生态保护红线监管台账关键技术研究与应用

史园莉,高吉喜,张文国,申 振,申文明,张宏伟,肖 桐,马万栋,蔡明勇,毕晓玲,任致华

生态环境部卫星环境应用中心, 北京 100094

我国生态环境总体比较脆弱,生态安全形势十分严峻。生态保护红线是指在生态空间范围内具有特殊重要生态功能、必须强制性严格保护的区域,是保障和维护国家生态安全的底线和生命线,通常包括具有重要水源涵养、生物多样性维护、水土保持、防风固沙、海岸生态稳定等功能的生态功能重要区域,以及水土流失、土地沙化、石漠化等生态环境敏感脆弱区域[1]。2015年我国新修订的《环境保护法》明确规定国家在重点生态功能区、生态环境敏感区和脆弱区等区域划定生态保护红线[2]。2017年5月,原环境保护部、国家发改委联合发布正式版《生态保护红线划定指南》[3]。2018年至今,我国处于生态保护红线划定与评估调整阶段。目前,全国生态保护红线划定工作已经接近尾声[4—7]。下一步,如何严守生态保护红线,开展生态保护红线监管成为当前重要的问题。基于台账思路的生态保护红线监测评估体系是落实划定并严守生态保护红线的重要保障,是构建生态保护红线监管业务体系并实现制度化运行,确保生态保护红线制度实现真正意义上“落地”的关键命题之一[8]。

近年来,国内外许多组织和科研机构都在采用不同的编制方法和技术路线推进自然资源、农业资源、土地调查、水利资源等方面的台账建设的工作。从国际角度来看,许多发达国家和地区已较早的开展自然资源调查方面的工作[9—11]。美国从20世纪初开始开展国家资源存量调查,目前已经非常成熟；英国在1974—2008年期间共进行了5次乡村调查,调查区域和调查内容不断增大；澳大利亚政府从20世纪90年代起,每5年对全国生态环境开展一次全面普查,做出系统评估,并向议会提交详细的环境评估报告；日本从20世纪50年代开始,每5年进行一次全国森林资源调查试点工作,宏观上把握全国森林资源现状和预测动态,以判断森林经营和利用是否会造成森林资源枯竭。从国内角度来看,我国生态资源调查相关工作起步较晚。2006年,我国开始建立国家土地督察制度,问题台账管理是土地督察业务体系的重要组成部分[12—14]。2010—2012年,我国开展第一次全国水利普查,以台账建设为重点工作,以县级行政区划为基本工作单元,对河流湖泊基本情况、水利工程基本情况、经济社会用水情况、河流湖泊治理保护情况、水土保持情况、水利行业能力建设情况等信息进行了普查[15—16]。2014年,我国启动第一批生态文明先行示范区建设,探索编制自然资源资产负债表、对领导干部实行自然资源资产离任审计[17—18]。2016—2018年,我国开展了国家重要农业资源台账制度建设项目研究,建立了重要农业资源台账清单,基本摸清了试点地区水、土、气、生、农业废弃物等重要农业资源底数[19—21]。2020年,生态环境部正式启用自然保护地人类活动监管系统[22],初步构建形成了疑似问题线索“遥感发现-地面核查-监督执法”的主动发现监管体系,实现了人类活动信息的台账化管理维护。2021年,我国印发了《生态保护红线监管技术规范台账数据库建设(试行)》等生态保护红线监管系列技术规范[23—24],以规范和指导生态保护红线监管数据库建设工作。

总之,从分类到综合,从实物到价值,从存量到流量,已成为国内外生态资源、自然资源资产调查、评估和核算的共识[25]。本文针对生态保护红线“生态功能不降低、面积不减少、性质不改变”的管控目标[26],以县级行政区为基本单元,构建基于“空间台账-表单台账”相融合的台账新型组织与管理方式,实现了生态保护红线面积、红线性质、红线功能和红线管理等监管要素的全要素、全生命周期、时空一体化的全过程台账化监管。同时,以宁夏回族自治区泾源县为例,建设了泾源县生态保护红线监管5大类24本台账,并开展了2010—2020年期间泾源县红线分布、用地类型、人类活动、植被覆盖度、生态功能、人口和国内生产总值(GDP)等方面的应用分析,为生态保护红线的智能化、业务化监管提供参考。

1 生态保护红线监管台账体系

结合生态保护红线监管指标体系[5],基于“空间台账-表单台账”相融合的台账组织和管理方式(图1),采用从分类到综合、从实物到价值、从存量到流量、从图斑到行政区的技术体系,将生态保护红线、土地利用、植被覆盖度、水源涵养、水土保持、防风固沙、社会经济等监管要素的空间数据和统计数据相结合,构建了红线面积、红线性质、红线功能、红线管理和其他等五大类台账(表1)。

表1 生态保护红线监管台账清单

图1 生态保护红线监管台账组织体系

1.1 红线面积台账

以县级行政区为基本单元,记录某一时间节点(或年度)生态保护红线面积信息的电子表单账本,支撑“面积不减少”管控要求。主要包括生态保护红线边界台账、调入红线台账、调出红线台账和自然保护地台账4本台账。可反映生态保护红线面积及占比、评估调整面积变化、红线内外自然保护地面积及占比、红线图斑数量等属性信息。

1.2 红线性质台账

以县级行政区为基本单元,记录某一时间节点(或年度)生态保护红线性质信息的电子表单账本,支撑“性质不改变”管控要求。主要包括疑似生态破坏问题台账、生态破坏问题台账、人类活动实地核查台账、整改问题台账、生态修复台账、红线内保留的人类活动台账、红线内逐步退出的人类活动台账、海岸线台账、用地类型台账9本台账。可反映生态破坏、生态修复等活动各阶段人类活动的面积、占比与数量、红线内外各用地类型的面积与占比等属性信息。

1.3 红线功能台账

以县级行政区为基本单元,记录某一时间节点(或年度)生态保护红线生态功能信息的电子表单账本,支撑“生态功能不降低”管控要求。主要包括植被覆盖度台账、水源涵养台账、水土保持台账、防风固沙台账、生物多样性维护台账、洪水调蓄台账、海岸防护台账等22本台账。可反映红线水源涵养、水土保持、防风固沙、生物多样性维护、洪水调蓄和海岸防护等功能量、价值量和重要性评价,以及水土流失、石漠化、土地沙化与盐渍化等敏感脆弱性评价等信息。

1.4 红线管理台账

以县级行政区为基本单元,记录某一时间节点(或年度)生态保护红线管理能力相关信息的电子表单账本,主要包括红线制度与落实台账、公众满意度台账、生态破坏与环境污染台账、界桩台账、标识牌台账5本台账。可反映红线监管经费、人员数量、公众满意度、生态破坏与环境污染事件等信息。

1.5 其他台账

以县级行政区为基本单元,记录某一时间节点(或年度)生态保护红线特色指标、社会经济相关信息的电子表单账本,主要包括水环境质量台账、空气环境质量台账、土壤环境质量台账、外来入侵物种台账、河湖自然岸线台账、地面监测站点台账、人口台账、GDP台账等台账。

2 关键技术

2.1 生态破坏问题全生命周期台账管理

基于“本底-变化-现状”的工作思路,利用高分辨率卫星遥感影像和深度学习技术快速识别疑似生态破坏问题,构建生态保护红线生态破坏问题全生命周期监管体系(图2),建立疑似破坏问题台账、实地核实台账、确定问题台账、整改问题台账、生态修复台账等台账,贯穿生态破坏问题从发现到整改再到修复的全过程。各台账之间相互衔接相互关联,以生态破坏问题图斑为对象,以问题图斑编号为唯一标识,以生态修复为导向,进行问题的管理、关联与跟踪,实现生态保护红线生态破坏问题图斑“事前-事中-事后”[27]的全生命周期监管。以此为基础,生态破坏问题监管结果可用于监督执法、绩效考核和生态补偿等,推动生态破坏问题的全链条闭环监管。

图2 生态破坏问题全生命周期台账管理

2.2 红线监管全要素精细化台账管理

构建以生态网格为单元的生态保护红线全要素、一体化、精细化监管台账,横向集成以生态空间、生活空间、生产空间三大分类体系为核心的国土空间全要素空间利用台账(图3),既与传统的土地覆被/土地利用分类体系相衔接,又重点突出了国土空间规划与利用的科学性；纵向贯穿土地利用类型、植被覆盖度、水源涵养、水土保持、防风固沙、洪水调蓄、海岸防护等全要素生态监管台账(图3),拓展生态保护红线监管的生态空间应用分析深度。以此为基础,集成分析生态保护红线监测评估结果,定量跟踪生态保护红线边界调整变化,分析生态保护红线面积空间对比和生态功能影响；定量核算生态保护红线的各种生态系统类型面积和用地性质的变化,分析自然生态空间“生态盈亏”及其流向；定量分析生态保护红线主导服务功能的变化情况,分析生态服务功能“生态盈亏”及其变化原因。

图3 全要素精细化台账管理

2.3 多源数据时空一体化台账管理

将传统表单台账和地理空间台账相融合,实现“遥感影像-空间台账-表单台账-管理台账”相结合的全方位时空一体化生态保护红线台账管理(图4)。针对生态保护红线边界,构建以红线图斑为基本单元的红线边界空间台账,以及以县级行政区为基本单元的红线面积表单台账；针对生态破坏问题,构建以生态破坏问题矢量图斑为单元的生态破坏问题空间台账,以及以县级行政区为基本单元的生态破坏问题表单台账；针对生态功能等栅格数据,构建以县级行政区为单元的植被覆盖度、水源涵养、水土保持等生态功能栅格空间台账,以及生态功能的实物量、价值量、盈亏量等生态功能表单台账。以此为基础,集成卫星遥感、无人机、野外固定台站和样地样方等观测数据,以及生态环境行业专题统计数据、公众举报和社会监督数据,形成生态保护红线监管时空一体化“大数据”体系。

图4 多源数据时空一体化台账管理

3 应用分析

泾源县位于六盘山东麓,隶属宁夏回族自治区固原市。地势西北高、东南低,属温带半湿润区,为森林草原类型气候,呈“春寒、夏凉、秋短、冬长”的特点,是国家级重点生态功能区,宁夏南部重要的生态屏障和森林水源涵养地[28]。

3.1 数据来源

本文建设了泾源县生态保护红线监管台账,共24本。其中,生态保护红线边界与自然保护地数据来自于2018年宁夏回族自治区政府正式发布的数据[29]；2010、2015、2020年三期土地利用数据和2010—2019年十年植被覆盖度产品来自于国家科技支撑计划项目； 2010、2015、2020三期水源涵养、水土保持、防风固沙服务功能数据来自于全国生态状况变化遥感调查评估项目；2015年居民点数据来自于国家基础地理信息中心；2011—2020年人口和GDP数据来源于《宁夏统计年鉴》[30]。

3.2 结果分析

3.2.1 红线分布分析

利用泾源县2018年生态保护红线边界数据,统计了生态保护红线名称、红线类型、自然保护地名称、自然保护地类型、自然保护地级别、面积占比等信息,建设了泾源县2018年生态保护红线面积台账(表2)。经分析,泾源县2018年生态保护红线面积为577.58km2,占行政区面积51.07%(图5)；生态保护红线区域全部为自然保护地,占泾源县自然保护地总面积的95.78%。可见,绝大部分自然保护地都纳入了生态保护红线。

表2 泾源县2018年生态保护红线面积台账示例

图5 泾源县2018年划定生态保护红线分布图

3.2.2 土地利用分析

利用泾源县2010、2015、2020年三期土地利用数据,统计了用地面积、类型、占比、统计年份等信息,建设了泾源县2010、2015、2020年三期用地类型台账(表3)。经分析,2020年,生态保护红线内林地、草地等自然生态系统面积占比分别为89.55%和9.86%(图6)。可见,红线区域绝大部分为自然生态系统。

图6 泾源县2020年红线内与行政区用地类型对比图

表3 泾源县红线内用地类型台账示例

3.2.3 人类活动分析

利用泾源县2015年居民点和《宁夏统计年鉴》[29]数据,统计了居民点数量、类型、人口、GDP等信息,建设了泾源县2011—2020年社会经济台账(表4)。经分析,2015年,泾源县共有188处居民点,其中红线内有24处,占比12.76%。可见,红线内的居民点密度很低。另外,2011—2020年期间泾源县GDP稳步提升(图7),应加强人类活动监管。

图7 2011—2020年泾源县人口与国内生产总值(GDP)变化趋势

表4 泾源县社会经济台账示例

3.2.4 植被覆盖度分析

利用泾源县2010—2019年植被覆盖度数据集,统计了历年红线内生长季植被覆盖度最大值、均值、最小值、统计年份等信息,建设了泾源县2010—2019年生态保护红线植被覆盖度台账(表5)。经分析,2010—2019年期间,泾源县生态保护红线内生长季植被覆盖度总体上保持稳定(图8),2017年略有下降,主要原因为2017年降雨量减少约三分之一[29]。

表5 泾源县红线内生长季植被覆盖度台账示例

3.2.5 生态功能分析

利用泾源县2010、2015、2020年水源涵养、水土保持、防风固沙评估数据,分别统计了水源涵养、水土保持、防风固沙服务功能量、评估模型、统计年份等信息,建设了泾源县2010、2015、2020年水源涵养、水土保持和防风固沙台账(表6)。经分析,2020年红线内水源涵养、水土保持、防风固沙功能量分别占全县的比例为77.39%、67.72%、61.43%(图9)。可见,生态保护红线保护了生态空间绝大部分的重要生态功能。

图8 2010—2019年泾源县红线内生长季植被覆盖度平均值变化趋势

图9 泾源县2020年红线内和行政区生态功能量对比图

表6 泾源县红线内生态功能台账示例

4 结论

生态保护红线监管台账的研究是一项极其复杂的基础性、系统性的工作,需要充分融合生态学、地理学、卫星遥感、地理信息系统、数据库、会计学等各学科的基础理论知识。目前,通过理论探索和试点应用分析,生态保护红线监管台账研究工作取得了一些重要进展,基本实现了生态保护红线面积、红线性质、红线功能和红线管理等内容的全要素、全生命周期、时空一体化的全过程台账监管。但生态保护红线监管台账的研究尚处于起步和探索阶段,需要持续研究。下一步,需借助人工智能、物联网、5G、云计算、大数据等技术,有待突破多源生态环境监测数据汇聚整合、大数据分析等关键环节,进一步挖掘国产卫星在生态遥感参数产品生产能力,提升生态服务功能的遥感评估水平,加强统筹生态保护红线、自然保护地、重要生态功能区、生物多样性保护优先区等生态空间监测监管和互联互通,逐步实现生态保护红线监管台账的标准化、科学化、系统化、定量化、业务化,推动生态保护红线监管向智能感知、智能预警、智能决策、智能服务[31]方向发展,以切实保障国家和区域生态安全格局。