引洮工程關聯區生態功能區劃與生態—經濟系統調控研究*

杜立釗，駱進仁，錢曉東

(蘭州交通大學經濟管理學院，甘肅蘭州 730070)

科學認識區域生態系統和經濟結構的耦合特征是保持區域生態—經濟系統協調發展的前提。在我國地理區劃序列中，生態功能區劃因為加入了人類活動對生態系統影響作用和程度的評價，較之以前的經濟區劃和生態區劃更能揭示區域生態—經濟系統服務功能的演化特征［1-2］。根據一個廣為接受的定義［3］，生態功能區劃是依據生態系統特征、受脅迫過程與效應、生態服務功能重要性及生態環境敏感性等分異規律而進行的地理空間分區，是繼自然區劃、農業區劃、生態區劃之后有關生態環境保護與建設的重大基礎性工作，其目的是明確區域生態安全重要區和保護關鍵區，辨析存在的生態問題與脆弱區，為產業布局、生態保護與建設規劃提供科學依據，它是實施區域生態環境分區管理的基礎和前提。

引洮供水工程 (簡稱引洮工程)是以九甸峽水利樞紐工程為龍頭，通過水庫抬高水位，調節水量后進行自流引水的大型跨區域調水工程，旨在解決甘肅中部干旱地區定西、隴西、渭源縣、臨洮縣，蘭州市榆中縣，白銀市會寧等6個國家扶貧重點縣136萬人生活用水及工業、農村人畜飲水、生態環境用水，適量發展當地節水灌溉農業。按照引洮工程一期規劃，工程建成后每年將從洮河引水2.189 1億m3，二期完成后年調水量達到5.5億m3，這將對整個洮河流域水文和生態環境產生重大的影響。同樣，這些水引入受水區后，也將對受水區的水文環境和生態地理產生長遠的影響。在工程的建設和實施中，同時注重區域生態環境的治理和保護是保證區域可持續發展的重要內容。劃定引洮工程影響區范圍并進行生態功能區劃，以此為基礎協調區域生態—經濟系統具有重要的實際意義。

目前我國的生態功能區劃工作分為兩種類型:一種是行政區尺度［4-6］，以行政區為基本單元，按照從上到下的系統完備和空間平面的無縫聯結，具有鮮明的等級結構和全域覆蓋特征;另一種是流域尺度［7-8］，以江河主體為軸線，劃分帶狀域面的不同區段作為基本功能區。相應的區劃技術和方法已經比較成熟［9-11］。甘肅省在全國較早完成了全省范圍的生態功能區劃［12］，但尺度較大，難以指導微觀地域生態修復和環境整治。該文將引洮工程關聯區作為一個復合型地域系統，以促進關聯區生態-經濟系統協調發展為區劃目標，在分析區域生態—經濟系統主要問題的基礎上，進行生態環境敏感性評價和生態服務功能重要性評價，并明確其區域分異規律。以此為依據，根據生態環境特征的相似性和差異性進行地理空間分區，最后對各生態功能區命名并闡述各功能區生態—經濟系統協調發展的調控對策。

圖1 研究區范圍

1 研究區概況

引洮工程是甘肅省繼“引大入秦”之后又一項重大的跨區域調水工程，其對區域生態環境的影響是多方面的。工程影響所及，包括碌曲、夏河、合作、卓尼、臨潭、岷縣、渭源、臨洮、康樂、廣河、東鄉、永靖、安定區、隴西、榆中、會寧縣等16個縣級行政單元，處于甘南高原向隴中黃土高原過渡地帶，總面積486.284 6萬hm2，2008年總人口467.57萬人，占甘肅省總人口的17.8%。該區是典型的連片集中貧困區，工業和城鎮發育不足，經濟以傳統農牧業為主，農民人均純收入低于甘肅省平均水平。同時也是生態環境脆弱區，退耕還林 (草)、天然林保護、水源區保護等多項國家級生態工程在該區實施。按照與引洮工程的屬性關系，可將以上區域劃分為兩個關聯區 (圖1):一是輸出區，即整個洮河流域。輸出區水量因調出而減少，導致引水口以下供水與河道內用水條件的變化，影響工農業用水和引起一系列的水環境問題。同時，九甸峽引水樞紐以上的洮河上游區還承擔水源涵養和水質保護功能，對產業發展和城鎮建設形成了一定約束。二是輸水通過區和受水區。輸水通過區即從九甸峽引水樞紐到受水區的引水渠道鋪設區，是引水工程的關鍵連接地帶。該區的環境影響主要發生在干渠與支渠沿線，渠道滲漏會影響所經地段土壤與地下水的平衡，有次生鹽漬化的威脅，渠道與天然排水方向相交會出現阻水與干擾河系的問題，渠道鋪設也會對當地植被產生破壞。受水區是引水項目的最大受益區，該區因增加供水而使經濟效益和社會效益增加，但灌溉農田會出現鹽漬化和澇災，在城市 (工礦)地區廢棄水也會隨之增加，往往會出現二次水污染問題。同時，由于勞動力轉移，受水區常住人口規模大幅下降，農業生產份額下降，需水量和水資源配置的動態變化需要跟蹤評估。

2 研究方法

該文生態功能區劃的技術方法和工作流程遵照《生態功能區劃暫行規程》［13］。根據研究區生態系統功能與過程、生態環境敏感性以及生態服務功能的具體特征，該文在相關指標選擇上進行了必要的調整，利用GIS技術并采用自上而下的分區方法。數據資料包括甘肅省的植被、土壤、氣象、高程圖、TM影像、土地利用、水資源、統計年鑒等。其中，生態環境敏感性評價選取了在研究區表現十分突出的土壤侵蝕和自然災害兩項指標，通過對各因子賦值，最后得出總值，并根據其所在范圍將敏感性分為敏感、輕度敏感以及不敏感3個級別。生態功能重要性評價選取水源涵養、土壤保持、生物多樣性維持與保護和生態系統產品提供等4項服務功能指標，依據相應分級標準，對每一類生態服務功能重要性的影響因子進行賦值，得出總值，并分為極重要、重要、比較重要和一般地區4個等級。最后，以生態環境敏感性和生態服務功能重要性指標綜合賦值在空間上的相對一致性和差異性為依據，進行生態功能區劃。為保持研究的一致性，各功能區命名參考了《甘肅省生態功能區劃》［12］。

3 生態功能分區

3.1 生態環境敏感性分析

生態敏感性是指生態系統對自然干擾和人類活動的敏感程度，反映區域生態系統遇到干擾時發生生態環境問題的可能性和程度［14-15］。根據引洮工程關聯區生態系統特征，選擇土壤侵蝕和自然災害兩項指標進行生態環境敏感性評價。通過對各因子賦值，最后得出總值，并根據其所在范圍將敏感性分為敏感、輕度敏感以及不敏感3個級別。

3.1.1 土壤侵蝕敏感性

根據通用水土流失方程 (USLE)，土壤侵蝕敏感性選擇降水侵蝕力R值［16］、土壤質地、地形起伏度和植被覆蓋等因子進行評價，計算公式為:

式中，SSj為空間單元土壤侵蝕敏感性綜合指數，Ci為i因子敏感性等級值 (表1)。

表1 土壤侵蝕敏感性評價指標及分級標準

評價結果表明，該研究區土壤侵蝕敏感性共分為3級，不敏感、輕度敏感、敏感。其中，甘南高原洮河上游地區降水量大，水資源豐富，植被蓋度較好，有效抵制了水土流失的勢能和強度，土壤侵蝕模數較低，屬于土壤侵蝕不敏感地區;洮河中游、岷山以北、積石山東側地區屬于青藏高原向黃土高原的過渡地區，多年平均降水量有所降低，植被覆蓋情況相對較差，由于土石溝壑基面易為流水侵蝕，為土壤侵蝕輕度敏感區;東部黃土丘陵溝壑區為干旱、半干旱氣候，降水不均，暴雨較多，土層深厚，地面破碎，溝壑密布，坡陡谷深，植被稀少，加之黃土疏松易蝕和陡坡墾殖等人為破壞，水土流失十分嚴重，為土壤侵蝕敏感區。

3.1.2 自然災害敏感性

表2 自然災害敏感性評價指標及分級

選取對研究區影響較大的8種重要災害，即氣象災害的干旱、沙塵暴、冰雹、低溫，水災的洪澇，地質災害的滑坡、泥石流以及地震災害。考慮到滑坡、泥石流災害與地震災害致災強、危害大，賦予高權重，氣象災害的沙塵暴、冰雹、低溫、干旱以及洪澇災害，致災危害相對較小，賦予較低權重。自然災害敏感性指數計算

n為氣象災害的數目，I表示災害種類;m表示地質地震災害數目，I表示災害種類。

通過計算得到自然災害敏感性評價結果，其中自然災害敏感性等級閾值劃分為:不敏感≤0.45，輕度敏感0.45～0.55，敏感0.55～0.60，高度敏感0.60～0.65，極敏感＞0.65(表2)。

評價結果表明，該研究區自然災害敏感性分為4個等級，碌曲高原因高原平面和降雨均勻，自然災害的危險性較低，多發生冰雹和低溫等危害，屬不敏感區域;甘南高原北部、隴中黃土高原東部暴雨、洪澇等自然災害的危害性較大，總體屬輕度敏感區;隴中黃土高原大部分屬于敏感區，干旱危害性極大，發生地震、泥石流、滑坡和洪澇等災害的危險性較大。

3.1.3 生態環境敏感性綜合評價

表3 生態環境敏感性綜合評價

該研究中確定的土壤侵蝕和自然災害兩項指標對生態敏感性的貢獻值存在差異。采用專家評分法確定兩項指標的生態敏感性權重系數 (土壤侵蝕為0.6，自然災害為0.4)，用單因素指標值乘以權重系數即為該指標的生態敏感性值。將各單因素生態敏感性值標準化后相加，即得生態環境敏感性綜合值。

結果顯示 (見表3)，該研究區的生態環境敏感性可分為3個等級。不敏感區分布在甘南高原，該區因獨特的地理環境和氣候條件，發育了大面積的高寒濕地、高寒草原等生態系統，成為黃河重要的水源補給區，生態環境狀況基本良好;黃土丘陵區面臨的主要生態問題是水土流失，土壤侵蝕嚴重，干旱等自然災害發生的危險性極高，所以生態敏感性較大;只有在沿河區域和有高山分布的地區，水資源擁有量稍高，維持了一定的生態系統穩定性，為略敏感地區。

3.2 生態功能重要性評價

選取水源涵養、土壤保持、生物多樣性維持與保護和生態系統產品提供等服務功能［17］，依據相應分級標準，對每一類生態服務功能重要性的影響因子進行賦值，得出總值，并分為極重要、重要、比較重要和一般地區4個等級。

3.2.1 水源涵養重要性

以區域內河流的流域范圍為基本評價單元，根據影響生態系統水源涵養功能的主要因素，選取地貌類型、地表覆蓋狀況作為評價指標并結合降水分布進行重要性分級。

式中，WM為水源涵養重要性，emi為第i類生態系統類型面積，A為評價單元總面積，CWi為生態重要性賦值 (表4)，R為地表徑流深度 (mm)。

表4 水源涵養重要性評價指標及分級

評價結果表明，該研究區大部分地區在水源涵養方面缺乏重要性。大面積的黃土丘陵和溝壑地區因濕地、林草地面積比重小，植被覆蓋率低，降水量少，不易產生地表徑流，所以水源涵養重要性低;積石山以北康樂地區有一些森林和草地，降水量也較多，具有涵養水源的一定條件，水源涵養重要性較低;甘南高原、洮河中游和岷迭山區等地有較大面積的森林和草地，降水量在500mm以上，具有明顯的水源涵養功能，為水源涵養重要性中等重要的地區。

3.2.2土壤保持重要性

根據甘肅省水土保持部門提供的各評價單元土地平均侵蝕模數，以評價單元中主導性的生態系統類型為基礎，采用如下公式:

式中，SM為土壤保持的重要性，emi/A為各類生態系統占評價單元的土地面積的比重，CSi為重要性評價的對應分值 (表5)。

表5 水土保持重要性評價指標及分級標準

評價結果表明，該研究區土壤保持重要性高的地區集中分布于隴中水土流失嚴重的黃土高原地區。甘南高原和洮河上游植被覆蓋較好，土壤侵蝕程度低，所以土壤保持重要性低。岷迭山區一些地方由于植被破壞造成石漠化現象，土壤保持重要性為中等。

3.2.3 生物多樣性維持重要性

基于水分和溫度二個主導性因素的組合，采用如下方法:

式中，DM為生物多樣性維護的重要性，P為年平均降水量標準化的數據，T為年平均氣溫標準化的數據，emi/A為各類生態系統占評價單元的土地面積的比重，CDi為各類生態系統對維護生物多樣性的權重 (表6)。

該項研究中生物多樣性保護重要性是用水熱條件的組合來間接替代的，由于研究區范圍較小，水熱組合狀況的地域分異特征不明顯，僅分為3個等級。甘南高原和黃土高原地區由于氣候寒冷或干旱缺水等原因，物種數量少，生態系統的結構相對單一，維護生物多樣性的重要性低。隨著地勢向東南方向岷迭山區過渡，越接近西秦嶺，氣溫和降水條件有所變化，生物種類也逐漸豐富，生物多樣性保護重要性也有所提高。

3.2.4 生態系統產品重要性

該研究以單位面積第一產業產值來表示區域生態系統產品提供能力的大小。數據來源于研究區各縣2008年統計年鑒。用農業產值來代表生物產品的重要性，實際上是反映對維持人類生存的意義。該研究區內重要性評價為中等的只有廣河縣，其土地利用率較高，人口相對稠密，農業綜合生產能力較強。其他大部分地區產出生物品的重要性低或較低，多為干旱半干旱地區，或主要從事牧業生產，人口稀疏，生產粗放，農業生產能力較低。

3.2.5 生態功能重要性綜合評價

將生態系統的4種重要性按一定的權重進行加和，進行生態重要性的綜合評價，計算公式如下:

表6 生物多樣性保護重要性評價分級

式中，EM為生態重要性的綜合評價;Si、Ci分別為生態系統水源涵養、土壤保持、生物多樣性維護和產出生物產品的重要性單項評價得分和權重，權重由AHP法得到。

評價結果表明 (表7)，綜合的生態重要性在該研究區只分極重要、重要和比較重要3個等級，普遍不太高，越往東南方向，植被覆蓋情況較好，生態重要性也逐漸提高。從碌曲高原到隴中北部一線，森林不多，但地帶性植被主要為草原，荒漠面積小，植被覆蓋程度適中，具有一定的生態功能，所以，生態重要性為中等。而會寧、安定、永靖、東鄉等地不僅森林稀少，草地也不多，荒漠面積較大，生態系統較為脆弱，服務價值較低，生態重要性程度也較低。

表7 生態功能重要性綜合評價

3.3 生態功能分區

具體區劃見表8、圖2。

表8 引洮工程關聯區生態功能區劃

4 分區生態—經濟系統調控對策

4.1 甘南高原草甸草原生態亞區

4.1.1 碌曲高原草甸牧業及鳥類保護生態功能區

該區處于西傾山以北，臘利大山以南的山原盆地，分布著尕海灘、達久灘、伊隆灘、加尕灘、苦水灘等水草豐美的灘地，發育草甸和沼澤化草甸，是大夏河、洮河的發源地。該區草質優良，飲水方便，載畜量高，以放養牦牛、犏牛、藏綿羊為主，傳統畜牧業是最重要的經濟部門，發展和增收的壓力較大。由于長期持續利用，放牧強度過大，出現超載現象，所以應加強草場的保護和管理，防止草場退化。同時，該區內湖泊密布，是候鳥的棲息地，分布著許多珍稀保護鳥類，應重點保護，現已建立尕海國家級自然保護區。該區也是甘肅甘南黃河重要水源補給生態功能區生態保護與建設工程的重點實施區，改變傳統畜牧業，保持草原生態健康，提高水源涵養能力是實現可持續發展的重要任務。

4.1.2 太子山山地森林恢復與水源涵養生態功能區

該區屬大夏河上中游和洮河的中游，太子山東西走向，洮河、大夏河南北切割，形成深切河谷。大夏河上游陰坡廣泛分布著以紫果云杉為主的暗針葉林，大夏河與洮河中游的陰坡歷史上也廣泛分布暗針葉林、針闊混交林和落葉闊葉林，但現在大部分地區已遭受嚴重砍伐和開墾，僅在小部分保存森林，大部分地區為農田和灌草叢。該區是甘南高原的最北端，既是大夏河、洮河中游的水源補給區，也是北部黃土高原地區的水源涵養區，因此恢復森林植被，增強水源涵養能力是生態環境保護與建設的重點。應結合天然林保護工程和退耕還林工程的建設，封山育林，植樹造林，提高森林覆蓋率，增強其水源涵養的服務能力。該區屬典型的山區經濟，也是集中連片貧困區，生計維持對生態環境的壓力較大，應加大生態扶貧力度，完善補償措施，優化生產結構，提高居民收入，維持發展訴求與生態保護之間的平衡。

圖2 引洮工程關聯區生態功能區劃方案圖

4.1.3 洮河中游山地農牧業與森林恢復生態功能區

該區屬洮河上游南岸的迭山北坡地區，跨臨潭、卓尼、岷縣3縣。除洮河干流外，有多個支流發源于此并匯入洮河，是洮河的重要水源補給區。森林分布在迭山北坡和洮河南岸的溝谷中，以冷杉、云杉為主，下部為楊、樺闊葉林。因過度采伐，目前大部分地區林相殘敗，森林面積縮小，取而代之的是大面積的次生林和灌草叢。應加強對殘存天然林的保護，加快采伐地造林恢復。

該區地處洮河中游，為黃土覆蓋的中低山地和緩坡丘陵，因耕作歷史悠久，森林基本不復存在，緩坡地帶多開辟為農田，低山、陡坡為灌叢草甸，屬農牧區，應提高農業生產的技術投入水平，發展特色農業和設施農業，降低對土地的開發利用強度。該區地處洮河中游，又有黃土覆蓋，植被破壞嚴重，水源涵養與土壤保持功能下降，應合理調整農林牧用地的比例，搞好水土保持工作，積極封山育林，植樹造林，促使森林植被的恢復。

4.2 隴中中部黃土丘陵農業生態亞區

4.2.1 東部黃土丘陵強烈侵蝕農業生態功能區

該區為黃土丘陵溝壑區，以農業為主，土地開發強度大，坡耕地比例大，水土流失嚴重，生態環境敏感。應以控制水土流失為重點，開展生態環境綜合治理，建設高標準的基本農田，發展集雨農業和設施農業，優化生產結構，提高果、畜等比例，改革經營體制，并加大勞動力外輸和轉移力度，減輕人口壓力。利用國家級生態建設工程實施的良好機遇，積極退耕還林還草，改善生態環境。

4.2.2 西部土石丘陵農林及水源涵養生態功能區

該區緊靠北秦嶺和甘南高原，區內主要是黃土低山、長梁和丘陵，海拔多在2 000～2 500m之間。生態系統主要是森林草原，歷史上天然林面積較大，但經長期開墾，低山丘陵多被農田所占據，森林現已退至2 500m以上的山地，且多為次生林。草原植物主要有阿爾泰針茅、甘青針茅、短柄草、野青茅等。該區生態建設的方向是按照土地生態適宜性特點，合理調整農林用地結構，利用降水豐富的優勢，提高經濟作物種植比例。封山育林恢復森林植被，涵養水源，為中部地區提供用水保障。

4.2.3 馬銜山—興隆山山地水源涵養與生物多樣性保護生態功能區

該區為凸起于黃土高原上的石質山地，海拔2 000～3 600m，山體兩側與黃土高原鑲嵌，形成黃土剝蝕地貌。區內年降水量500～800mm，有11條長流水河道，為山前地區農業生產提供水源。區內有高等植物117科，435屬，982種，分布有草原、草甸、灌叢、落葉闊葉林、針葉林等植被類型。有脊椎動物160種，其中馬麝是種群數量較大的國家保護動物。該區是黃土高原上海拔最高的石質山地，也是生物多樣性豐富的地區，又緊靠蘭州市，具有重要的生態服務功能，是國家級自然保護區，應不斷減少人類活動強度，維持保護區生態功能，提供科研、旅游等多樣化服務。

4.2.4 劉家峽濕地及鳥類保護功能區

該區系劉家峽水庫淹沒區，庫區特殊的環境形成了該區濕地生態系統，并吸引大量鳥類在此停留歇息，構成一個重要的生物多樣性區域。在生態環境建設中要加強庫區環境保護，減少人類活動影響，以保證珍稀鳥類在此地棲息。該區是重要的水電樞紐基地，由于水電產業的關聯性強，易產生集聚效應，經濟活動強度持續增大，城市規模也逐漸擴大，對區域生態系統的影響也更加復雜化。要提高技術投入水平，降低工業化和城市化帶來的環境侵擾和生態破壞幅度，提高旅游、商貿等經濟活動比重。

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