草原地区县域单元生态系统服务功能空间识别与修复研究——以和林格尔县为例

潘 悦，龚 越

(武汉工程大学 土木工程与建筑学院，湖北 武汉 430074)

当前，我国生态文明建设强调空间的开发、利用、保护、修复并重，建设的内涵在于环境、资源的保护修复与优化配置，意在进一步发挥其效益价值[1-2]。但是，当前大部分地区发展观念仍滞后于新时代要求。如在划定三区三线这类约束性指标的过程中，主政者往往忌于承担生态保护指标、耕地和基本农田保有指标而倾向于争取城镇开发建设指标。总体上，过去建设用地粗放式批用的主要目标放在城市周边处女地，随着经济产业、人口社会转型，这类用地大部分利用不充分，当前处于待再开发的低效、闲置状态。因此，城镇地区建设发展应以存量梳理为前提，适度补充增量指标。建设用地调出作为生态功能空间保护修复的重要一环，在强化生态环境功能的同时，无疑为建设用地腾挪出了新的指标。

本研究以内蒙古和林格尔县为研究对象，在识别研究区内生态系统服务功能空间范围的基础上，开展生态破坏区统计、识别、校核研究，针对性地提出破坏区的保护修复策略，以期在实现生态环境好转的同时，优化国土空间格局，并合理使用建设指标。

1 技术路线与分析模型

1.1 技术路线

技术路线主要分为科学评估、策略研究两大部分。其中，科学评估包括对水源涵养、水土保持、防风固沙、生物多样性维护四类生态服务功能重要性的分级评估，评估模型主要选择了《生态保护红线划定指南》中的NPP定量指标法[3-8]，将评估出的四类生态服务功能区中的极重要区进行叠加分析，得到生态系统服务功能极重要区范围；策略研究主要围绕生态系统服务功能极重要区内破坏区域的保护修复策略展开，主要包括划定安全保障范围、提高水土质量、恢复自然植被景观、平衡调出用地指标等。

1.2 分析模型

单项生态系统服务功能重要性分析模型按照技术路线中科学评估的内容划分为四个子模块，其中水源涵养、水土保持、生物多样性维护评估模型取自《生态保护红线划定指南》中的NPP定量指标法，防风固沙评估使用了自然资源部2020年1月发布的《资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价指南(试行)》(以下简称《“双评价”指南(试行)》)中的简化模型。具体计算方法如下：

(1)水源涵养功能重要性模型。模型计算公式为

WR=NPPmean×Fsic×Fpre(1-Fslo)

(1)

式中：WR为生态系统水源涵养服务能力指数；NPPmean为多年植被净初级生产力平均值；Fsic为土壤渗流因子；Fpre为多年平均降水量因子；Fslo为坡度因子。

(2)水土保持功能重要性模型。模型计算公式为

Spro=NPPmean×(1-K)×(1-Fslo)

(2)

式中：Spro为水土保持服务能力指数；K为土壤可蚀性因子；其余字母意义同上。

(3)防风固沙功能重要性模型。将坡度不小于25°且植被覆盖度不小于80%的森林、灌丛、草地确定为水土保持极重要区。在此范围外，将坡度不小于15°且植被覆盖度不小于60%的森林、灌丛、草地确定为水土保持重要区。

(4)生物多样性维护功能重要性模型。模型计算公式为

Sbio=NPPmean×Fpre×Ftem(1-Falt)

(3)

式中：Sbio为生物多样性维护服务能力指数；Ftem为多年平均气温；Falt为海拔因子；其余字母意义同上。

将以上单项模型运算结果按照自然断点法进行栅格重分类，划分为极重要区、重要区、一般区三类。本研究着重对极重要区的问题进行识别并提出修复策略。

2 数据来源与空间识别结果

2.1 研究区概况

和林格尔县属于呼和浩特市下辖的县，地处内蒙古自治区中部。县境内河流分为黑河、浑河两大水系，流经地区形成了优质草原地，蒙牛总部即设置于此。由于近年来人类活动强度日益增加，且当地大部分植被地处干旱、半干旱农牧交错地区，因此原本脆弱的生态环境进一步恶化。

2.2 数据来源及处理

本研究所获取的基础数据主要来源于和林格尔县自然资源和规划局、国家基础数据平台网站、公共数据分享网站等。以2017年为基准年度，利用ArcGIS 10.6软件创建渔网等工具将以上数据进行标准栅格化处理，并进行归一化运算，最终形成精度为50 m的单因子栅格数据(部分数据见图1)。

图1 本研究所涉及的部分单因子图

2.3 生态系统服务功能区与破坏区识别

本研究对生态系统服务功能评估和识别的方法是以《生态保护红线划定指南》和《“双评价”指南(试行)》为主要参考依据的。

2.3.1 生态系统服务功能空间识别

水源涵养功能极重要区主要分布在城关镇东北部的小窝铺、摩天岭、王目山，大多位于该县的原始山脉。该县大部分地区不具备水源涵养功能，局部具有生态服务功能的地物主要为农田、草地、森林等。

水土保持功能极重要区主要分布在城关镇外围，均呈片状分布。城关镇内的水土保持功能极重要区则零散分布在北部的敖包山、天门山林场、摩天岭自然保护区、西元山、香炉山等。可以明显地看出，城关镇内部的极重要区分布受山脉的坡度、坡向影响很大，破碎程度同山脊走向相关。

防风固沙功能极重要区主要分布在盛乐镇东南部、城关镇东部山林地区及黑老夭乡西部山区。总体而言，主要集中在和林格尔县最主要的山脉地带，即敖包山、摩天岭、王目山一带。

生物多样性维护功能极重要区主要分布在巧什营镇和舍必崖乡西部、城关镇东北部和东南部山林地区，分布较为集中完整。除此之外在鸡儿山、大红城乡一带也有一定的规模，主要是集中分布在白二爷沙坝自然保护区。

和林格尔县生态系统服务功能极重要区是由四个单项分析模型的评估结果叠加形成的。首先是利用GIS软件将栅格计算后的单项极重要区文件转换为矢量形式，然后通过软件中的聚合工具将相对邻近或聚集的图斑聚合为相对完整的连片图斑。最终得出结果：生态系统功能极重要区总面积为138.4 km2，占全县面积的4%；从县域来看，极重要区集中分布在巧什营镇和舍必崖乡西部(自北延至南部杜家窑子)、城关镇东北部和东南部山林地区，除此之外在黑老夭乡、大红城乡一带也有一定的规模，见图2。

图2 生态服务功能极重要区单项评价与集成评价结果

2.3.2 生态系统服务功能破坏区识别

将生态系统功能极重要区与2017年土地利用变更数据进行冲突识别，结果显示区域内的耕地、林地、牧草地占比较大，约占极重要区的99.82%，其中林地面积最大，此类空间生态系统功能性较强，也印证了划定成果的科学性。

但是，识别的生态系统功能区域内仍存在人类活动较大的其他用地类型，影响最大的为城镇村及工矿用地，共3.52 hm2，包括建制镇0.40 hm2、村庄0.21 hm2、风景名胜区及特殊用地0.44 hm2等。通过遥感影像比对，将植被覆盖率较低、面积较大且人为痕迹较重的地区认定为生态破坏区。以图3为例，生态系统功能极重要区地处巧什营镇的一间房村北部，区域内大部分属于天然牧草地，但存在一处零星建设用地，土地用途为村庄用地，现状建筑面积约为1 000 m2。考虑到南部是一间房村的集中建设区，人类活动强度较大，因此应当及时将这一块建设用地调出，防止功能区受到进一步干扰和侵占。

图3 一间房村北部天然牧草地内的建设用地飞地示意

2.4 破坏区保护与修复策略

策略一：划定安全保障范围，遏制生态胁迫。破坏区属于生态系统服务功能极重要区内的飞地，其保护举措的首要内容就是停止人为活动的干扰，因此需要对区域进行定点、定标、定桩，确立管制范围。具体操作上，对管制范围进行物理隔离，而后按范围线定距，统一设立规范的标志物、标识牌，主要标识信息应包括生态系统服务功能极重要区的范围及该破坏地块的位置、原用途、面积、具体拐点坐标、主要管制措施等。在进行封禁的基础上，先以自然恢复为主，在开展国土空间专项规划过程中进一步申请纳入修复立项清单，并后续进行人工辅助修复[9-10]。

策略二：开展环境污染治理，提高水土质量。对破坏区域进行水质、土壤污染情况调查，进行环境污染分析并提出修复技术。和林格尔县地处干旱地区，全县60%地区的土壤类型都是风沙土，风沙土极不稳定，成土过程漫长，因此该地区土壤沙化、水土流失潜在风险较大。但随着流动风沙土转化为固定风沙土，土壤有机质会持续富集，所以只要增加肥力与水源涵养能力、提高植被覆盖率，该区域后期可作为林牧资源用地。因此，在开展环境治理时应着重考虑水土保持功能，具体可通过建立人工绿色带、网格状风沙防护、提高土壤肥力、化学药剂固沙、发展灌溉技术等改善破坏区环境[11]。

策略三：恢复自然植被景观，丰富生态系统。系统考虑破坏区的生态系统构成，综合“山水林田湖草沙”要素，在对破坏区生态空间格局做出规划安排后，从拆除、填方、覆土、固植四个层面恢复自然植被景观，丰富生态系统。拆除层面主要是对建筑物、构筑物的拆除，达到硬化地面土壤露出的目的，为复绿做前期准备。填方层面主要是对地质灾害风险的预防，包括危石清理、降坡削坡、石笼堆土、石缝固土等技术。和林格尔县地处北部气候恶劣区，风力侵蚀严重，自然恢复能力差，因此覆土层面应以人工覆土为主。在采取覆土工程的同时，需要注意同步开展固土工程。固植层面应当充分借鉴诸如毛乌素沙漠复绿等经典案例，从植被的品种、栽种方式、护育措施等方面开展工程固植，对于不适宜种植植被的崖壁可灵活种植攀缘类植物。

策略四：平衡调出用地指标，实现资源流转。对破坏区地类用途清查和调出时，要统筹资源指标运作。破坏区修复工程规划设计原则上应以环境、资源效益(或者称为价值)指标为导向。环境指标是根本目标愿景，资源指标是项目运行的关键，作为生态修复工程价值的集中体现，它是推动经济、社会、生态建设的动力来源，具体的即为通过生态修复工程规划设计，盘活各类资源。

3 结论与讨论

3.1 结 论

开展县域生态系统服务功能极重要区的识别、保护修复工作对进一步加强县域范围内生态功能的认识具有重要意义，且有利于自然资源等相关管理部门将其纳入统一的空间范围，实现一体化管控。本研究以和林格尔县域单元为研究对象，依托遥感观测和地理信息分析、统计技术方法，结合自然资源部成立前后发布的重要技术指南(如《“双评价”指南(试行)》《生态保护红线划定指南》等)，对县域生态系统功能空间识别开展研究。研究基于土地利用调查、变更数据，对生态系统服务功能极重要区进行了地类统计，并通过遥感影像校核了生态破坏区的具体位置和规模，最后总结了和林格尔县的生态问题和气候环境特征，提出了生态破坏区的保护修复策略，对同类的北部风沙型草原县域同类问题的防控及应对具有一定的指导借鉴意义。

研究结果表明：生态系统功能极重要区总面积为138.4 km2，约占全县面积的4%，该区域内的耕地、林地、牧草地等生态系统要素占比较大，约占极重要区的99.82%；目前对极重要区生态胁迫效应较大的是城中村等非生态用地，共3.52 hm2，本研究将其划定为生态破坏区。生态破坏区实质上是极重要区内的飞地，应当及时封禁并调出，按照划定安全保障范围、开展环境污染治理、恢复自然植被景观、平衡调出用地指标等策略制定区域生态系统保护修复工程规划，在实现生态系统功能恢复的同时，结合自然资源流转推动区域空间格局优化与协调发展。

3.2 讨 论

从我国国土空间规划推进进程来看，本研究所要研究的生态系统服务功能空间识别与保护修复只是国土空间生态修复专项规划前期研究的一部分。本研究还存在以下不足：一是生态空间识别对象不应该只包括功能空间，还应该囊括生态脆弱空间，而且后者的修复迫切性和难度相对更大，在规划编制过程中应当予以重视。二是本研究数据量相对较少，在自然资源系统整合以后，各地针对基础数据管理建立起了信息中心或科室，管理内容包括林业调查、自然保护地、生态公益林等重要生态基础数据，可作为生态功能识别空间的重要依据。三是制定破坏区修复方案策略时应当分尺度、分区研究。分尺度层面上可具体划分为区域尺度、修复系统尺度和场地尺度，其中区域尺度侧重落实本底约束指标，修复系统尺度侧重分解上级修复指标，明确修复总体目标和修复工程立项，场地尺度侧重生态修复系统工程各支撑节点的规划设计、实施监管。分区研究是指在修复系统尺度上的空间分类研究，可按照空间特征将修复对象划分为重要生态区、矿业开采区、农村发展区等。