面向国土空间规划的生态保护重要性评价——以内蒙古东部地区兴安盟为例

孙立超 郭露露 全嘉美 段增强* 王 健 贾贵举 董康宁 董 杰

(1.中国农业大学 土地科学与技术学院，北京 100193；2.自然资源部农用地质量与监控重点实验室，北京 100193；3.兴安盟自然资源调查规划研究中心，内蒙古 乌兰浩特 137400)

改革开放后，我国城镇化高速发展不断挤压生态空间，资源开发利用粗放、国土空间布局失衡、生态服务功能退化等问题频发，区域生态安全和社会生态安全的可持续发展面临严峻考验，如何解决生态安全问题已经不仅仅受到学术界广泛关注，也逐渐引起政府和社会的高度重视。国土空间规划是国家空间发展的指南、可持续发展的空间蓝图、合理划定“三区三线”的基础，也是各类开发保护建设规划的基本依据。其中，生态保护红线、生态空间的划定是践行“三区三线”中生态优先的理念,是保障和维护国家生态安全的底线，是延续和强化生命线的根本，生态保护重要区的划定是国土空间规划中其他空间的基础。基于生态保护重要性评价体系并针对区位特点划定合理的生态保护重要区域是系统性解决区域生态安全问题、推动可持续发展的有效手段，可为国土空间规划提供重要的理论支撑。国内外研究围绕生态保护重要区的识别方法与生态修复进行了大量的理论和实证研究，已有研究一般从生态保护区的划定方法、生态保护区的生态保护评价工作、生态保护地网络建设等三方面进行，如：欧盟的绿宝石网络(Emerald Network)、自然2000保护区网络(Natura 2000)、欧洲的绿带计划(The European Green Network)、美国的绿带网络(American Greenway Green Belt)。国内研究则逐渐形成基于点(节点)、线(生态廊道)、面(源地)的生态安全体系研究，可分为基于生态红线和基于生态过程的2类研究，并形成了全国、省、城市群、市、县、乡的多尺度研究区域。

目前，有关生态安全的研究在理论以及实践都已经形成了相对成熟的理论体系和技术架构，但尚未构建完整的生态重要性保护制度，对生态保护重要区域落地以及优化国土空间规划研究相对较少。

兴安盟位于内蒙古东北部，是我国北方生态安全重要屏障。全盟大部分植被处于干旱、半干旱农牧交错带地区，是全球变化最为生态敏感的区域之一。同时兴安盟近年由于天然林保护工程、水库建设和农田开垦造成湿地和草地面积减少，生态资源面积在减少，亟待通过国土空间规划进行改善，为乡村振兴和生态文明建设的新时代发展贡献力量。目前生态功能区划及生态脆弱性方面研究尚少，因此，本研究以内蒙古东部兴安盟为研究区，采用生态系统服务功能重要性与生态脆弱性评价相结合的方法，构建基于目标层-准则层-指标层评价体系进行生态保护重要性评价并以此为准可设定符合兴安盟实际的生态修复规划，以期为兴安盟国土空间和生态资源的可持续利用提供依据。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

兴安盟(119°28′～123°38′E，44°14′～47°39′N)地处内蒙古东北部与黑龙江省吉林省接壤。行政区面积5.98×10hm，辖两市一县三旗。地势呈西北高东南低态势，是典型的温带大陆季风气候区，立体气候特征显著，地区差异性明显，年均降水量在350～400 mm，雨热同期集中于夏末秋初，无霜期在95～145 d，日照数为2 580～3 120 h。兴安盟地处大兴安岭向松嫩平原过渡带，生态系统类型多样，森林面积大、分布广，生态服务价值高、碳汇功能巨大，是锡林郭勒草原、呼伦贝尔草原、科尔沁草原与内蒙古草原的连接纽带，在我国北方环境保护治理和生态修复过程中发挥着重要作用，是我国北方的重要生态安全屏障。

兴安盟土地利用现状(图1)类型中耕地、林地、草地合计占全盟国土总面积的92.11%，其中耕地1.57×10hm、所占比例28.49%，林地1.71×10hm、所占比例30.97%，草地1.80×10hm、所占比例32.65%，生态农牧空间占据主导地位。

图1 兴安盟土地利用现状Fig.1 Current land use status of Xing’an League administrative district

1.2 数据来源

本研究使用数据包括兴安盟土地利用现状数据、DEM数据、土壤质地数据、气象数据集、生态系统类型数据集和NDVI等有关数据，具体数据来源如表1所示。

表1 本研究数据来源
Table 1 Data sources in this study

项目Item来源Data source2019年土地利用现状Land use status in2019兴安盟自然资源调查规划研究中心数字高程模型DEM兴安盟自然资源部门土壤质地Soil texture全国第二次1∶100万土壤调查成果数据库2015年NDVI全球变化科学研究数据出版系统2013年蒸散发量Evapotranspiration in 2013中国—东盟1 000米分辨率地表蒸散发数据集近十年气象数据集Meteorological data set in recent ten years兴安盟气象局生态系统分布Ecosystem distribution中国生态评估与生态安全数据库2011—2015年降雨量Rainfall from 2011 to 2015资源环境数据云平台林草数据集Forest and grass data set兴安盟林草部门

由于数据来自不同部门，数据之间存在一定差异，本研究统一校核为30 m空间分辨率进行评价和分析。

2 研究方法

参考自然资源部《资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价技术指南(试行版)》，基于兴安盟生态自然资源禀赋现状，设定目标层、准则层和指标层进行生态保护重要性评价(表2)，各层评价因子皆为等权重，在生态重要性评价结果之上进行分等定级。其中指标层中的生态服务功能重要性等级越高，生态脆弱性越强，表明生态越需要进行保护，对空间开发约束性越强。本研究在ArcGIS系统下集成生态服务功能重要性和生态脆弱性，作为兴安盟生态保护重要性等级的结果，最后将评价结果分为极重要、重要、一般重要3个等级，计算公式如下：

表2 兴安盟生态保护重要性评价指标权重
Table 2 Evaluation index weight of the ecological protection importance in Xing’an League

目标层Target layer准则层Criterion layer指标层Index layer生态保护重要性The importance of ecological protection生态系统服务功能重要性The importance ofecosystem services生态脆弱性Ecological vulnerability 生物多样性维护功能重要性The importance of biodiversity maintenance水源涵养重要性The importance of water conservation水土保持重要性The importance of soil and water conservation防风固沙重要性The importance of windbreak and sand fixation水土流失脆弱性Soil and water loss vulnerability沙化脆弱性Sandification vulnerability

EP=Max(ES，EV)

(1)

式中：EP为生态保护重要性；ES为生态系统服务功能重要性；EV为生态脆弱性。

2.1 生态系统服务功能重要性评价

生态系统服务功能在千年生态系统评估(MA)中指出其状态和变化与人类福祉具有密切联系。本研究基于兴安盟NDVI、气候、土壤质地、地形起伏度等数据为基础，选择生物多样性维护、水源涵养、水土保持、防风固沙4个评价指标进行生态系统服务功能重要性评价。即：

ES=Max(BM,WC,SW,WS)

(2)

式中：BM为生物多样性维护功能重要性；WC为水源涵养功能重要性；SW为水土保持功能重要性；WS为防风固沙功能重要性。

通过ArcGIS进行叠加分析以上4个指标层，不同生态区域类型重要等级及赋值见表3。

表3 生态系统服务功能重要性评价指标体系
Table 3 Evaluation Index System for the Importance of Ecosystem Service Function

指标层Index layer方法method相关参数Related parameters生物多样性维护功能重要性The importance of biodiversity maintenanceBM=Max(EL,SL,GH)BM为生物多样性维护功能重要性;EL为生态系统层次;SL为物种层次;GH为遗传层次各级生态区赋值见表4。水源涵养重要性The importance of water conservationWC=∑ji(Pi-Ri×α-ETi)×Ai×10-3WC为水源涵养量,mm;Pi为降雨量,mm;Ri为地表径流量,mm;α为平均地表径流系数,按各类型生态系统地表径流系数均值计算;Ai为i类生态系统面积(km2);i为研究区第i类生态系统类型;j为研究区生态系统类型数。水土保持重要性The importance of soil and water conservationSW=([ET],[NDVI],[TR])ET为生态系统类型;NDVI为植被覆盖度;TR为地形起伏度TR>100且NDVI≥80%的森林、灌丛和草地为极重要区;TR≥50且NDVI≥60%的森林、灌丛和草地为重要区;此范围外为一般重要区。防风固沙重要性The importance of windbreak andsand fixationWS=(ET,NDVI,SC,GD)ST为生态系统;SC为土壤砂粒含量;NDVI为植被覆盖度;GD为大风天数;SC≥85%、GD≥30 d、NDVI≥15%的森林、灌丛、草地生态系统为极重要区;SC≥65%,GD≥20 d,NDVI ≥10%的森林、灌丛、草地生态系统为重要区;此范围外为一般重要区。

表4 生物多样性维护功能重要性分级赋值表
Table 4 Classification and assignment of biodiversity maintenance function importance

准则层Criterion laye指标层Index layer生态系统层次Ecosystem level优先保护生态系统目录为极重要区;优先保护名录外可能需要保护的森林、灌丛、草原等为重要区,其他生态系统为一般重要区。物种层次Species level国家级自然保护区、国家公园、森林公园、湿地公园、地质公园等地区为生物多样性维护功能极重要区;省级为重要区;县级与其他为一般重要区。遗传层次Genetic hierarchy国家级公益林保护为一级列为极重要区;国家级公益林保护为二级列为重要区。

2.2 生态脆弱性评价

生态脆弱性是指生态系统对区域内自然环境变化和人类活动干扰的脆弱敏感反应程度，它表明区域生态环境在受到干扰后出现问题的难易程度和可能性大小。简而言之，生态脆弱性指在相同的人类活动强度作用或者外力影响下，生态系统表现为：水土流失、沙漠化等的区域生态环境问题。本研究根据兴安盟的生态现状和即将面临的生态问题，选取水土流失脆弱性、沙化脆弱性2个指标进行集成评价得到兴安盟的生态脆弱分布情况。即：

EV= Max(WV,SV)

(3)

式中：EV为生态脆弱性；WV为水土流失脆弱性；EV为沙化脆弱性。

通过ArcGIS进行叠加分析以上2个指标层，依据表5公式计算指标层，其中单层分级赋值具体详见表6以及表7。

表5 生态脆弱性评价指标层
Table 5 Ecological vulnerability assessment index layer

指标层Index layer方法Method相关参数Related parameter水土流失脆弱性Soil and water lossvunerabilityWV=4R×K×LS×CWV为水土流失脆弱性等级值;R、K、LS、C分别为降雨侵蚀力因子、土壤可蚀性因子、地形起伏度因子和植被覆盖因子。沙化脆弱性Sandification vulnerabilityEV=4I×W×K×CEV为沙化脆弱性等级值;I、W、K、C分别为干燥度指数、冬春季节大于6 m/s的起风沙天数、土壤质地和植被盖度因子。

表6 水土流失脆弱性各因子脆弱性分级标准
Table 6 Vulnerability classification standard of each factor of soil erosion vulnerability

评价因子Evaluation factor高脆弱High fragility较高脆弱Higher fragility中等脆弱Moderatelyvulnerable较低脆弱Lower fragility低脆弱Low fragility降雨侵蚀力Rainfall erosion[600,+∞)(400,600)(100,400](25,100](0,25]土壤可蚀性Soil erodability砂粉土/粉土Sand silt/silt soil砂壤/粉粘土/壤粘土Sandy soil/silt clay/loam clay面砂土/壤土Surfacesand/loam粗砂土/细砂土/粘土Coarse sand/fine sand/clay石砾/沙Gravel/sand地形起伏度Land slope[300,+∞)(100,300)(50,100](20,50](0,20]植被覆盖Vegetation cover(0,0.2](0.2,0.4)[0.4,0.6)[0.6,0.8)[0.8,1]

表7 沙化脆弱性各因子脆弱性分级标准
Table 7 Vulnerability grading standard of each factor of sandification vulnerability

评价因子Evaluation factor高脆弱High fragility较高脆弱Higher fragility中等脆弱Moderatelyvulnerable较低脆弱Lower fragility低脆弱Low fragility干燥度指数Dryness Index[16.0,+∞)[4.0,16.0)[1.5,4.0)[1.0,1.5)(-∞,1.0)起风沙天数/dWind and sand days[30,365][20,30][10,20)[5,10)(0,5)土壤质地Soil texture砂质Sandy壤质Loamy砾质Gravel粘质Gooey基岩Bedrock植被覆盖/%Vegetation coverage(0,0.2)[0.2,0.4)[0.4,0.6)[0.6,0.8)[0.8,1.0]

3 结果与分析

由生态保护重要性指标层结果(图2)、准则层结果(图3)可知：兴安盟生态系统服务功能重要性的极重要区主要分布在阿尔山市大部分地区、科尔沁右翼前旗西部地区、扎赉特旗西北部及南部部分地区、突泉县北部及科尔沁右翼中旗的部分区域；兴安盟脆弱性相对不高，中等脆弱区主要分布在盟域的西南部。兴安盟盟域范围内自然保护区(图牧吉自然保护区、科尔沁自然保护区、青山自然保护区等)及各类国家公园、森林公园等分布较多，这类地区生态系统完整性高、生物种类丰富，分布着具有保护价值的物种，对于生物多样性的维护具有重要意义，将其划入生态系统服务功能极重要区。阿尔山市生物多样性维护功能较为重要的同时，因降水量较大、植被丰富、地形起伏较为明显，其水土保持功能和水源涵养功能较为突出，大部分地区被划入生态系统服务功能极重要区。科尔沁右翼前旗西部地区及科尔沁右翼中旗西部和中部部分区域由于地形起伏较大，水土保持功能较为突出。而科尔沁右翼中旗的部分地区由于大风天数较多、土壤砂粒含量较高，对于防风固沙功能的发挥较为重要，也被列入生态系统服务功能极重要区。

图2 内蒙古兴安盟生态保护重要性和水土流失及沙化脆弱性等级Fig.2 Importance of ecological protection and vulnerability levels of soil erosion and desertification in Xing’an League, Inner Mongolia

图3 内蒙古兴安盟生态系统服务功能和生态脆弱性等级Fig.3 Ecosystem service functions and ecological vulnerability levels in Xing’an League, Inner Mongolia

内蒙古兴安盟生态保护重要性目标层评估结果见图4。可知：兴安盟生态保护极重要区面积为27 986.88 km，占国土面积比重为50.75%，以生物多样性、水源涵养、水土保持生态系统服务功能为主，而生态脆弱性评价结果偏低，无生态极脆弱区分布。空间分布上，极重要区主要分布在兴安盟北部阿尔山市地区极重要区面积为6 998.62 km，占25.01%(以生物多样性维护、水源涵养、水土保持功能为主，生态系统服务功能突出)及其以南科尔沁右翼前旗西部区域极重要区域面积为10 492.86 km，占37.49%(以水源涵养、水土保持功能为主)、兴安盟南部科尔沁右翼中旗部分地区极重要区面积为4 815.21 km，占17.21%(北部以水土保持及水源涵养功能为主，南部生物多样性维护功能、防风固沙功能较为突出)、突泉县西北部极重要区面积为1 014.52 km，占3.62%(生物多样性维护功能及水土保持功能为主)、扎赉特旗西部和北部地区集中区面积为4 533.08 km，占16.32%(水源涵养及水土保持功能为主)及图牧吉自然保护区、科尔沁自然保护区和青山自然保护区等地区(体现为生物多样性维护功能)，与生态系统服务功能极重要区的空间分布特征基本相同。

图4 内蒙古兴安盟生态保护重要性目标层图Fig.4 Importance target layer map of ecological protection in Xing’an League, Inner Mongolia

本研究基于指标层和目标层综合评价结果，根据生态系统服务功能重要性和生态脆弱性程度，发现兴安盟的生态脆弱性相对较低，生态保护极重要区域主要受生态系统服务功能重要性影响较大，其中生态系统服务功能重要性中的水土保持重要性、水源涵养重要性、生物多样性功能重要性和防风固沙重要性所占比例分别为41.79%、40.32%、16.93%和0.96%。说明水土保持功能与水源涵养功能对兴安盟生态保护具有重要意义，其次是生物多样性功能重要性。因此兴安盟的生态修复规划应从水土保持和水源涵养等相关项目进行开展和出发，并结合兴安盟当地实际情况进行修正，有针对性加强生态修复体系的建立打造出我国北方生态安全屏障。

4 讨论与结论

4.1 讨论

生态系统服务功能重要性以及生态脆弱性的客观评价，可以科学地指导生态格局划定，并对国土空间规划中生态空间的划定、生态保护红线的划定发挥关键性作用。本研究主要针对生物多样性维护功能重要性、水源涵养功能重要性、水土保持功能重要性、防风固沙功能重要性、水土流失脆弱性、沙化脆弱性6个单因子进行集成分析，基于评级结果可以对兴安盟的生态修复分区规划提供理论支撑，实现针对性分区，如：针对水土流失、沙化脆弱性较为严重的区域制定有效生态修复和国土空间综合整治；在阿尔山市地区、科尔沁右翼中旗南部地区、突泉县的西北部地区建立类似于图牧吉自然保护区、科尔沁自然保护区及青山自然保护区的维护生物多样性功能区，以保持生态系统、物种和动植物基因多样性 的丰富度；在科尔沁右翼前旗西部区域、科尔沁右翼中旗北部地区、扎赉特旗西部和北部地区建立水源涵养保护区。也可以基于生态保护重要性不同等级进行分区生态修复，如：生态极重要区采取以封育为主，不允许进行放牧以及农业和人类活动；生态保护重要区域以保护为主，可以合理规划农区和牧区进行适当的人类活动；生态一般重要区以预防为主，在不破坏生态结构以及功能的原则上可以开展农业和牧业等人类生产活动。

本研究针对兴安盟近十年数据进行的生态重要性功能空间区域划分，未进行长时间序列数据分析展开研究，下一步可以从空间、时间，多角度、多维度、多方位进行深度研究。基于《资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价技术指南(试行版)》方法，针对兴安盟地处蒙东地区典型的农牧交错带以及西北高东南低的整体态势做了优化，今后的地市级(盟)这个层级评价方法的侧重点可以倾向于整体性和协调性，以别于省级宏观和县级的微观。

4.2 结论

本研究基于兴安盟自然资源环境禀赋和生态环境特征，选取了生态系统类型、NDVI、土壤质地、地形地貌、自然保护区及各类国家级公园、湿地等多源数据，通过构建目标层-准则层-指标层对兴安盟生态保护重要性程度进行分类定量评价与分等定级，并以此为准识别出生态保护重要区。主要结论如下：

1)当前，兴安盟生态保护极重要区面积为27 986.88 km， 所占比例50.75%，主要分布在兴安盟北部阿尔山地区及其以南科尔沁右翼前旗西部区域、兴安盟南部科尔沁右翼中旗部分地区、突泉西北部及图牧吉自然保护区、科尔沁自然保护区及青山自然保护区等地区，该区域可以作为划定生态保护红线的主要区域；

2)从行政区域分布来看，阿尔山、科尔沁右翼前旗的生态高重要性区所占比例最大，这些区域主要分布于盟域西北部地区，从空间上可判断出这些区域是兴安盟生态功能重要、生态战略地位重要的地区，因此针对此区域应建立更完善的生态环境保护政策和机制；

3)从指标层来看，水土保持功能和水源涵养功能是构成兴安盟生态重要性评价贡献较大的因子，表明水土保持功能和水源涵养功能方面对兴安盟至关重要。