广西环境功能综合评价及其空间分异研究

步秀芹，罗若婷，赵海君，马蔚纯，曾广庆

(1.广西壮族自治区 环境保护科学研究院，南宁 530022； 2.复旦大学 环境科学与工程系，上海 200433)

我国幅员辽阔，地区间自然地理和社会发展差异巨大，因此，综合考虑区域社会、经济、资源、环境等要素，进行环境分区管控，是优化我国国土空间管控的重要举措之一．环境功能区划是在国家主体功能区划指导下，从环境保护与管理的角度，同时考虑社会、经济、人口等影响因素，分区制定环保目标并明确环境管控措施，实施环境空间分区管控，增强环境管理与污染防治能力的部门综合规划，是实现国土资源空间管控的主要途径和实施手段[1]．

环境功能综合评价是环境功能区划的重要依据和基础，它分别从保障自然生态安全、维护人群健康及环境支撑力3个维度考察区域环境功能的综合状况，定量研究区域发展的现状．它采用了以自然界限和行政区划相结合的评价模式，更真实地反映出区域或局地环境状况．它也是直接体现环境功能区划编制原则中“科学评估，尊重自然”的主要技术途径[2]．

近十多年来，我国学者对生态环境功能评价已经开展了较多的研究．余新晓等从水源涵养、土壤保持、维护生物多样性等方面研究了中国森林生态系统的服务价值功能[3]．许开鹏、王金南等提出了我国环境功能综合评价的指标体系和技术方法，并将其应用于全国尺度的环境功能区划研究[4-5]．国家环保部环境规划院在2012年提出了《环境功能区划编制技术指南(试行)》(以下简称“技术指南”)，规范了省级层面环境功能综合评价的技术方法．但由于我国地域广大，不同省份之间自然地理条件、生态环境状况和经济社会发展水平存在较大差异，“技术指南”所推荐的技术方法还需要依据具体区域的特点和实际进一步实现本地化．同时，也需要更多的实证研究对相应技术方法的适用性进行检验．

本文在总体上采用“技术指南”中提供的方法，并依据广西实际对方法进行了局部改进，在此基础上，对广西自治区的环境功能开展综合评价，并进一步研究了其空间分异．最后，本文还对“技术指南”中环境功能综合评价方法提出了改进建议．

1 研究区域

广西壮族自治区位于我国西南沿海，南临北部湾，西南与越南接壤，是西南最快速便捷的出海关口，是东盟与中国大陆经济交往的重要桥梁．广西地处云贵高原东南边缘，地势大体是西北高，东南低，属山地丘陵性盆地地貌．广西矿产资源种类丰富，分布广；河流众多，水能资源蕴藏量大；国家重点保护野生植物及珍稀种类众多．

近年来，广西社会经济快速发展，全自治区常住人口已达4754万(2014年)，地区生产总值从2005年的3984亿元增加到2014年的15672.97亿元，人均生产总值由8590元增加到33212.48元．与此同时，广西产业结构调整也取得重大进展，第一、二、三产业增加值占生产总值的比重由2005年的22.2∶37.0∶40.8调整为2014年的15.4∶46.8∶37.8[6]．

目前，广西自治区环境质量状况总体较好，据《2014年广西壮族自治区环境状况公报》(广西环保厅，2015)显示，2014年广西14个设区市环境空气质量均达标，优良天数比例为95.6%；境内河流水质总体良好，39条主要河流的水质达标率为93.1%，18座水库水质达到Ⅲ类标准，1座水库水质为Ⅳ类．但广西也存在一些不容忽视的生态环境问题： 2012年，广西水土流失面积达281.22万公顷，占全区土地总面积的12%；2014年，广西岩溶土地面积达833万公顷，占广西土地总面积的35.0%，其中石漠化土地面积193万公顷，占岩溶土地面积的23.1%．

2 技术方法与数据来源

“技术指南”综合了主体功能区划和生态功能区划的指标体系和评价的具体方法，此外，本文的研究还借鉴了《省级主体功能区划分技术规程》(国家发展和改革委员会规划司，2008)[7]、《生态功能区划技术暂行规程》(国务院西部地区开发领导小组办公室、国家环境保护总局，2003)[8]．

2.1 指标体系

“技术指南”提供了环境功能综合评价指标体系，分别有一级指标3个，二级指标9个，三级指标21个．由于广西地处南方，沙漠化和土壤盐渍化对广西的影响较小，因此，根据广西的特点，在自然生态安全指标中，删除了沙漠化敏感性、盐渍化敏感性及防风固沙重要性3个三级指标．由于土壤环境质量的监测点较少，且代表性不强，因此，也删除了土壤环境质量的指标．最终确定的广西环境功能综合评价指标体系如表1所示．

表1 广西环境功能综合评价指标体系

(续表)

*： 这里指单位国土面积的污染物排放量．

2.2 技术方法

在中国，县域行政区划是我国独立核算的基本行政、经济单元，也是具有完整统计数据的行政单元，有利于社会、经济等各项数据的获得．在本文研究中，采用以网格为基础评价单元，将网格与县域行政区划相结合的技术方法，以便更好地反映环境功能的空间分布特征．

利用地理信息系统(Geographic Information System, GIS)平台的数据集成和空间叠置分析技术，对全自治区进行环境功能综合评价．环境功能综合评价指数(A)由3个一级指标计算得出．计算方法如下[2]：

A=K×P2-P1,

(1)

式中：P1为保障自然生态安全指数；P2为维护人群健康指数；K为区域环境支撑能力指数．

A值越高的地区，环境功能越偏向于维护人群健康，反之则偏向保障自然生态安全．

大部分表1中的各级指标均采用“技术指南”中给出的方法计算指标值．由于数据的可获得性或技术上原因，本研究中对部分指标的计算方法进行了改进．主要是：

(1) 在水土保持重要性评价中，采用通用土壤流失方程(Universal Soil Loss Equation, USLE)进行土壤保持量的测算．将标准化后的土壤保持功能评估单元划分为高[0.8～1.0]、较高[0.6～0.8)、中[0.4～0.6)、较低[0.2～0.4)、低[0～0.2)(方括号为包含，圆括号为不包含)5个等级，分别对应于土壤保持敏感性评价中的不敏感、轻度敏感、中度敏感、高度敏感、极敏感，依次赋值为1、2、3、4、5．

(2) 在生物多样性维护重要性评价中，以生物生境质量指数[9]反映区域生物多样性维护重要性，间接反映一个地区生物物种数量丰富程度．该指数从区域生境质量、生境稀缺性两个方面评价区域生物多样性维持功能．将生物生境质量中的“低、较低、中、较高、高”5个等级在生物多样性维护重要性评价中对应为“不重要、较重要、中等重要、重要和极重要”，依次赋值为1、2、3、4、5．

(3) 在基础指标坡度的计算中，以数字高程模型(Digital Elevation Model, DEM)为基础，采用地理信息系统软件ArcGIS)中的slope功能进行坡度计算和分析．在植被覆盖度计算中，运用遥感图像处理软件ENVI(The Environment for Visualizing Images)对归一化植被指数(Normalized Differential Vegetation Index, NDVI)影像进行处理，从而计算植被覆盖度，计算公式如下：

Ci=(NDVI-NDVIsoil)/(NDVIveg-NDVIsoil)，

(2)

式中：NDVIveg为完全植被覆盖地表所贡献的信息，NDVIsoil为无植被覆盖地表所贡献的信息．

(4) 对于标准化的区域环境支撑能力指数K．若定义：

(3)

K=f(P3).

(4)

在全国国土空间分析评价中K取值范围为0.9～1.1之间，省级区划可以根据实际情况调整．可以在P3指标评价完成之后，考察P3值的分布，如果其分布与国土空间开发格局一致性较高，可适当扩大K的取值范围，反之如果P3值随机性较高，则K的取值范围不宜大．广西P3值随机性较高，因此，在本研究中，对P3通过正弦变换，转化为取值在0.9～1.1内的标准化指数K．具体计算公式如下[10]：

(5)

2.3 数据来源

生态系统敏感性指数和生态系统重要性指数计算中所需要的基础指标数据分别来自广西水利厅、国土资源厅和广西测绘院以及《广西主体功能区区划研究报告》(广西主体功能区规划编制工作领导小组办公室、广西师范学院，2009)、《广西生态系统服务功能十年变化(2000—2010年)调查与评估》(广西环境保护科学研究院，2014)等研究报告．NDVI来自地理空间数据云(Geospatial Data Cloud, GSCloud)提供的数据MODND1M 中国1kmNDVI月合成产品(TERRA星)．土地利用数据来自美国Landsat卫星遥感图像解译(2014年)．

人口相关数据来自《广西统计年鉴(2011—2015)》[11]、《广西城市(县城)建设统计年报(2015)》(广西住建厅，2016)；经济相关数据来自《广西统计年鉴(2011—2015)》．环境相关数据来自《广西环境统计数据库(2014)》(广西环保厅，2014)、《广西主体功能区区划研究报告》；《广西大气环境容量研究报告》(广西环保厅，2011)、《广西水环境容量研究报告》(广西环保厅，2011)和《2014年广西环境质量状况》(广西环保厅，2015)．建设用地相关统计数据来自《广西城市(县城)建设统计年报(2011)》(广西住建厅，2012)，水资源相关数据来自《广西统计年鉴(2012)》[12]和《广西主体功能区区划研究报告》．

3 评价结果及其空间分异

3.1 生态系统敏感性

生态系统敏感性评价依据土壤侵蚀敏感性和石漠化敏感性的评价结果．土壤侵蚀敏感性主要受地形、降水量、土壤质地和地表覆盖的影响，从图1(a)中可见，西北、西部和东北部以喀斯特地貌为主，土壤侵蚀敏感程度很高，而中南部、南部、东南部相对较低．全自治区土壤侵蚀极敏感和高度敏感区域分别占全区面积的23.06%和28.83%；而不敏感区域占全区面积的10.41%．

广西是我国主要的岩溶地区，是桂黔滇喀斯特石漠化防治区的核心区之一，有接近一半的土地属于喀斯特地形．其中广西中部、西部及北部地区都有不同程度的石漠化现象发生．

依照评价标准，喀斯特地形、植被覆盖度和坡度是衡量石漠化敏感程度的主要指标．自然环境因素使得这些区域容易受到石漠化的影响，同时人为因素也起着重要作用．从图1(b)中可见，广西石漠化敏感性区域在中北部地区较多，其中，极敏感和高度敏感区域占全区面积的11.6%，中度敏感区占全区面积为11.51%，轻度敏感区域占全区面积为19.57%；其余地区为不敏感区域．

图1(c)给出了广西生态系统敏感性评价的结果．生态系统极敏感和高度敏感区域主要分布在西部、西北部以及西南、东北的部分地区，两者覆盖了广西60%以上的国土面积；而不敏感区主要集中在广西南部及东南部平原地区，仅占国土面积的9.07%．

图1 广西生态系统敏感性评价Fig.1 Assessment of ecosystem sensitivity in Guangxi

3.2 生态系统重要性

生态系统重要性评价依据水源涵养重要性、水土保持重要性和生物多样性维护重要性的评价结果．

广西水源涵养重要性评价按照区县为单位，从图2(a)可以看到，水源涵养重要性较高地区主要分布在桂北和桂西，这里是全区水源涵养的主要区域，也是我国珠江流域、长江流域的重要发源地之一；而中部地区相对重要性较低．在各重要性等级中，中等重要性区域面积最大，占全区面积的34.62%，其次是较高重要性，占27.22%．而高重要性和不重要面积分别占国土面积的14.01%和24.15%．

广西水土保持极重要区域，主要分布在桂西、桂西北和桂东北，占全区国土面积的20%左右，受土壤侵蚀敏感性影响较大．中等重要区域约占不到10%，其他大部分地区水土保持重要性等级较低．

图2(c)给出了广西生物多样性维护重要性评价结果．全自治区生物多样性维护极重要区域面积较大，主要分布在桂西、桂西北、桂西南及桂东北、桂东地区，占全区土地面积的40%以上．这些地区多位于偏远山区，受人类活动影响较小，生态系统复杂，生物物种资源十分丰富．而人口集聚较多的中部、东南部地区生物多样性维护重要性较低．广西从北向南横跨3个生物气候带： 中亚热带、南亚热带和北热带；其生态系统类型也多种多样，有森林、灌丛、农田、湿地等，同时每种类型又包括多种气候型和土壤型．广西是我国生物资源极为丰富的地区，生物资源种类居全国第三位，因此，整体上广西生物多样性维护重要性较高[13]．

图2 广西生态系统重要性评价Fig.2 Assessment of ecosystem importance in Guangxi

3.3 生态系统重要性评价及空间分异

图2(d)给出了广西生态系统重要性评价结果．广西生态系统重要性整体较高，全自治区超过2/3的国土面积具有极高的生态系统重要性．从空间分布上来看，广西东部、东北部、北部、西北部、西部、西南部的大部分地区均是生态系统极重要和重要的区域．

3.4 人口集聚度与经济发展水平

图3给出了以区县为评价单元的广西人口集聚度与经济发展水平评价结果．从图3(a)中可见，广西人口集聚度主要以较低和低集聚度为主，有48个区县为低集聚度，另有22个区县属于较低集聚度，而属于较高和高集聚度的区县仅有4个．从空间分布上看，广西北部、西北部和西南部人口集聚度较低，而广西中南部，特别是沿海地带人口集聚度较高，总体上从北向南集聚度明显上升．同时广西人口向大城市集中的趋势明显，高集聚度的地区主要是地级市的市辖区．

广西经济发展水平高的区域集中在中南部、东北部和东部，共有4个区县属于高经济发展水平．而较低经济发展水平的区县主要集中在北部、西北部和中部偏北的部分地区．经济发展水平指数除考虑地区经济发展现状，还充分考虑了各地经济发展潜力，评价结果可以反映过去5年的发展态势，这使得一些目前人均GDP不高但发展迅速地区的经济发展潜力得到了很好体现.2010年，中国—东盟自由贸易区建立后，广西和越南等国贸易量增大，整体发展迅猛，使得广西经济发展水平不断提高．

图3 广西人口集聚度与经济发展水平评价Fig.3 Assessment of population agglomeration and economic development level in Guangxi

3.5 环境容量与环境质量

图4给出了以区县为评价单元的广西环境容量评价结果．从图中可知，广西绝大部分区县环境容量无超载，出现超载现象的区县也以轻度、中度为主．仅一个市辖区出现重度超载．同时，我们注意到广西环境容量超载地区呈现以下两个特点： (1) 环境容量超载的行政单元中市辖区较多．在超载的区县中，有9个为地级市的市辖区，占超载区县数的32.15%，而全部的地级市市辖区为14个，超载率达到64%以上.(2) 从空间分布上讲，环境容量超载的区域主要集中在中南部，而西北部较少．这显然与当地经济发展程度和自然保护的要求相关．

根据广西2014年环境质量监测数据，广西仅有2个区县为中度污染，1个县为轻度污染，其他区县的环境质量均为良．可见，总体上目前广西的环境质量良好．

3.6 污染物排放强度

图5给出了以区县为评价单元的广西污染物排放强度评价结果．从图中可知，广西污染排放强度总体不高，高排放强度和较高排放强度的区县分别仅有3个和15个，两者合计仅占区县总数的20.5%，其余区县均为中等及中等以下排放强度，而低和较低排放强度的区县合计超过区县数的50%．从空间分布上看，污染排放强度的地域特征明显，总体上说中部、南部至东南部较高，西北部较低，与人口集聚度分布大体一致．

图4 广西环境容量评价结果Fig.4 Assessment result of environmental capacity in Guangxi

图5 广西污染排放强度评价结果Fig.5 Assessment result of pollution intensity in Guangxi

3.7 人均可利用土地资源与水资源

图6和图7分别给出了以区县为评价单元的广西人均可利用土地资源与水资源评价结果．

从图6可知，广西人均可利用土地资源总体属于中等和较丰富级别，有79个区县属于这两类．各区县人均可利用土地资源相对平均，但是市辖区和周边县的差异依然明显．如柳州市市辖区评价为人均可利用土地资源缺乏，但是与之相邻的鹿寨县则土地资源丰富．

从图7可知，广西绝大部分区县人均可利用水资源丰富，仅在中部和东南部的个别区县人均水资源缺乏或较缺乏．广西地处低纬度地区，北回归线横贯中部，全年受海洋暖湿气流和北方干冷气团交替影响，气候温暖，雨量充沛，水资源总体丰富．

图6 广西人均可利用土地资源评价结果Fig.6 Assessment result of per capita availability of land resources in Guangxi

图7 广西人均可利用水资源评价结果Fig.7 Assessment result of per capita availability of water resources in Guangxi

3.8 环境功能综合评价

图8 广西环境功能综合评价结果Fig.8 Comprehensive assessment result of environmental function in Guangxi

图8和表2(看76页)给出了广西环境功能综合评价结果．图8中参考环境功能综合评价指数A值的几何分布频率进行分档，A≤-2.81为高自然生态保障区，-2.81

从表2中可见，广西属于较高或高自然生态保障区的区县比例合计达54%，这两类功能区的面积也占全自治区面积的60%左右，这说明广西50%以上区县的主导环境功能为自然生态保障，大部分国土面积以自然生态保障功能为主．而属于高开发建设区和较高开发建设区的区县仅有13个，这两类功能区的面积也仅占全自治区的14.8%，可见，目前从总体上看，广西的整个开发建设强度不高．

广西植被茂密，雨水充足，地形复杂，造成生物多样性资源极其丰富．同时由于喀斯特地貌的分布及自然地形多变，各地可利用土地面积分布不一，造成经济发展和人口集聚程度不均衡．这些因素加上历史上经济发展相对滞后的状况，造成了目前广西环境功能空间分布的差异．

表2 广西环境功能综合评价结果统计

4 讨 论

1) 数据的可获得性依然是一个亟需解决的问题．环境功能综合评价指标体系的计算需要较多的基础数据，涉及气象、水文、国土资源、环保等多方面，这些数据具有多源性、分布式的特征，分布在相互平行的政府部门．依据课题组的调研和实际工作经验，要完整获得上述具有现时性的数据有一定的难度，已经成为环境功能综合评价，乃至整个环境功能区划编制中的瓶颈问题．主要原因在于：

(1) 各部门的数据尚未能实现共享，各自的数据系统“各自为政”，形成众多“信息孤岛”．

(2) 部分需要的基础数据并非日常监测、观测的常规数据，而是在从事某些研究项目时调研、计算获得的，因此，更新的时效性难以保证．

(3) 部分地区，尤其是欠发达地区，常规监测数据不足，例如监测点数量偏少，空间分布不均衡，许多地区常规监测数据缺失等．

2) 评价单元．环境功能综合评价涉及较为复杂的评价指标体系，包括自然生态安全指数、人群健康维护指数和区域环境支撑能力指数．其中自然生态安全指数主要涉及自然地理和自然生态的基础指标和数据，这些指标和数据的自然地理特征明显，在遥感图像上可以栅格的形式呈现；而人群健康维护指数和区域环境支撑能力指数主要涉及社会、人口、经济和环境等相关的基础指标和数据，这些指标和数据具有较明显的社会特征和统计特征，往往以一定的行政区划(县级、乡镇)为统计单元．

环境功能区的划定不局限于行政区划，往往可能跨越一定的行政边界，更强调自然生态系统、自然地理条件以及农田、经济林等半自然生态系统的连续性．而环境功能综合评价的目的是识别评价单位的主导环境功能，识别出哪些评价单元的主导环境功能更偏向于保障自然生态安全，哪些更偏向于维护人群健康，从而为环境功能区划提供技术支撑和指引．因此，建议在环境功能综合评价中采用以网格为基础的评价单元，将网格与行政区划相结合，以便更好地反映环境功能的空间布局和分布特征．

3) 描述性方法与具体的实现技术之间存在一定差距．例如在水土保持重要性评价中，“技术指南”提出： “在考虑土壤侵蚀敏感性的基础上，分析其可能造成的对下游河流和水资源的危害程度”，通过评价区域影响不同类型的水体，例如“1—2级河流及大中城市主要水源水体”，而做出判断．但在实际中，影响上述水体的范围具体如何划定尚需要一定的技术支持，例如基于数字高程模型的流域分析等．

环境功能综合评价是环境功能区划的重要基础．本文分别从保障自然生态安全、维护人群健康及环境支撑力3个维度定量开展区域环境功能综合评价，分析了其空间差异，为广西环境功能区划提供了重要的参考依据．

研究表明，广西高和较高自然生态保障区占整个自治区国土面积的60%以上，广西生物多样性资源极其丰富，同时土壤侵蚀敏感性和石漠化敏感性均较高，存在着一定的生态退化风险．可见，从总体上说，保障自然生态安全是广西的主导环境功能．广西高和较高开发建设区的面积仅占全自治区国土面积的近15%，这是因为当地地广人稀，经济发展不平衡所致．

广西环境功能在空间分布上存在显著差异，高自然生态保障区主要分布于广西西部、西北部和北部地区，而高开发建设区主要分布在中南部、南部及东南部的市辖区．总体而言，从环境功能上讲，西北部更偏向于保障自然生态安全，而中南部更偏向于维护人群健康．

广西环境功能的上述特点，将为广西编制综合性环境功能区划提供重要的参考和指导．在广西未来的发展中，建议充分考虑上述特征，本着有所为，有所不为的原则，在高和较高自然生态保障区，实行严格的生态保护政策，保护好一片“青山绿水”；在环境功能过渡区，在保护生态环境的同时，因地制宜，适度发展；在高和较高开发建设区，实施集约发展、高效发展、绿色发展的策略，同时，实行严格的污染管控措施，确保在经济与社会发展的同时，生态环境质量的持续改善．

参考文献：

[1] 卢亚灵,蒋洪强,王金南，等.环境功能区划与主体功能区划关系的思考 [J].环境保护,2010(20)： 29-31.

[2] 国家环保部环境规划院.环境功能区划编制技术指南(试行)[R/OL].(2015-04-17)[2017-05-04].http：∥www.cepb.gov.cn/doc/2015/04/17/84683.shtml.

[3] 余新晓,鲁绍伟,靳芳等.中国森林生态系统服务功能价值评估 [J].生态学报,2005,25(8)： 2096-2102.

[4] 许开鹏,黄一凡,石磊.已有区划评析及对环境功能区划的启示 [J].环境保护,2010(14)： 17-20.

[5] 王金南,许开鹏,迟妍妍,等.我国环境功能评价与区划方案 [J].生态学报,2014,34(1)： 129-135.

[6] 广西壮族自治区统计局.广西统计年鉴(2015) [M].南宁： 中国统计出版社，2016.

[7] 省级主体功能区域划分技术规程(试用)[R].北京： 国家发展和改革委员会规划司，2008.

[8] 国务院西部地区开发领导小组办公室，国家环境保护总局.生态功能区划技术暂行规程[R/OL].(2003-08-15)[201-05-04].http：∥sts.mep.gov.cn/stbh/stglq/200308/t20030815_90755.htm.

[9] 白健，刘健，余坤勇，等.基于InVEST-Biodiversity模型的闽江流域生境质量变化评价 [J].中国科技论文,2015,10(15)： 1782-1788.

[10] 杨瑛,李同升,牛西平.基于指数评价法的县级城市主题功能区划分研究——以山西省河津市为例 [J].生态经济,2011,7： 65-67.

[11] 广西壮族自治区统计局.广西统计年鉴(2011—2015) [M].北京： 中国统计出版社，2016.

[12] 广西壮族自治区统计局.广西统计年鉴(2012) [M].北京： 中国统计出版社，2013.

[13] 谭伟福.广西生物多样性评价及保护研究 [J].贵州科学,2005，23(2)： 50-54.