辽河流域(浑太水系)山水林田湖草沙一体化保护与修复研究

滕超 王雷

(1.辽宁有色勘察研究院有限责任公司,辽宁 沈阳 110000;2.辽宁省地质矿产研究院有限责任公司,辽宁 沈阳 110032)

党的十九届五中全会提出,推动绿色发展,促进人与自然和谐共生。要坚持绿水青山就是金山银山理念,坚持尊重自然、顺应自然、保护自然,坚持节约优先、保护优先、自然恢复为主,守住自然生态安全边界[1]。2018年9月28日,习近平总书记到抚顺西露天矿和辽阳进行实地考察,并在沈阳召开深入推进东北振兴座谈会,明确指示要“加快统筹山水林田湖草治理,使东北地区天更蓝、山更绿、水更清”,为辽宁生态文明建设指明了方向、提供了遵循。

辽河流域(浑太水系)涵盖山地、平原和海域,充分契合国家“渤海攻坚战”和“蓝色海湾行动”的战略部署。2021年,辽河流域(浑太水系)山水林田湖草沙一体化保护和修复工程获批国家第一批山水林田湖草沙一体化保护和修复工程项目。基于生态安全的辽河流域(浑太水系)山水林田湖草沙一体化保护和修复工程以辽河流域浑太水系为完整的地理单元,统筹考虑生态系统的关联性和自然生态要素的综合性,将碳达峰、碳中和纳入辽河流域生态文明建设的具体部署,最终实现“秀美辽河,润山净海”的总目标。

1 研究区域概况

辽河流域(浑太水系)位于辽宁省的中东部,东起东北森林带(抚顺、本溪),经沈阳(现代化都市圈)、辽宁铁矿集中开采区(本溪、辽阳和鞍山),西至“渤海海岸带”(营口和盘锦),终入渤海湾,流经抚顺、沈阳、本溪、辽阳、营口和盘锦等6市,省内流域总面积4.18万km2。流域内地貌有山地、丘陵、平原,生态系统类型有森林、草地、河流、湖泊、湿地、农田、城镇等,生态要素齐全丰富。辽河流域(浑太水系)山水林田湖草沙一体化保护和修复工程的实施范围为上游抚顺市、中游辽阳市和下游盘锦市。

浑太水系作为全国“两屏三带”中的重要区域,具有水源涵养、土壤保持、洪水调蓄、生物多样性的生态调节服务功能,对调节区域水循环与局地气候、维护国家生态安全具有重要战略意义。同时,也是国家重要的粮食生产和林产品基地,具有农产品和林产品的双重产品提供服务功能,在保证区域和国家的生态安全、粮食安全方面起着重要作用。

2 研究内容

2.1 数据来源

本文中选取浑太水系的“二调”及“三调”数据、气象数据、生态数据、社会经济数据、水系分布、高程数据等,栅格数据分辨率为30 m×30 m,矢量数据比例尺不低于1∶200 000[2]。

2.2 技术路线

基于辽河流域(浑太水系)的生态安全,通过多期生态景观数据的对比分析,得出生态景观格局演替规律;同时,采用单途径多因子诊断法,对浑太水系的主要生态系统服务功能中选取农产品供给、水源涵养(固碳与持水)和生物多样性(生境质量)三个因子进行评价。结合浑太水系的生态环境问题和生态服务功能,有针对性地开展山水林田湖草沙一体化保护和修复工程[3]。

图1 辽河流域(浑太水系)山水林田湖草沙一体化保护和修复工程技术路线图

2.3 生态系统评价

2.3.1 生态景观格局演替规律分析

对辽河流域(浑太水系)整体,选取1990年、2000年和2018年的三期栅格数据,采用从林地景观、耕地景观、草地景观、水域景观、居民点建设用地景观和未利用地景观6大景观类别进行对比分析,形成1990年、2000年和2018年辽河流域(浑太水系)各年份景观类型分布图。

选取1990年、2000年、2010年和2018年的四期栅格数据,选择最大斑块指数(LPI)、平均斑块面积(MPS)、斑块个数(NP)、多样性指数(SHDI)4个指标,运用Fragstates4.2软件综合计算景观指数法,形成景观格局评价指标体系。

2.3.2 生态服务功能评价

选取生态服务功能中的农产品供给、生物多样性(生境质量)和水源涵养(固碳与持水)三个因子,采用单途径多因子诊断法进行评价。

(1)农产品供给计算方法。

农产品供给公式如下:

(1)

式中:Es为农产品总供给热量(kcal);Ei为第i种农产品所提供的热量(kcal);Mi为第i种农产品的产量(t);EPi为第i种农产品可食部的比例(%);Ai为第i种农产品每100 g可食部中所含热量(kcal);i=1,2,3,…,n为某农产品种类。

表1 生态景观格局演替规律分析指标表

表2 生态景观格局演替规律分析结果

(2)生物多样性(生境质量)计算方法。

应用InVEST软件的生物多样性模块测算生境质量指数评价生境质量,确定威胁因子与敏感性因子的权重值及威胁源对生境的最大影响距离,最后输入InVEST模型得到生境质量分布图。计算结果的值越大代表栖息地质量越高,生物多样性质量越高。

(2)

式中:Qxj是土地利用类型j中栅格x的生境质量;Dxj是土地利用类型j栅格x的生境胁迫水平;k是缩放参数(常数)。

(3)

式中:dxy为栅格x与y之间的线性距离;drmax为胁迫因子最大有效威胁距离;Wr为胁迫因子的权重;βx为栅格x的可达性水平;Sjr为土地利用类型j对胁迫因子的敏感性。

(3)水源涵养(固碳与持水)计算方法。

耦合了生态系统生产力和土壤碳、氮通量,由网格化的全球气候、辐射、土壤和遥感植被指数数据集驱动。模型包括土壤有机物、微量气体通量、养分利用率、土壤水分、温度、土壤结构和微生物循环。从现有的多个研究成果来看,固碳释氧和水源涵养等在空间上是基本一致的格局。因此该指标既体现了区域内生态系统生产力的条件,又能在一定程度上反映产水和水源涵养的能力。其计算公式如下:

NPP(x,t) =APAR(x,t)×ε(x,t)

(4)

式中:t表示时间,x表示空间位置。

2.4 生态环境问题

由于辽河流域(浑太水系)覆盖范围广,受历史上粗放型经济发展模式和东北老工业基地的重工业发展影响,在不同区域呈现出不同的生态环境问题。

上游作为水源涵养区,2020年底林草地面积占75%以上,较1990年草地减少66.91%,建设用地增加75.74%,导致区域斑块破碎度增加,景观完整性遭到破坏。此外,松材线虫病生物疫情严重,水源涵养能力出现明显下降。抚顺市区矿山集中开采区生态环境破坏严重。

中游作为国家优质农产品提供区,耕地面积相比1990年减少28.2%。辽阳、鞍山铁矿集中开采区矿山生态环境破坏严重,林地呈现碎片化,生物多样性功能出现较大面积的分散性下降。

下游是我国面积最大的滨海湿地,拥有世界著名的红海滩。较1990年,湿地减少11.66%,水域减少26.50%,生态系统稳定性差,生态廊道部分断裂,景观完整性遭到破坏,对生物多样性构成威胁。

全域水生态环境问题突出。水是连通浑太水系流域上、中、下游的灵魂,受气候变化和经济发展需求影响,生态流量逐年减少,河口环境改变。同时,陆域入海污染物导致区域海洋功能受损,渤海成为我国诸多海域中生态环境最为脆弱的海域[4]。

表3 生态服务功能评价结果

图2 辽河流域(浑太水系)生态环境问题分布图

3 山水林田湖草沙一体化保护和修复工程部署

3.1 山水林田湖草沙一体化保护和修复工程整体结构

以保证国家的生态安全、粮食安全和用水安全为目标,坚持“整体保护、系统修复”的原则,根据浑太水系的主要生态环境问题和生态服务功能,在“七大生态保护修复单元”构建“一河两带三湖”的生态安全格局。“一河”即浑太水系生态廊道,是浑太水系的灵魂,主要包括西露天矿及周边地区矿山生态修复区、太子河流域生态修复区和辽河口水环境生态修复区3个生态保护修复单元;“两带”即东北森林带和渤海海岸带,主要包括浑河流域森林生态修复及水环境治理区和辽河口湿地生态恢复区2个生态保护修复单元;“三湖”即大伙房水库、汤河水库和葠窝水库,主要包括浑河流域森林生态修复及水环境治理区、汤河水库饮用水源保护区生态修复与水质保障区和葠窝水库工农业水源区矿山生态修复与水质提升区3个生态保护修复单元。其中,浑河流域森林生态修复及水环境治理区既属于东北森林带,也包含大伙房水库水源区。

图3 辽河流域(浑太水系)七大生态修复单元和“一河两带三湖” 生态安全格局

涵盖森林生态修复、矿山生态修复、水环境生态修复、土地综合整治与生态修复、湿地生态修复等方面,分阶段、分区域实施,确保山水林田湖草沙一体化保护和修复工程整体推进、科学部署。聚焦东北森林带生态保护、辽河平原粮食主产区保护、重要水源地保护、辽河口国家级自然保护区及渤海海岸带保护,以统筹流域上、中、下游“山水林田湖草生命共同体”为主线,以生态保护修复单元为载体,科学部署,分步实施,整体推进,最终实现“秀美辽河,润山净海”总目标。

3.2 子项目布局

通过辽河流域(浑太水系)生态系统的综合评价、生态环境问题和生态服务功能的分析,按照“因地制宜、科学合理、突出特色”的原则,统筹推进山水林田湖草多要素综合治理、系统治理、源头治理,将上、中、下游区域进行统筹考虑,将辽河流域(浑太水系)山水林田湖草沙一体化保护和修复工程分为西露天矿及周边地区矿山生态修复区、浑河流域森林生态修复及水环境治理区、太子河流域生态修复区、汤河水库饮用水源保护区生态修复与水质保障区、葠窝水库工农业水源区矿山生态修复与水质提升区、辽河口水环境生态修复区、辽河口湿地生态恢复区等7个生态保护修复单元,形成“一河两带三湖”的生态安全格局。针对7个生态保护修复单元的主要生态环境问题和胁迫因子,采取不同的修复措施,达到不同的修复目标,布设了9个子项目。

3.3 修复措施及修复目标

(1)“一河”。

“一河”即浑太水系生态廊道,是浑太水系的灵魂。主要包括西露天矿及周边地区矿山生态修复区、太子河流域生态修复区和辽河口水环境生态修复区3个生态保护修复单元。针对浑太水系两侧的局部支流水质不达标、农业面源污染、水土流失等问题,开展水环境生态修复、土地综合整治与生态修复、矿山生态修复等工程,从源头治理,彻底改善浑太水系水环境,提高生态流通量,保证浑太水系的水生态安全和辽河平原的粮食安全。

(2)“两带”。

“两带”即东北森林带和渤海海岸带。主要包括浑河流域森林生态修复及水环境治理区和辽河口湿地生态恢复区2个生态保护修复单元。针对东北森林带内森林生态系统局部破碎度不断增加、水源涵养能力下降等问题,开展森林生态修复、矿山生态修复、小流域综合治理等工程,从根本上提高森林生态系统的连通性,提高植被覆盖率,提高水源涵养能力,保证东北森林带的生态安全;针对渤海海岸带内部分近岸海域生态功能受损、生物多样性降低、生态系统脆弱等问题,开展辽河三角洲湿地生态保护修复工程,恢复退化的典型生境,加强候鸟迁徙路径栖息地保护,加强生物多样性保护,提升海岸带生态系统结构完整性和功能稳定性。

图4 辽河流域(浑太水系)七大生态修复单元及子项目布局

(3)“三湖”。

“三湖”即大伙房水库、汤河水库和葠窝水库。主要包括浑河流域森林生态修复及水环境治理区、汤河水库饮用水源保护区生态修复与水质保障区和葠窝水库工农业水源区矿山生态修复与水质提升区3个生态保护修复单元。针对水库周边区域存在局部入库支流水土流失严重、农业面水源污染等问题,开展小流域综合治理、矿山生态修复、重点水源地保护保育等工程,保证大伙房水库水质稳定在地表水II类水质;汤河水库水质保持在地表水II类水质;葠窝水库水质提升到地表水Ⅴ类水质以上,保障浑太水系的用水安全。

4 结论与建议

本文通过对辽河流域(浑太水系)生态景观格局演替规律、生态系统服务功能中的农产品供给、生物多样性和水源涵养的综合评价,并结合生态环境问题和生态服务功能,实现“评价—问题—功能—目标”一一对应的山水项目科学部署,保证山水项目实施既有很强的可操作性,真正减少或降低生态胁迫,又能保证区域的生态安全,取得长久的生态修复成效。同时,突出生态保护修复对辽宁省经济社会发展的支撑作用,为建设辽东绿色经济区等省“十四五”规划发展格局提供良好的生态环境,构建生态保护修复与经济建设相互促进的永续发展的良好局面。