我国重点生态功能区生态状况变化

吴 丹，邹长新，高吉喜

(环境保护部南京环境科学研究所，江苏 南京 210042)



我国重点生态功能区生态状况变化

吴 丹，邹长新①，高吉喜

(环境保护部南京环境科学研究所，江苏 南京 210042)

重点生态功能区对于保障国家和地方生态安全具有重要意义。以生态状况为指标，通过生态功能指数、生态结构指数和生态胁迫指数分析2000—2010年我国重点生态功能区的生态状况变化态势。结果表明，水源涵养型重点生态功能区中，大小兴安岭森林生态功能区、阿尔泰山地森林草原生态功能区和南岭山地森林及生物多样性生态功能区生态状况表现为转差态势，其余5个区的生态状况表现为转好态势；水土保持型重点生态功能区的生态状况均有所好转，特别是黄土高原丘陵沟壑水土保持生态功能区；防风固沙型重点生态功能区中，呼伦贝尔草原草甸生态功能区和阿尔金草原荒漠化防治区生态状况表现为转好态势，其余4个功能区的生态状况表现为转差态势；生物多样性维护型重点生态功能区的生态状况均有所好转。

重点生态功能区；水源涵养；水土保持；防风固沙；生物多样性维护

国家重点生态功能区指承担水源涵养、水土保持、防风固沙和生物多样性维护等重要生态功能,关系全国或较大范围区域的生态安全,需要在国土空间开发中限制进行大规模、高强度的工业化和城镇化开发,以保持并提高生态产品供给能力的区域[1]。从重点生态功能区的研究现状来看,相关研究主要集中在生态补偿制度[2]、区域生态安全[3]、生态承载力与敏感性[4]、产业可持续发展[5]等方面;部分学者研究了重点生态功能区生态系统结构、功能与服务的变化[6-7]。然而,现有研究多关注单个区域或单个类型,针对重点生态功能区整体生态状况变化的研究较少。

为开展重点生态功能区县域生态环境质量考核,环境保护部科技标准司组织修订了HJ 192—2015《生态环境状况评价技术规范》[8]。该规范以生态环境状况指数(EI)评价区域的生态环境质量状况;同时,针对不同的重点生态功能区类型,给出了不同的评价指标体系。笔者以重点生态功能区生态状况为指标,通过生态功能指数、生态结构指数和生态胁迫指数分析评估2000—2010年各类型功能区生态系统结构和功能的变化状况,旨在为重点生态功能区的综合监测与评估提供科学参考,对于支撑重点生态功能区生态保护与限制开发的管理决策具有重要意义。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

我国重点生态功能区包括大小兴安岭森林生态功能区等25个地区,总面积约386万km2,占全国陆地国土总面积的40.2%。根据主导生态系统服务类型,重点生态功能区分为水源涵养型(8个)、水土保持型(4个)、防风固沙型(6个)和生物多样性维护型(7个)这4种。

作为《全国主体功能区规划》中限制开发区域的一种类型,国家重点生态功能区的功能定位是保障国家生态安全的重要区域,人与自然和谐相处的示范区。该类功能区主要任务是保护和修复生态环境，提供生态产品;规划目标主要是增强生态服务功能,改善生态环境质量。

1.2 研究方法

基于数据的可获取性和方法的可操作性,根据HJ 192—2015,以生态功能指数、生态结构指数和生态胁迫指数估算各重点生态功能区的自然生态状况,反映生态功能区的功能、结构和压力。其中,水源涵养型、水土保持型、防风固沙型和生物多样性维护型重点生态功能区生态功能指数的分指标分别为水源涵养指数、植被覆盖指数和生物丰度指数;生态结构指数的分指标为林、草地覆盖率和水域湿地面积比例;生态胁迫指数的分指标为耕地和建设用地面积比例。

1.2.1 生态功能指数

(1)水源涵养指数:评价区域内生态系统水源涵养功能状况,利用区域内林地、草地和水域湿地等水源涵养功能高的生态类型的差异进行综合评价获得。水源涵养指数=[0.45×(0.1×河流面积+0.3×湖库面积+0.6×沼泽面积)+0.35×(0.6×有林地面积+0.25×灌木林地面积+0.15×其他林地面积)+0.20×(0.6×高覆盖度草地面积+0.3×中覆盖度草地面积+0.1×低覆盖度草地面积)]/区域面积。

(3)生物丰度指数:评价区域内生物的丰贫程度。生物丰度指数=(0.35×林地面积+0.21×草地面积+0.28×水域湿地面积+0.11×耕地面积+0.04×建设用地面积+0.01×未利用地面积)/区域面积。

1.2.2 生态结构指数

(1)林地覆盖率:评价区域内林地(有林地、灌木林地、疏林地和其他林地)面积所占比例。

(2)草地覆盖率:评价区域内草地(高覆盖度草地、中覆盖度草地和低覆盖度草地)面积所占比例。

(3)水域湿地面积比例:评价区域内河流(渠)、湖泊(库)、冰川和积雪、滩涂、沼泽地等湿地类型的面积之和所占比例。

1.2.3 生态胁迫指数

耕地和建设用地面积比例:评价区域内耕地(包括水田、旱地)和建设用地(包括城镇用地、农村居民点及其他建设用地)面积之和所占比例。

1.2.4 生态状况指标

生态状况指标值根据各分指标的权重进行计算,其中各项指标的含义及计算方法详见HJ 192—2015,且均进行归一化处理,分析比较2000与2010年各功能区生态状况指标的变化。

(1)水源涵养功能区生态状况指标=0.25×水源涵养指数+0.15×林地覆盖率+0.10×草地覆盖率+0.15×水域湿地面积比例-0.15×耕地和建设用地面积比例。

(2)水土保持功能区生态状况指标=0.23×植被覆盖指数+0.23×林地覆盖率+0.23×草地覆盖率+0.18×水域湿地面积比例-0.13×耕地和建设用地面积比例。

(3)防风固沙功能区生态状况指标=0.24×植被覆盖指数+0.22×林地覆盖率+0.22×草地覆盖率+0.20×水域湿地面积比例-0.14×耕地和建设用地面积比例。

(4)生物多样性维护功能区生态状况指标=0.23×生物丰度指数+0.15×林地覆盖率+0.10×草地覆盖率+0.15×水域湿地面积比例-0.15×耕地和建设用地面积比例。

1.3 数据来源与处理

土地利用/覆盖数据(2000、2010年)由“全国生态环境十年变化(2000—2010年)遥感调查与评估”项目提供,空间分辨率为30 m。根据土地利用特点,将土地利用/覆盖类型归并为林地、草地、水域湿地、农田、城镇和其他6个生态系统类型(表1),进而对各重点生态功能区内的生态系统类型面积与变化趋势进行统计分析。NDVI数据来源于MODIS的MOD13Q1数据产品,空间分辨率为250 m。

表1 土地利用/覆盖类型归并体系

Table 1 Land use/cover type merging system

一级类型二级类型林地常绿阔叶林、落叶阔叶林、常绿针叶林、落叶针叶林、针阔混交林、稀疏林、常绿阔叶灌木林、落叶阔叶灌木林、常绿针叶灌木林、稀疏灌木林草地草甸、草原、草丛、稀疏草地水域湿地森林湿地、灌丛湿地、草本湿地、湖泊、水库/坑塘、河流、运河/水渠农田水田、旱地、乔木园地、灌木园地城镇居住地、乔木绿地、灌木绿地、草本绿地、工业用地、交通用地、采矿场其他沙漠/沙地、苔藓/地衣、盐碱地、裸岩、裸土、冰川/永久积雪

2 结果与分析

2.1 水源涵养型重点生态功能区

水源涵养型重点生态功能区土地覆被类型以林地和草地为主。2000年,南岭山地森林及生物多样性生态功能区林地覆盖率最高,为79.49%;三江源草原草甸湿地生态功能区最低,为4.76%。阿尔泰山地森林草原生态功能区草地覆盖率最高,为76.10%;长白山森林生态功能区最低,为0.12%。

2010年,大小兴安岭森林生态功能区和南岭山地森林及生物多样性生态功能区生态状况指标值较高,分别为33.44和30.80;阿尔泰山地森林草原生态功能区和祁连山冰川与水源涵养生态功能区生态状况指标较低,分别为15.49和10.33(表2)。2000—2010年,甘南黄河重要水源补给生态功能区生态状况表现为转好态势,变化率为3.86%,主要原因是该区林地、草地、水域湿地面积均有所增加。阿尔泰山地森林草原生态功能区生态状况表现为转差态势,变化率为-2.78%,主要原因是该区草地覆盖率降低了1.22%。

表2 水源涵养型重点生态功能区生态状况指标值及其变化

Table 2 Ecological index values of the key ecological function zones of the water source conserving type and their variations

重点生态功能区 生态状况指标值2000年2010年变化幅度/%大小兴安岭森林生态功能区33.9833.44-1.61长白山森林生态功能区28.0128.040.08阿尔泰山地森林草原生态功能区15.9315.49-2.78三江源草原草甸湿地生态功能区16.4116.782.25若尔盖草原湿地生态功能区27.3527.932.12甘南黄河重要水源补给生态功能区20.9821.793.86祁连山冰川与水源涵养生态功能区10.1810.331.54南岭山地森林及生物多样性生态功能区30.9230.80-0.37

2.2 水土保持型重点生态功能区

2010年,水土保持型重点生态功能区林、草地覆盖率均较高,其中,桂黔滇喀斯特石漠化防治生态功能区最高,为76.59%;大别山水土保持生态功能区最低,为58.71%。黄土高原丘陵沟壑水土保持生态功能区耕地和建设用地比例最高,为38.91%;桂黔滇喀斯特石漠化防治生态功能区耕地和建设用地比例最低,为22.44%。

2010年,三峡库区水土保持生态功能区和桂黔滇喀斯特石漠化防治生态功能区生态状况指标较高,分别为32.70和31.53;黄土高原丘陵沟壑水土保持生态功能区生态状况指标较低,为16.35(表3)。2000—2010年,水土保持型重点生态功能区的生态状况均表现为转好态势,林地、水域湿地等面积增加有利于各区提升保持水土的功能。黄土高原丘陵沟壑水土保持生态功能区变化最为明显,生态状况指标增幅达27.02%,退耕还林还草工程的实施对该区森林、草地、湿地生态系统水土保持服务功能的提升发挥了积极作用。

2.3 防风固沙型重点生态功能区

防风固沙型重点生态功能区土地覆被类型以草地为主。2010年,呼伦贝尔草原草甸生态功能区、阴山北麓草原生态功能区和浑善达克沙漠化防治区草地覆盖率较高,分别为84.45%、81.47%和72.97%;科尔沁草原荒漠化防治区、塔里木河荒漠化防治区和阿尔金草原荒漠化防治区草地覆盖率较低,分别为38.42%、37.30%和36.86%。

2010年,呼伦贝尔草原草甸生态功能区和浑善达克沙漠化防治区生态状况指标较高,分别为27.75和23.91;塔里木河荒漠化防治区和阿尔金草原荒漠化防治区生态状况指标较低,分别为11.17和9.94(表4)。2000—2010年,呼伦贝尔草原草甸生态功能区和阿尔金草原荒漠化防治区生态状况表现为转好态势,其余4个功能区的生态状况表现为转差态势,科尔沁草原荒漠化防治区变化最为明显,生态状况指标降幅达24.68%,主要原因是该区林、草地覆盖率和水域湿地面积比例均有所下降。

表3 水土保持型重点生态功能区生态状况指标值及其变化

Table 3 Ecological index values of the key ecological function zones of the soil and water conservation type and their variations

重点生态功能区 生态状况指标值2000年2010年变化幅度/%黄土高原丘陵沟壑水土保持生态功能区12.8716.3527.02大别山水土保持生态功能区25.4225.691.08桂黔滇喀斯特石漠化防治生态功能区31.1531.531.20三峡库区水土保持生态功能区31.8932.702.56

表4 防风固沙型重点生态功能区生态状况指标值及其变化

Table 4 Ecological index values of the key ecological function zones of the sand-shifting control type and their variations

重点生态功能区 生态状况指标值2000年2010年变化幅度/%塔里木河荒漠化防治区11.4811.17-2.68阿尔金草原荒漠化防治区9.589.943.74呼伦贝尔草原草甸生态功能区27.3327.751.51科尔沁草原荒漠化防治区19.9615.03-24.68浑善达克沙漠化防治区25.4023.91-5.85阴山北麓草原生态功能区22.4221.70-3.22

2.4 生物多样性维护型重点生态功能区

生物多样性维护型重点生态功能区土地覆被类型以林地和草地为主。2010年,海南岛中部山区热带雨林生态功能区和藏东南高原边缘森林生态功能区林、草地覆盖率较高,分别为94.01%和91.08%。三江平原湿地生态功能区林、草地覆盖率最低,为19.38%;耕地和建设用地面积比例最高,为65.11%。

2010年,海南岛中部山区热带雨林生态功能区和藏东南高原边缘森林生态功能区生态状况指标较高,分别为36.48和33.28;三江平原湿地生态功能区生态状况指标较低,为7.62(表5)。2000—2010年,生物多样性维护型重点生态功能区的生态状况均表现为转好态势,说明林地、草地、水域湿地等面积的增加,有利于各区提升生物多样性维护功能。秦巴生物多样性生态功能区变化最为明显,生态状况指标升幅为2.49%,主要原因是该区生物丰度指数，林、草地覆盖率和水域湿地面积比例均有所增加。

表5 生物多样性维护型重点生态功能区生态状况指标及其变化

Table 5 Ecological index values of the key ecological function zones of the biodiversity protection type and their variations

重点生态功能区 生态状况指标值2000年2010年变化幅度/%川滇森林及生物多样性生态功能区30.5330.610.27秦巴生物多样性生态功能区28.8529.572.49藏东南高原边缘森林生态功能区33.2133.280.22藏西北羌塘高原荒漠生态功能区23.6823.740.28三江平原湿地生态功能区7.587.620.47武陵山区生物多样性及水土保持生态功能区27.4427.771.21海南岛中部山区热带雨林生态功能区36.0136.481.28

3 讨论与结论

3.1 讨论

该研究以生态功能指数、生态结构指数和生态胁迫指数分别反映重点生态功能区的功能、结构与压力,并根据功能区的功能特点而选择能够反映功能区特征的指标,进而估算各个功能区的自然生态状况;然而,限于研究方法与资料的局限性,该方法的结构、功能与压力指标多以土地覆被类型面积占比表达,不能很好地体现重点生态功能区水源涵养功能、水土保持功能、防风固沙功能和生物多样性维护功能的变化;同时,以区域为评估单元,不能反映区域内生态状况变化的空间分异特征[9]。随着人们对生态系统结构与功能认识的不断深入,以管理需求为目标,建立重点生态功能区生态系统功能评估指标体系是深入开展生态系统状况定量研究,并为决策者提供有效信息的基础[10-11]。后续研究将侧重于以生态系统功能评估为主,针对每一类型功能区的核心服务功能和保护目标,建立科学、可操作的指标体系,并开展定量评估,以更好地反映功能区生态系统功能的变化状况,从而为完善重点生态功能区合理、有效的生态补偿提供科学支撑。

3.2 结论

通过生态状况指标分析了2000—2010年我国4类重点生态功能区的生态系统变化状况,得到的主要结论如下:

(1)水源涵养型重点生态功能区以森林和草地生态系统为主。近11 a间,大小兴安岭森林生态功能区、阿尔泰山地森林草原生态功能区和南岭山地森林及生物多样性生态功能区生态状况表现为转差态势,其余5个区的生态状况表现为转好态势。

(2)水土保持型重点生态功能区以森林和农田生态系统为主。近11 a间,水土保持型重点生态功能区的生态状况均有所好转,特别是黄土高原丘陵沟壑水土保持生态功能区,生态状况指标增幅为27.02%,退耕还林还草工程的实施有效提升了该区自然生态系统保持水土、减少侵蚀的能力。

(3)防风固沙型重点生态功能区以草地和荒漠生态系统为主。近11 a间,呼伦贝尔草原草甸生态功能区和阿尔金草原荒漠化防治区生态状况表现为转好态势,其余4个功能区的生态状况表现为转差态势。

(4)生物多样性维护型重点生态功能区以森林和草地生态系统为主。近11 a间,7个功能区的生态状况均有所好转,各区林草地、湿地生态系统面积的增加,有利于区域生物多样性维护功能的提升。

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(责任编辑： 许 素)

Variation of Ecology in the Key Ecological Function Zones in China.

WU Dan, ZOU Chang-xin, GAO Ji-xi

(Nanjing Institute of Environmental Sciences, Ministry of Environmental Protection, Nanjing 210042, China)

Key ecological function zones are essential to guarantee of national and regional ecological safety. Changes in ecology of the key ecological function zones of China during the years of 2000-2010 were analyzed, using ecological function index, ecological structure index and ecological stress index as indicators. Results show that among the eight key ecological function zones of the water source conserving type, the Greater and Lesser Khingan forest ecological function zone, the Altai mountain forest steppe ecological function zone and the Nanling mountain forest and biodiversity ecological function zone tended to deteriorate in ecological status, while the other five did reversely. The key ecological function zones of the water and soil conservation type all turned better, especially the Loess Plateau hill and gully soil-water conservation ecological function zone. Among the six key ecological function zones of the sand-shifting control type, the Hulunbuir prairie meadow ecological function zone and the Arkin steppe desertification control ecological function zone went towards better in ecology, while the other four did towards worse. And all the key ecological function zone of the biodiversity protection type were getting somewhat better.

key ecological function zone;water source conservation;water and soil control;wind-breaking and sand fixation;biodiversity protection

2015-08-28

环保公益性行业科研专项 (201409055);中央级公益性科研院所基本科研业务专项

X826;Q148

A

1673-4831(2016)05-0703-05

10.11934/j.issn.1673-4831.2016.05.003

吴丹(1988—),女,江苏常州人,助理研究员,博士,主要研究方向为生态系统服务与生态安全。E-mail: cumtwudan@163.com

① 通信作者E-mail: zcxnies@163.com