基于功能性和敏感性的洛阳市生态分区研究

梁静一，吴柏清，2

（1.成都理工大学旅游与城乡规划学院，成都 610059；2.四川省高校哲学社会科学重点研究基地—青藏高原及其东缘人文地理研究中心，成都 610059）

适宜的生态环境是人类赖以生存的保障［1］。生态系统服务功能和生态敏感性是生态系统研究关注的重要指标［2-4］。生态系统服务功能重要性评价可以揭示生态系统服务的数量和空间差异性，明晰一定区域内各种生态系统服务的重要区域［5］。生态环境敏感性评价揭示的是生态系统在受到自然和人类活动干扰时，引发生态环境问题的可能性大小，可以由此确定区域内生态环境的敏感程度和空间分布特征。国外对生态系统服务功能和生态敏感性的研究较早，起源于20 世纪，属于生态环境学领域，利用数学相关模型，制定不同的生态研究指标，着眼于现实环境，综合考虑多方面研究尺度，取得了一定的研究成果。与国外相比，国内相关区划研究开始比较晚，首先是研究自然、气候、农业分区，然后逐渐向生态学侧重，针对区域内不同的自然条件和空间特征进行分区研究［6，7］。国内研究大多基于单方面表征生态重要性，对多方面综合评价生态保护重要性及分区的研究较少［8］。目前，中国生态环境越来越受到国家和人民的重视，大量的学者们也进行了有关生态分区的研究［9，10］。

本研究通过对洛阳市生态系统服务功能重要性和生态敏感性进行评价，从而划分不同的区域，能够更加有效地指导城市生态环境的保护，抑制生态环境恶化问题，促进生态结构的恢复，完善生态功能，以期为推进生态文明建设和生态可持续发展提供参考。

1 研究区概况及数据获取

1.1 研究区概况

洛阳市因地处洛河之阳而得名，是中华文明的重要发源地，境内有多处都城遗址，有“十三朝古都”之称，国务院首批公布的国家历史文化名城之一。从古至今都是中原重要城市，是一座历史文化名城。洛阳市位于河南省西部，是中国第二阶梯向第三阶梯过渡地带，区内高差悬殊达2 000 余米，地势西高东低，境内地形较为复杂，有山川、丘陵和平原；地处东经112°16′—112°37′，北纬34°32′—34°45′，全市国土总面积为15 230 km2；横跨黄河中下游南北两岸，地理位置优越（图1）。洛阳市属暖温带半干旱大陆性气候，季风环流显著，光照充足，四季特征分明，其特点为春季干燥，夏季炎热，秋季昼暖夜寒，冬季寒冷少照。截至2020 年底，洛阳市下辖1 个县级市、8 个县和6 个区，作为一个重工业城市，同时也是河南省第二大城市，洛阳市的城市规模和经济水平对该省发展具有重要意义。

图1 研究区位置示意

1.2 数据获取

本研究以洛阳市为研究区域，为了保证研究的科学性，使用空间数据和文本数据进行研究。首先运用空间数据对洛阳市生态情况进行分析，然后结合文本数据，完善研究内容。

1）空间数据。包括矢量数据和栅格数据。矢量数据有行政边界；栅格数据有植被净初级生产力（NPP）、数字高程模型（DEM）、土壤数据、海拔、归一化植被指数（NDVI）数据，对于收集到的气象数据进行空间插值，得到相应的栅格数据（表1）。数据之间的存贮格式存在较大差别，因此需要对数据进行统一处理，针对以上几种类型的数据主要运用了地理配准图件进行坐标定义，以及对栅格数据、矢量数据分别进行坐标投影，应用ArcGIS 软件将数据进行投影转换，所有空间数据最终转换为Gauss-Kruger投影，降低数据误差，形成有效可参考的空间数据，以便后期研究顺利开展。

表1 洛阳市相关空间数据及来源

2）文本数据。来自洛阳市自然资源局等官方政府网站，以及第三方平台收集的相关规划方案、生态环境状况公报等相关文本。

1.3 研究方法

本研究依据生态环境部颁布实施的《生态保护红线划定指南》（环办生态〔2017〕48 号）和自然资源部颁布实施的《资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价技术指南（试行）》，使用其中的模型评估法对洛阳市生态系统服务功能重要性和生态敏感性进行评价，将各评价指标均归一化到0～1 参与计算，最后将生态系统服务功能重要性划分为极重要、高度重要、重要、比较重要、一般重要5 个等级，将生态敏感性划分为极敏感、高度敏感、敏感、比较敏感、一般敏感5 个等级。

1.3.1 生态系统服务功能重要性评价 生态系统服务功能重要性评价可以揭示生态系统服务的数量和空间差异性，明晰一定区域内各种生态系统服务的重要区域。根据研究区生态系统特点，本研究从水源涵养、水土保持、生物多样性和防风固沙4 个方面进行其功能重要性评价。

1）水源涵养功能。水源涵养功能计算公式如下。

式中，NPPmean为多年植被净初级生产力平均值（gC/m2·年）；Fsic为土壤渗流因子；Fpre为多年平均降水量因子（mm）；Fslo为坡度因子（°）。

2）水土保持功能。水土保持功能计算公式如下。

式中，NPPmean为多年植被净初级生产力平均值［gC/（m2·年）］；Fslo为坡度因子（°）；K为土壤可蚀性因子。

3）生物多样性维护功能。生物多样性维护功能计算公式如下。

式中，NPPmean为多年植被净初级生产力平均值［gC/（m2·年）］；Fpre为多年平均降水量因子（mm）；Ftem为插值得到的多年平均温度（℃）；Falt为海拔因子（m）。

4）防风固沙功能。防风固沙功能计算公式如下。

式中，NPPmean为多年植被净初级生产力平均值［gC/（m2·年）］；K为土壤可蚀性因子；Fq为多年平均气候侵蚀力；u为2 m 高处的月平均风速（m/s）；ETPi为月潜在蒸发量（mm）；Pi为月降水量（mm）；d为当月天数（d）；Ti为月平均气温（℃）；ri为月平均相对湿度（%）；D为地表粗糙度因子；θ为坡度（°）。

1.3.2 生态敏感性评价 生态环境敏感性评价揭示的是生态系统在受到自然和人类活动干扰时，引发生态环境问题的可能性大小，可以由此确定区域内生态环境的敏感程度和空间分布特征。根据研究区生态系统特点，本研究从水土流失敏感性、土地沙化敏感性、石漠化敏感性3 个方面进行评价。

1）水土流失敏感性。水土流失敏感性计算公式如下。

式中，R为降雨侵蚀力因子；K为土壤可蚀性因子；LS为地形起伏度因子；C为植被覆盖度因子（%）。

2）土地沙化敏感性。土地沙化敏感性计算公式如下。

式中，I为干燥度指数（%）；W为起风沙天数（d）；K为土壤质地；C为植被覆盖度因子（%）。

3）石漠化敏感性。石漠化敏感性计算公式如下。

式中，D为生态系统类型；P为地形坡度（°）；C为植被覆盖度因子（%）。

2 结果与分析

2.1 生态系统服务功能重要性评价结果

2.1.1 水源涵养服务功能重要性评价结果 洛阳市跨黄河、长江、淮河三大水系，但大部分属于黄河流域。水源涵养服务功能重要性在空间上的分布呈南高北低的趋势，重要区主要集中在栾川县、嵩县周围区域，这些地区地势较高，山川丘陵交错，伊河和北汝河流经此区域，且建有陆浑水库，水源涵养功能较高（图2a）。

2.1.2 水土保持服务功能重要性评价结果 水土保持服务功能重要性极重要区、高度重要区以及重要区主要集中在栾川县、嵩县西部以及洛宁县南部地区，这些地区建有多个自然保护区和国家森林公园，森林资源丰富，植被覆盖率较高，且土壤可蚀性较小，不易受雨水侵蚀，水土保持效果较好（图2b）。

2.1.3 生物多样性服务功能重要性评价结果 生物多样性维护功能极重要区、高度重要区以及重要区主要集中在栾川县和嵩县南部地区，该区域多年植被净初级生产力平均值较高，森林资源丰富，动植物物种丰富，建有多个自然保护区和国家森林公园，对维持生物多样性具有重要作用（图2c）。

2.1.4 防风固沙服务功能重要性评价结果 防风固沙服务功能重要区在空间上分布较广，由于洛阳市近年来施工频繁，扬尘现象较为严重，因此城区内防风固沙功能较低（图2d）。

2.1.5 生态系统服务功能重要性评价结果 生态系统服务功能重要性极重要区和高度重要区主要集中在洛阳市南部地区；重要区主要集中在洛阳市西部地区，北部孟津县也有分布；比较重要区在洛阳市北部分布较多；一般重要区较少零星分布。总体来看，多条河流流经洛阳市，且该市设立多个自然保护区和国家森林公园，生态系统服务功能相对完善，生态环境状况良好（图2e）。

图2 生态系统服务功能重要性空间分布

2.2 生态敏感性评价结果

2.2.1 水土流失敏感性评价结果 洛阳市水土流失极敏感区和高度敏感区在汝阳县南部及嵩县西部少数乡镇零散分布，敏感区在洛阳市南部少量零星分布，比较敏感区和一般敏感区分布较广，占全市面积的95%以上，整体而言，洛阳市水土流失敏感性程度较低（图3a）。

2.2.2 土地沙化敏感性评价结果 土地沙化高度敏感区在洛宁县东北部、宜阳县中部以及栾川县北部部分乡镇少量分布，敏感区在洛宁县、宜阳县、伊川县、栾川县、新安县等地区有所分布，其余为比较敏感区和一般敏感区，占比较高，分布范围较广，各个县域均有分布。总体来看，洛阳市中部部分乡镇存在土地沙化敏感现象（图3b）。

2.2.3 石漠化敏感性评价结果 石漠化敏感性较高区域大多集中在洛宁县，嵩县、宜阳县、汝阳县等部分乡镇有少量分布，占比最高的为比较敏感区和一般敏感区，分布范围较广，各个县域均有分布（图3c）。

2.2.4 生态敏感性评价结果 洛阳市生态敏感性以比较敏感为主，在各个县域内均有分布，洛阳市中部以及西北部部分乡镇为高度敏感区和敏感区，总体来看，敏感性程度偏低。山地和丘陵交错地区，敏感性程度较高，人类活动会破坏地表植被、损害地形地貌，使得地区生态较为敏感，可能会引发水土流失等自然地质灾害，对生态环境造成破坏（图3d）。

图3 生态敏感性空间分布

2.3 生态环境分区管控

生态功能分区是依据区域内生态服务功能和生态敏感性的空间特征，结合生态现状，综合考虑区域内水、森林、土地、生物等多种生态要素，将区域划分为具有不同特征的生态区域的过程［11］。使环境保护更加高效合理，对因地制宜地实施生态管控有重要意义［12］。依据上述对生态系统服务功能重要性和生态敏感性的评价结果，并结合其生态现状对研究区进行生态分区，最终将研究区分为6 个区域（图4）。

图4 洛阳市生态分区

2.3.1 水源涵养、水土保持及生物多样性维护重要区 该区域的水源涵养服务功能、水土保持服务功能和生物多样性服务功能较高，主要包括栾川县和嵩县大部分乡镇，境内有熊耳山、老君山及其分支山脉；流经伊河、北汝河两大河流，并且建有陆浑水库，水文条件优良；建立伏牛山国家级自然保护区、熊耳山省级自然保护区等多个自然保护区以及白云山国家森林公园、天池山国家森林公园、花果山国家森林公园、神灵寨国家森林公园等多个森林公园，生态环境良好，水土保持和水源涵养功能较强，且具有丰富的动物资源、植物资源和旅游资源，从而完善生态功能类型，形成了森林生态系统和湿地生态系统［13］。

该区域生态服务功能较高，植被覆盖率较高，要注意保护和维护，提高森林生态的稳定性，保护水源涵养功能，维护生物多样性，主张走保护与开发并重的道路，大力发展当地生态旅游资源，维护生态环境的同时带动经济发展。

2.3.2 水土流失预防治理区 该区域地形高差加大，且夏季降水较集中，造成水土流失隐患较大。从空间分布上来看极敏感区在汝阳县城南部与嵩县相接处的部分乡镇，由于人类修建水库以及其他不合理的土地利用，使得区域内植被覆盖度降低，原有地质环境遭到一定程度的破坏，水土保持能力降低，这是形成水土流失敏感的主要原因［14］。

对于该区域应积极恢复植被，提高覆盖率，同时加大退耕还林还草，大力发展雨水集流、节水灌溉工程，禁止开展陡坡开荒等农业生产，施工的同时要注意生态环境的保护，关注长远生态，预防水土流失的发生。

2.3.3 石漠化调控治理区 洛阳市生态环境局下发的2019 年生态环境状况公报中显示，洛宁县的土地胁迫指数为全市第二，偏高。该区域森林覆盖率略低，包含低山区和丘陵，地形复杂，裸岩荒山面积大，坡度陡，抗干扰能力差；该区域因大规模施工使植被遭到破坏，随处可见光秃秃的土地，地表失去保护，从而出现土壤易被冲蚀的现象；人类对水资源的污染使得水利工程的功能退化，河流淤积严重，无法涵养水源，同时破坏一些动物的生存环境，生态系统变得敏感脆弱［15］。

该区域建有故县水库，应在兴修水利的同时关注河流蓄洪灌溉能力，防止功能下降，同时应加强湿地保护，植树造林，维持生物多样性，对石漠化现象优先进行调控。

2.3.4 土地沙化调控治理区 从地形地貌上来看，该区域地块相对破碎，且大面积的丘陵被开垦，土壤上植被遭到破坏，土地裸露，造成土壤结构松散、含水量减少，土地生产力下降［16］。

该区域要加强草地退化和土地沙化的治理，坚持退耕还林还草；合理调配洛河周围居民的生活、生产和生态用水，合理利用水资源；禁止乱挖滥伐，保护土壤结构，防止土壤中水分和有机质的流失，科学规划和调控生态问题。

2.3.5 城区生态治理区 洛阳市生态环境局下发的2019 年生态环境状况公报中显示，洛阳市辖区生物丰富度指数最低，植被覆盖指数最低，土地胁迫指数最高，污染负荷指数最高，EI（生态环境状况指数）最低，生态环境质量类型为一般。

在河南省的发展格局中，洛阳市一直处于重要地位，作为一个重工业城市，洛阳市工业的发展使得经济水平不断提高、居民人均收入不断增加，推动城市规模不断扩大，并带动了周边地区的发展。显而易见，工业化发展会带来一系列的环境问题：废气、废水、废渣的排放会造成大气和水资源的破坏［17］；大型施工过程中，会破坏植被、毁坏土壤结构，引发水土流失等自然灾害；该区域人口、建筑密度大，瀍河区、涧西区、洛龙区等部分工业占地面积大，使得生态保护功能重要性低［18］。

对于该区域需要采取积极的管制措施，一方面要推动经济、工业的发展，保障广大人民生存的需求，另一方面，要更加注重生态环境的治理保护，加大道路两侧的绿化，加强对施工企业的监管力度，注重日常维护管理，在市区宣传栏进行生态可持续宣讲，提高人民的生态意识，大力推进可持续发展。

2.3.6 生态恢复区 该区域生态环境整体上略优，可能受水系及地形因子影响［19］。该区域主要包含伊川县、新安县、偃师市大部分乡镇以及周边乡镇，地处豫西低山丘陵区，气候条件温和，属于自然生态类型较为齐全的地区，早些年，由于该区域与洛阳市中心城区邻接，受工业发展和矿山开采的影响，林地不断被建设用地占用，人类活动频繁，使得生态环境一度恶化。

随着人类对生态的重视程度慢慢提高，该区域的生态环境已经在逐步好转。政府大力实施退耕还林、工矿废弃地复垦、矿山环境治理、生物多样性保护和水源涵养保护等工作；小浪底水库和西霞院水库带动了周围生态功能的提高；区域内青要山自然保护区和郁山森林公园的建立也对生物多样性的保护提供了一定的帮助，推动了经济社会和生态环境的和谐发展［20］。

3 小结

本研究通过对洛阳市生态系统服务功能和生态敏感性两方面进行评价，并把握区域特征，依照主导功能，明确生态保护的目标，并进行分区，主要研究结论如下。

1）洛阳市生态服务功能整体上呈西高东低的趋势，与该地区地势特征相照应，总体来看，生态系统服务功能重要性程度较高，一般重要区占比最少，零散分布；洛阳市中部和西北部地区较为敏感，主要分布在洛宁县、宜阳县的部分乡镇，其余大多数地区敏感性程度较低。

2）根据各单项评价以及综合评价结果，并结合地区地形地貌、生态主导功能和现实特征，将研究区分为水源涵养、水土保持及生物多样性维护重要区，水土流失预防治理区，石漠化调控治理区，土地沙化调控治理区，城区生态治理区，生态恢复区6 个区域，并针对不同区域因地制宜地提出相应的保护治理建议，提供有效引导，使生态管控更加合理。

由于生态系统包含的要素种类繁多，生态研究的难点之一在于从整体上分析统筹布局［21］。本研究仅选取个别要素利用模型法进行研究，因此结论存在一定的局限性，在今后的研究中可以继续优化完善评价体系，多方面考虑生态因素，同时也要考虑制度、社会等对生态环境的影响，更加系统全面地进行相关研究。