生态退化风险视角下的资源枯竭型城市国土空间生态保护修复——以大余县为例

张晓平,胡紫红,张 璐

(1. 东华理工大学测绘工程学院,江西 南昌 330013; 2. 广东国地规划科技股份有限公司,广东 广州510650)

2008—2013年,国家先后确定了69个资源枯竭型城市[1]。因长期资源开采,该类城市生态退化、资源逐渐枯竭、经济效益递减[2],生态保护修复面临任务繁重、风险加剧、基础薄弱、缺乏长期有效监管机制等诸多严峻挑战[3],如何开展资源枯竭型城市生态保护修复成为亟待解决的问题。针对生态保护修复,学者们围绕矿山地质环境问题[4-5]、森林质量低下[6-7]、河流污染[8-9]、草原水土流失[10-11]等具体生态问题形成了一系列研究。近年,全域生态保护修复逐渐被关注,如城市生态系统综合修复[12-13],市或县域生态安全格局构建[14-15]。相关研究区域遍及资源型地区[14]、生态型城市[16]、自然保护区[17]、生态屏障区[18]等,但鲜有涉及资源枯竭型城市。2021年,世界自然保护联盟正式将生态退化风险评估运用于生态系统恢复[19],生态退化风险评估是生态修复的前提与基础[20-21]。对资源型枯竭城市而言,已破坏土地的生态修复与重建需耗费大量人力、物力和财力[22]。同时,城市转型发展带来较大压力,因此其势必仍面临一定的生态退化风险。为此,本文拟针对资源枯竭型城市生态保护修复问题,以江西省大余县为研究区,评估区域生态退化风险,提出生态保护修复策略,为资源枯竭型城市国土空间生态保护修复提供参考。

1 研究区及数据源

大余县位于江西省的南部,隶属江西省赣州市,下辖8个镇、3个乡。全县面积共1368 km2,东西长127.5 km,南北宽25 km,整体东西向长条形分布。境内矿产资源十分丰富,西北部因地质运动的影响而盛产钨矿,矿产资源开采百年有余。作为“世界钨都”,矿产资源带动经济产业发展的同时,也对大余县生态环境造成严重创伤。长期露天开采挖损和废石废渣堆放给当地土地资源带来了不同程度的破坏,也易诱发滑坡和泥石流等地质灾害。同时,地下开采矿产资源形成地表剥离和地下采空,造成地表植被破坏、边坡高凸及地面沉降。2012年,大余县被评定为资源枯竭型城市,目前矿山总数为59个,其中已废弃的有13个,其余均为持证开采矿山。

大余县2020年土地利用变更调查数据(1∶10 000),以及永久基本农田、矿产资源、生态保护红线、自然保护地、交通等数据从大余县自然资源局获取,数字高程模型(digital elevation model,DEM)和2020年30 m Landsat 8 OLI 影像来源于地理空间数据云平台。此外,研究数据还包括2020年1 km气象数据和人口密度数据(来源于地理监测云平台)、2020年500 m 净初级生产力(net primary production,NPP)及夜光遥感数据(national polar-orbiting partnership-visible infrared imaging radiometer suite, NPP-VIIRS)(来源于美国国家航空航天局)、以及1 km土壤数据(来源于国家青藏高原科学数据中心)[23]。

2 生态退化风险评价方法

2.1 生态退化风险评价指标体系

生态退化是因自然或人类活动导致的一种生态系统逆向发展的过程,主要通过其净化环境的能力、组成、结构、功能等方面的变化来体现。生态退化风险是生态系统受干扰后可能由健康稳定状态退化为不稳定状态的程度,主要受系统内部自身生态功能状况、系统受外界影响压力及抵抗外界干扰的能力3个因素的影响[20]。内部自身生态功能状况指生态系统功能的维持情况,比如生态系统生物多样性、防风固沙能力及水土保持能力等;系统受外界影响压力主要源于人类活动造成的压力,包括人口压力、经济压力及资源压力等;抵抗外界干扰的能力指受外界干扰时自身恢复的能力,涉及植被、土壤等要素的恢复能力。

从生态功能维持力、生态自我恢复力、生态压力3个维度构建生态退化风险评价指标体系[24](见表1)。其中,生态功能维持力包含土壤保持力和水源涵养维护力;生态自我恢复力用组织力、恢复力和活力表征;因资源枯竭型城市仍有部分矿业活动,生态压力维度中除人口压力、资源压力和经济发展压力外,还考虑了矿业开采压力的影响。生态退化风险共有9个指标度量,土壤侵蚀量采用土壤流失方程计算[25-26],水源涵养能力由区域水量平衡方程求取[27-28],植被覆盖度对Landsat 8 OLI 影像进行波段运算所得,植被净初级生产力通过校正后的NPP数据表示,土壤有机质含量运用土壤数据库中的土壤有机质含量属性表示,垦殖率为每平方千米耕地面积占比,人口密度为每平方人口数量,采矿影响程度按照采矿影响范围确定[29],夜间灯光指数为NPP-VIIRS重采样到500 m的像元亮度值(digital number,DN)。各指标权重依据层次分析法计算,通过咨询环境相关领域和部门专家,判断两个指标之间的相对重要性,建立判断矩阵,确定每个指标的权重大小。进行一致性检验,临界比值(critical ration,CR)均在0.1以下。

表1 生态系统退化风险评价指标体系

2.2 生态退化风险评价模型

评价因子度量方式差异,采用极差标准法标准化处理,正向指标和逆向指标计算公式如式(1)—式(2)所示。在指标权重基础上,采用综合指数法对生态退化风险程度进行计算,如式(3)所示。

(1)

(2)

(3)

式(1)—式(3)中,y为指标x标准化后指数;xmin为指标x最小值;xmax为指标x最大值;Y为标准化综合分值;Wi为指标i的权重;yi为指标i标准化后指数;n为评价指标个数,本文中n为9。

根据权重计算各像元生态退化风险的综合指数后按照大小排序,划分[0,0.2]、(0.2,0.4]、(0.4,0.6]、(0.6,0.8]、(0.8,1]5个区间,分别对应稳定区、临界区、轻度退化风险区、中度退化风险区和重度退化风险区。

3 生态退化风险评价结果

(1)大余县生态退化风险总体较低。大余县生态退化风险最大值为0.68,最小值为0.05,平均值为0.29(如图1(a)所示)。中度退化风险区、轻度退化风险区、生态退化临界区和生态稳定区面积依次为20.05、372.51、359.32和591.79 km2,分别占全县土地总面积的1.50%、27.72%、26.74%和44.04%(如图1(b)所示)。将轻度退化风险区和中度退化风险区作为生态退化风险区,占全县总面积的29.22%。上述数据表明,大余县生态退化风险总体较低。其主要原因为大余县面临的生态压力不大,且具有较强的生态自我恢复力。全县植被净初级生产力平均值为786.68 g/m2,同时土壤有机质含量平均值为1.75%,植被覆盖度平均值为83.15%,在江西省均处于较高水平,作为全国主体功能区试点示范县及江西省生态文明示范县,大余生态自我恢复力强,降低了其生态退化风险。另外,全县垦殖率、夜间灯光指数及人口密度平均值分别为0.09、0.41和225人/km2,均处于较低水平,同时受采矿影响的国土空间仅限于局部范围,因此全县面临的生态压力总体不大。

图1 大余县生态退化风险的空间分布

(2)大余县生态退化风险空间集聚特征显著,呈“四片一带”格局。“四片一带”指西部、西南部、北部、东南部四片和东部平原带。西南片主要为生态稳定区,同时存在少量零星分布的生态退化临界区,该区域植被净初级生产能力较好,水系丰富,但水源涵养能力和土壤保持功能欠佳,生态环境较敏感。东南片除个别生态退化临界区外,基本为生态稳定区,该区域为丘陵山区地貌,各山谷集中连片分布耕地,存在一定的资源压力,但区域整体远离矿区,生态压力总体较小,生态功能维持力和生态自我恢复力均较好,生态环境质量整体较好。西部片区呈现生态退化临界区及轻度退化风险区混合分布特征,主要原因是该区域高程较高且坡度较大,植被状况良好,与高度的矿业开采压力和较差的土壤有机质相互影响。约76.65%的轻度退化风险区分布于大余县北部,该区域虽然植被覆盖度较高,生态功能维持能力较好,但大面积地下开采矿区的分布是该区域面临轻度退化风险的主要原因。东部平原带呈现生态退化临界区及中度、轻度退化风险区混合分布特征,该区域地势平坦,交通设施齐全,人类活动频繁,存在一定的人口压力、经济压力和资源压力。中度退化风险区全部位于东部平原带,沿国道G323分布,除了经济活跃因素外,还因国道沿线周边分布一些露天非金属矿点。

(3)生态压力是局部生态退化风险的主要原因,其中矿业开采压力是导致局部生态压力升高的关键因素。全县生态压力总值为192.99,生态功能维持力为34.23,生态自我恢复力为153.32,生态压力在生态退化风险中的贡献为50.71%,表明大余县生态退化风险的主要原因是生态压力。在生态压力层面,采矿影响程度的贡献达89.18%,说明矿业开采压力明显导致大余县局部生态退化风险增大。大余县作为资源枯竭型城市,矿业开采进入衰退期,集中于北部和西部进行地下开采,但仍然面临开采中的废弃物压占损毁土地,地面塌陷、地质滑坡等地质灾害及重金属和废弃物污染等压力。

4 大余县国土空间生态保护修复策略

4.1 生态保护修复分区

在生态退化风险评价结果的基础上,叠加采矿影响范围、生态保护红线、自然保护地及高速公路进行生态保护修复分区(如图2所示)。将北部和最西部评价结果为轻度退化,同时处于采矿影响范围内的区域划分为生态治理区;将西部生态退化评价结果为稳定、生态保护红线和自然保护地大面积覆盖的区域划分为生态涵养区;将生态退化风险评价结果为稳定且在高速公路南侧的区域划分为生态保育区;将生态退化风险评价结果为临界、非金属采矿影响范围在内的东部平原带划分为生态提升区。同时,为保证分区结果的连续性,将小斑块纳入临近的大区域。

图2 大余县国土空间生态保护修复分区

4.2 生态保护修复策略

(1)生态治理区生态保护修复策略。生态治理区总面积为536.81 km2,是受全县采矿影响程度最大的区域,也是资源枯竭型城市矿山生态环境治理的重点区域,面临较大的地质灾害隐患和重金属污染。建议对该区域定期开展地质灾害调查工作,对灾害易发区和已塌陷区应进行综合治理改造;从采矿源头减少重金属污染,并针对已经受污染的农用地积极展开重金属污染治理;回收废石、废渣和尾矿等固体废弃物中的有价元素,对废石矿区、裸露岩石区、尾矿处和荒山处进行客土回填。

(2)生态涵养区生态保护修复策略。生态涵养区总面积为315.36 km2,该区域有油罗口国家森林公园和章水国家湿地公园,水系丰富,是全县居民用水的重要来源区域,水源涵养能力有待提高。该区域建议针对水库建立多个不同级别的水源地保护区并设立防护网,300 m范围内禁止建设与水利、供水等无关的一切活动和旅游活动;结合现状河流水面,在章江上游进行河流廊道建设工程,连接水库水面,为丘陵山区长藤结瓜式水利系统规划奠定基础。

(3)生态保育区生态保护修复策略。生态保育区总面积为210.16 km2,该区域受矿业活动开采的影响较小,区域整体生态环境质量较好,需要减少对该区域生态系统的干扰,维系生态系统的正常功能。在该区域,建议对林相均匀、成林希望较大的林地进行封山育林,禁止进行与林业生产或生态建设无关的工作;在高速公路处每隔20 km设置一处野生动物通道,并定期对野生动物通道进行管护和监测,以期维持生态保育区生物多样性功能。

(4)生态提升区生态保护修复策略。生态提升区总面积为281.35 km2,该区域是全县永久基本农田保护红线和城镇开发边界分布最多的区域,受人类活动干扰最大。在该区域,建议开展山水林田城乡综合整治,山林造林绿化、补植,农林用地综合整理,控制农业面源污染,城乡综合美化;控制和减少河流现有内源污染,定期清理河流沿线岸边垃圾;开展道路绿色建设工程,在公路用地和铁路用地两侧各设置50 m的植物缓冲带,在铁路处每隔20 km设置一处野生动物通道。

5 结 语

本文以江西省大余县为研究区,根据生态退化风险理论,考虑系统外部压力及内部恢复力和维持力等因素,兼顾矿业开采的影响,识别了区域生态退化风险及空间差异,划分了生态保护修复区,提出了生态保护修复的区域差异化策略,为系统性推进大余县国土空间生态保护修复提供了指导。大余县生态退化风险空间集聚特征显著,呈现“四片一带”的空间格局。作为资源枯竭型城市,大余县生态退化风险较低,主要原因为大余县森林覆盖率高,面临的生态压力不大,且具有较强的生态自我恢复力。在大余县国土空间生态保护修复工作中,解决矿业开采带来的生态环境问题是重中之重,尤其在北部和西部的生态治理区,应加强地质灾害治理和重金属污染防治,以及尾矿、废弃物处理。另外,在支撑大余转型发展的东部平原带,尤其是国道G323沿线,应开展全域土地综合整治,以缓解经济发展带来的生态退化风险。

需要说明的是,本文仅是一个静态的分析,而生态退化和矿业开采是一个动态过程,若能综合区域社会发展阶段和矿业开采历程分析资源枯竭型城市生态系统退化规律及退化风险,将为资源枯竭型城市国土空间生态修复提供更有力支撑。