生態功能保護條件下的重慶市生態保護紅線劃分

鄧 偉, 齊 靜, 孫 榮, 周 渝, 胡志毅

(1.重慶市環境科學研究院, 重慶 400020; 2.重慶大學 煤礦災害動力學與控制國家重點實驗室,重慶 400020; 3.華僑大學, 福建 廈門 361021; 4.重慶師范大學 地理與旅游學院, 重慶 400047)

當前，由于社會經濟活動對自然利用強度不斷增強，中國生態空間受擠占、破壞的情況日趨嚴重，自然生態系統呈現出由結構性破壞向功能性紊亂的方向發展[1]。如何從源頭出發，合理配置國土空間開發活動，對自然生態系統進行有效保護，已然成為中國資源合理利用、經濟良性循環和可持續發展的關鍵。生態保護紅線作為生態文明建設的一項重大制度創新，是以維護國家和區域生態安全及推動綠色發展為目標的空間管制限值[2]。通過生態保護紅線劃定，將生態空間范圍內具有特殊重要生態功能的區域實施強制性嚴格保護，能有效改善和提高生態系統服務功能，優化國土空間開發格局，構建結構完整、功能穩定的生態安全格局，遏制生態環境退化趨勢。

國外尚未明確提出“生態保護紅線”這一概念。但早在20世紀80年代，生物保護、生態系統研究和城市規劃等領域已將生態保護紅線的理念深入其中[3-4]。歐洲和北美一些國家的土地利用規劃中運用了與生態保護紅線基本同義的生態網絡來保護區域生物多樣性[5]。在國內，高吉喜等[6]于2000年時就已經將“紅線控制”引入到生態規劃中。2005年，《珠江三角洲環境保護規劃綱要》中出現了“紅線調控”的約束性措施，把自然保護區的核心區域和重要水源涵養區作為紅線保護區；符娜等[7]提出通過將生態系統具有重要的生態功能或比較脆弱的區域建立“生態紅線區”，施以嚴格保護。2011年,《國務院關于加強環境保護重點工作的意見》中首次提出了“劃定生態紅線”的重要戰略任務。許妍等[8]在綜合考慮生態功能重要性的基礎上，結合渤海生態環境特征綜合分析，從“生態功能重要性、生態環境敏感性、環境災害危險性”3個方面，建立了渤海生態紅線劃定指標體系；燕守廣等[9]以自然生態系統的完整性和連續性為接觸，通過生態系統服務功能重要性評估，劃定了江蘇省15類生態保護紅線區；高吉喜等[10]也采用在生態功能重要性和生態脆弱性的基礎上，運用GIS 進行空間分析處理，將多個單要素的生態保護空間疊加形成生態紅線區域；王燕等[11]通過建立生態系統服務功能重要性和生態環境敏感/脆弱性評價模型，劃定了淄博市生態保護紅線，并在此基礎上開展了紅線區生態資產變化研究。眾多的研究成果在一定程度上加深了生態保護紅線劃定和管控的認識與理解，但也存在觀點不一、方法多樣的問題，未能形成統一規范的技術方法。2015年，環保部印發《生態保護紅線劃定技術指南》(以下簡稱《指南》)，提出以生態功能評價為基礎開展生態保護紅線劃定，為各省市提供了技術參照。但是，由于各地自然生態本底特征地域差異明顯，仍需在此基礎上結合實際進行評估模型和部分參數的優化調整。

重慶地處長江上游，是中國經濟發達的東部地區與自然資源富集的西部地區的結合部，山地丘陵眾多，水熱條件充沛，造就了豐富多樣的生態系統和復雜古老的生物區系，對整個長江經濟帶生態安全具有重要作用。近年來，隨著城市化進程加快，部分區域生態系統功能呈退化趨勢[12-13]。根據《重慶市生態環境十年(2000—2010)遙感調查評估》，10 a間重慶市城鎮面積由661.80 km2增加到了2 204.30 km2，增幅達233%，局部地區水源涵養和生物多樣性維護功能呈下降趨勢。當前，重慶市正處于社會經濟跨越式發展的關鍵階段，但經濟社會發展與資源環境承載力不足的矛盾亦日益突出，已成為制約重慶經濟社會持續健康發展的“硬約束”，生態保護紅線將成為解決這些問題的有效手段。

基于此，本文擬在綜合辨識重慶市生態環境現狀的基礎上，參照《指南》確定的技術方法，結合前人研究成果[14-15]和重慶市實際，對部分評價模型和參數進行修正，在GIS空間疊加分析支持下，選取水源涵養、生物多樣性維護和土壤保持等生態系統服務功能指標，以及水土流失、石漠化等生態環境敏感性指標建立評價體系，結合現有各類禁止開發區，最終提出重慶市生態保護紅線劃定方案，旨在為優化重慶市國土空間格局，推進自然資源有序利用和產業合理布局，構建區域生態安全格局奠定基礎。

1 研究方法與材料

1.1 生態系統服務功能重要性評價

1.1.1 水源涵養功能重要性評價 水源涵養是生態系統通過其特有的結構與水相互作用，對降水進行截留、滲透、蓄積，并通過蒸散發實現對水流、水循環的調控，主要表現在緩和地表徑流、補充地下水、減緩河流流量的季節波動、滯洪補枯、保證水質等方面。以生態系統水源涵養服務能力指數作為評價指標公式(1)：

WR=NPPmean×Fsic×Fpre×(1-Fslo)

(1)

式中：WR——生態系統水源涵養服務能力指數； NPPmean——研究區2000—2015年生態系統凈初級生產力平均值，通過MODIS17-L4-NPP產品獲取(數據來源于http:∥modis.gsfc.nasa.gov)；Fslo——根據最大最小值法歸一化到0～1的評價區坡度柵格數據，經1∶50 000重慶市DEM轉換得到；Fsic——土壤滲流能力因子，根據研究區土壤質地類型由黏土到砂土分別在0～1均等賦值得到；Fpre來源于研究區34個氣象站點同期平均年降水量，根據鄧偉等[16]研究成果，采用普通克里格插值法空間插值并歸一化到0～1。

1.1.2 生物多樣性維護功能重要性評價 生物多樣性保護功能是生態系統在維持基因、物種、生態系統多樣性發揮的作用，是生態系統提供的最主要功能之一。根據生物多樣性保護服務能力指數作為評價指標(公式2)：

Sbio=NPPmean×Fpre×Ftem×(1-Fait)

(2)

式中：Sbio——生物多樣性保護服務能力指數； NPPmean，Fpre參數的計算方法同公式(1)；Ftem——氣溫參數，由2000—2015年平均年氣溫數據空間插值并歸一化到0～1；Falt——海拔參數，由DEM進行歸一化處理后獲取。

1.1.3 土壤保持功能重要性評價 土壤保持是生態系統(如森林、草地等)通過其結構與過程減少由于水蝕所導致的土壤侵蝕的作用，是生態系統提供的重要調節服務之一，土壤保持功能主要與氣候、土壤、地形和植被有關。基于InVEST模型，建立降雨侵蝕力、土壤可蝕性、坡長坡度和地表植被覆蓋等指標體系獲取潛在和實際土壤侵蝕量，以二者的差值，即土壤保持量來評價生態系統土壤保持功能的強弱(公式3)。

SC=R×K×LS×(1-C×P)

(3)

式中：SC——土壤保持量，SC值越大，土壤保持功能越強；R——降雨侵蝕力因子，根據氣象站點數據，采用周伏建[17]提出的R值簡易計算式得到，并歸一化到0～1；K——土壤可蝕性因子，參考吳昌廣等[18]采用幾何平均粒徑模型修正公式計算出的三峽庫區土種可蝕性K值(表1)，數據源來自重慶市第二次土壤普查資料[17]；LS——坡長—坡度因子，選用地形起伏度指數綜合反映，以DEM——數據源，通過ARCGIS取7×7窗口柵格鄰域計算提取后歸一化到0～1；C，P——植被覆蓋與管理因子；P——水土保持措施因子，參考張照錄等[19]、張巖等[20]研究成果，結合重慶市實際情況并征詢專家意見，確定C，P值(表2)。

表1 研究區不同土壤類型K值

表2 研究區不同土地類型的C及p值

1.2 生態環境敏感性評價

1.2.1 水土流失敏感性評價 根據通用水土流失方程基本原理，結合重慶市自然和社會經濟實際情況，參照環保部印發的《生態功能區劃技術暫定規程》，選取降水侵蝕力(Ri)、土壤可蝕性(Ki)、坡度坡長(LSi)和地表植被覆蓋(Ci)4個評價指標進行水土流失敏感性評價(公式4)。

(4)

式中：SSi——i空間單元水土流失敏感性指數；Ri——降雨侵蝕力因子；Ki——土壤可蝕性因子；LSi——坡長坡度因子，獲取方式同公式(1)—(2)；Ci——地表植被覆蓋因子，通過研究區2000—2015年MODIS植被歸一化植被指數NDVI獲取。

1.2.2 石漠化敏感性評價 石漠化敏感性評估是為了識別容易產生石漠化的區域，評估石漠化對人類活動的敏感程度。根據石漠化形成機理，參照《指南》，選取碳酸巖出露面積百分比、地形坡度、植被覆蓋度因子構建石漠化敏感性評估指標體系公式(5)。

(5)

式中：Si——i評價區域石漠化敏感性指數；Di——區域單元范圍內碳酸鹽面積占單元總面積的百分比，根據重慶市1∶50 000地質分布圖獲取；地形坡度Pi和植被覆蓋度Ci獲取方式同前。

1.3 空間疊加與綜合分析

利用ARCGIS對各單因子評價結果進行空間融合，獲得生態系統服務功能和生態環境敏感性綜合評價結果，采用極差標準化處理到0～1之間，并分為4個等級：極重要/極敏感(0.8～1.0)，高度重要/高度敏感(0.6～0.8)，中等重要/比較敏感(0.4～0.6)，一般重要/不敏感(0～0.4)，將極重要區和極敏感區劃入生態保護紅線。當極重要區和極敏感區發生空間重疊時，采取上靠重要性原則。以重慶市1∶50 000 DEM，Rapideye高分辨率影像(融合后空間分辨率5 m)和全國第二次土地利用調查圖斑為底圖，結合山脈、河流、植被等自然地理界線，剔除評價結果面積小于1 km2的圖斑，對生態保護紅線邊界進行優化調整。處理過程中，盡量覆蓋重慶市域內已建的飲用水水源保護區、自然保護區、濕地公園、森林公園、風景名勝區、地質公園、自然文化遺產地、“四山”管制區、三峽水庫消落區、生態公益林區等各類保護區，對于評價結果中無法覆蓋的區域，如飲用水水源保護區，則直接將保護區范圍劃入生態保護紅線，最終得到重慶市生態保護紅線空間分布圖。

1.4 生態保護紅線分類體系

參照《指南》的分類體系，將重慶市生態保護紅線分為重點生態功能區紅線、生態環境敏感區紅線、禁止開發區紅線和其他區域紅線4類。其中禁止開發區紅線指需要依據法律法規規定和相關規劃實施強制性保護，禁止進行工業化城鎮化開發的區域，包括飲用水水源保護區、自然保護區、自然文化遺產地、風景名勝區、森林公園、濕地公園、地質公園等；其他區域紅線包括都市區“四山”管制區、三峽水庫消落區和生態公益林區；重點生態功能區紅線是生態系統服務功能重要性評價結果中除禁止開發區紅線和其他區域紅線以外的極重要區域；生態環境敏感區紅線是生態環境敏感性評價結果中除禁止開發區紅線和其他區域紅線以外的極敏感區域。

2 結果與分析

2.1 生態系統服務功能重要性評價

根據生態系統服務功能重要性評價結果(表3)，重慶市生態系統服務功能重要性極重要區面積和占比分別為28 651.26 km2，34.73%，其中水源涵養功能和土壤保持功能極重要區占比分別達到了35.34%和38.17%；其次為高度重要區和一般重要區，面積占比分別為22.36%和27.33%。

表3 重慶市生態系統服務功能重要性評價結果

從空間分布情況來看(附圖17，圖1)，重慶市生態系統服務極重要區主要分布在渝東北大巴山、雪寶山、陰條嶺等中山區，渝東南七曜山、毛壩蓋、礦鉛蓋、川河蓋，渝南大婁山北緣的金佛山、四面山等中低山區，以及都市區“四山”、渝西云霧山、巴岳山等平行嶺谷區低山山脊。

圖1 重慶市生態系統服務功能重要性評價空間分布

2.2 生態環境敏感性評價

根據生態環境敏感性評價結果(表4)，重慶市生態環境比較敏感區和不敏感區面積之和達到了62 553.43 km2，占重慶市幅員面積的比例為75.83%，極敏感區面積和比例僅分別為8 739.11 km2，10.59%。從空間分布情況來看(圖2)，重慶市生態環境敏感性較高的區域主要分布在渝東北城口大巴山、巫溪南部，開州北部雪寶山，主要表現為石漠化敏感性較強，三峽庫區巫山、奉節、云陽、萬州大部，主要表現為水土流失敏感性較強；渝東南彭水、酉陽，渝南綦江南部黑山，以及都市區華鎣山北部等區域，均主要表現為石漠化敏感性較強。

圖2 重慶市生態環境敏感性評價空間分布表4 重慶市生態環境敏感性評價結果

重要性 水土流失敏感性面積/km2比例/%石漠化敏感性面積/km2比例/%生態環境敏感性面積/km2比例/%極敏感 12 234.6114.835 399.666.558 739.1110.59高度敏感12 044.7514.604 545.355.5111 195.5813.57比較敏感11 522.6913.9714 853.2618.0113 638.0316.53不敏感 46 686.0756.6057 689.8569.9448 915.4059.30

2.3 生態保護紅線數量與分布

重慶市域內共劃定716塊生態保護紅線區，總面積30 790.91 km2，占重慶市幅員面積的37.33%(表5)。各類型中，面積最大的是禁止開發區紅線，面積和占生態保護紅線總面積的比例分別為12 125.46 km2，39.38%，其中自然保護區紅線、森林公園紅線和風景名勝區紅線面積分別達到了7 823.24，1 392.15，1 862.68 km2；其次為重點生態功能區紅線和生態環境敏感區紅線，面積分別為9 852.36，6 262.00 km2。從空間分布來看(圖3)，重慶市生態保護紅線主要分布在渝東北城口、巫溪的秦巴山區，三峽庫區的巫山南部、奉節南部、開州北部雪寶山、萬州南部等區域，渝東南石柱、彭水、武隆的方斗山、七曜山和酉陽、秀山的礦鉛蓋、川河蓋、炭山蓋，都市區“四山”，以及渝南金佛山、四面山，此外渝西地區的云霧山、巴岳山等低山區也有較少分布。

表5 重慶市生態保護紅線劃定分類情況

圖3 重慶市生態保護紅線空間分布

從各區縣分布來看(圖4)，重慶市有8個區縣生態保護紅線面積占各自幅員面積的比例超過50%，分別為城口、巫溪、石柱、巫山、酉陽、黔江、奉節和開州；酉陽、巫溪、奉節、城口、開州、彭水、云陽、石柱、巫山、萬州、黔江、秀山、豐都等13個區縣生態保護紅線面積達到了1 000 km2以上；紅線面積最大的是酉陽縣，為2 633.00 km2，最小的是渝中區，紅線面積僅有0.50 km2。

3 討論與結論

本文利用遙感數據和GIS空間分析技術，以生態系統服務功能重要性和生態環境敏感性評估為本底，結合重慶市現有各類禁止開發區域，最終劃定了重慶市生態保護紅線，總面積為30 790.91 km2，占整個重慶市幅員面積的37.33%。從劃分類型來看，重慶市生態保護紅線主要以禁止開發區紅線為主，面積為12 125.46 km2，其中自然保護區紅線面積為7 823.24 km2，占整個生態保護紅線面積的25.41%，說明重慶市近年來大力實施的生態保護區建設工程取得了積極進展，對維護和提升區域生態系統服務功能起著積極作用。其次是重點生態功能區紅線和生態環境敏感區紅線，面積分別為9 852.36，6 262.00 km2，其他區域紅線最少，面積為2 551.09 km2，主要為都市區“四山”管制區紅線、三峽水庫消落區紅線和生態公益林紅線。

圖4 重慶市生態保護紅線在各區縣的分布

生態保護紅線是提高生態產品供給能力和生態系統服務功能，構建國家生態安全格局的有效手段。高吉喜等[21]研究表明，中國生態保護紅線主要分布在具有重要水源涵養、生物多樣性維護、水土保持、防風固沙、海岸生態穩定等功能的生態功能重要區域，以及水土流失、土地沙化、石漠化、鹽漬化等生態環境敏感脆弱區域。重慶市地處青藏高原與長江中下游平原過渡帶，生態系統類型復雜多樣，異質性明顯。從重慶市生態保護紅線分布情況來看，列入國家重要生態功能區的秦巴山區、武陵山區、三峽庫區，以及日趨成為重慶市典型生態問題的水土流失區、石漠化區和三峽水庫消落區等均被劃入了生態保護紅線，實現了對全市重要生態功能區和重要生態環境敏感區的應保盡保。

截至目前，生態保護紅線理論研究和劃定方法研究已有了較大突破，逐漸確立了以生態功能評價為基礎的指標體系和評估模型。《指南》從全國層面來講是具有指導性的，但由于各地由于生態本底的不同，研究尺度也大小不一，需要以其為準則，對模型進行修訂和調整，制定出適宜本區生態評價的模型和參數。從本次生態系統服務功能重要性和生態環境敏感性評價結果來看，與張艷軍等[22]，余萍[23]，莫斌等[24]的研究結果趨于一致，說明參數的調整是合乎實際的。但是，仍顯不足的是，評價方法中所需的參數大多借助于遙感反演，分析方法也主要依靠GIS空間分析，難免出現數據誤差，尤其是水源涵養和生物多樣性維護評價中主要依賴的NPP指數在空間精度上仍略顯不足；在重要性和敏感性分級上，目前國內外都沒有建立統一的標準，仍只能采取極差標準化方法進行分級確定。模型分析能在一定程度上反映宏觀尺度的生態系統服務功能和生態環境敏感性空間分布狀況，但是要實現生態保護紅線的真正落地，為用地規劃和項目審批提供準確的空間參照，還需要開展深入研究提高評價精度。此外，在通過評價獲得空間范圍的基礎上，仍需通過實地勘測和調查，將生態保護紅線落實到具體的地塊，建立生態保護紅線控制地塊詳細名錄和登記冊，將生態保護紅線落地、上圖、入庫。

劃定并嚴守生態保護紅線，劃定是基礎，嚴管才是關鍵。重慶市應盡快出臺管控具體措施，強化生態保護紅線剛性約束，切實把嚴守生態保護紅線落實到位。應堅持保護優先、自然恢復為主的基本方針，將生態保護紅線放在優先位置，編制經濟社會發展規劃、土地利用總體規劃、城鄉總體規劃和旅游、度假、采礦、交通等開發建設專項規劃，應充分與生態保護紅線劃定方案相銜接。深入研究生態保護紅線區環境準入負面清單，制定嚴格的環境準入規定，限制合理利用自然資源的開發建設活動的強度，禁止損害主導生態功能的開發建設活動；建設生態保護紅線監測監管平臺，定期開展生態功能評價，確保生態保護紅線區生態功能不降低、面積不減少、性質不改變，將評價結果納入經濟社會發展實績考核、自然資源資產離任審計，與生態補償資金分配掛鉤，強化評價結果運用，從而全方位促進重慶市社會經濟與環境保護的全面協調可持續發展。