北京市房山區土地利用生態功能分區

張文凱+吳克寧+黃晴+謝苗苗+常青

摘要：房山區是北京市重要的資源型轄區，又肩負北京西南“生態屏障”“世界地質公園”等諸多重要角色。基于北京市房山區的生態環境特征，運用景觀生態分類理論，結合房山區“世界地質公園”的定位，采用生態功能評價的方法，運用地理信息系統系列軟件（ArcGIS）、遙感圖像處理平臺（ENVI）、碎片統計軟件（Fragstats）等技術手段，以房山區多個小流域為評價單元，對房山區遙感影像、土地利用覆被數據、土地利用數據庫進行疊加分析，完成房山區土地利用生態功能分區。結果表明，房山區處于生態轉型進程中，土地生物生產功能分區面積1 087.66 km2，環境服務功能分區面積451.10 km2，文化支持功能分區面積480.24 km2。房山區生態功能區域的劃分可用于指導房山區礦產資源的有序開發利用和合理的產業布局，為北京市生態環境保護提供科學依據，為維護房山區“世界地質公園”稱號及北京西南區“生態屏障”提供重要指導，對于房山區生態安全具有重要的意義。

關鍵詞：生態系統服務；生態功能分區；環境保護；生態安全；房山區；土地利用

中圖分類號： F323.211文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2017）12-0250-06

土地利用生態功能分區是依據區域地貌等環境要素的同一性、土地資源與土地利用的相似性、土地生態環境現狀與未來發展趨勢以及治理措施的相對一致性，將某區域內土地劃分為不同的生態功能區[1]。生態功能是生態系統的屬性，生態功能區劃主要考慮生態、地理、氣候的空間分異特征[2]。根據區域生態系統類型、生態敏感性、生態系統服務功能重要性的空間分異規律，生態功能區劃可對區域生態功能進行地理空間分區[3]。19世紀初開始提出地表自然區劃和主要單元內部逐級分區的概念，以及后來現代自然區劃研究的開創，直到首次真正意義上的生態區劃實施，經歷了一個不斷完善和發展的過程[4]。1976年，Bailey提出了美國真正意義上的生態分區等級系統[5]。我國于2002年發布了《生態功能區劃技術暫行規程》，2008年環境保護部和中國科學院發布了《全國生態功能區劃》，是國際上首次提出基于生態系統服務功能的生態功能區劃思路和區劃方法，并完成了國家尺度生態功能區劃方案，同時對區域生態系統管理以及區域發展戰略提供了指導和借鑒[6]。

房山區位于北京市西南部，礦產、地熱、旅游資源極為豐富，聯合國教科文組織于2006年批準成立中國房山世界地質公園，同時《北京市城市總體規劃2004—2020》中將房山區定為北京市西南區的生態屏障。資源型產業是房山區的傳統產業，但隨著資源枯竭、區域定位變化，大量廢棄礦區造成地質環境惡劣、生態風險加劇，造成生態環境現狀與發展規劃背道而馳。本研究基于地理信息系統（簡稱GIS）平臺，結合房山區遙感影像和空間柵格矢量數據，采用層次分析法確定指標權重，借助遙感圖像處理平臺（ENVI）和碎片統計軟件（Fragstats）等技術手段，進行房山區土地利用生態功能分區，并對房山區重要生態功能區的主要環境問題進行分析，為指導房山區生態環境保護和生態建設、因地制宜進行產業結構布局及調整，協調房山區經濟發展提供科學依據，為區域生態系統管理提供理論框架。

1研究區概況與數據來源

1.1房山區概況

北京市房山區地處北京西南（115°25′～116°15′E，39°3′～39°55′N），處于華北平原與太行山交界地帶，總面積 2 019 km2（圖1）。海拔高度為-8～2 014 m，平均海拔 381.92 m，其中66%為山地、丘陵，34%為平原。地表形態從西北至東南依次分布山地、丘陵、平原，西北山區坡度較大，且走向散亂。房山區屬于暖溫帶半濕潤半干旱大陸性季風氣候區，年平均氣溫為11.9 ℃，年平均降水量為582.8 mm，年平均相對濕度為61%。境內有大小河流13條，全區多年平均地表水徑流量2.05億m3，其中山區1.52億m3，平原 0.53億m3。土壤類型以褐土為主，分布于全區南部和西部等大部分地區，占全區耕地土壤面積的51.34%；其次為棕壤，主要分布于中部和北部等地區，占耕地土壤面積的 27.00%；再次為潮土，主要分布于東部地區，占耕地土壤面積的12.58%。土地利用類型中林地面積1 204.4 km2，占房山區總面積的60.5%；耕地面積392.4 km2，占房山區總面積的 19.7%。

房山區歷史文化底蘊深厚，有文物保護單位328處，周口店北京人遺址是中國首批世界文化遺產，距今3 000多年歷史的西周燕都遺址是北京建城的重要標志。房山旅游資源居京郊之首，境內有石花洞、銀狐洞、仙棲洞等巖溶洞群，有十渡風景名勝區、上方山國家森林公園等眾多自然人文景觀。2006年9月，房山世界地質公園通過聯合國教科文組織評審，使北京成為世界上第1個擁有“世界地質公園”的首都城市。

1.2數據來源

數據來源于第2次全國土地資源調查數據，包括房山區土壤類型圖、行政區劃圖、地籍調查數據，2010年房山區數字高程模型（DEM）、TM遙感影像圖，土地利用/土地覆被數據，氣象部門資料及房山區統計年鑒。通過以上數據提取地形、土地覆被類型、植被、土壤類型及分布、水資源分布數據：（1）分析房山區覆被類型及分布；（2）土壤類型分布與典型土壤的區域分布狀況；（3）利用房山區DEM影像提取河流、坡度、坡向和高程等相關數據，得出平原、丘陵、山地等分布狀況及集水流域；（4）利用房山區TM影像圖提取年降水量、年均溫度等氣象指標。

數據處理軟件包括ArcGIS、ENVI、Fragstats、Excel，主要用于數據提取、處理、疊加分析與統計。數據格式主要包括矢量和柵格數據2種，柵格單元大小為30 m×30 m，矢量數據比例尺為1 ∶10 000。

2研究方法

2.1構建生態功能分區評價指標體系endprint

聯合國千年生態系統評估將生態系統服務分為供給服務、調節服務、文化服務、支持服務四大類[7]。本研究依據聯合國千年生態系統千年評估方法，結合房山區自然環境和社會經濟特點，以土地支持功能為綜合調節服務系數，將房山區土地生態功能類型劃分為生物生產功能、環境服務功能、文化支持功能。表1土地利用生態功能評價指標體系

準則層指標層元指標層綜合調節服務系數（0.15）（土地支持功能）第一性生產力（0.48）年均降水量（0.13）年均溫度（0.12）植被覆蓋度（0.32）林、草、耕地土地總面積（0.43）生物多樣性（0.52）物種豐富度指數（0.52）散布毗鄰指數（0.26）平均斑塊大小（0.22）生物生產能力（0.25）食物供給（0.56）糧食及農產品產量（1.00）原材料供給（0.44）木材、燃料等產量（1.00）環境服務能力（0.29）降溫效應（0.47）地表溫度（1.00）水土保持（0.53）土壤侵蝕量（1.00）文化支持能力（0.31）歷史文化價值（0.45）文化遺產遺跡等級（1.00）休閑娛樂價值（0.32）名勝區或公園等級（1.00）社會經濟支持價值（0.23）地均國內生產總值（1.00）

2.2權重集確定

在生態功能評價中，各指標因子的性質、計量單位、閾值范圍存在較大差異，文化支持功能中諸多因素不宜直接比較。為方便比較，本研究采用極差標準化法[8]針對各因素進行標準化處理，將相關指標值轉為無量綱的相對數，標準化公式見公式（1）。鑒于層次分析模型（簡稱AHP）主觀性較強，本研究采用客觀的熵權模型[9]來確定權重，分別為公式（2）至公式（5）。

Xij=（Sij-Sjmin （max））/（Sjmax-Sjmin）；（1）

Xij′=Xij+1；（2）

Cij=Xij′/∑ni=1Xij′；（3）

Fj=（-1/ln n）（∑ni=1Cij ln Cij）；（4）

Wj=（1-Fj）/∑mi=1（1-Fj）。（5）

式中：Xij為指標標準化值；Sij為指標值；Sjmin（max）為指標的最小值或最大值；i為第i（i=1，2，3，…，n）個評估單元；j為第j（j=1、2、3…，m）個指標；Xij′為對Xij的范圍修正，因為可能Xij全為零；Cij表示評估單元i對第j個評估指標的貢獻率；n為評估單元數量；Fj為輸出熵；Wj為指標的權重。

2.3評價單元綜合值計算

在房山區土地利用生態功能評價中，共選取14個評價指標。土地支持的綜合調解系數加之三者的結合構成了生態分區的結果，本研究為了計算方便，采用綜合法對土地利用生態功能進行評價。

Sefz=∑4z=1Wk[∑9v=1Wv （∑14u=1Wu Xij）]。（6）

式中：Sefz為評定土地單元土地生態功能分值；z為準則層數量；Wk為準則層權重；v為指標層數量；Wv為指標層權重；u為元指標數量；Wu為元指標權重。

2.4分區原則

房山區土地生態功能分區主要遵循以下5個原則。

（1）生態系統功能分異原則。該區地處北京市西南區，是西南重要的生態屏障，在本研究中特別強調和重視房山區資源產業轉型與“世界地質公園”的關系，以及由于自然因素和人類活動的區域差異性所導致的區域生態系統結構、功能、服務的差異。

（2）主導生態功能一致性原則。重點考慮分區域生態環境問題、生態環境敏感性、生態服務功能和結構，以及主導因子的生態學基礎與依據。在各評價參數中，篩選出主導因素，并賦予相關權重，同時還要考慮參數的相互影響與綜合作用[9]。

（3）區域共軛原則。生態功能區域劃分單元必須具有獨特性和空間上完整的自然區域。即任何一個生態功能區必須是完整的個體，不存在彼此分離的部分。

（4）生態-社會-經濟可持續發展原則。生態功能分區結合了社會經濟發展水平，實現資源的合理開發利用，堅持生態、社會、經濟效益相統一的原則，促進區域社會的可持續發展[10-11]。

（5）前瞻性原則。生態功能分區的目的是保護具有重要生態服務功能的生態區。分區在充分把握生態系統結構與功能演變趨勢的基礎上，結合區域社會經濟發展方向，高度重視區域未來社會經濟發展導致的生態環境效應、生態服務功能的變化。

根據《北京市房山區國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》制定的“兩軸三帶五園區”發展戰略，結合房山區“十三五規劃綱要”加快房山轉型，著力推進生態文明建設，奮力打造“京保石發展軸橋頭堡”，確定房山區文化支持功能優先于環境服務功能，優先于生物生產功能。首先將文化支持功能主導性和環境服務功能主導性進行多因素疊加，根據表2劃分為文化支持功能區、環境服務功能區和待定區，再將環境服務功能主導性和生物生產功能主導性進行多因素疊加，根據表3將待定區劃分為環境服務功能區和生物生產功能區。表2文化支持-環境服務功能疊加邏輯組合規則

功能分區環境服務功能一類功能區二類功能區三類功能區文化支持功能一類功能區文化支持功能區文化支持功能區文化支持功能區二類功能區環境服務功能區待定區三類功能區環境服務功能區

表3環境服務-生物生產功能疊加邏輯組合規則

待定區生物生產功能一類功能區二類功能區三類功能區環境服務功能一類功能區環境服務功能區環境服務功能區環境服務功能區二類功能區生物生產功能區環境服務功能區生物生產功能區三類功能區生物生產功能區環境服務功能區生物生產功能區

3結果與分析

3.1綜合調節服務系數評價

綜合調節服務系數用以表征土地生態系統在維持生物生產、環境服務和文化支持功能3項功能的主導性。基于房山區土地利用類型，結合利用現狀可以得出，房山區綜合調解服務系數標準化值在0.005 9～0.976 9之間；林地分布區域的綜合調節服務功能較強，主要原因是林地涵養水源、調解氣候的能力較強，第一性生產力和生物多樣性較高，主要分布在房山區的西部蒲洼鄉、南窯鄉、霞云嶺鄉；西南地區十渡鎮及北部佛子莊鄉地區綜合調節功能次之；東部城關鎮、石樓鎮、良鄉等地區建設用地廣泛分布的地區綜合調節功能最弱（圖2）。endprint

3.2生物生產功能評價

生物生產功能表征一個區域生產能力的大小，它支持著區域的經濟社會發展。房山區生物生產功能評分標準化值在0.000 0～0.859 8之間，總體呈西部、北部高，東南低的趨勢，這與西北分布廣闊的森林和糧食主產區有密切的關系，其具體狀況如表4所示。其中，一類功能區面積為911.66 km2，占房山區面積的45.15%，主要集中在西部和北部，該地區土地利用類型主要為林地和農田，原材料供給和糧食產量較高，應成為林地保護區和糧食主產區；二類功能區面積為 744.74 km2，占房山區面積的36.89%，主要集中在中部及南部地區，該地區土地利用類型主要以農田為主，應注重農田質量，著力發展農業；三類功能區面積為362.60 km2，占房山區面積的17.96%，主要集中在東部，該地區中城鎮化、工業化較高的地方，土地多用于生產建設，生物生產能力相對較弱，具體分布范圍見圖3。

3.3環境服務功能評價

環境服務功能體現出區域環境保護對周邊環境影響程度的大小，結合房山區地形圖與土地利用現狀圖可以得出，房山區西部、南部山區森林分布較廣，對環境服務具有較大價值；北部農田分布較廣的地區也有較高的服務價值；東部城市與工業區的環境服務功能最弱。

房山區環境服務價值標準化分值在0.11～0.99之間，總體分布與林地和農田分布一致，具體狀況如表5所示。其中，一類功能區面積為1 176.94 km2，占房山區面積的 58.29%，主要集中在西部、南部大部分地區，該地區土地利用類型主要以林地為主，植物生長發育較好，生物多樣性高，無高溫區，水土保持量高；二類功能區面積為810.36 km2，占房山區面積的40.14%，主要集中在北部，該地區以農田為主，生物多樣性居中，高溫區分布、水土保持量一般；三類功能區面積為31.70 km2，占房山區面積的157%，主要集中在礦區及建設用地密集區域，該地區植物生長發育差，生物多樣性低，有大面積的高溫區，水土保持量低，具體分布范圍見圖4。

3.4文化支持功能評價

文化支持功能是展現區域文化特色的重要指標，房山區歷史文化古跡眾多，加之“世界地質公園”的掛名，生態旅游已經成為房山區著力發展的項目之一。房山區文化服務價值標準化分值在0.00～0.82之間，主要位于涵蓋歷史文化景點與自然地理景點的區域，其具體狀況如表6所示。其中，一類功能區面積為957.34 km2，占房山區面積的47.42%，主要分布在房山區西部“房山世界地質公園”、周口店猿人遺址及北部等國際級和一級景區周圍，具有較高的文化保護價值；二類功能區面積為758.17 km2，占房山區總面積的37.55%，主要集中在中部和南部的部分二級景點區域，該區文化服務功能一般，具有一定的文化保護價值；三類功能區面積為 303.49 km2，占房山區總面積的15.03%，零散分布在東部地區，該區主要以建設用地為主，城鎮化發展水平較高，相對文化服務功能較低，具體分布情況見圖5。表5房山區環境服務價值分區

分區閾值范圍面積

（km2）面積所占比例

（%）分布一類功能區0.58～0.991 176.9458.29十渡鎮、張坊鎮、大石窩鎮、韓村河鎮、河北鎮、周口店地區二類功能區0.29～0.58810.3640.14霞云嶺鄉、佛子莊鄉、大安山鄉、三類功能區0.11～0.2931.701.57長陽鎮、琉璃河地區

3.5房山區土地利用生態功能分區

依據評價單元綜合調解服務系數，疊加分析房山區生物生產、環境服務及文化支持等相關指標，將房山區劃分為生物生產功能區、環境服務功能區和文化支持功能區（圖6）。結合房山區土地利用規劃大綱中將房山西部和北部作為生態·文化創意旅游帶、中部作為文化休閑宜居帶、東部作為經濟發展帶的整體規劃，說明本研究在基于14個評價指標（表1）的土地利用生態功能分區具有可行性，能夠很好地反映房山區的自然、社會狀況，分區含義見表7。

3.5.1文化支持功能區該區域屬西部山區，平均海拔為595.99 m，平均坡度為22.94°。該功能區土地利用類型主要為林地、工礦用地、建筑用地。現有十渡風景區、圣蓮山風景區、仙棲洞、石花洞、銀狐洞等休閑娛樂風景區，周口店北京猿人遺址、“沒有共產黨就沒有新中國”紀念館、萬佛堂等歷史文化遺跡，是中國房山世界地質公園和歷史人文景觀的集中區。

建設重點和發展方向：該區域以中國房山世界地質公園和北京（房山）歷史文化旅游集聚區為依托，充分發揮世界地質公園的優勢，結合地方歷史文化遺跡，大力發展自然與人文旅游。應加大該區礦山遺跡的復墾力度，復墾方向以文化旅游為主，可建設為礦山公園或者礦區遺址公園。

3.5.2環境服務功能區該區域平均海拔為660.84 m，平均坡度為22.53°。該功能區土地利用類型主要為有林地，植被覆蓋度高，平均植被歸一化指數達0.52，涵養水源、水土保持能力較好，生態系統降溫能力強，對于控制水土流失、改善區域氣候、凈化空氣、提高生態環境質量具有重要作用。

建設重點和發展方向：北京市每年都飽受西北季風的影響，秋季經常發生沙塵暴等惡劣天氣，近年來北京市霧霾問題十分嚴重，該地區應該以保護和進一步提高植被覆蓋度為主，加強涵養水源、保持水土的能力，使其成為名副其實的北京市西南“生態屏障”。

3.5.3生物生產功能區該區域地處東部平原區，平均海拔為170.18 m，地勢平坦、氣候溫和、土壤肥沃、交通便捷，是村鎮集中地和糧食生產基地，糧食年產達14.76萬t。

建設重點和發展方向：該功能區是房山區糧食主產區，應加強基本農田的保護，嚴控生產建設占用耕地的面積，禁止非法占用耕地。應注重耕地質量的保護，時刻監測土壤肥力，保障土壤生產力。

4結論與討論endprint

土地生態系統是自然、社會、經濟的復合整體，在進行土地生態系統功能評價的同時應考慮諸多因素，特別是社會經濟與區域規劃布局等方面。劃分重要生態功能區對實施流域生態環境保護和資源合理利用具有重要意義[12]。房山區擁有豐富的人文資源和旅游資源，也承擔著北京市西南“生態屏障”的重要作用。本研究通過評價房山區各項指標，明確區域特點并進行合理分區，得出如下結論：（1）房山區西部應加強林地保護。林地對于調節氣候、涵養水源、保持水土具有重要的作用；與此同時，林地分布的范圍也正是房山“世界地質公園”的分布范圍。因此，加強西部山區林地保護，對于調節區域氣候，保持水土，減輕首都北京霧霾具有重要意義。（2）生物生產能力與城市化水平有關，東部地區需減少破碎化農田。房山區東部城市化水平較高，人地矛盾突出，土地利用強度大，農田及林地等生產用地較少，生物生產能力相對中西部較低。但中西部更多承擔的是文化支持和環境服務功能，這就要求東部地區進行合理的土地整理，提高單位面積良田產出量以供社會經濟發展需求。（3）房山區應大力發展生態旅游與人文旅游。房山區擁有豐富的旅游資源，應圍繞“世界地質公園”與周口店猿人遺址大力開展生態旅游與人文旅游，建設北京西南“生態屏障”，為房山區構建“兩軸三帶五園區”提供有力支持。（4）評價分區可行性較強。本研究基于GIS平臺，綜合分析房山區氣候、植被、坡度、土壤等諸多因素，得出房山區土地利用生態功能分區，與房山區現狀及規劃基本吻合，對房山區下一輪規劃制定有借鑒意義。（5）不足。本研究只是將土地利用現狀分為建設用地和林地、耕地、文化遺址簡單幾大類，并沒有具體疊加房山區土地利用現狀圖，所以在分類上并沒有增加城市建設區。實際上，生物生產功能區的很多區域都是城市駐地，全部劃分為生物生產功能區有些不妥。此外，在實際規劃中，還需考慮土地實際用途，實際的界限劃定往往是過渡邊界，即生態交錯區[13-14]。（6）展望。本研究從房山區實際生態問題的角度出發，在現有土地利用類型基礎之上進行分區，有利于保障區域生態格局安全，協調區域社會經濟發展的土地利用優化結構。但對本區域未來生態環境的預測，區域在北京市的整體定位，以及如何實施生態保護，因地制宜地進行環境保護還需要結合房山“十三五”規劃進行深入研究。

參考文獻：

[1]孫彬淳，丁兆連，王大慶，等. 基于ARCGIS方法的雙鴨山市土地利用生態功能分區[J]. 東北農業大學學報，2011，42（5）：109-112.

[2]Wayne S D，Thomas P S. Biological assessment and criteria：tools for water resource planning and decision making [M].Boca Raton：CRC Press，1995.

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

[4]傅伯杰，陳利頂，劉國華. 中國生態區劃的目的、任務及特點[J]. 生態學報，1999，19（5）：591-595.

[5]Bailey R G. Ecoregions of the United States [M]. New York：Forest Service，1980：93-114.

[6]岳東霞，李文龍，李自珍. 甘南高寒濕地草地放牧系統管理的AHP決策分析及生態恢復對策[J]. 西北植物學報，2004，24（2）：248-253.

[7]高俊剛，吳雪，張鐿鋰，等. 基于等級層次分析法的金沙江下游地區生態功能分區[J]. 生態學報，2016，36（1）：134-147.

[8]秦偉霞，馬守臣，張合兵. 基于熵權模型的土地生態質量評價及功能分區——以河南省新鄉市為例[J]. 江蘇農業科學，2015，43（8）：322-327.

[9]Zhou Y C，Narumalani S，Waltman W J，et al. A GIS-based spatial pattern analysis model for eco-region mapping and characterization[J]. International Journal of Geographical Information Science，2003，17（5）：445-462.

[10]Bertinelli L，Black D.Urbanization and growth[J]. Journal of Urban Economics，2004，56（1）：80-96.

[11]Olsson P，Folke C，Berkes F.Adaptive comanagement for building resilience in social-ecological systems[J]. Environmental Management，2004，34（1）：75-90.

[12]Wallace K J. Classification of ecosystem services：problems and solutions[J]. Biological Conservation，2007，139（3/4）：235-246.

[13]Bailey R G. Identifying ecoregion boundaries[J]. Environmental Management，2004，34（增刊1）：14-26.

[14]Attrill M J，Rundle S D. Ecotone or ecocline：ecological boundaries in estuaries[J]. Estuarine，Coastal and Shelf Science，2002，55（6）：929-936.徐滿厚，馬麗，白皓宇，等. 山西呂梁山植被群落多樣性的垂直空間分異[J]. 江蘇農業科學，2017，45（12）：256-260.endprint