牡丹江市资源环境承载能力评价

宋立东,佟智强,刘 浩,宋林旭,高 博,韩佳宏

(中国地质调查局牡丹江自然资源综合调查中心,黑龙江 牡丹江 157021)

资源与环境是人类生存发展的基础,支撑并制约着城市的发展建设。随着经济的快速发展,我国经济发展与资源环境之间的矛盾越来越突出。随着生态文明建设的提出,如何协调资源合理利用、生态环境保护与经济发展三者之间的关系,是我们面临的新问题,也是人类社会可持续发展的关键[1]。资源环境承载能力是基于特定发展阶段、经济技术水平、生产生活方式和生态保护目标,一定地域范围内资源环境要素能够支撑农业生产、城镇建设等人类活动的最大合理规模[2]。针对资源环境承载能力评价前人做了大量的探索,由单一要素评价逐渐过渡到综合承载力集成评价[3-7],获得了很多有意义的研究成果[8-12]。

目前，牡丹江市资源环境承载能力评价研究较少,且以单要素评价为主:孔德明[13]从人口、经济、建设和生态4个方面对牡丹江市土地资源承载力状况进行了评价;佘惠等[14]基于水足迹法对牡丹江市水资源进行了评价,并在农业、工业和生活等水资源问题提出建议;刘虹[15]运用3S技术,由生物丰度、植被覆盖、水网密度、土地退化和环境质量统计分析得到生态环境质量指数,评价了牡丹江市生态环境质量。但时至今日,相关研究缺少以国土空间规划为目的的集成评价。

本文从土地资源、水资源、环境和灾害4个要素、农业生产和城镇建设2个功能指向开展资源环境承载能力评价。多要素评价体系弥补了单要素评价的片面性,为承载能力评价结果的准确性提供了可靠保证。通过评价全面了解牡丹江市资源环境本底状况,为牡丹江市资源合理利用和国土空间规划提供科学依据。

1 研究区概况

1.1 研究区概况

牡丹江市位于黑龙江省东南部,北邻七台河市,西邻哈尔滨市,南邻吉林省延边朝鲜族自治州,东邻鸡西市,并与俄罗斯接壤,辖4个城区、6个县(市),即东安区、西安区、爱民区、阳明区、宁安市、海林市、穆棱市、绥芬河市、东宁市、林口县,市域面积40 600 km2(图1)。牡丹江市地处中温带,属大陆性季风气候,地形以山地和丘陵为主,呈中山、低山、丘陵、河谷盆地4种地貌形态,中部为牡丹江河谷盆地,东部为长白山系的老爷岭,山势延绵起伏,河流纵横交错。牡丹江市是东北地区重要的对外经贸科技合作区域、进出口商贸物流中心、进出口产品加工区,国际著名旅游度假城市。

图1 牡丹江市地理位置图Fig. 1 Location map of Mudanjiang City

1.2 研究区资源特征

1.2.1 土地资源

牡丹江市土地总面积38 827 km2,据2017年全国土地调查数据,全市农用地面积36 807 km2,占土地总面积的94.78%,以林地和耕地为主。耕地面积9 071 km2,主要分布在牡丹江河谷平原和玄武岩台地。林地面积27 620 km2,占土地总面积的71.12%,主要分布在牡丹江西侧张广才岭和东南部老爷岭一带。建设用地面积1 042 km2,其中,城乡建设用地面积760 km2,农村居民点和城镇工矿用地分别为393 km2和148 km2。整体上,牡丹江市地形地貌复杂,以丘陵低山为主,土地资源开发利用难度较大。

1.2.2 水资源

牡丹江市水资源丰富,牡丹江、穆棱河、绥芬河3个水系共有大小河流6 677条,湖泊823处。牡丹江是黑龙江省最大河流松花江的第二大支流,源于牡丹岭,经宁安流入牡丹江市,并经海林、林口两地到依兰境内汇入松花江,全长726 km,流域面积为3.1×104km2。牡丹江市多年平均降水量为547.9 mm,折合降水总量249.4亿m3。全市水资源总量108.23亿m3,其中,地表水资源量107.08亿m3,年径流深263.9 mm。地下水资源量27.98亿m3,其中平原区0.55亿m3,山丘区27.46亿m3。

1.2.3 矿产资源

牡丹江市矿产资源极具特色,以页岩气为代表的能源资源丰富,非金属矿产多,金属矿产少。主要优势矿产为天然气、页岩气、煤层气、地热、锰矿、铝土矿、锶矿、岩盐和水泥用灰岩等。截止2017年年底,全市共发现各类矿产(含亚矿种)81种,占全省已发现135种矿产(含亚矿种)的60%。其中,重点矿产资源14种,主要有煤炭、油页岩、铁矿、铜矿、金矿、矽线石、石墨、叶腊石、沸石、饰面用花岗岩、珍珠岩、火山灰、水泥用大理岩、玄武岩等。已查明资源储量的有35种,其中煤炭储量5.8亿t,玄武岩储量1.1亿t[16]。

1.2.4 地质遗迹资源

牡丹江市地质遗迹资源丰富,据东北地区重要地质遗迹调查成果[17],牡丹江市共有30处地质遗迹,占全省总数的12.5%,遗迹类型主要有岩土体地貌、火山地貌、构造地貌、水体地貌、岩石剖面、构造剖面等。著名的世界地质公园镜泊湖、省级地质公园洞庭峡谷和莲花湖坐落于此。

1.2.5 旅游资源

牡丹江市风光旖旎,景色天成,素有“塞北江南”之称，拥有丰富的旅游资源,例如:世界地质公园镜泊湖、国家级森林公园地下森林、中国北方地区最大的人工湖莲花湖、中国雪乡等，春可赏花观景，夏可休闲避暑，秋可观光养生，冬可玩冰赏雪，是中国旅游竞争力百强城市。

1.3 主要地质环境问题

1.3.1 地质灾害

牡丹江市地质灾害类型有滑坡、崩塌和泥石流,灾害规模相对较小。主要地质灾害类型是滑坡,由于低山丘陵前缘地带地层岩性主要是砂岩、泥岩、花岗岩和变质岩等[18],受风化作用、水流侵蚀等剥蚀影响,极易形成风化壳及松散残坡积层,为滑坡提供了物质来源。泥石流灾害大多沿着断裂带两侧分布,在地层岩性较软、易风化的地区较为发育,同时在陡坡垦殖较严重的地带,利于雨水汇集,易造成泥石流灾害。崩塌主要分布于人类活动频繁的地区,如北安乡北段、林校采石场等地,其次分布于牡丹江河流沿岸,岩体受到河流侵蚀作用导致山体陡直,易发生崩塌。

1.3.2 水土污染

2017年牡丹江市水资源公报[19]显示,牡丹江市监测的6条河流11个水质监测断面中,Ⅱ类水质控制河长255.4 km,占28.1%;Ⅲ类水质控制河长503.0 km,占55.3%;Ⅳ类水质控制河长151.0 km,占16.6%;其中主要超标污染物为高锰酸钾指数。牡丹江市地下水丰水期Ⅰ-Ⅲ类水质占57.1%,Ⅳ-Ⅴ类水质占42.9%,超标物质主要有总铁、硝酸盐氮、锰、高锰酸钾指数;枯水期Ⅰ-Ⅲ类水质占42.9%,Ⅳ-Ⅴ类水质占57.1%,超标物质主要有硝酸盐氮、锰、氨氮、亚硝酸盐氮和总铁。

2 数据来源

本文采用的数据资料主要有ASTER GDEM数据(空间分辨率30 m)[20];Sentinel-2遥感数据(空间分辨率10 m,数据时相2019年5月)[21];全国第三次土地调查数据[22];地质灾害类型及分布数据[23];土壤有机质含量数据[24];自然保护区名录数据[25];气象数据[26];水资源公报数据(2014—2017年);牡丹江市统计年鉴(2020年)[27]。

3 资源环境承载能力评价

3.1 评价指标体系

资源环境承载能力评价涉及内容丰富,影响因素众多,因此，建立合适的评价指标体系尤为关键,评价指标体系直接关系着评价结果的准确度。针对牡丹江市实际情况,充分考虑自然地理、环境条件和地质灾害等因素,评价指标的选取依据数据可获取性、方法可操作性等原则,确定牡丹江市资源环境承载能力3级评价体系,分别为目标层、要素层、指标层(图2)。评价目标层是评价指标体系的最高层次,即牡丹江市资源环境承载能力;评价要素层是评价体系的中间层次,包括土地资源、水资源、环境、灾害4个对牡丹江市资源环境承载能力起到制约作用的子系统;评价指标层是最底层,用来刻画评价要素层各个指标承载能力水平的基础性评价因子。

图2 资源环境承载能力评价指标体系图Fig. 2 Evaluation index system of resources and environment carrying capacity

在评价指标体系中,指标分为定量指标和综合分析指标两类[28],定量指标指依据划分标准直接确定评价等级,如水资源总量、活动积温等;综合分析指标指需要通过分析计算来确定评价等级,如坡度、地形起伏度等。各项指标分级标准见表1。

表1 资源环境承载能力评价指标分级标准

3.2 评价单元

本次评价范围为牡丹江市全域,评价单元采用栅格单元与行政单元相结合的方式,针对土地资源和灾害的评价单元为栅格单元,栅格尺度为30 m×30 m;针对水资源和环境的评价采用县(市)级行政区作为评价单元,4个城区作为1个评价单元,共计7个评价单元。

3.3 评价流程

利用ArcGIS开展牡丹江市资源环境承载能力评价,通过对评价指标开展空间分析等处理,依据分级标准,分别开展评价要素层土地资源、水资源、环境、灾害4项评价。土地资源评价以坡度分级结果为基础,农业功能指向通过高程进行修正,城镇功能指向通过地形起伏度进行修正,得到农业耕作条件和城镇建设条件分级图;水资源评价通过对降水量和水资源总量定量分析确定农业供水条件和城镇供水条件水资源丰度分级图;环境评价根据>10℃各月日照时数计算全年日照总时数,以县级行政区划为评价单元,划分为好、一般、较差、差4个等级,得到光热条件分级图;灾害评价通过层次分析法对坡度、地貌类型、地灾隐患点进行权重赋值,按自然断点法分级,将地质灾害易发程度划分为高易发、中易发、低易发、不易发4个等级。将各单要素评价结果作为评价因子进行资源环境承载能力集成评价。参照《资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价技术指南(征求意见稿)》,将评价结果分为高、较高、中等、较低和低5个等级。

3.4 评价结果与分析

3.4.1 评价结果

根据《资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价技术指南(征求意见稿)》,开展农业生产和城镇建设指向的承载能力评价前需扣除生态保护极重要区域,本文以牡丹江市自然保护地数据为本底,提取国家级、省级自然保护区核心区、森林公园生态保育区、湿地公园生态保育区和国家公园作为生态保护极重要区(图3),在此区域外开展农业功能指向和城镇功能指向的承载能力评价。

图3 生态保护极重要区Fig. 3 Extremely important area for ecological protection

农业功能指向的资源环境承载能力评价结果显示,牡丹江市总体承载能力较高,评价等级在较高及以上占比48.87%,评价等级在较低及以下占比33.53%,详见表2和图4(a)。其中,承载能力等级高的区域主要分布在宁安市和东宁市,其次为绥芬河市和牡丹江市区,海林市的西北部、林口县西南部承载能力等级较低。宁安市由于其地形坡度较低,地势平坦,发育有镜泊湖等水系,且土壤中富含多种微量元素,具备良好的农业生产条件,其农业生产承载能力等级较高。城镇功能指向的资源环境承载能力评价结果显示,评价等级在较高及以上占比44.99%,评价等级在较低及以下占比33.32%。其中,承载能力等级较高的区域主要分布在宁安市北部、海林市南部及牡丹江市区,其次为绥芬河市和东宁市,林口县、穆棱市承载能力较低(图4(b))。

表2 资源环境承载能力等级规模及占比

(a).农业功能指向；(b).城镇功能指向图4 牡丹江市资源环境承载能力等级图Fig. 4 Grade map of carrying capacity of resources and environment in Mudanjiang City

3.4.2 综合分析

(1)农业承载力与现状耕地对比

对比评价结果,牡丹江市现状耕地大部分分布于农业承载能力较高和高的区域(图5),分别占比43.85%和24.49%,合计68.34%。有6.55%的耕地分布于承载能力低的区域,主要集中在牡丹江市西北和北部的山地丘陵地区,受坡度影响较大。承载能力中等和较低区域的耕地分别占比9.29%、15.82%,详见表3。

表3 农业承载能力与现有耕地对比统计表

图5 牡丹江市耕地资源分布图Fig. 5 Distribution map of cultivated land resources in Mudanjiang City

从耕地资源储备来看,扣除生态保护极重要区和现有耕地,农业承载能力高的区域剩余2 769.3 km2适宜开发耕地,占全市总面积的7.13%,较高区域剩余6 741.6 km2,占全市总面积的17.36%,合计24.49%,详见表4。可以看出,牡丹江市后备耕地储量优势明显,农业生产发展潜力巨大。

表4 牡丹江市耕地后备储量规模统计表

(2)城镇承载力与建设用地对比

根据评价结果,牡丹江市城镇建设用地大部分分布于城镇建设承载能力较高和高的区域(图6),分别占比54.02%和25.71%,合计79.73%。城镇建设承载能力中等、较低和低的区域建设用地占比分别为14.70%、2.23%和3.34%,详见表5。

表5 城镇承载能力与建设用地对比统计表

图6 牡丹江市建设用地分布图Fig. 6 Distribution of construction land in Mudanjiang City

从城市建设发展潜力来看,扣除生态保护极重要区和现有建设用地,城镇承载能力高的区域剩余3 524.17 km2适宜开发建设用地,占全市总面积的9.07%,较高区域剩余10 208.11 km2,占全市总面积的26.29%,合计35.36%,详见表6。说明牡丹江市城镇建设用地后备储量较大,建设条件较好。但是从建设用地现状来看,牡丹江市建设用地面积仅占全市总面积的2.04%,说明牡丹江市作为东北边陲小城,虽然有较好的建设发展条件,但受限于人口、经济等因素,城镇建设用地面积增长缓慢。

表6 牡丹江市城镇建设可开发规模统计表

4 结论

(1)将牡丹江市资源环境承载能力分为5个等级,即承载能力高、承载能力较高、承载能力中等、承载能力较低和承载能力低。农业生产承载能力等级高的区域占比15.51%,主要分布于宁安市和东宁市。城镇建设承载能力等级高的区域占比11.67%,主要分布于海林市南部、宁安市北部及牡丹江市区。

(2)68.34%的现状耕地具有农业承载能力较高以上等级,6.55%的现状耕地分布于承载能力低等级区域;农业承载能力高的区域剩余2 769.3 km2适宜开发耕地,占全市总面积的7.13%,较高区域剩余6 741.6 km2,占全市总面积的17.36%,合计24.49%,表明牡丹江市后备耕地资源丰富。

(3)79.73%的建设用地具有城镇建设承载能力较高以上等级,3.34%的建设用地分布于承载能力低等级区域;城镇承载能力等级高的区域剩余3 524.17 km2适宜开发建设用地,占全市总面积的9.07%,较高区域剩余10 208.11 km2,占全市总面积的26.29%,合计35.36%,表明牡丹江市建设用地可开发利用规模较大,建设条件较好。

(4)牡丹江市作为东北森林带生态屏障区的重要载体,要始终坚持生态保护优先理念,保持较高的森林覆盖率,合理控制耕地和建设用地的规模。同时作为东北重要边境城市,协调经济发展与生态保护的关系,合理规划统筹牡丹江市资源环境,需要进一步的探索。