基于适宜性分析的辽河保护区土地利用规划

孔维静，孟伟，张远，宋永会，王一涵，姚懿函

1.中国环境科学研究院，环境基准与风险评估国家重点实验室，北京 100012 2.中国环境科学研究院流域水生态保护技术研究室，北京 100012

基于适宜性分析的辽河保护区土地利用规划

孔维静1，2，孟伟1*，张远1，2，宋永会1，王一涵1，2，姚懿函1，2

1.中国环境科学研究院，环境基准与风险评估国家重点实验室，北京 100012 2.中国环境科学研究院流域水生态保护技术研究室，北京 100012

基于保护河流完整性原则，同时考虑满足人类需求，利用适宜性分析方法对辽河保护区进行了土地利用规划。通过分析河流纵向物理特征和横向结构，将辽河保护区纵向分为8段，横向分为4个区。利用适宜性分析并结合河流横向特征，对辽河保护区的土地进行规划，共有用地类型11类，按面积由大到小分别为河岸带生物多样性用地、辽河口湿地用地、生产用地、入干水质控制用地、大坝防洪安全用地、河道用地、高生态功能湿地用地、险工险段低风险用地、生态水面景观用地、水库湿地用地和城市景观用地，分别占总面积的38.71%、22.56%、12.17%、7.85%、4.20%、3.62%、3.22%、2.79%、1.89%、1.88%和1.12%。近80%的土地用于与构建水生生境相关的土地利用类型，体现了保护区生态保护的功能定位。

辽河保护区；适宜类型分析；河流完整性；生物多样性保护

河流生态系统受到周围环境，尤其是土地利用的影响[1]，土地利用与河流水文过程[2]、水循环过程[3]以及物质循环过程[4-5]等密切相关，并因此影响水体的物理化学特征和生物群落特征；同时土地利用组分可以为水体中鱼类、两栖动物、大型底栖动物、鸟类等生物提供栖息地[6-7]，在生物生活史中发挥重要作用[7]，因此，河道周围及流域的土地利用对河流生态结构和功能的恢复具有重要作用。作为我国七大江河之一，辽河是我国东北地区南部最大的河流。由于流域工农业发展导致辽河水环境质量变差，水生态系统退化严重，辽河被列为我国水污染重点治理的“三河三湖”之一。为改善水环境质量，恢复和保护河流生态系统，2010年辽宁省成立了辽河保护区，将辽河干流划为保护区进行保护，以实现恢复保护区河流系统的目标。

生境丧失、河流泥沙含量高、水环境质量下降等是辽河保护区主要的水环境问题[8]，这些问题的形成与农田耕种、河道挖沙、采矿及化工业废水排放等人类活动对河流的干扰有关，导致已有的河漫滩、湿地等重要生境几乎完全丧失，因此，合理规划保护区内土地利用方式是恢复河流生境的前提，最终实现河流生态结构和功能的恢复。

河流系统是一个复杂的系统[9]，由于地貌、水文、植被以及河岸带特征的差异，自然状态下河流水化学、水生态在横向和纵向上呈现不同的特征[10]。依据河流自身的自然特征规划保护区的土地利用方式[11]，可以科学地改善河流生境，实现水生态系统结构和功能的恢复，达到河流保护的目的[12]。同时，土地利用要满足辽河水环境水生态改善的需求，因此在土地利用规划中应根据河流自身特征，结合人类需求对区域内土地进行优化[13]。基于此，笔者通过对河流特征的分析，并结合河流生境完整性，针对河流水环境改善的生态需求以及河流满足人类服务功能的能力，提出了辽河保护区的土地布置方案，为辽河保护区水生态保护功能的发挥提供支持。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

辽河发源于河北平泉县，流经河北省、内蒙古自治区、吉林省和辽宁省，在辽宁盘山县入渤海。辽河上游有西辽河和东辽河2个大的支流水系，在辽宁省福德店汇合后形成辽河干流。辽河干流流域面积为3.79×104km2；纵贯辽宁省辽北康法丘陵区与辽河平原区，流经铁岭、沈阳、鞍山、盘锦4个市；干流全长约538 km，保护区面积约1 869.20 km2(图1)。

图1 辽河保护区主要支流及行政区示意Fig.1 Tributaries and administrative area in Liaohe Conservation Area

辽河干流属暖温带半湿润大陆性季风气候；四季温差较大、干湿分明；降水量年际变化大，年内分配差异明显，主要集中在6—9月，约占全年降水量的80%。辽河干流属季节性河流，非汛期河道流量较小，河道内滩地开阔，地势平坦，河道迂回曲折、比降小，泥沙淤积严重。

1.2 研究方法

利用2007年辽河保护区0.5 m分辨率的航片，在ArcGIS软件支持下，目视解译得到辽河保护区的土地覆盖状况，作为土地利用现状分析和土地利用规划的底图；根据研究区地类状况，将研究区土地利用划分为18类，包括旱地、潮间带、芦苇、河流、坑塘、赤碱蓬、林地、草地、堤岸、居民用地、建设用地等；并通过收集辽河流域土壤、高程、水系、水文、含沙量、河流宽度、河道工程、人为修建物等数据，计算河道蜿蜒度[14]；利用空间分析工具和专家判读法分析河流空间差异、土地利用现状、河道纵向及横向特征；根据河流在纵向和横向的空间特征，对河流进行分段和划区。在文献调研和专家经验的基础上，提出河流生态需求，同时考虑人类服务功能，并以此进行土地适宜性分析，确定保护区土地的使用属性，形成土地利用规划专题图，完成对保护区土地利用的规划，实现对当前土地利用的优化(图2)。

图2 技术路线Fig.2 Technical route for land use planning in study area

1.2.1 纵向分区

河流空间异质特征要求在河流研究中需针对不同的河段进行[15]，分区管理也是我国水环境管理中采用的方式[16]。综合河流蜿蜒度、河道特征及发育、支流空间分布、河道宽度、人类活动及社会经济状况等因素，对辽河干流进行河段划分，识别不同河段的特征差异。

由于保护区保护范围为大堤内的河流，土壤、海拔等自然特征差异很小，而河流特征差异明显，因此在纵向分析时选用河流形态指标进行河流特征分析。河道蜿蜒度是宏观尺度上河道生境的重要特征之一[14]，与河道地貌和河流生态系统的生物多样性相关，蜿蜒度大的河流能提供更多样的生境，其生物多样性高。根据辽河干流河流特征，从上游到下游以10 km为单位研究了辽河干流河道蜿蜒度的空间变化特征。结合蜿蜒度特征，河道宽度、河流水沙特征，识别河流空间上的差异，并将河流分段，针对每段的特征进行土地利用规划。

1.2.2 河道横向特征分析

在文献调研和实地考察的基础上，按照河流系统自身纵向发育结构、功能和空间格局特征，分析不同横向范围内河道的结构和功能，确定横向上的河流分区，以此为基础分析横向上土地的适宜类型。

1.2.3 土地适宜类型分析

完整性是河流保护的最终目标[17]，包括物理完整性、化学完整性和生物完整性。保护区用地需满足河流物理完整性、化学完整性和生物完整性维持的需求，根据文献调研和专家经验对河流生态特征的掌握，保护区内土地应满足水质维持、生物多样性保护、湿地系统构建、城市景观、生态经济、防洪和景观娱乐等生态和人类需求。根据上述生态需求进行土地适宜性分析，确定各地块的适宜类型。

1.2.3.1 水质控制适宜用地分析

水化学完整性是河流水生态健康的保证。汇入辽河干流的水质不达标的主要原因为N、P超标。湿地系统是削减N、P污染的有效手段，目前各支流汇入口几乎都没有湿地系统，原有的湿地系统多被开发为农田。因此，恢复自然状态下的河流汇入口湿地对辽河保护区水质控制具有关键的作用。根据保护区纵向分区中支流口的分布、辽河干流支流的水质状况确定水质控制用地范围。

1.2.3.2 生物多样性保护适宜用地分析

维持生态完整性，保护物种、种群、群落、生境以及生物和生态系统多样性是保护区设定的重要目的之一。要满足保护区生物多样性需求需要提供足够的生物多样性用地。当前，辽河保护区河流两岸生境的丧失是保护区生物多样性减少的主要原因。根据河流发育特征、保护区纵向分区和保护区理论，确定生物多样性适宜用地。

1.2.3.3 高功能湿地系统适宜用地分析

在自然河流生态系统中，类型丰富的湿地除了能够净化水质保证化学完整性外，还是生态完整性的组成部分。除了支流汇入口的湿地外，整个保护区内应形成足够面积、空间分布连续、大型的干流湿地网络，才能保证保护区水体质量，并为鱼类、鸟类等各种动物提供栖息地和食物。

根据保护区横纵向分区、土地利用现状以及地形地貌特征确定高功能湿地系统用地需求。这些湿地以牛轭湖、坑塘、沼泽湿地、湿地公园等形式存在，其具体位置结合河道地貌、水文特征等确定。

1.2.3.4 城市景观适宜用地分析

辽河干流流经盘锦市区、铁岭市区，河流景观服务功能已经成为盘锦市和铁岭市河流的重要功能。当前河流的退化是由于不合理和过度的活动导致的，合理的河流开发是将河流系统的景观效应与人类需求相结合，应在遵循河流自然规律的基础上，尤其是通过河流两岸的合理布局，在不破坏生态、阻碍防洪的情况下进行建设。根据保护区沿岸城市的分布与范围、纵向分区确定城市景观段适宜用地范围。这部分用地要在充分透析河段规律的基础上，在不影响河流功能的前提下进行规划。

1.2.3.5 生态经济适宜用地分析

辽河保护区地处辽河平原，两岸村庄遍布，农业人口多，居民的开发活动破坏了河流的物理完整性。虽然辽河干流划定了保护区，但河流保护并不能实行单纯的保护，还要实现其生态经济服务的价值，体现人与河流的和谐相处。为解决农业发展和城市发展的矛盾，在保证辽河保护区化学完整性、物理完整性和生态完整性的基础上，采用合理的开发策略，如发展生态产业，满足人类对生产用地的需求。

根据保护区的社会经济分布状况、河道横向分区功能定位确定生态经济适宜用地范围。

1.2.3.6 大坝防洪安全适宜用地分析

为保证河流防洪安全，一方面要提高大坝的防洪等级，在大坝两侧种植人工林，另外还应在具有较大侵蚀风险的河段进行防洪规划，减弱其对大坝安全的影响。为满足保护区的建设与管理，堤防需按标准建设，堤顶路设计为8 m宽，堤底根据不同的防洪标准略有不同。为了保护堤坝，按照水利建设标准，在迎水面50 m、背水面20 m堤脚处栽植防护林。

1.2.3.7 生态景观水面适宜用地分析

辽河干流属于平原河流，河道比降低，流速相对较小，枯水期水量小，在具有重要生态意义的地区有水库和橡胶坝修建，形成大面积水面，以满足生态用水需求，这些人工建筑物主要分布在辽河干流公路桥附近，也形成了一定的景观格局，更重要的是为构建湿地提供了充足的水资源且具有水文调控功能，缓冲洪水、干旱等降雨引起的水资源分配不均，从而达到保护自然湿地，合理调配水资源的目的。

根据保护区的橡胶坝、水库影响区域及其周围土地利用现状确定生态景观水面适宜用地。

2 结果与讨论

2.1 保护区成立前土地利用状况

2007年土地利用结果显示，保护区总面积为1 869.20 km2，土地利用类型中优势类型明显，占总面积比例小的地类多(表1)。各土地利用类型中，农田是保护区成立前主要的土地利用类型，包括旱田和水田，若不考虑辽河口地区，旱田占保护区面积的比例高达66.01%；辽河保护区的河口部分为双台河口国家自然保护区，使得辽河口地区的植被面积较大，芦苇、潮间带和赤碱蓬多分布于此；而滩地主要分布在辽河口以外的地区；保护区内有农村居民用地、坑塘、工业及交通(工交)建设用地、套堤、裸地等多种与人类活动相关的土地利用类型。

表1 辽河保护区成立前土地利用

2.2 河道纵向分段

辽河干流河道形态存在空间差异，多数河段蜿蜒度大于1.5，但弯曲河段与顺直段的分布并不均匀(图3)。辽河干流福德店下游约100 km的地段河流蜿蜒度总体较高，其中公河入河口至南沙河入河口段河道蜿蜒度高(大于1.8)，河道蜿蜒度最大值也出现在该段。流域水系图(图1)显示，该段地区支流多，河道形态多样、改道频繁，自然状态下非常适合牛轭湖湿地发育。在其下游的河段蜿蜒度多低于1.8，尤其在柳河至盘山闸区段，河流蜿蜒度均较小。

综合河流蜿蜒度、河道特征、人类活动及社会经济状况等特征，将辽河保护区从上游到下游分为8段，分别为福德店—三河下拉段、三河下拉—柴河段、柴河—汎河段、汎河—石佛寺水库段、石佛寺水库—柳河段、柳河—盘山闸段、盘锦城市段和入海口段(图3)。

图3 辽河保护区河道蜿蜒度空间格局及河段纵向划分Fig.3 Spatial patter of sinuosity and classification of reaches

福德店—三河下拉段：东西辽河在福德店汇合形成辽河干流，该段为保护区的起始河段，长约45 km，从上游至下游河流蜿蜒度增大，为1.02～1.8，两岸大堤间距1 500～3 000 m，该段支流较少，在三河下拉处八家子河与李家河汇入公河后入辽河干流，除此外没有其他支流汇入。

三河下拉—柴河段：该段河流长约70 km，河流蜿蜒度较大，为1.8～2.86，该段河道变化剧烈，险工险段多；两岸大堤相距800～3 500 m。该段支流较多，左岸有支流王河、昭苏台河、亮子河、清河、中固河、梅林河汇入，其中昭苏台河、亮子河污染较为严重，右岸有和平乡小河子河和王河汇入。

柴河—汎河段：该段长约40 km，河流蜿蜒度变化不均匀，柴河入河口下游蜿蜒度小，汎河入河口上游蜿蜒度大，为1.02～2.1；两岸大堤相距800～3 000 m；右岸亮沟子河和拉马河汇入。该段属铁岭城市段，其中汎河口附近河道宽阔，适合建造大型湿地景观。

汎河—石佛寺水库段：该段长约30 km，距沈阳市较近，河流蜿蜒度较小，为1.5～1.8；河流坡降小；两岸大堤相距1 400～5 500 m。右岸有亮沟子河、胜利河汇入拉马河而进入石佛寺水库，这是辽河干流唯一的水库，属平原型水库，蓄水时面积可达几十km2。

石佛寺水库—柳河段：该段长约87 km，河流蜿蜒度变化不均匀，为1.02～2.1，其中秀水河至柳河段蜿蜒度大，险工险段多。两岸大堤相距900～5 500 m，左岸有支流左小河、燕飞里排干、西小河、万泉河与长河汇入辽河干流，右岸支流有三面船乡小河子、陶屯乡两窑村小河子、秀水河、养息牧河、付家窝棚排干和柳河，其中柳河泥沙含量大，是辽河干流主要泥沙来源。

柳河—盘山闸段：该段长约145 km，河流蜿蜒度较小，为1.02～1.8，河道变化较少，险工险段少。两岸大堤非常宽阔，相距1 500～5 500m，该段左右岸均无支流汇入，土地利用结构以农田为主。

盘锦城市段：该段为感潮河段，长约30 km，河道平直，蜿蜒度为1.01～1.5，堤间距1 800～2 500 m。由于盘锦市是辽河保护区唯一直接流经的城市，所以该段受人类活动干扰直接且剧烈，多数河道已渠道化。该段有一统河、饶阳河和吴家排干汇入。

入海口段：该段河流为感潮河段，河道在饶阳河下发生大转弯，之后河道蜿蜒度低，为1.02～2.4。两岸大堤在该段上游结束。该段主要为辽河口保护区，植被生长良好，以沼生植物芦苇为主，有螃蟹养殖。

2.3 河道横向分区

沿河道到大堤横向分为河道高水生态功能区、河岸带生物多样性保护区、河滨带产品服务区和大堤防洪安全区(图4)。

图4 辽河保护区纵向分区模式Fig.4 Concept map of lateral zones along river channel in Liaohe Conservation Area

河道边界的确定采用平水期遥感影像信息提取的方法，目视解译提取河道边界，作为保护区河道的边界；已有的研究发现不同生态系统功能的维持需要不同的河岸宽度[18]，如某些鸟类多样性的维持需要75～175 m，有的需要300 m，而如果要保护区域生物多样性则需要400～500 m甚至1 200 m的宽度。根据保护区生物多样性保护的目的，综合已有的研究[19-20]，将河道外500 m区域划分为生物多样性保护区，结合河道边界，通过缓冲区方法确定河岸带生物多样性保护区；根据水利工程建设要求，大堤迎水面50 m，背水面20 m的区域要种植防护林，以维护大堤安全，因此将大堤内50 m，大堤外20 m划分为大堤防洪安全区；介于大堤防洪安全区与河岸带生物多样性保护区间的区域为河滨带产品服务区。

2.4 规划用地类型划分与土地利用规划方案

根据保护区生态功能发挥的需求，对规划土地利用类型进行了进一步细分(表2)。由于本规划用地针对河流生态功能，主要体现生态用地，根据需求，规划中的辽河保护区共有用地类型11类。

表2 辽河保护区土地利用规划用地面积及比例

11类用地中，按面积由大到小分别为河岸带生物多样性用地、辽河口湿地用地、生产用地、入干水质控制用地、大坝防洪安全用地、河道用地、高生态功能湿地用地、险工险段低风险用地、生态水面景观用地、水库湿地用地和城市景观用地(表2)。与生态功能相关的用地类型有河岸带生物多样性用地、辽河口湿地用地、入干水质控制用地、高生态功能湿地用地、河道用地、生态水面景观用地以及水库湿地用地，7种用地类型占总用地面积的比例为79.7%；而其他与人类生产需求、河道安全和城市景观需求相关的用地仅占总用地面积的21.3%。规划方案中充分保证了生态用地的面积，有利于实现保护区的保护目的，同时兼顾了河流满足人类服务的功能。

各河段土地利用规划的结果如图5所示。

(1)福德店—三河下拉段

该段共有6种土地利用类型，按占总面积的大小依次为河岸带生物多样性用地、生产用地、险工险段低风险用地、大坝防洪安全用地、入干水质控制用地和高生态功能湿地用地，其中河岸带生物多样性用地面积最大，占该区段总面积的43.8%(图5(a))。

图5 辽河保护区规划河段土地利用类型分布Fig.5 Land use type distribution in the planning for Liaohe Conservation Area

(2)三河下拉—柴河段

该段规划土地利用共有6种用地类型，按占总面积的大小依次为河岸带生物多样性用地、入干水质控制用地、生产用地、大坝防洪安全用地、高生态功能湿地用地和生态水面景观用地，其中河岸带生物多样性用地面积最大，占该区段总面积的37.7%；入干水质控制用地占总面积的24.3%，达35.1 km2，仅次于石佛寺水库—柳河段。该段用地类型与福德店—三河下拉段相似，但各用地类型的面积比存在差异(图5(b))。

(3)柴河—汎河段

该段规划土地利用共有6种用地类型，按占总面积的大小依次为河岸带生物多样性用地、险工险段低风险用地、入干水质控制用地、生产用地、高生态功能湿地用地和大坝防洪安全用地(图5(c))。其中，险工险段低风险用地占区段总面积的比例在8个河段中最大，达20.8%。

(4)汎河—石佛寺水库段

该段规划土地利用共有6种用地类型，按占总面积的大小依次为水库湿地用地、河岸带生物多样性用地、生产用地、大坝防洪安全用地、入干水质控制用地和高生态功能湿地用地。石佛寺水库是辽河干流上唯一的水库，水库湿地用地占河段总面积的52.7%(图5(d))。

(5)石佛寺水库—柳河段

该段规划土地利用共有7种用地类型，按占总面积的大小依次为入干水质控制用地、河岸带生物多样性用地、生产用地、险工险段低风险用地、高生态功能湿地用地、大坝防洪安全用地和生态水面景观用地。其中，在8个河段中入干水质控制用地占河段面积的比例最大，达到68.6 km2(图5(e))。

(6)柳河—盘山闸段

该段规划土地利用共有6种用地类型，按占总面积的大小依次为河岸带生物多样性用地、生产用地、大坝防洪安全用地、生态水面景观用地、高生态功能湿地用地和险工险段低风险用地，其中河岸带生物多样性用地占河段总面积的比例为49.3%，达176.8 km2，是所有河段中最大的(图5(f))。

(7)盘锦城市段

该段规划土地利用共有4种用地类型，类型较少，按占总面积的大小依次为城市河流用地、河岸带生物多样性用地、大坝防洪安全用地和生产用地。与其他河段相比，本河段流经盘锦市，河流主要功能是满足人类使用功能，因此城市河流用地占总面积的比例最大，达57.7%(图5(g))。

(8)入海口段

该段规划土地利用共有4种用地类型，与盘锦城市段类似，类型较少。由于该段主要为双台子河保护区，因此河口湿地用地和河岸带生物多样性用地占总面积的比例大，分别占总面积的48.9%和41.9%(图5(h))。

3 结论

(1)保护区成立前，辽河干流土地利用以农田为主，河流系统组分被占用，不能为水生态系统完整提供适宜的生境。

(2)辽河保护区内，干流河道在纵向和横向上空间形态均存在差异。纵向上，多数河段蜿蜒度大于1.5，但弯曲河段与顺直段的分布不均匀，福德店下游约100 km的地段河流蜿蜒度总体较大，柳河—盘山闸区段，河流蜿蜒度均较小。纵向上，根据河流蜿蜒度，结合河流其他物理结构特征，将辽河保护区从上游到下游分为8个河段：福德店—三河下拉段，三河下拉—柴河段，柴河—汎河段，汎河—石佛寺水库段，石佛寺水库—柳河段，柳河—盘山闸段，盘锦城市段和入海口段。横向上，沿河道向大堤方向上可分为河道高水生态功能区、河岸带生物多样性保护区、河滨带产品服务区和大堤防洪安全区。

(3)根据保护区发挥河流完整性保护功能和满足人类需求的定位，分析河流系统完整性需求和人类需求，结合河流物理形态结构和土地利用现状对辽河保护区进行土地利用规划。结果显示，辽河保护区土地类型包括河岸带生物多样性用地、辽河口湿地用地、生产用地、入干水质控制用地、大坝防洪安全用地、河道用地、高生态功能湿地用地、险工险段低风险用地、生态水面景观用地、水库湿地用地和城市景观用地共11类。其中河岸带生物多样性用地面积最大，占总用地面积的38.71%；而城市景观用地占总用地面积的比例最小，为1.12%。结果表明，规划结果中近80%的土地用于与水生生境相关的类型，体现保护区生态保护的功能定位。

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LandUsePlanninginLiaoheConservationAreaBasedonLandSuitabilityAnalysis

KONG Wei-jing1，2, MENG Wei1, ZHANG Yuan1，2, SONG Yong-hui1, WANG Yi-han1，2, YAO Yi-han1，2

1.State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China
2.Laboratory of Riverine Ecological Conservation and Technology, Chinese Research Academy of Environmental Sciences,Beijing 100012, China

To protect the riverine integrity and meet people′s use for river, land use planning was made based on land suitability analysis in Liaohe Conservation Area. The river system was classified longitudinally and laterally based on the riverine physical features, e.g. sinuosity. The whole Liaohe main river was classified into 8 segments in the longitudinal direction and 4 zones in the lateral direction. Land use planning in Liaohe Conservation Area showed that there were altogether 11 land types, including land for riparian biodiversity conservation, land for river estuary wetland, land for production, land for water quality control into mainstream, land for dam flood-proof safety, land for river channel, land for high eco-function wetland, land for risk-reduction of danger works and danger section, land for ecological water surface landscape, land for reservoir wetland and land for urban landscape, respectively accounting for 38.71%, 22.56%, 12.17%, 7.85%, 4.20%, 3.62%, 3.22%, 2.79%, 1.89%, 1.88% and 1.12% of the whole area. Nearly 80 percent of the whole area was used for land related to aquatic habitat which could embody the function orientation of the river conservation area.

Liaohe Conservation Area; suitability analysis; riverine integrity; biodiversity conservation

1674-991X(2013)06-0472-09

2013-07-16

国家水体污染控制与治理科技重大专项(2012ZX07501-001-02)

孔维静(1978—)，男，副研究员，博士，重要从事河流景观生态学研究，kongwj@craes.org.cn

*通讯作者:孟伟(1956—)，男，研究员，博士，长期从事流域水污染控制与治理技术的研究，mengwei@craes.org.cn

X321

A

10.3969j.issn.1674-991X.2013.06.073