西南市域生态保护红线划定方法研究

2020-03-03张宇侯兰功

江苏农业科学 2020年22期

张宇侯兰功

摘要：研究四川省绵阳市生态保护红线的划定，以期对绵阳市可持续发展提供科学的决策依据。根据绵阳市生态环境现状，通过生态足迹法，计算2007—2016年绵阳市生态承载力，结合生态压力计算模型，确定该地区生态阈值，再根据阈值计算得出各类用地红线面积，通过ArcGIS软件分析得出不同用地生态阈值红线，最后与空间红线进行叠加得到该地区生态保护红线划定依据。研究结果表明，2007—2016年间，绵阳市总体上表现为生态赤字状态，其中人均生态承载力呈现下降态势，表明绵阳市各类土地的可持续性在下降;市域内生态压力值大于1.5，显示绵阳市生态环境处于极不安全状态;通过确定阈值，对绵阳市生态保护红线区域进行划定。结果表明，绵阳市整体生态环境压力较大，需对生态环境实行强制保护措施。运用以上方法划定生态保护红线利于未来绵阳市环境保护措施的制定，为其保护发展提供基础资料。

关键词：西南市域;生态;生态保护红线;划定方法;绵阳市

中图分类号：TU982.29文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2020）22-0268-07

作者简介：张宇（1992—），女，四川达州人，硕士研究生，主要从事区域发展与规划研究。E-mail：1406258705@qq.com。

通信作者：侯兰功，博士，副教授，主要从事区域发展与规划研究。E-mail：soundskyhlg@163.com。

随着城市的快速发展，人类对自然资源的开发与利用强度逐渐加大，建设用地不断增加，对耕地、草地等生态用地的占用愈加明显，导致城市建设开发与耕地保护、城市经济发展与自然资源保护等矛盾日益尖锐[1]，市域内生态系统遭受严重破坏，引发一系列的环境问题。协调好经济发展与环境保护之间的关系，形成生态安全保护区是保持区域可持续发展的必要条件。2011年国务院就提出生态保护红线概念[2]，2012年党的十八大报告提出大力推进生态文明建设，优化空间格局;2015年首次将“生态保护红线”写入《中华人民共和国环境保护法》;2017年党的十九大报告提出了生态文明建设体制改革。国家一系列关注生态环境保护的政策，引导学者们对生态保护红线展开了大量研究。西南地区人口稠密，山地与高原地形居多，整体上人类活动较为频繁，对环境的破坏较大，其中，四川省绵阳市作为中国唯一的科技城，构建其生态安全格局，维护其生态安全底线，划定其生态环境保护红线尤其重要，因此本研究对绵阳市域进行生态保护红线划定，对加强该地区生态用地保护具有现实意义。

近年来，众多学者对生态保护红线划定进行了大量探讨，取得了较为丰富的研究成果，且研究更多集中在根据国家出台的相关红线划定政策，划定空间生态保护红线[3]。在生态保护红线划定方法研究上，相关学者通过建立相关评价指标体系来确定生态保护红线区域，江波等都从生态环境系统服务评价角度入手建立适宜性评价指标体系来协助生态保护红线区域的划定[4-5]。一些学者通过分析具体资源的生态承载力来测算资源开发利用的阈值，柏松等采用遥感与ArcGIS相结合的方法，分析土壤的涵养功能，对水土保持区域进行红线划定[7]。一些学者则采用ArcGIS与SP-MCR模型相结合的方法对生态保护红线区域进行划定，胡飞等提出，“源地+廊道+缓冲区”的生态保护红线划定体系，通过叠加分析法划定源地，结合在ArcGIS中获取的阻力面数据，划定廊道与缓冲区，最后划定生态保护红线区域[8]。李强等基于生态足迹模型对农业资源、滨海滩涂垦区主要大田作物生产碳足迹进行研究[9-10]。在研究地域上，由于存在空间尺度与区域差异，学者们还从不同空间尺度上[11-14]进行了相关研究，体现了生态保护红线的区域特点。还有学者从不同地域上[15-17]进行了相关研究，主要从环境敏感性、脆弱性、以及土地利用与布局变化等方面对生态保护红线进行了划定，体现了生态保护红线的地域特点。目前，我国对生态保护红线划定的原则与方法没有统一的标准，虽然上述研究采用国家政策标准对不同地区进行了空间红线划定，或是通过建立评价指标、运用ArcGIS软件等方法对相关地区的生态环境敏感性、脆弱性以及土地利用变化等方面进行了生态保护红线划定，但利用生态承载力对生态保护红线进行数量界定的研究目前还很少。本研究采用生态足迹法探索绵阳市在2007—2016年间其生态承载力的动态过程，确定生态阈值，计算阈值面积，划定阈值红线，结合空间红线，划定生态保护红线，有助于了解绵阳市该阶段的生态状况，并为绵阳市环境保护提供基础资料，利于加强对绵阳市的环境管理。

1研究区概况与研究方法

1.1研究区概况

四川省绵阳市（103°45′～105°43′E，30°42′～33°03′N）位于四川盆地东北部，其中山区占61.0%，地势为西北高东南低，行政辖区面积共201.8万hm2，约占四川省总面积的4.2%。北与甘肃省接壤，西连阿坝藏族羌族自治州，东邻广元市，南接遂宁市，西南邻德阳市，东南接壤南充市（图1）。

绵阳市近年来城镇人口增长较快，城镇化率从2007年的38%上升到2017年的51.01%，年增长率1.3%，较快的城镇化率导致城市对资源的需求量增加，给生态环境带来了较大压力。绵阳市建设用地在2016年达到22300hm2，在有限的行政区域土地面积上，建设用地面积的增加，必将导致其他用地类型，如耕地、林地、草地等生态用地面积的减少，为市域的可持续发展带来困扰。

1.2研究方法

1.2.1数据来源与处理各类土地（耕地、草地、林地、建設用地、水域、化石能源用地）原始数据主要来源于《绵阳市统计年鉴》（2008—2017）、《绵阳市土地利用规划》以及各个区（县）统计年鉴。全球平均产量数据来源于FAO。

1.2.2生态承载力计算

1.2.2.1生态足迹计算

生态足迹是指一个地区在一定经济水平下，能够维系其可持续发展的自然资源。是把各类资源与产品的消耗量换算成实际生态生产性土地面积，再通过引入均衡因子把不同层面的生物生产力统一到一个层面进行计算，汇总得到该地区生态足迹。其计算模型如下：

1.2.2.3生态赤字与盈余=fe-Ce。当生态足迹大于生态承载力（fe>Ce）时，呈现为生态赤字，说明该地区生态承载力不足以支持其生态可持续发展的需要;当生态足迹小于生态承载力（fe

1.2.3生态保护红线划定方法生态保护红线由空间红线与阈值红线2部分组成，具体划定如下：（1）根据绵阳市生态功能区、生态环境敏感区，以及国家依法设立的自然环境保护区和禁止工业开发的禁开区四大区域划定空间红线，四大区域具体包含风景名胜区、湿地、水源地、森林公园、天然森林、国家级与省级自然保护区、文化遗产区以及四川省人民政府划定的禁止开发区域等。（2）通过计算绵阳市生态压力指数，确定绵阳市生态阈值，结合公式（1）、公式（2）计算出阈值红线面积，划定阈值红线。（3）将空间红线与阈值红线进行叠加获得绵阳市生态保护红线区域。

通过将生态足迹与生态承载力进行比较，得出绵阳市生态压力指数，其计算模型如下：

本研究参考了郭跃等学者对生态安全格局的相关研究[19]资料，同时参考了中国部分省（市）的生态安全评价方案，并结合绵阳市的社会经济发展和生态环境现状，结合生态压力指数划定标准（表1），对绵阳市生态安全等级进行划定（表2）。

本研究根据生态压力指数等级划定标准，结合相关测算结果确定绵阳市生态安全水平，选定较不安全水平的最大值1.5作为绵阳市生态压力阈值。认为当T=1.5时，绵阳市生态环境处于较不安全水平，其生态足迹较小，生态承载力退化，尚能维持该地区持续发展;当T<1.5时，绵阳市处于安全水平，其生态足迹小，生态承载力较强，环境具有可持续发展的能力较强;当T>1.5时，绵阳市处于极不安全水平，其生态足迹较大，生态承载力不足，难以维持该区域可持续发展。根据确定的生态压力阈值，结合各类土地人均生态足迹，代入公式（2）、公式（4），计算得出人均生态承载力、人均红线面积，再通过年鉴人口数据，最终计算出各类土地总红线面积。

2结果与分析

2.1生态足迹分析

绵阳市在2007—2016年间，各类土地人均生态足迹变化不大（表3、图2）。其中，总人均生态足迹在2008年出现了下降，随后至2012年一直处于上升状态，表明2008年地震对生态环境破坏较大，各类土地的生态足迹均受影响，人均资源消耗量降低;之后随着灾区重建、国家与地方重视、经济复苏，2009年开始呈现上升趋势;2013年及之后，随着环保意识的加强、全民参与环境保护等，使得各类土地资源消耗量有所减少，降低了人均生态足迹，最终稳定在1.5hm2左右。结构上耕地与化石能源地的生态足迹占比达到了74%，水域及草地所占比例较小，其余土地类型生态足迹占比不大，主要原因是居民对粮食、油料、糖料等资源需求量较大，使得耕地足迹占比较大;另外，人口数量增多，人们经济水平提高，各类车辆数量增加，对各种燃油以及天然气等能源需求量增加，使得化石能源地足迹占比较大。

2.2生态承载力分析

2007—2016年间，绵阳市各类土地人均生态承载力变化不大（表4、图3）。其中耕地从2007年的0.244hm2下降到了2016年的0.238hm2，表明随着人口的增加、城镇化的发展、耕地的占用，使得绵阳市耕地使用更加频繁;林地人均生态承载力下降了0.003hm2，表明绵阳市林地遭到破坏，需要加大力度保护森林。草地、建设用地、水域的人均生态承载力下降较为缓慢，其中水域人均生态承载力仅下降了5.814×10-6hm2，主要原因是绵阳市对草地、建设用地与水域的用地范围进行了严格控制，避免了对生态用地的过度占用，维持了几类生态用地的生态承载力。

2.3生态赤字与盈余分析

绵阳市生态足迹远远大于该地区的生态承载力，绵阳市处于生态赤字状态（表5、图4），表明该地区生态处于非健康状态，其中耕地生态赤字严重，主要原因是居民对各项资源的需求量增大，在有限的生态承载力下，耕地的生态足迹增大。具体耕地、化石能源地、草地、水域处于生态赤字状态，其中耕地人均生态赤字从2007年的0.697hm2下降至0.541hm2;草地人均生态赤字从0.219hm2下降至0.151hm2，说明绵阳市对耕地与林地的保护措施取得了较为积极的成效，使得其往可持续发展方向转化;化石能源地人均生态赤字从0.555降至0.263hm2，表明绵阳市近年来化石能源的消费量在减小，其中2008年受地震影响，化石能源消耗量下降较快，人均生态赤字降低至0.295hm2，其后经济快速发展，化石能源消耗量增多，人均生态赤字在上升，但总体上仍然呈现下降趋势;水域人均生态赤字从0.202hm2上升到了0.245hm2，表明绵阳市近几年对水产品的需求增大，同时没有对水域环境进行充分保护，致使水域的面积减小，最终导致该地区水域生态环境连续遭到破坏，生态赤字持续上升。但是，林地与建设用地呈现生态盈余状态，其生态环境保护良好，具有可持续发展的能力。具体而言，研究区域内本身有许多国家级风景名胜区，林地资源丰富，2018年，绵阳市政府办颁发《绵阳市“十三五”“生态环境保护规划》文件中提出，严格林地用途管制，实施封山育林、森林抚育等措施，依法对森林资源进行管理与保护。这一系列措施進一步加强了对森林用地的保护，使得林地生态承载力具有可持续能力，长期表现为生态盈余状态。虽然城市发展对建设用地需求较大，但绵阳市本身建设用地生态承载力较大，能够满足城市发展与建设的需要，使得绵阳市林地与建设用地处于生态盈余状态，为该地区的可持续发展提供了资源基础。

2.4生态保护红线划定

2.4.1绵阳市生态压力分析

根据前面的计算结果，将各类土地人均生态足迹、人均生态承载力按时间进行汇总代入公式（4）得出2007—2016年研究区域生态压力值，结果见表6。根据生态压力指数等级划定标准（表1），对比绵阳市生态压力计算结果可知，2007—2016年绵阳市总体上生态压力指数>1.5，表明该地区生态环境处于极不安全状态，影响未来该地区生态环境的管理与保护，其中2007年、2010—2012年生态压力更是达到了3.2以上，远超过生态压力标准的极不安全等级，表明这几年生态环境破坏严重，整体上生态压力较大。

2.4.2绵阳市生态保护阈值红线划定

根据汇总得出2007—2016年耕地、林地、建设用地的平均人均生态足迹、平均人均生态承载力、平均人均生态压力（表7）。计算得出其平均人均生态压力达到3.5左右，远超过较不安全水平阈值1.5，表明绵阳市耕地处于极不安全水平，与前面计算结果绵阳市耕地处于严重赤字相符。研究区域林地与建设用地处于生态盈余状态，计算得出2007—2016年林地与建设用地平均人均生态压力均小于0.5，处于安全状态。研究区域草地与水域本身面积较小，生态承载力较小，但居民对水产品与畜牧产品的需求较大，导致其生态承载力不能满足人们的需求，生态环境压力较大，因此将草地与水域全部面积纳入红线划定范围。

根据确定的较不安全水平阈值1.5，结合各类土地人均生态足迹，代入公式（2）、公式（4），结合年鉴人口数据，测算出各类土地总红线面积（表8）。由于绵阳市林地、建设用地本身面积较大，且生态压力指数小于0.5，因此红线面积较小，故本研究不对林地与建设用地实行阈值红线划定。另外绵阳市没有化石能源地，因此本研究也不對化石能源地进行阈值红线划定。根据计算结果，绵阳市耕地总红线面积远小于绵阳市实际耕地面积，因此本研究将绵阳市耕地面积全部划为红线区域，并结合ArcGIS软件对其他类型土地进行分析得出，绵阳市相应土地类型的生态阈值红线如图5-a所示。

2.4.3绵阳市域生态保护红线划定

通过提取绵阳市国家级、省级保护区面积包括风景名胜区、湿地、森林公园等区域面积，结合ArcGIS软件划定出空间红线区域如图5-b所示。

利用ArcGIS软件将上述生态阈值红线区与空间红线区进行叠加，得出研究区域生态保护红线区域如图5-c所示。

绵阳市生态阈值红线区域主要集中在涪城区、游仙区、安州区、江油市、梓潼县、三台县与盐亭县7个区（市、县），说明这几个区（市、县）生态压力较大，生态足迹远远大于其生态承载力，主要原因是这几个地区城市经济发展较快，城镇化速率增加，人们对粮食类、油类等资源需求量较大，建设用地增加，耕地、草地等生态用地被占用，致使其生态压力较大，阈值红线区域较多。平武县、北川县阈值红线区域较小，主要原因是该地区人口较少，资源需求量相对较少;同时受当地山地环境、交通的影响，经济发展较为缓慢，生态环境保护较好，其生态足迹远小于生态承载力，因此生态压力较小，阈值红线区域面积较小。空间红线集中分布在平武县、北川县、江油市，其他区（市、县）空间红线区域较小。绵阳市生态保护红线区域主要分布在涪城区、游仙区、安州区、梓潼县、三台县与盐亭县，其余区（市、县）生态保护红线区域较小。

通过划定生态保护红线区域，对人类活动进行警示，可达到保护生态环境的目的。同时，公众应加强环保意识、采取环保措施、加大环保力度、共同参与实现该地区的生态环境可持续发展。

3结论与建议

通过对绵阳市2007—2016年生态足迹、生态承载力的测算结合生态压力计算模型结合分析得出绵阳市总体上处于生态赤字状态，该研究区域承受的生态压力较大，需对生态环境实行强制保护措施;另外，生态赤字呈现逐渐下降的趋势，表明生态环境保护越来越好，政府的相关保护政策起到较好的控制作用。绵阳市生态承载力的减小可通过严格控制各类土地面积得以实现，生态足迹的减小可通过降低各类资源需求量，增加各类土地面积得以实现。具体还需要政府相关单位出台相应政策，采取保护措施应对环境恶化。通过划定生态保护红线区域，可以优化生态格局，保障生态环境安全，加强研究区域环境的可持续管理与经济的可持续发展。

根据研究结果，对研究区域生态保护红线划定提出如下建议：（1）优化国土空间，合理利用各类土地。绵阳市各类土地利用不充分，其中耕地面积紧缺，应加强耕地利用率，避免资源浪费，同时将未利用的土地充分利用或转化为耕地。草地与水域人均生态足迹较大，应建立相应的资源保护区，避免过度开发利用。（2）降低资源消耗量。耕地与草地人均生态承载力较低，应加强农耕技术培训，提高畜牧产品率，达到降低相对资源消耗量的目的，从而提高耕地与草地的生态承载力，减小生态环境压力。（3）加强与完善生态保护红线的相关保护制度。积极鼓励各级政府及有关部门参与生态保护红线的保护工作，开展生态保护红线联防联保工作，实现各层面管理网络，建立健全生态保护红线的保护制度。

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