基于三維模型框架的承德市域生態功能區劃研究

楊立強，錢金平，胡引翠

（1. 河北省國土資源廳 信息中心， 河北 石家莊 051130；2.河北師范大學 資源與環境科學學院， 河北 石家莊 050024）

承德市位于河北省東北部，自然資源豐富。同時，承德市是京津兩大城市的生態屏障和飲用水源地，是河北省的重點敏感生態區。因此，開展生態功能區劃研究，明確定位和發展方向，對于促進全市經濟社會與生態環境可持續發展，具有重要意義。本文以區域自然生態本底、自然過程、人類社會經濟活動三個維度，明確區域的景觀格局及動態變化，構建生態功能區劃的指標體系。在技術方法上，以遙感數據為補充，獲取相關指標因子，在地理信息系統的輔助下，構建生態功能區劃的技術體系，劃分了承德市生態功能圈，為決策者提供科學依據。

1 研究區域概況

承德市屬半干旱、半濕潤大陸性季風性山地氣候。全市氣候類型由北向南依次是亞寒帶冷濕帶、亞干旱中溫帶、亞濕潤中溫帶和較濕潤暖溫帶。承德市河流分屬四個流域，即灤河流域、北三河流域、遼河流域、大凌河流域。

承德市植被沿緯度方向分為兩個植被帶，即溫帶草原植被帶和暖溫帶落葉闊葉林植被帶中的燕山山地落葉闊葉林溫性針葉林區。在地貌上，前者位于壩上高原，后者位于山地丘陵。燕山山脈最高峰為霧靈山，隨著地勢的升高和水熱條件的變化，植被分布呈明顯的垂直分布。植被自下而上，可分為松櫟林帶、云杉落葉松林帶。在各種類型中以落葉闊葉林占優勢，樺楊林和櫟林廣泛分布。全市森林覆蓋率達53.3%，自然保護區達13個，包括國家級5個、省級8個，總面積2 933 km2，占全市國土面積的7.4%；森林公園16個，包括國家級7個、省級9個，總面積1 033.21 km2，占全市國土面積的2.6%。

2 三維模型框架的生態功能區劃方法

生態功能區劃需要綜合考量生態系統組成、結構和功能，評價人類對生態系統的影響和生態系統的承載力。生態功能區劃以自然要素、自然系統、自然過程、人類的擾動為基礎，確認生態系統等級結構和邊界。區域的生態功能特點，需要在自然生態本底、人類社會經濟活動、自然過程構成的三維模型框架下描述。

在自然生態本底維度，反映了區域的自然生態環境現狀，主要采用自然環境和自然資源兩個指標進行度量。不僅包括生態系統的構成和尺度，還包括土壤、水文、植被等自然資源特征。

在人類社會經濟活動維度，優先考慮自然資源利用的廣度和人類活動對生態環境的影響，采用資源利用、環境影響兩個指標進行度量。主要包括產業布局、土地利用、污染物排放和環境質量等方面。

在自然過程維度，反映生態系統服務能力受擾動的特征，則采用生態敏感性和生態脆弱性兩個指標進行度量。

在三維模型框架下，利用地理信息系統與遙感技術進行生態功能區劃。首先收集資料，獲取各評價指標的數據并轉換為空間數據格式。第二，利用GIS軟件對各指標進行定量分析。第三，對各指標進行空間分析和綜合評價。最后，根據綜合評價結果，結合生態環境特征的相似性和差異性而進行生態功能分區，具體流程如圖1所示。

圖1 生態功能區劃流程圖

3 承德市生態環境特征分析

3.1 承德市自然生態本底特征

承德市地跨兩個緯度帶，是暖溫帶向寒溫帶的過渡地帶，地形、地貌等自然條件復雜多樣，構成生物生境類型與生物種群的差異性和多樣性，使得生態系統多樣性更加豐富多彩。

利用TM遙感數據提取植被覆蓋度信息、制作土地覆被分類圖。經統計，全市沙化地分布以圍場縣最多，占全市沙化地總面積的43.57%；其次是豐寧縣，占全市沙化地面積的33.72%；隆化縣沙化地占全市沙化地面積的6.64%，居第3位（見圖2）。利用GIS軟件對植被覆蓋度、沙占地百分比和土壤質地3個指標進行綜合分析和評價，最終得出承德市荒漠化現狀評價結果。

圖2 承德市沙化地分布比例

利用遙感數據，解譯制作承德市土壤侵蝕分布圖。承德市的土壤侵蝕分布在豐寧萬勝永、外溝門，圍場壩上新撥、山灣子和寶元棧的交界區，隆化北部步古溝、西阿超兩鄉有零星分布，承德縣岔溝鄉、頭溝鄉有大范圍分布，灤平虎什哈、付家店也有零星分布。

3.2 承德市人類社會經濟活動特征

利用TM遙感數據，經過幾何校正、拼接、對比度調整和監督分類，結合實地調查，獲取承德市土地利用分布圖。

3.3 承德市生態系統自然過程特征

根據承德市生態環境特征，選取土壤侵蝕、荒漠化、水資源脅迫、水環境污染、地質災害5個指標反映生態系統對人類活動反應的敏感程度。荒漠化敏感性采用濕潤指數、土壤質地、冬春季起沙風的天數及植被覆蓋程度等因子。采用地理信息系統技術建立評價因子的圖形庫和屬性庫，運用GIS的疊加分析功能獲得承德地區土地荒漠敏感性綜合評價圖。

土壤侵蝕敏感性評價可以運用通用土壤侵蝕方程，采用單因子分析方法對影響土壤侵蝕的敏感性進行分級，并利用GIS生成各個因子對承德市土壤侵蝕敏感性的影響圖。

以土壤侵蝕和水土流失、土地荒漠化、水環境污染、地質災害等生態環境問題及其分布范圍為基礎，以土壤侵蝕敏感性、土地荒漠化敏感性、水資源脅迫敏感性、水環境污染敏感性等敏感性指標評價結果為基礎，對單因子評價結果分級指標進行空間疊加計算，得出承德市生態環境敏感性綜合評價結果。

高度敏感區：主要分布在豐寧縣東北部、中部，圍場縣東北部、中部地區。

中度敏感區：主要分布在高度敏感區周圍，包括豐寧縣壩上地區和壩下地區的北部，圍場縣中部、東部大面積地區，隆化縣中部，灤平縣東北部，承德縣東南部。

輕度敏感區：主要分布在豐寧縣東部，圍場縣東南部和西北部，隆化縣西部和西北部，承德縣南部，承德市中部，灤平縣東北部，平泉縣東北部和南部有小面積分布，寬城縣中部有零散分布。

一般地區：主要分布在興隆縣全部，寬城大部分，灤平縣中南部，承德縣北部和南部，平泉縣北部和南部。

4 承德市生態功能區劃結果

承德生態功能分區過程中，采用定性與定量分析相結合的方法。在ArcGIS和SPSS軟件支持下繪制不同生態因子生態敏感性、生態脆弱性專題圖。在此基礎上，利用ArcGIS空間分析功能，同時著重考慮人類生產活動對生態環境的影響，來確定各區域在三維模型框架下的位置。最后，遵循生態特征與功能相結合、自然過程與人類活動相結合、生態環境建設與經濟發展相結合的原則，結合承德市可持續發展的總體部署、經濟和社會發展的現狀評價和定位，對承德市域進行生態功能區劃。

承德市生態功能區劃分區系統分三個等級：首先從宏觀上以自然氣候、地貌類型、地理特點劃分自然生態區；然后根據生態系統類型與生態系統服務功能類型劃分生態亞區；最后根據生態服務功能重要性、生態環境敏感性與生態環境問題，在各生態亞區內劃分生態功能區，以滿足宏觀指導和分級管理的需要。

生態區（Ⅰ級區）的劃分：主要依據承德市大的地貌類型，并繼承國家生態功能區劃中的三級功能區界線和河北省生態功能區劃中亞區界線，將壩上高原地貌與壩下山地、丘陵地貌的分界線作為生態功能區劃一級區的分界線。

生態亞區（Ⅱ級區）的劃分：壩上生態區以草原生態系統類型分布和縣級行政區區界為依據劃分生態亞區。壩下地區以冀北山地中高山森林和森林草地生態系統，中低山森林灌叢、草地和農田生態系統，燕山山地森林生態系統，城鎮工礦區生態系統類型為依據，兼顧鄉級行政區界的完整性，劃分出生態功能亞區。

生態功能區（Ⅲ級區）的劃分：以承德市行政區劃圖、1︰25萬DEM和TM影像為底圖，運用GIS軟件把生態環境敏感性和生態系統服務功能重要性評價結果轉化為像元大小為107.9 m×107.9 m的柵格圖像進行空間分析，對每個柵格采用最大值法，比較生態系統敏感性和生態系統服務功能各因素的空間分布在柵格單元上的影響程度，明確對每個柵格單元敏感性或服務功能重要性評價級別最高即影響力最大的因子，確定每個柵格單元的主導生態服務功能。

承德市生態功能區按三級分區分別命名，每一生態功能區的命名由三部分組成。①一級區命名要體現出分區的氣候和地貌特征，由地名+地貌特征+生態區構成。②二級區命名要體現出分區生態系統的結構、過程與生態服務功能的典型類型，由地名+生態系統類型+生態亞區構成。③三級區命名要體現出分區的生態服務功能重要性、生態環境敏感性或脅迫性的特點，由地名+生態系統服務功能特點（或生態環境敏感性特征）+生態功能區構成。

全市生態功能區劃共劃分出一級區2個，即壩上高原生態區、冀北及燕山山地生態區。生態亞區6個，即壩上高原西部草原生態亞區、壩上高原東部森林草原生態亞區、冀北山地森林生態亞區、七老圖山森林灌草生態亞區、燕山山地南部林果生態亞區、承德規劃發展生態亞區。

在明確生態區的基礎上，按前述區劃原則進一步細劃為6個生態亞區、27個生態功能區。

[1]賈良清, 歐陽志云. 安徽省生態功能區劃研究[J]. 生態學報.2005,25(2):254-260

[2]蔡佳亮,殷賀，黃藝.生態功能區劃理論的研究進展[J]. 生態學報,2010，30(11):3 018-3 027

[3]王煒，步偉娜，紀江海.資源型城市生態功能區劃研究——以焦作市為例[J].自然資源學報，2005(1):79-84

[4]田豐.資源型城市生態功能區劃方法研究[J].山西建筑，2013，39(19):8-9

[5]劉珂，葛大兵，王樂濱，等. 生態屏障型鄉鎮生態功能區劃研究——以湖南省寧鄉縣溈山鄉為例[J].安徽農業科學，2013，41(1) :183-184，197

[6]王小丹,鐘祥浩,劉淑珍,等.西藏高原生態功能區劃研究[J].地理科學,2009(5)：715-720

[7]河北省生態與災害研究課題組.河北省生態區劃研究[J].地理與地理信息科學,2003(5):83-85