辽宁省抚顺市生态功能区划

任建新, 李 爽, 马会强, 韩泽治, 初兆娴

(1.辽宁石油化工大学 化学化工与环境学部, 辽宁 抚顺 113001;2.抚顺市环境科学研究院, 辽宁 抚顺 113006; 3.抚顺市环境监测中心站, 辽宁 抚顺 113006)

自然生态系统提供的产品和服务维系着整个地球生命系统，是人类生存和社会发展的基本保证[1]。在日益城市化和工业化的进程中，城市的快速扩张，工、农、牧业的快速发展及其废弃物排放等行为，严重影响水体、植被、土壤、生物等生态系统结构的稳定性，引发水体污染、土壤流失、生物锐减等生态环境问题，从而弱化生态系统的水源涵养、生物保护、土壤保持等服务功能，进而威胁到区域的生态安全。所以，保持生态系统机能，实现经济发展和生态保护的双赢，是区域可持续发展的重要目标。对区域环境进行生态功能区划，实现区域环境分区管理，有助于协调区域经济发展与生态保护之间的矛盾。

生态功能区划的开始，是1976年美国生态学家Bailey[2]提出“区划”的具体概念。进入中国后，欧阳志云等[3]学者在生态系统服务功能、水土流失敏感性[4]等方面的研究成果，奠定了中国生态功能区划的基础。傅伯杰等[5]初步对中国生态环境进行功能区划，为今后的区划工作指引了方向。2002年中国编制了首部《生态功能区划暂行规程》[6]。此后，各地纷纷开始生态功能区划的研究。目前，国内生态功能区划主流方法是：从土壤侵蚀[7]、沙漠化、盐渍化等方面考虑，依据定性与定量的指标体系，运用层次分析法[8]、极大值法[9]等方法，进行生态环境敏感性评价；从水源涵养、土壤保持、生物多样性等方面出发，依据分级标准，采用层次分析法或综合指数法等方法，评价生态系统服务功能重要性。以此为基础，按照地理相关法、二阶聚类法[10]等方法完成区划。近年来，有学者提出分区管理思想，进一步划分生态功能区，实现生态功能区分区管理。至此，中国生态功能区划的理论和方法已经成熟。

辽宁省抚顺市是一座资源枯竭型城市，遗留的环境问题是今后城市转型的重要挑战。之前，有学者对抚顺市城区生态功能区划[11]和抚顺市生态适宜性分区[12]进行研究，但区划考虑的评价体系不够全面、单因子评价和综合评价不够深入。因此，本文拟以抚顺市为研究对象，参考相关区划文献和《生态功能区划暂行规程》，着眼抚顺市生态环境现状，引入区域养殖敏感性评价体系，改善地质灾害敏感性评价体系，建立抚顺市生态功能区划评价体系，对抚顺市生态环境敏感性和生态系统服务功能重要性进行评价，区划抚顺市生态功能区。以期将生态功能区进一步划分，建立分区管理方案。

1 研究区与数据来源

抚顺市位于辽宁省东部，区域总面积1.13×104km2，管辖4个市辖区，3个县[13]。抚顺多山，平均海拔400～500 m。抚顺市属中温带东亚大陆季风气候，夏季多雨，冬季寒冷，年平均气温为5～7 ℃，年平均降水量为760～790 mm。自然资源丰富，水资源储量全市56座大小水库年蓄水量9.85×108m3，森林覆盖率66.2%，矿产资源丰富，拥有矿产52种[14]，土壤资源主要有暗棕壤、白浆土、棕壤等，它是辽宁省重点生态城市的发展对象。

本研究基础数据主要有：①文本收集数据。包括自然保护区数据，辽宁省各市降水侵蚀力R值、土壤可蚀性K值，矿区的分布与储量，水源保护区数据，抚顺市全要素行政区划图，以及抚顺市禽畜禁养区划方案(由抚顺市环保局提供)。②遥感数据。30 m分辨率的Landsat卫星数据，经过几何精校准，图像镶嵌与色彩匹配等处理，得到NDVI和土地利用现状分布图。所有数据投影坐标统一校正为等面积割圆锥(Albers)投影。其中，R和K具体数值是从张磊[15]用全国日降雨数据拟合的模型和Wischmeier模型计算得出的辽宁省各市R值和K值，内插，裁剪得到。

2 生态区划的方法

2.1 生态环境敏感性评价

2.1.1 评价指标选择与分级 抚顺市矿产丰富，水资源地位突出。考虑到矿业开采对土壤、地质的影响和养殖业废弃物对水质的污染，本研究选择土壤侵蚀、地质灾害[16]和区域养殖3个方面选取9个指标对生态环境敏感性进行评价，每一指标单元栅格数据表示其主导每一方面敏感性的大小，为了便于评价，对以上指标的栅格数据进行分级，通过参考《生态功能区划暂行规程》，结合研究区实际情况，确定一定数值范围为一个级别的敏感程度，赋值1，3，5，7，9表示每一级别的敏感性程度，数值越大越敏感(表1)。

2.1.2 确定指标权重 本文权重的确定采用Delphi法，即专家法，由抚顺市环保局10位本专业领域的专家，独立参考相关文献、确权规则和抚顺实际自然特征，分别给出待定指标权重值，回收、计算待定指标权重均值和标准差，并将结果反馈给各专家，让他们重新确定权重，再次计算指标权重均值和标准差，直到各专家指标权重与均值的离差小于一定数值，然后以最后一次各指标权重的均值为该指标的权重。

2.1.3 单因子敏感性指数计算

(1) 土壤侵蚀和地质灾害。土壤侵蚀和地质灾害指数通过综合指数法计算单因子敏感性指数，其计算公式为：

(1)

式中：SSj——研究区域的生态敏感性指数;Ci——第i个因素在研究区的敏感性等级值；Wi——第i个影响地质灾害(土壤侵蚀)敏感性指标的权重[17]。在ArcGIS 10.1中，对每个指标按照表1中的划分标准分级，然后在栅格计算器中按照公式(1)，对土壤侵蚀(土壤侵蚀)敏感性的指标进行权重相乘求和，得到它们的评价指数。

(2) 区域养殖。抚顺市区域禁养敏感性评价指导环境保护和产业布局。本研究选择对养殖区较敏感的水源地、国家森林公园、人口居住区为评价指标，在ArcGIS 10.1中，从土地利用现状图提取居住区斑块，矢量化水源地、国家森林公园，建立它们的3 000 m缓冲区，空间叠加后按照表2对以上不同区域赋值。

2.1.4 生态环境敏感性综合指数计算 区域生态敏感性受多个因子的影响，但当某个因子的影响程度超过一定范围时，这个因子就成了生态破坏的主导因子，所以，生态环境敏感性综合指数，采用极大值法进行综合评价确定，具体公式为：[生态环境敏感性综合指数]=MAX([土壤侵蚀指数]，[地质灾害指数]，[禽畜养殖指数])[18]。根据此方法，在ArcGIS 10.1中，将土壤侵蚀、地质灾害、区域养殖的敏感性评价图在栅格计算器中进行叠加分析，得到生态环境敏感性综合指数，最后，采用自然分界法进行重分类。

表1 抚顺市敏感性评价指标及分级标准

注：降水侵蚀力分别是土壤侵蚀和地质灾害的主导因子之一，所以在两者的敏感性评价时都有考虑。

表2 抚顺市区域养殖敏感评价指标及分级标准

2.2 生态系统服务重要性评价

抚顺市河流、水库较多，森林资源优越，是辽宁省重要的水源供给地，为明确其重要生态系统服务功能的特点，如水资源的供给能力，土壤侵蚀对河流流域的影响程度。结合抚顺市实际特点和《规程》要求，本研究选择水源涵养、土壤保持和生物多样性3个方面，6个指标进行生态系统服务重要性评价，为后续功能区划提供参考。

2.2.1 单因子重要性评价

(1) 水源涵养。本研究选择地形起伏度，植被覆盖、降水作为水源涵养的评价指标，分别对以上3个指标进行重要性评价，在ArcGIS 10.1中，依据表3中的分级标准，将所有栅格分成4个级别，然后将3个指标空间叠加，采用综合指数法计算水源涵养重要性综合指数。

(2) 土壤保持。土壤保持重要性评价主要是评估生态系统抗土壤侵蚀的能力[19]。本研究选择土壤侵蚀和水体类型为评价指标，在ArcGIS 10.1中，通过对DEM数据进行水文分析得到河流流域图，按照表4对河流流域图和土壤侵蚀敏感性进行赋值，然后将两者空间叠加，采用综合指数法计算土壤保持重要性指数。

(3) 生物多样性。因不确定生物具体空间分布，抚顺市生物多样性保护重要性评价，从生物的生存地出发，选用生态系统类型作为评价因子，在ArcGIS 10.1中，根据抚顺市土地利用现状，按照土地利用类型分成不同生态系统类型，按照表5对各生态系统类型重要性赋值分级，用赋值表示生物多样性重要性指数[20]。

表3 抚顺市水源涵养重要性评价分级标准

表4 抚顺市土壤保持重要性评价分级标准

表5 抚顺市生物多样性保护重要性评价分级标准

2.2.2 生态系统服务重要性综合评价 生态系统服务重要性综合评价的关键就是将土壤保持、水源涵养和生物多样性进行空间上的综合，计算模型为：

(2)

式中：SSj——研究区内不同栅格单元的生态系统服务功能重要性指数;Si——第i个因子在研究区内不同栅格单元的重要性指数。根据此方法就是在ArcGIS 10.1中，将土壤保持重要性指数、水源涵养重要性指数和生物多样性重要性指数，用栅格计算器按照公式(2)进行栅格叠加计算，得到研究区内所有栅格单元的生态系统服务重要性综合指数，最后采用自然分界法重分类完成评价。

2.3 生态功能区划方法

本研究的生态功能区划方法以地理相关分析法为主，专家集成法为辅，对区划指标进行区域分析，基于分析结果的地域分异规律，自上而下，由大到小的方法进行生态功能区划[21]。

2.3.1 区划指标选择 生态功能区划是基于生态环境、生态敏感性和生态服务功能三者各自的地域分异规律进行区划，所以选择气候因素、地形地貌、植被类型、生态敏感性和生态服务功能重要性作为区划指标[22]。其中气候指标、植被指标、地形指标和生态敏感性指标进行区域分析后用于自然特征区划，生态服务功能重要性指标进行区域分析用于服务功能区划。

2.3.2 区域分析与边界确定 区域分析是通过用ArcGIS 10.1中Zonal Statistic的Majority方法对区域内不同数值的栅格进行统计分析，统计地域特征相似的区域，差异性大的区域边界作为区划边界划分的参考，同时加入专家的主观判断，确定边界的划分。

3 结果与分析

3.1 生态环境敏感性

图1可知，生态环境敏感性中，土壤侵蚀敏感程度较高的地区主要是包括抚顺市区、清原、新宾等城区和浑河、苏子河干流流域，其中：区内老虎台、龙凤矿区最为严重；地质灾害敏感程度较高的地区主要是猴石山、三块石、钢山、老秃顶子山、浑河源头等地势陡峭的地区；区域养殖敏感程度较高的地区包括大伙房、红升、小孤家等大型水库、抚顺市境内各国家级森林公园和自然保护区。由综合评价图可知，研究区敏感性以轻度敏感和不敏感为主，大致呈“爪”字型相间分布，主要分布在浑河和苏子河支流流域，此区域地势较高，植被覆盖良好，是苏子河和浑河水量的收集区。

表6为抚顺市生态敏感性结构详细情况。由表6可以看出，综合生态环境敏感性评价中，极敏感占0.19%，主要为地势陡峭的山坡，此区自然条件较差，易诱发小区域水土流失；高度敏感占0.89%，主要为零星分布的矿区，如老虎台、龙凤矿区，区内矿业发达，生态破坏严重；中度敏感占7.14%，主要包括抚顺市、清原县和新宾县等城区，以及农村地区；轻度敏感占42.04%，主要为除包括城区外的郊区和浑河和苏子河流域；不敏感占49.74%，主要为浑河和苏子河支流流域。

图1 抚顺市生态环境敏感性空间分布表6 抚顺市生态敏感性结构

敏感性等级土壤侵蚀面积/km2比例/%地质灾害面积/km2比例/%区域养殖面积/km2比例/%综合生态敏感性面积/km2比例/%不敏感 7 555.767.035 021.744.55——5 606.749.74轻度敏感3 552.931.523 886.634.487 919.770.264 738.842.04中度敏感147.71.311 950.117.32 391.821.22804.87.14高度敏感15.80.14359.63.19960.548.52100.30.89极敏感 ——54.10.48——21.40.19

3.2 生态系统服务重要性

由表7可知，水涵养极重要主要包括研究区内苏子河和浑河支流流域，约占总面积59.49%(图2a)；土壤保持较重要地区为境内抚顺市区、清原、新宾等城区和浑河、苏子河干流流域，约占32.97%，区内老虎台、龙凤矿区和零散分布的陡峭山坡土壤保持能力最差，约占总面积0.14%(图2b)；生物多样性极重要地区主要包括境内所有的猴石、三块石、浑河源头等国家森林公园和自然保护区，以及部分高植被覆盖地区，约占总面积的76.36%(图2c)。

由综合重要性评价图(图2d)可知，生态系统服务功能重要性的分布特点与抚顺市地势分布具有相似性。极重要区主要包含境内森林公国、自然保护区等生态系统多为森林的东南地区，约占79.46%，主要分布在南山城、永陵、红庙子、大四平、大孤家等乡镇，以及城区以外的郊区和农村；重要区占8.14%，主要为农田区域；比较重要占9.11%，主要为大伙房水库、红升水库等较大水库和浑河干流区域；一般重要区占3.29%，为抚顺市区、以及望花、东洲、新区、清原、新宾等主要城区。

表7 抚顺市生态系统服务功能重要性结构

图2 抚顺市生态系统服务功能重要性空间分布

3.3 生态功能区划

抚顺市生态功能区划是在结合抚顺市生态环境特点、生态环境敏感性和生态环境重要性评价结果的基础上，自上而下地对抚顺市进行生态功能区划，并按照“地域+主要功能”的命名方法对各生态功能区命名，最终把抚顺市划分为个1生态区，2个生态功能亚区和8个生态功能区(见附图18)。

具体区划为：Ⅰ常温带湿润针阔混交林生态区(Ⅰ-1西北丘陵、平原森林与农田生态亚区，Ⅰ-2东南山地、盆地森林与农田生态亚区)；Ⅱ以中心城镇和城郊农业林木业发展为重点的生态功能区(Ⅱ-1中心城镇经济建设与畜禽禁养区，Ⅱ-2西北城郊农林业发展区，Ⅱ-3东南城郊农林业发展区)；Ⅲ-1以维护和恢复森林生态系统功能为重心的生态功能区(Ⅲ-1-1高山水源涵养与生物多样性保护区，Ⅲ-1-2丘陵水源涵养与生物多样性保护区，Ⅲ-1-3天然林恢复与矿山生态恢复区)；Ⅲ-2以水环境、自然保护区生态维护为重心的生态功能区(Ⅲ-2-1特大水库与沿库景观、水环境维护和畜禽禁养生态区，Ⅲ-2-2浑河源头、自然保护区重点保护区和畜禽禁养区)

3.4 分区管理方案

本研究根据抚顺市生态功能区服务功能的差异性，将生态功能区分为生态保育区、生态恢复区和生态禁止区。

(1) 生态保育区。该区的主要目的是水源涵养，生物多样性保护，包括高山水源涵养与生物多样性保护生态功能区(Ⅲ-1-1)和丘陵水源涵养与生物多样性保护生态功能区(Ⅲ-1-2)。该区主要分布在抚顺地势较高，森林覆盖密集的丘陵高山地区，如钢山、三块石、猴石、十长岭等地区。此功能区的森林资源丰富，森林覆盖率在90%以上，对日常降水起到了很好的涵养作用。同时，这也是生物栖息的地方。为此，建议政府对该功能进行摸底调查，对处于濒危的动植物建立自然保护区，或异地保护；对该地区居民进行生态保护的基础知识教育；同时，在该区实施生态补偿机制，实施封山保育工程。

生态恢复区。该区主要任务是天然林恢复与矿山生态保护，包括西北城郊农林业发展区(Ⅱ-2)，东南城郊农林业发展区(Ⅱ-3)和天然林恢复与矿山生态恢复区(Ⅲ-1-3)。该区分布零散，主要为矿业发展造成植被破坏的地区，比较明显的地区有老虎台和龙凤矿区。这些地区植被、土壤的破坏，诱发水土流失等灾害的发生，也使生物失去了赖以生存的环境。为此，建议政府提高开矿准入机制；要求已开矿区做好植被绿化工作，建立生态修复方案；严格审核闭矿区生态恢复工作，实施矿区恢复责任终身制。同时，政府应鼓励高山丘陵地区退耕育林，构筑人类活动区与生态保护之间的生态安全屏障。

生态禁止区。该区的主要任务是畜禽禁养，包括中心城镇经济建设与畜禽禁养区(Ⅱ-1)，特大水库与沿库景观、水环境维护和畜禽禁养生态区(Ⅲ-2-1) 和浑河源头、自然保护区重点保护区和畜禽禁养区(Ⅲ-2-2)。该功能区分布广泛，主要包括抚顺境内的水源保护区、自然资源保护区、人文名胜保护区、人口居住区以及它们的缓冲区。该区是当地生态保护和恢复的重要地区。养殖产生的粪便、污水和恶臭，带来的固体污染、水质污染、大气污染严重影响居民生活质量和破坏良好的生态环境。为此，政府需要做好产业布局，保证产业环境影响评价准确；对于该区已建养殖场，达到一定规模的给予搬迁上的资金支持，小规模养殖场要给予拆迁上的经济补偿；此外，加强环境监督，落实处理好搬迁养殖场遗留的环境污染问题。

4 结 论

本研究基于抚顺市自然因素特征、生态环境敏感性评价和生态服务功能重要性评价，采用地理相关法，完成生态功能区区划，比较功能区生态服务功能的差异性，对功能区进行分区，建立了分区管理方案。

研究区敏感性以轻度敏感和不敏感为主，大致呈“爪”字型相间分布，主要分布在浑河和苏子河支流流域。极、高敏感区主要为老虎台和龙凤矿区和地势陡峭的山坡(共约占1.08%)；生态系统服务功能重要性的分布特点与抚顺市地势分布具有相似性，极重要区主要分布在境内森林公国、自然保护区等多为森林生态系统的东南地区(约占79.46%)；抚顺市属于常温带湿润针阔混交林生态区，分为2个生态功能亚区和8个生态功能区，根据功能区服务功能差异将其分为生态保育区、生态恢复区和生态禁止区，进而提出生态调控措施。

在参考《规程》和收集数据的基础上，引入区域养殖敏感性评价体系，进一步完善地质灾害敏感性评价体系，保证了评价指标的实用性。但是，选择的R值和K值是内插辽宁省各市R值和K值得到的，存在一定误差性，今后可进一步提高准确性。