，甘南高原洮河上游地区降水量大，水资源丰富，植被盖度较好，有效抵制了水土流失的势能和强度，土壤侵蚀模数较低，属于土壤侵蚀不敏感地区;洮河中游、岷山以北、积石山东侧地区属于青藏高原向黄土高原的过渡地区，多年平均降水量有所降低，植被覆盖情况相对较差，由于土石沟壑基面易为流水侵蚀，为土壤侵蚀轻度敏感区;东部黄土丘陵沟壑区为干旱、半干旱气候，降水不均，暴雨较多，土层深厚，地面破碎，沟壑密布，坡陡谷深，植被稀少，加之黄土疏松易蚀和陡坡垦殖等人为破坏，水土流失十分严重，为土壤侵蚀敏感区。

3.1.2 自然灾害敏感性

表2 自然灾害敏感性评价指标及分级

选取对研究区影响较大的8种重要灾害，即气象灾害的干旱、沙尘暴、冰雹、低温，水灾的洪涝，地质灾害的滑坡、泥石流以及地震灾害。考虑到滑坡、泥石流灾害与地震灾害致灾强、危害大，赋予高权重，气象灾害的沙尘暴、冰雹、低温、干旱以及洪涝灾害，致灾危害相对较小，赋予较低权重。自然灾害敏感性指数计算

n为气象灾害的数目，I表示灾害种类;m表示地质地震灾害数目，I表示灾害种类。

通过计算得到自然灾害敏感性评价结果，其中自然灾害敏感性等级阈值划分为:不敏感≤0.45，轻度敏感0.45～0.55，敏感0.55～0.60，高度敏感0.60～0.65，极敏感＞0.65(表2)。

评价结果表明，该研究区自然灾害敏感性分为4个等级，碌曲高原因高原平面和降雨均匀，自然灾害的危险性较低，多发生冰雹和低温等危害，属不敏感区域;甘南高原北部、陇中黄土高原东部暴雨、洪涝等自然灾害的危害性较大，总体属轻度敏感区;陇中黄土高原大部分属于敏感区，干旱危害性极大，发生地震、泥石流、滑坡和洪涝等灾害的危险性较大。

3.1.3 生态环境敏感性综合评价

表3 生态环境敏感性综合评价

该研究中确定的土壤侵蚀和自然灾害两项指标对生态敏感性的贡献值存在差异。采用专家评分法确定两项指标的生态敏感性权重系数 (土壤侵蚀为0.6，自然灾害为0.4)，用单因素指标值乘以权重系数即为该指标的生态敏感性值。将各单因素生态敏感性值标准化后相加，即得生态环境敏感性综合值。

结果显示 (见表3)，该研究区的生态环境敏感性可分为3个等级。不敏感区分布在甘南高原，该区因独特的地理环境和气候条件，发育了大面积的高寒湿地、高寒草原等生态系统，成为黄河重要的水源补给区，生态环境状况基本良好;黄土丘陵区面临的主要生态问题是水土流失，土壤侵蚀严重，干旱等自然灾害发生的危险性极高，所以生态敏感性较大;只有在沿河区域和有高山分布的地区，水资源拥有量稍高，维持了一定的生态系统稳定性，为略敏感地区。

3.2 生态功能重要性评价

选取水源涵养、土壤保持、生物多样性维持与保护和生态系统产品提供等服务功能［17］，依据相应分级标准，对每一类生态服务功能重要性的影响因子进行赋值，得出总值，并分为极重要、重要、比较重要和一般地区4个等级。

3.2.1 水源涵养重要性

以区域内河流的流域范围为基本评价单元，根据影响生态系统水源涵养功能的主要因素，选取地貌类型、地表覆盖状况作为评价指标并结合降水分布进行重要性分级。

式中，WM为水源涵养重要性，emi为第i类生态系统类型面积，A为评价单元总面积，CWi为生态重要性赋值 (表4)，R为地表径流深度 (mm)。

表4 水源涵养重要性评价指标及分级

评价结果表明，该研究区大部分地区在水源涵养方面缺乏重要性。大面积的黄土丘陵和沟壑地区因湿地、林草地面积比重小，植被覆盖率低，降水量少，不易产生地表径流，所以水源涵养重要性低;积石山以北康乐地区有一些森林和草地，降水量也较多，具有涵养水源的一定条件，水源涵养重要性较低;甘南高原、洮河中游和岷迭山区等地有较大面积的森林和草地，降水量在500mm以上，具有明显的水源涵养功能，为水源涵养重要性中等重要的地区。

3.2.2土壤保持重要性

根据甘肃省水土保持部门提供的各评价单元土地平均侵蚀模数，以评价单元中主导性的生态系统类型为基础，采用如下公式:

式中，SM为土壤保持的重要性，emi/A为各类生态系统占评价单元的土地面积的比重，CSi为重要性评价的对应分值 (表5)。

表5 水土保持重要性评价指标及分级标准

评价结果表明，该研究区土壤保持重要性高的地区集中分布于陇中水土流失严重的黄土高原地区。甘南高原和洮河上游植被覆盖较好，土壤侵蚀程度低，所以土壤保持重要性低。岷迭山区一些地方由于植被破坏造成石漠化现象，土壤保持重要性为中等。

3.2.3 生物多样性维持重要性

基于水分和温度二个主导性因素的组合，采用如下方法:

式中，DM为生物多样性维护的重要性，P为年平均降水量标准化的数据，T为年平均气温标准化的数据，emi/A为各类生态系统占评价单元的土地面积的比重，CDi为各类生态系统对维护生物多样性的权重 (表6)。

该项研究中生物多样性保护重要性是用水热条件的组合来间接替代的，由于研究区范围较小，水热组合状况的地域分异特征不明显，仅分为3个等级。甘南高原和黄土高原地区由于气候寒冷或干旱缺水等原因，物种数量少，生态系统的结构相对单一，维护生物多样性的重要性低。随着地势向东南方向岷迭山区过渡，越接近西秦岭，气温和降水条件有所变化，生物种类也逐渐丰富，生物多样性保护重要性也有所提高。

3.2.4 生态系统产品重要性

该研究以单位面积第一产业产值来表示区域生态系统产品提供能力的大小。数据来源于研究区各县2008年统计年鉴。用农业产值来代表生物产品的重要性，实际上是反映对维持人类生存的意义。该研究区内重要性评价为中等的只有广河县，其土地利用率较高，人口相对稠密，农业综合生产能力较强。其他大部分地区产出生物品的重要性低或较低，多为干旱半干旱地区，或主要从事牧业生产，人口稀疏，生产粗放，农业生产能力较低。

3.2.5 生态功能重要性综合评价

将生态系统的4种重要性按一定的权重进行加和，进行生态重要性的综合评价，计算公式如下:

表6 生物多样性保护重要性评价分级

式中，EM为生态重要性的综合评价;Si、Ci分别为生态系统水源涵养、土壤保持、生物多样性维护和产出生物产品的重要性单项评价得分和权重，权重由AHP法得到。

评价结果表明 (表7)，综合的生态重要性在该研究区只分极重要、重要和比较重要3个等级，普遍不太高，越往东南方向，植被覆盖情况较好，生态重要性也逐渐提高。从碌曲高原到陇中北部一线，森林不多，但地带性植被主要为草原，荒漠面积小，植被覆盖程度适中，具有一定的生态功能，所以，生态重要性为中等。而会宁、安定、永靖、东乡等地不仅森林稀少，草地也不多，荒漠面积较大，生态系统较为脆弱，服务价值较低，生态重要性程度也较低。

表7 生态功能重要性综合评价

3.3 生态功能分区

具体区划见表8、图2。

表8 引洮工程关联区生态功能区划

4 分区生态—经济系统调控对策

4.1 甘南高原草甸草原生态亚区

4.1.1 碌曲高原草甸牧业及鸟类保护生态功能区

该区处于西倾山以北，腊利大山以南的山原盆地，分布着尕海滩、达久滩、伊隆滩、加尕滩、苦水滩等水草丰美的滩地，发育草甸和沼泽化草甸，是大夏河、洮河的发源地。该区草质优良，饮水方便，载畜量高，以放养牦牛、犏牛、藏绵羊为主，传统畜牧业是最重要的经济部门，发展和增收的压力较大。由于长期持续利用，放牧强度过大，出现超载现象，所以应加强草场的保护和管理，防止草场退化。同时，该区内湖泊密布，是候鸟的栖息地，分布着许多珍稀保护鸟类，应重点保护，现已建立尕海国家级自然保护区。该区也是甘肃甘南黄河重要水源补给生态功能区生态保护与建设工程的重点实施区，改变传统畜牧业，保持草原生态健康，提高水源涵养能力是实现可持续发展的重要任务。

4.1.2 太子山山地森林恢复与水源涵养生态功能区

该区属大夏河上中游和洮河的中游，太子山东西走向，洮河、大夏河南北切割，形成深切河谷。大夏河上游阴坡广泛分布着以紫果云杉为主的暗针叶林，大夏河与洮河中游的阴坡历史上也广泛分布暗针叶林、针阔混交林和落叶阔叶林，但现在大部分地区已遭受严重砍伐和开垦，仅在小部分保存森林，大部分地区为农田和灌草丛。该区是甘南高原的最北端，既是大夏河、洮河中游的水源补给区，也是北部黄土高原地区的水源涵养区，因此恢复森林植被，增强水源涵养能力是生态环境保护与建设的重点。应结合天然林保护工程和退耕还林工程的建设，封山育林，植树造林，提高森林覆盖率，增强其水源涵养的服务能力。该区属典型的山区经济，也是集中连片贫困区，生计维持对生态环境的压力较大，应加大生态扶贫力度，完善补偿措施，优化生产结构，提高居民收入，维持发展诉求与生态保护之间的平衡。

图2 引洮工程关联区生态功能区划方案图

4.1.3 洮河中游山地农牧业与森林恢复生态功能区

该区属洮河上游南岸的迭山北坡地区，跨临潭、卓尼、岷县3县。除洮河干流外，有多个支流发源于此并汇入洮河，是洮河的重要水源补给区。森林分布在迭山北坡和洮河南岸的沟谷中，以冷杉、云杉为主，下部为杨、桦阔叶林。因过度采伐，目前大部分地区林相残败，森林面积缩小，取而代之的是大面积的次生林和灌草丛。应加强对残存天然林的保护，加快采伐地造林恢复。

该区地处洮河中游，为黄土覆盖的中低山地和缓坡丘陵，因耕作历史悠久，森林基本不复存在，缓坡地带多开辟为农田，低山、陡坡为灌丛草甸，属农牧区，应提高农业生产的技术投入水平，发展特色农业和设施农业，降低对土地的开发利用强度。该区地处洮河中游，又有黄土覆盖，植被破坏严重，水源涵养与土壤保持功能下降，应合理调整农林牧用地的比例，搞好水土保持工作，积极封山育林，植树造林，促使森林植被的恢复。

4.2 陇中中部黄土丘陵农业生态亚区

4.2.1 东部黄土丘陵强烈侵蚀农业生态功能区

该区为黄土丘陵沟壑区，以农业为主，土地开发强度大，坡耕地比例大，水土流失严重，生态环境敏感。应以控制水土流失为重点，开展生态环境综合治理，建设高标准的基本农田，发展集雨农业和设施农业，优化生产结构，提高果、畜等比例，改革经营体制，并加大劳动力外输和转移力度，减轻人口压力。利用国家级生态建设工程实施的良好机遇，积极退耕还林还草，改善生态环境。

4.2.2 西部土石丘陵农林及水源涵养生态功能区

该区紧靠北秦岭和甘南高原，区内主要是黄土低山、长梁和丘陵，海拔多在2 000～2 500m之间。生态系统主要是森林草原，历史上天然林面积较大，但经长期开垦，低山丘陵多被农田所占据，森林现已退至2 500m以上的山地，且多为次生林。草原植物主要有阿尔泰针茅、甘青针茅、短柄草、野青茅等。该区生态建设的方向是按照土地生态适宜性特点，合理调整农林用地结构，利用降水丰富的优势，提高经济作物种植比例。封山育林恢复森林植被，涵养水源，为中部地区提供用水保障。

4.2.3 马衔山—兴隆山山地水源涵养与生物多样性保护生态功能区

该区为凸起于黄土高原上的石质山地，海拔2 000～3 600m，山体两侧与黄土高原镶嵌，形成黄土剥蚀地貌。区内年降水量500～800mm，有11条长流水河道，为山前地区农业生产提供水源。区内有高等植物117科，435属，982种，分布有草原、草甸、灌丛、落叶阔叶林、针叶林等植被类型。有脊椎动物160种，其中马麝是种群数量较大的国家保护动物。该区是黄土高原上海拔最高的石质山地，也是生物多样性丰富的地区，又紧靠兰州市，具有重要的生态服务功能，是国家级自然保护区，应不断减少人类活动强度，维持保护区生态功能，提供科研、旅游等多样化服务。

4.2.4 刘家峡湿地及鸟类保护功能区

该区系刘家峡水库淹没区，库区特殊的环境形成了该区湿地生态系统，并吸引大量鸟类在此停留歇息，构成一个重要的生物多样性区域。在生态环境建设中要加强库区环境保护，减少人类活动影响，以保证珍稀鸟类在此地栖息。该区是重要的水电枢纽基地，由于水电产业的关联性强，易产生集聚效应，经济活动强度持续增大，城市规模也逐渐扩大，对区域生态系统的影响也更加复杂化。要提高技术投入水平，降低工业化和城市化带来的环境侵扰和生态破坏幅度，提高旅游、商贸等经济活动比重。

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