河北省生态保护红线关键区的确定与建议

姚雪平， 陈艳梅， 马心宇

(1.河北师范大学资源与环境科学学院/河北省环境演变与生态建设重点实验室，河北石家庄 050024；2.河北师范大学旅游系，河北石家庄 050024)

生态环境是人类经济社会发展的基础。当今经济社会的高速发展，生态环境问题频发，生态环境形势日益严峻。国家采取了一系列保护生态环境的重大举措，建设了生态功能保护区、重要生态功能区和重点生态功能区。目前，划定生态保护红线，优化国土开发空间格局，保障国家和地区生态安全，越来越受关注。生态保护红线是依法在重点生态功能区、生态环境敏感区和脆弱区等划定的严格管控边界。生态保护红线区中也存在关键区域，是多类生态红线重叠、生态功能高值和生态脆弱敏感高值区，对于整个生态安全格局的构建起关键作用。目前，全国陆续开展了生态保护红线划定工作，江苏省、海南省、四川省、山东省、陕西省、湖南省、湖北省等先后划定生态保护红线，均实行分级分类管控。确定生态保护红线关键区能体现红线区的差异性，便于将来分级管理[1]，对加强生态环境保护与监管、改善生态环境质量、保障区域生态安全有重要意义。

目前，国内学者已做了很多生态保护红线划定工作及管理建设模式的研究。杨世凡等依据当地生态环境现状划定了贵州赤水河流域的生态保护红线，并对每类红线区提出了管理建议[2]；马世发等就省域国土空间红线的划定进行了探讨[3]；丁雨賝等以重庆市涪陵区义和镇为例，提出了山区生态保护红线的划定方法[4]；靳慧芳等对县域生态保护红线的划定进行了研究[5-6]；万军等结合“识—评—落—合”的技术流程，提出了城市生态保护红线的划定方法[7]；喻本德等探讨了生态保护红线的分区、分类、分级建设模式[8]；燕守广等划定了江苏省生态保护红线，并提出进行分级分类管理[9]。现有研究成果中多是将自然保护区的核心区、缓冲区、风景名胜区的核心景区等已有保护地划为一级管控区予以严格管理，但一些生态系统服务价值很高或生态敏感性很强的区域没有包含在内，这些区域也须要重点保护。同时，生态保护红线确定后，须要制定和实施相关的配套管理措施。目前，各地对划定生态保护红线后的建设管理与保护措施考虑不足，如何通过后期建设管理确保生态保护红线的功能发挥是今后研究需要重点关注的方向。本研究基于生态保护红线的相关理论和方法构建了确定生态保护红线关键区的概念模型和方法体系，即依据红线重叠区和高值区确定生态保护红线关键区的方法，并以河北省为例进行案例分析，提出了关键区后期建设管理与保护的措施，希望以关键区为试点示范区，积累管理经验和成果，带动其他红线区的管理建设。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

河北省地处华北平原北部，国土面积约18.88万km2，常住人口约7 384.00万。地势西北高东南低，地貌类型多样，高原、山地、丘陵、盆地、平原类型齐全，从西北向东南依次为坝上高原、燕山和太行山地和河北平原三大地貌单元。气候类型为温带半湿润半干旱大陆性气候，年均气温在4～13 ℃，平均日照时数2 500～3 100 h，年无霜期为120～200 d，年均降水量300～800 mm。省内河流属于海河和滦河水系，三级河流为滦河、永定河、子牙河、南运河、卫河，四级河流为潮白河、洋河、蓟运河、大清河、滏阳河、漳河，均为季节性河流。主要土壤类型为棕壤、栗钙土和潮土，主要植被类型为落叶阔叶林、灌木草原和温带草原。丰富的植被类型、生态群落以及各地区变化多样的降水量分布，使得省内物种资源丰富，共有国家级自然保护区13个。

1.2 数据来源

采用的数据有气象数据，来自中国气象数据网的中国地面气候标准值数据集，并用克里金插值方法得到全省降水、气温等数据；NDVI数据，来自美国USCS(https：//lpdaac.usgs.gov/)的16 d合成的MOD13数据，空间分辨率为250 m；NPP数据通过光能利用率模型计算得到；土壤数据、植被类型数据、土地利用类型数据、DEM数据等来自全国生态环境10年变化(2000年—2010年)遥感调查评估数据。

1.3 研究方法

首先，通过对重要生态功能和生态敏感脆弱性评价得出生态保护红线的范围。其中，重要生态功能包括水源涵养、土壤保持、防风固沙、生物多样性保护和洪水调蓄，生态敏感脆弱性包括水土流失和土地沙化。然后，采用层次分析法确定生态保护红线关键区的指标体系，在生态保护红线区内提取红线重叠区、生态功能和生态敏感脆弱高值区。最后，采用空间叠置法、相关分析法、专家集成法确定生态保护红线关键区。

1.3.1 生态保护红线划定方法 首先，对重要生态功能和生态敏感脆弱性进行评价，方法见参考文献[10-15]。进一步将重要生态功能评价结果在Arcmap中采用分位数法进行5级分类，即一般重要、较重要、中等重要、高度重要、极重要。根据分级结果，将极重要区域划定为生态保护红线范围。将生态敏感性评价结果分为5级，即不敏感、轻度敏感、中度敏感、高度敏感、极敏感。根据分级结果河北省境内未出现水土流失和土地沙化极敏感地区，因此将生态敏感性评价结果的高度敏感区域划为生态保护红线范围。然后，将自然保护区、公益林、国家级森林公园、地质公园、风景名胜区、饮用水源地和湿地公园七类禁止开发区列入生态保护红线范围。最后，采用地理信息系统空间分析技术，在统一空间参考系统下，对重要生态功能红线、生态敏感脆弱红线和禁止开发区红线进行空间叠加与综合分析，形成河北省生态保护红线范围。

1.3.2 生态保护红线关键区确定方法 借鉴生态功能区划的研究，结合区域生态环境和区位特征，构建划定生态保护红线关键区的概念模型，利用该模型来规范关键区划定技术流程。

K={Oi,H}；

式中：K表示生态保护红线关键区；Qi表示i种红线重叠区；H表示生态保护红线高值区；Wi为各指标的权重；Pi为各指标的值；n为评价指标项数，这里选取的指标包括水源涵养、土壤保持、防风固沙、生物多样性保护、洪水调蓄、水土流失和土地沙化等。

模型实现流程如下：(1)确定重叠区。运用Arcmap软件将各种生态保护红线属性表添加功能字段，并赋值为1。采用空间叠置法，将各种生态保护红线图层进行合并分析，并在属性表中添加重叠字段。通过字段计算器对重叠字段求和，得到重叠红线的种类数，导出数据即为红线重叠区。(2)提取高值区。生态保护红线区是生态功能极重要区和生态极敏感区，这些区域还能进一步筛选出高值区域，是精华中的精华，将这些高值区提取出来。由于各项指标的值域、性质存在较大差异，在提取高值区前须要对各项指标进行归一化处理，消除量纲影响，并将数值大小归纳到0～1之间[16]。运用变异系数法确定各指标的权重(表1)，通过Arcgis加权叠加分析将上述指标图层进行叠加分析[17]。对叠加后的图层采用自然间断点法进行5级分类，提取最高的栅格值为高值区[18]。(3)确定关键区。运用Arcgis的空间叠置分析功能，将生态保护红线重叠区和高值区进行叠加分析，得到生态保护红线关键区范围。依据关键区的空间格局、行政区划和占县国土面积的比例确定生态保护红线重点县。

表1 指标权重

2 河北省生态保护红线与关键区域

2.1 生态保护红线范围

河北省生态保护红线区理论评估总面积为 66 766.40 km2，占河北省国土面积的35.42%，主要分布在坝上高原、冀北燕山山区、冀西太行山区与冀西北间山盆地。其中，水源涵养功能红线区面积为37 306.66 km2，占河北省国土面积的19.79%，主要分布在冀北燕山山区、太行山山区及承德坝上高原东北部(图1-a)。土壤保持功能红线区面积为36 513.54 km2，占河北省国土面积的19.37%，主要分布在冀西太行山区以及冀北燕山山区(图1-b)。生物多样性保护功能红线区面积为8 654.44 km2，占河北省国土面积的 4.59%，主要分布在燕山、太行山，该红线区主要为国家级、重要省级自然保护区和重要湿地(图1-c)。防风固沙功能红线区面积为3 746.67 km2，占河北省国土面积的1.99%，主要分布在坝上高原、冀西北间山盆地(图1-d)。洪水调蓄功能红线区面积为1 582.75 km2，占河北省国土面积的0.84%，为河北省境内的重要水库、湿地和湖泊(图1-e)。水土流失敏感红线区面积为3 117.51 km2，占河北省国土面积的1.65%，主要位于冀西太行山区(图1-f)。土地沙化敏感红线区面积为3 566.22 km2，占河北省国土面积的1.89%，主要位于坝上高原西部、太行山以北、燕山以西(图1-g)。禁止开发区面积为27 963.00 km2，占河北省国土面积的14.83%(图1-h)。经过剔除人工建设用地和与地市对接得到河北生态保护红线落地结果(图1-i)，面积为47 086.99 km2，占河北省国土面积的24.98%。

2.2 生态保护红线关键区的划定结果

2.2.1 红线重叠区 研究区内2种红线重叠区面积为 22 402.97 km2，占整个红线区面积的33.55%；3种红线重叠区面积为6 964.85 km2， 占整个红线区面积的10.43%；4种红线重叠区面积为157.20 km2，占整个红线区面积的 0.24%；5种红线重叠区面积为0.39 km2，占整个红线区面积的0.000 6%。红线重叠区主要分布在冀北燕山山区和冀西太行山山区(图2)。燕山生态系统类型复杂，生物多样性较丰富，水资源充沛，水源涵养、土壤保持功能较强。太行山区地处海河上游，是黄土高原和华北平原的天然分界线，是冀中南平原的天然屏障，具有较强的土壤保持功能，同时该区域内生物种类繁多，水系发达，是生物多样性保护的重点区域。多种红线重叠区主要分布在省内各级自然保护区及其周边地区。

2.2.2 生态保护红线高值区 对水源涵养、土壤保持、防风固沙、生物多样性保护、洪水调蓄、水土流失和土地沙化图层进行加权叠加分析，得到综合评价结果在0.10～0.54。依据河北省生态环境现状和生态保护红线的空间格局，采用自然间断点法对综合评价的结果分为5级，将值在0.32以上区域划为高值区。河北省生态保护红线高值区面积为 7 265.51 km2，占整个红线区面积的10.88%(图3)。从地域分布上看，承德市、唐山与秦皇岛北部的燕山山地、张家口北部公益林所在地、石家庄、保定、邯郸、邢台的太行山山区等生态功能值相对较高。燕山山地植被覆盖率高，物种多样，水资源相对丰富，水源涵养、土壤保持和生物多样性保护功能较高。张家口公益林养护较好，北部防风固沙功能显著，同时也是土地沙化和水土流失的敏感高值区。太行山山区森林植被类型多样，土壤保持功能较强，但由于降水集中、人类活动频繁、矿区分布导致水土流失敏感性程度较高。此外，自然保护区所在地兼具生物多样性保护、水源涵养和土壤保持的功能，生态功系统服务价值很高。

2.2.3 生态保护红线关键区及所在县(市、区) 河北省生态保护红线关键区面积为8 443.34 km2，占红线区的 17.93%，占河北省国土面积的4.48%(图4)，主要分布在坝上草原和燕山太行山山地，共涉及80个县(市、区)。依据关键区的空间格局、行政区划和占县国土面积的比例，确定重点县(市、区)为关键区面积占县国土面积1%以上的县(市、区)，共有49个(表2)。

3 河北省生态保护红线关键区建设管理与保护措施

3.1 以生态红线区为生态源地，以关键区为战略节点，构建区域安全格局

生态源地是区域内生态服务功能较高的大型生态斑块，生态保护红线区包含重要生态功能、生态敏感脆弱区和禁止开发区，是生态源地构建的重要基础。生态战略节点是对区域生态安全具有关键作用的地点，是生态安全格局中最脆弱的地区，是将破碎源地连接起来的重要节点。生态保护红线中的关键区是生态系统服务功能最高和生态最敏感脆弱地区，是联系各生态源地之间的“跳板”和“踏脚石”。本研究确定的关键区多位于山体、河流、道路等生态廊道交叉处，是生态廊道上最脆弱区域，应予以重点保护和建设。因此，以生态保护红线关键区为战略节点，将生态源地与生态廊道联系起来，形成网状的空间布局，对区域生态安全格局的构建和区域生态系统结构和功能完整性具有重要作用。

表2 生态保护红线关键区总体情况

3.2 以生态保护红线管理机制建设为基础，突出关键区域的示范带头作用

关键区是生态保护红线中最重要的区域，以该区域为示范区，以典型县为试点建立红线管理机制，形成可复制、可推广的管理模式，可以对其他红线区域的管理建设起到示范带头作用。(1)以县级行政区为基本单元建立统一的管理协调机构。以环保局为牵头单位，成立关键区管理局，统一管理水利、林业、农业、旅游等部门。(2)制定关键区的管理制度。以平山县为例，关键区涉及自然保护区、五类红线重叠区和生态功能高值区，对自然保护区的管理应依照现有保护区条例管理，对其他红线重叠区和生态功能高值区依据其具体生态功能如土壤保持、生物多样性保护、涵养水源等制定专项保护与管理制度，制定负面清单，严格准入标准。(3)编制关键区登记表，构建关键区台账数据库，对关键区范围勘界定标。明确每个县关键区的基础地理信息、面积、生态功能、主要生态环境问题等，结合关键区原有平面控制点坐标，以高清正射影像图、地形图、地籍图等相关资料详细勘定管理边界，设立界桩，树立统一规范的标识标牌。(4)建立关键区管理监测动态信息系统。建立集地理定位、空间查询、数据更新和管理为一体的信息平台，主要实现关键区的数据查询、审批、遥感监测、整改、审核、验收审查、系统管理等功能，这样在项目审批实行过程中，就可以通过将矢量化的项目规划图与关键区图层叠加来进行项目审核与管理，实现管理的信息化和高效化。

3.3 明确生态保护红线关键区生态保护具体措施

关键区管理局作为统一管理部门，除了协调各部门制定管理制度外还要建立一套具体的生态保护措施，以便于实践和推广。以关键区涉及的典型县为例，选取太行山的阜平县、涉县，燕山的兴隆县、迁西县，坝上高原的尚义县作为生态保护红线关键区生态建设的试点县，制定具体的保护措施。阜平县和涉县是水土流失较严重区域，对于该区域关键区的生态保护应以治理水土流失为主，陡坡要封禁、抚育，缓坡低山地区逐步改为梯田，栽种经济林，套种杂粮，利用山沟修建集水渠，雨季蓄水，旱季浇灌。迁西县和兴隆县是水源涵养和生物多样性保护的重点县，对区域内的天然林要严禁砍伐，坡地实行退耕还林，对以果园和板栗林为主的经济林通过有计划的新造与定向改培，逐步更替到达年限的经济林种，抚育间伐。另外，重点保护雾灵山自然保护区的物种资源，在大黑汀水库水源涵养区清理网箱，建设生态河堤。尚义县是土地沙化的极敏感区，其生态保护红线关键区的生态保护应以退耕还林还草、围栏封育、划区轮牧为主，转变以天然牧草场为主的传统放牧方式，实行舍饲精养，以自然恢复和人工建设相结合建立网格状农林草复合生态系统和林带网格状结构的草地复合生态系统。

3.4 与国家重点生态功能县建设进行衔接，形成长效的生态补偿机制

近年来，国家先后建立了一批重点生态功能县[19-22]。其中，河北省共涉及28个重点县(市、区)，但是还有一些生态系统服务价值很高，地理区位很重要的县(市、区)没有包括在内，如承德的平泉水源涵养功能较强，邯郸的涉县土壤保持能力较强，同时水土流失敏感性程度较高，这些区域也须要重点保护。本研究划定的生态保护红线关键区共涉及49个重点县(市、区)，应该将平泉县、涉县、平山县等24个县(市、区)补充为国家重点生态功能县(图5)。这些国家重点生态功能县为了保护区域生态环境，牺牲了许多发展的机会，应该实施相应的生态补偿。将本研究补充的24个重点生态功能县纳入到生态补偿体系，明确其生态功能定位，根据其生态建设成本确地补偿标准，并形成长效化的补偿机制，为后期其他红线区的生态补偿提供经验。

4 讨论与结论

现有研究成果中，有的将生态保护红线分为一、二级管控区[1，9]，也有将红线分为刚性红线和弹性红线[4]，已有方法多是将自然保护区的核心区缓冲区，饮用水源地的一级保护区等已有保护区和生态系统良好、生物多样性丰富区为一级管控区或刚性红线，给以重点保护。已公布的生态保护红线划定方法中，缺乏对生态系统服务高值区或生态敏感高值区的考虑，对已有法律保护区外的一级红线管控区的确定缺乏科学与方法依据。本研究基于生态保护红线和生态安全格局的研究方法，构建了确定生态保护红线关键区的概念模型，从多类红线重叠区和生态保护红线高值区2个方面，尝试划定生态保护红线关键区，建立了一套划定生态保护红线关键区的技术流程和方法，并以河北省为例进行了实践分析，提出了关键区的管理与保护措施，希望以关键区为示范区带动整个红线区的管理建设。

基于生态保护红线的划定理论与方法过程，构建了确定生态保护红线关键区的概念模型和方法体系，确定了生态保护红线关键区地理范围和行政位置，并对其建设与保护提出了建议。(1)河北省生态保护红线区总面积为 47 086.99 km2，占河北省国土面积的24.98%。河北省生态保护红线重叠区面积为22 402.97 km2，占整个红线区面积的33.55%；生态保护红线高值区面积为7 265.51 km2，占整个红线区面积的10.88%；生态保护红线关键区面积为为 8 443.34 km2，占红线区的17.93%，占河北省国土面积的 4.48%。(2)河北省生态保护红线关键区建设管理与保护措施：一是以生态红线区为生态源地，以关键区为战略节点，构建区域安全格局；二是以生态保护红线管理机制建设为基础，突出关键区域的示范带头作用；三是明确生态保护红线关键区生态保护具体措施；四是与国家重点生态功能县建设进行衔接，形成长效的生态补偿机制。

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