白洋淀濕地生態功能評價及分區

朱金峰,周 藝,*,王世新,王麗濤,劉文亮,李海濤,梅軍軍

1 中國科學院遙感與數字地球研究所,北京 100101 2 中國地質環境監測院,北京 100081

2017年4月1日,中共中央、國務院印發通知決定設立河北雄安新區,這是繼深圳經濟特區和上海浦東新區之后又一具有全國意義的新區,是千年大計、國家大事[1]。白洋淀是雄安新區的重要組成部分,作為華北平原最大的淡水濕地生態系統,白洋淀濕地在雄安新區建設過程中具有“以淀興城、城淀共榮”的重要生態功能。

歷史上,白洋淀濕地具有緩洪滯瀝、蓄水灌溉、調節局部地區氣候、改善生態環境、補充地下水、保護生物多樣性等多種生態功能[2- 3]。然而,長期以來在人類活動和氣候變化綜合作用下,白洋淀濕地出現水源不足、濕地萎縮、水體污染、泥沙淤積、生物多樣性減少等危機[3- 6]。據統計,20世紀50年代白洋淀年均入淀水量為18.27億m3,80年代降為1.47億m3,2000—2002年僅為0.65億m3[2]。與此同時,20世紀50年代白洋淀流域地下水年均開采量為1.78億m3,80年代增加到27.08億m3,2001—2005年仍高達28.45億m3[7]。淀區大部分水域水質為Ⅴ類或劣Ⅴ類,屬重度污染[8]。20世紀60年代以來,淀區水體富營養化程度加劇,清水生物種群和數量減少,鳥類也日益減少[3]。

為了“把白洋淀修復好、保護好”,國家和地方采取一系列措施持續性開展了生態保護工作。2002年,河北省政府批準《白洋淀濕地自然保護區規劃》,設立了白洋淀濕地省級自然保護區[9]。2012年,《白洋淀省級自然保護區總體規劃(修編版)》對保護區進行了調整,進一步擴大了保護區范圍與面積[10]。2015年,河北省發改委編制了《白洋淀環境綜合整治與生態修復規劃(2015—2020年)》,指出實施引水補水調水、污染源綜合治理、村鎮綜合整治、入淀河流整治、淀區管護維護、區域產業轉型和能力設施建設等八項重點任務[11]。2017年,白洋淀與洱海、丹江口一起被納入環境保護部“新三湖”水污染治理體系[12]。2019年1月,經黨中央、國務院同意,河北省委、省政府印發了《白洋淀生態環境治理和保護規劃(2018—2035年)》,對未來近20年白洋淀生態環境治理和保護的基本方向、路徑和具體措施進行了科學規劃[13]。白洋淀之于雄安新區的重要生態安全保障作用由此充分體現。

在白洋淀生態環境治理和保護過程中,濕地生態功能評價及分區是一項重要內容。生態功能分區是根據區域生態環境要素、生態環境敏感性與生態服務功能空間分異規律,確定不同地域單元的主導生態功能,將區域劃分成不同生態功能區的過程[14]。生態功能分區是實施區域生態分區管理、構建區域生態安全格局的基礎,可為生態保護與建設規劃、維護區域生態安全、促進社會經濟可持續發展與生態文明建設提供科學依據,具有重要理論與現實意義[15-16]。國外關于生態區劃的最早研究可追溯到1962年加拿大森林學家Orie Loucks首次提出生態區的概念[17]。1967年Crowley根據氣候和植被的宏觀特征繪制了加拿大生態區地圖[18]。1976年Bailey從生態系統角度提出了首個真正意義上的生態區劃,并編制了美國生態區劃圖[19-20]。此后各國生態學家對生態區劃原則、指標體系、等級和方法等進行了深入探討[21- 23],對生態區劃的一些普遍問題也十分關切,如生態系統定義、生態區的復雜性、定性和定量方法、流域邊界整合等[24],使得上世紀末至本世紀初生態區劃理論與方法取得快速發展。近幾年國際上對于生態系統服務的制圖和區劃也逐漸開始重視[25- 26]。國內生態區劃起步相對較晚,是繼氣候區劃、自然區劃、農業區劃之后逐漸發展起來的[27-28]。1999年傅伯杰等建立了中國生態環境綜合區劃的原則、方法和指標體系[29],并于2001年提出了中國生態區劃方案,為全國各區域進一步開展生態功能區劃建立了宏觀框架[30]。在此基礎上,環境保護部和中國科學院于2008年發布了《全國生態功能區劃》[15],并根據生態環境保護新的要求于2015年發布了《全國生態功能區劃(修編版)》[16]。國務院在2010年發布的《全國主體功能區規劃》也將全國生態功能區劃納入其中,將全國重點生態區域劃分為水源涵養、土壤保持、防風固沙、生物多樣性維護等生態功能區,使生態功能區劃上升到國家戰略、制度層面[31]。在流域、區域、省級行政區尺度上,學者們也開展了大量的研究工作,如在遼河流域[32-33]、海河流域[34]、瀾滄江流域[35]、黑河中游[36]、塔里木河流域[37],以及安徽省[38]、遼寧省[39]等開展的研究工作。近年來開始側重于對不同生態要素的歸納和集成,尤其是伴隨著遙感技術和數據的推廣,在植被生態分區、河流生態分區、湖泊和濕地生態分區等有較大進展[40]。關于濕地生態功能評價與生態分區的研究案例主要集中在三峽庫區[41]、洞庭湖[42-43]、鄱陽湖[44]、巢湖[45]、太湖[46-48]、丹江口水源區[49]等重要濕地區域。上述不同尺度、不同生態系統類型的生態功能評價與生態分區研究工作為開展全國或區域生態環境治理和保護提供了重要科技支撐。

目前,關于白洋淀濕地生態系統的研究工作多集中在濕地水域變化[50]、土地利用/覆被變化[51-52]、景觀格局變化[53-55]、生態系統服務價值評估[56-59]等方面。在生態區劃方面,僅開展了濕地生態特征區劃及功能定性分析工作[60],而對于濕地生態功能評價及分區的研究鮮有論述。因此,開展白洋淀濕地生態功能評價及生態功能分區研究,明晰生態功能的空間分異規律,為白洋淀生態環境治理和保護提供科學依據,成為當前普遍關切和急需解決的問題之一。本研究面向白洋淀濕地生態保護和管理需求,在明確白洋淀自然環境特征和主要生態環境問題的基礎上,結合外業調查、遙感、綜合評價等方法,建立基于水資源的濕地生態功能評價指標,開展白洋淀濕地生態功能評價,初步劃定生態功能分區,以為雄安新區資源環境承載能力綜合監測和透明雄安數字平臺建設提供空間信息支撐。

1 白洋淀濕地概況及其主要生態環境問題

白洋淀位于太行山東麓永定河沖積扇與滹沱河沖積扇相夾峙的低洼地區,是河北平原上常年積水的最大湖淀[61],地理范圍在北緯38°43′—39°02′,東經115°38′—116°07′,海拔5.5—6.5m(大沽高程),總面積366km2,由白洋正淀、馬棚淀、藻苲淀、燒車淀等諸多大小不一的淀泊和溝壕組成,統名白洋淀[61-62]。白洋淀屬大清河水系,水源主要來自八條入淀河流,南支潴龍河、孝義河、唐河匯入馬棚淀,府河、漕河、瀑河、萍河匯入藻苲淀,北支河流通過白溝引河入燒車淀,在白洋淀出口處建有棗林莊水利樞紐[2,54]。白洋淀動植物資源豐富,水生動物主要有魚類、蟹類、蝦類、底棲動物、浮游動物等,水生植物主要有水生維管束植物和浮游植物[54]。行政區劃上,白洋淀位于雄安新區,分屬保定市和滄州市所轄的安新、容城、雄縣、高陽和任丘五個縣(市),其中85%的水域在保定市安新縣境內。

長期以來,在人類活動和氣候變化綜合作用下,白洋淀生態環境問題逐漸凸顯,主要包括以下幾點：

(1)水源不足、濕地萎縮。白洋淀水源主要來自流域內上游山區降水形成的地表徑流。20世紀50年代至21世紀初期,白洋淀流域平均年降水量從661.6mm減少到459mm[7]。降水量減少導致徑流量變化亦呈減少趨勢[63-64],由于流域氣候干旱而間接導致白洋淀干涸的頻次不斷增加[7]。疊加上游城鎮工農業及生活用水量不斷增加、水庫截流以及地下水超采等影響[2],致使入淀水量減少、淀區水位下降,濕地萎縮趨勢嚴重。為了緩解白洋淀濕地萎縮的變化態勢,當地政府實施了跨流域調水、引水補給白洋淀,在一定程度上緩解了淀區水位下降、濕地萎縮現象[3,65-66]。

(2)水體污染。白洋淀15處水質監測斷面的水質類別數據顯示,除同口、北何莊全年淀干外,留通、郭里口、王家寨為Ⅳ類水質,其他10個斷面均為Ⅴ類水質,表明白洋淀水體污染形勢嚴峻[67]。淀區水質的主要超標項目為化學需氧量、五日生化需氧量、高錳酸鹽指數、氨氮等[68],主要污染源來自入淀河流上游工業和生活污水、淀區居民生活污水、墾殖活動污染等[69]。府河等匯入淀區的河流帶來了上游保定市的大量工業和生活污水,大部分直接進入白洋淀[68]。淀內現有39個純水村、10萬居民,主要從事種植、養殖業等經濟活動,淀區生活污水、排泄物、家禽畜牧業的廢棄物、糞便直接或間接入淀[69],網箱養魚的餌料含有大量氮和磷,除少量被魚食用,大部分的剩余物沉積水體。另外,隨著白洋淀旅游業的興起,旅游業機動船舶管理不規范,廢水隨意排放,游客丟棄的垃圾廢物處理不善等,都成為白洋淀主要污染源。

(3)生物多樣性減少。20世紀50年代以前,白洋淀水質清澈,水生生物種類較多。然而,自20世紀60年代以來,水體富營養化程度加劇,魚蝦大量死亡,鳥類日益減少[3]。近年來在實施上游水庫補給、跨流域調水補給白洋淀等工程作用下,白洋淀生態環境逐漸改善,魚類和鳥類的種類和數量逐漸增加。

(4)農業開墾活動加劇。白洋淀圍淀造田現象比較突出,耕地擴展改變了白洋淀濕地生態系統類型結構與空間格局,從而影響了白洋淀調洪治淤、生物多樣性維護等生態功能。

2 數據與方法

2.1 數據

2.1.1外業調查數據

2018年7月24—27日開展了白洋淀濕地外業考察與調研,獲取了204個考察點位資料和信息,包括經緯度、所屬地類、地表自然環境特征、周圍環境等,考察了白洋淀堤壩分布信息。考察路線110km,其中水域路線22km,陸域路線88km,明確了主要生態系統類型的表征信息,確定了白洋淀范圍與邊界。

2.1.2土地利用/覆被數據

收集了白洋淀濕地Landsat MSS/TM/ETM+/OLI、GF- 2 PMS衛星遙感影像,在外業調查的基礎上,從不同地類影像特征差異性、空間分布異質性、不同植被類型物候差異性三個方面開展了白洋淀濕地土地利用/覆被分類人機交互解譯。運用ArcGIS軟件Editor模塊,以2018年GF- 2號PMS影像為主、以2018年Landsat-8 OLI影像為輔,人機交互解譯獲取2018年分類信息,并將解譯結果疊加到2018年Landsat- 8 OLI影像上。對比分析不同濕地類型和其他非濕地類型在Landsat- 8 OLI影像上的色調、形狀等特征,建立Landsat- 8 OLI影像人機交互解譯的“先驗知識”。在此基礎上,基于2015年Landsat- 8 OLI影像對2018年分類信息進行人機交互更新解譯,得到2015年分類結果。以此類推,分別基于2011年、2005年、…、1975年Landsat影像,對2015年、2011年、…、1980年分類信息進行人機交互更新解譯,得到1975—2018年10期白洋淀濕地土地利用/覆被分類圖(圖1)。土地利用/覆被類型包含濕地、耕地、建設用地、林地4個一級地類。其中,濕地包含水體、水生植被、灘地3個二級地類,耕地包含水田、旱地2個二級地類。水生植被又包含挺水植物、浮葉植物2個三級地類。

圖1 1975—2018年白洋淀濕地土地利用/覆被Fig.1 Maps showing land use/land cover of Baiyangdian Wetland during 1975—2018

2.1.3其他數據源

其他數據源包括：植被凈初級生產力(NPP)數據為2015年MOD17A3 NPP產品。基礎地理數據為2012年國家測繪地理信息局版《1∶100萬中國數據》。統計數據包括《2016年保定市水資源公報》[67]、2008—2017年《河北經濟年鑒》[70]。

2.2 方法

2.2.1生態系統服務功能重要性評價方法

依據研究區自然地理特征、生態環境狀況,充分借鑒國內其他濕地、湖泊生態功能評價已有研究案例[42-49],確定了白洋淀濕地生態系統服務功能重要性評價指標,包括水產品供給功能、水生植物供給功能、氣候調節功能、生物多樣性維護功能、水質改善功能5項。

(1)水產品供給功能：指白洋淀濕地提供魚類、浮游動物、底棲動物等水產品的能力。基于2015年Landsat- 8 OLI衛星遙感影像,通過人機交互解譯獲取了白洋淀濕地人工養殖魚塘空間數據。以此將水產品供給功能重要性分為2個級別,即人工養殖魚塘區水產品供給功能為極重要(Ⅳ級),非人工養殖魚塘區水產品供給功能為不重要(Ⅰ級)。

(2)水生植物供給功能：指白洋淀濕地提供挺水植物、沉水植物、浮水植物、漂浮植物等水生植物的能力。基于水生植物覆蓋度量化水生植物供給功能,利用2015年Landsat- 8 OLI衛星遙感影像,采用像元二分模型方法估算水生植物覆蓋度,以此將水生植物供給功能重要性分為4個級別,即不重要(Ⅰ級)、較重要(Ⅱ級)、中等重要(Ⅲ級)和極重要(Ⅳ級)。

(3)氣候調節功能：指通過濕地生態系統中的光合作用等生理生態過程實現對CO2的吸收與貯存,同時釋放O2,并通過食物鏈(網)進行有機物質循環和能量流動,起到調節大氣組分、減緩溫室效應的作用[71-72]。本研究基于植被凈初級生產力(NPP)測算固碳量和釋氧量,從而評估白洋淀濕地氣候調解功能。由植物光合作用方程可知,植物每生產1kg干物質,能固定1.63kg CO2,同時釋放1.2kg O2[73]。以MODIS NPP產品為參照,建立Landsat- 8 OLI NDVI與MODIS NPP產品的統計模型。隨機在白洋淀濕地選取100個點,統計這些點所在Landsat- 8 OLI NDVI與MODIS NPP的回歸模型,建立基于Landsat- 8 OLI NDVI的白洋淀濕地NPP統計模型為：NPP = 0.1877×NDVI+0.261(P<0.001)。基于NPP測算固碳量和釋氧量模型如下：固碳量：V_CO2=A×NPP×1.63；釋氧量：V_O2=A×NPP×1.2。其中,A為濕地生態系統面積,NPP為凈初級生產力,V_CO2為固碳量,V_O2為釋氧量。氣候調節功能重要性評價結果分為4個級別。

(4)生物多樣性維護功能：指白洋淀濕地提供動植物棲息地從而維護生物多樣性的能力。本研究采用生境質量指數方法,基于InVEST模型[74],選擇其中的生境質量模塊,評價生物多樣性維護功能重要性,將評價結果分為4個級別。

(5)水質改善功能：指濕地生態系統凈化水質的能力。本研究基于《2016年保定市水資源公報》中白洋淀15處水質監測斷面的水質類別評價水質改善功能,水質類別(受污染)程度越高,認為需要提供的水質改善功能越重要。利用普通克里格方法對各斷面水質類別進行空間插值,得到白洋淀濕地水質類別柵格數據,將評價結果分為4個級別。

白洋淀濕地生態系統服務功能重要性指標分級標準如表1所示。利用GIS空間分析功能,將上述各指標重要性分布值逐像元求最大值,得到生態系統服務功能重要性等級分布值。在此基礎上,繪制出白洋淀濕地生態系統服務功能重要性綜合評價圖。

表1 白洋淀濕地生態系統服務功能重要性指標分級標準

2.2.2生態系統敏感性評價方法

依據研究區生態環境狀況及主要問題,參考《生態功能分區技術規范》(征求意見稿)[14],確定了白洋淀濕地生態系統敏感性評價指標,包括水污染敏感性、濕地變化敏感性、重要自然與文化價值敏感性3項。

(1)水污染敏感性：指白洋淀水體受到來自入淀河流上游城鎮工業和生活污水、淀區居民生活污水、墾殖活動污染、旅游業污染等影響而引起的原有水體污染的敏感程度,包括城鎮工業生活污染、村落非點源污染、養殖業污染、農業開墾污染、旅游業污染。其中,城鎮工業生活污染對淀區水體污染影響最大,村落非點源污染、養殖業污染對淀區水體污染影響次之,農業開墾污染、旅游業污染等對淀區水體污染也產生一定影響。根據入淀河流、農村居民點、魚塘、耕地、景區設施等分布,考慮污染程度隨與污染源距離的變化關系,設置不同空間緩沖距離。距離污染源越近,其水體受到污染的敏感性等級越高[44]。在此基礎上,評價白洋淀濕地水污染敏感性,將評價結果分為5個級別,即不敏感(Ⅰ級)、輕度敏感(Ⅱ級)、中度敏感(Ⅲ級)、高度敏感(Ⅳ級)和極度敏感(Ⅴ級)。

(2)濕地變化敏感性：指白洋淀濕地年際變化引起的不同濕地(水體、水生植被、灘地)類型和面積變化的敏感程度。基于1975—2018年間10期白洋淀濕地土地利用/覆被數據,分析各類濕地變化類型、變化時間。在此基礎上,評價白洋淀濕地變化敏感性,將評價結果分為5個級別。

(3)重要自然與文化價值敏感性：指有代表性的自然生態系統、珍稀瀕危野生動植物的天然集中分布地、有特殊價值的自然遺跡所在地和文化遺址、重要景觀與旅游資源分布區等對因人類活動干擾而引起的原有價值損失的敏感程度[14]。重要自然與文化價值敏感性主要體現在經過國家或省、市、縣級認可的保護區,如各類自然保護區、自然文化遺產、風景名勝區、森林公園、地質遺跡和地質公園等。分析白洋淀各類保護區級別,將重要自然與文化價值敏感性的評價結果分為5個級別。

白洋淀濕地生態系統敏感性指標分級標準如表2所示。利用GIS空間分析功能,將上述各指標敏感性分布值逐像元求最大值,得到生態系統敏感性等級分布值。在此基礎上,繪制出白洋淀濕地生態系統敏感性綜合評價圖。

表2 白洋淀濕地生態系統敏感性指標分級標準

2.2.3生態功能分區方法

(1)分區目的與原則：面向白洋淀濕地生態保護和管理的需求,開展白洋淀濕地生態功能評價,初步劃定生態功能分區,其目的是明晰白洋淀濕地生態功能的空間分異規律,為雄安新區資源環境承載能力綜合監測和透明雄安數字平臺建設提供空間信息支撐。白洋淀濕地生態功能分區遵循主導生態功能原則、生態系統類型完整性原則、區內相似性原則、區間差異性原則以及等級性原則。

(2)分區方法：依據生態系統服務功能重要性和生態系統敏感性評價結果,將兩者評價分級圖進行疊加分析,得到如下三種綜合分區結果及其對應的處理方法[14]：①生態系統服務功能重要性級別達到Ⅲ級(即中等重要)和Ⅳ級(極重要)的地區,以其主導生態系統服務功能重要性覆蓋區域作為邊界劃分依據。②生態系統服務功能重要性級別為Ⅲ級以下(即不重要(Ⅰ級)和較重要(Ⅱ級))的地區,若生態系統敏感性級別達到Ⅳ級和Ⅴ級區域(即高度敏感和極度敏感區),以重要生態系統敏感性覆蓋區域作為邊界劃分依據。③其余地區(即生態系統服務功能重要性Ⅲ級以下且生態系統敏感性Ⅳ級以下的地區),結合白洋淀實際自然與經濟狀況,并參考白洋淀地區相關規劃文件,選擇相對最重要的生態系統服務功能的覆蓋區域作為其邊界劃分。最后,在考慮生態系統類型完整性的基礎上,結合白洋淀地區自然地理條件、生態環境狀況、生態保護和管理的需要等,作為分區參考,對上述綜合分區結果圖進行合理的調整和完善,形成科學完整的分區結果圖。

(3)分區命名：白洋淀濕地生態功能區命名采用服務功能命名優先、敏感性命名補充的方式[14]。生態功能區名稱組成為：區位+主導生態服務功能(或生態敏感性)+功能管控名稱。其中,區位包括東部、南部、西部、北部、東南部、西南部、東北部、西北部八個方位名稱；主導生態服務功能為主：區位+主導生態服務功能+“功能區”；主導生態敏感性為主：區位+生態敏感性+“保護區”/“恢復區”/“重建區”(按照敏感性影響程度由輕到重依次確定)。

3 結果與分析

3.1 生態系統服務功能重要性

白洋淀濕地生態系統服務功能重要性各指標評價結果如圖2所示。(1)水產品供給功能重要性：2007—2016年白洋淀濕地水產品產量從25612噸增加到37404噸,增長46%[70]。遙感解譯結果顯示,2015年白洋淀濕地人工養殖魚塘共307處,總面積36.25km2,占白洋淀水體面積44.7%。從空間分布來看,人工養殖魚塘主要圍繞淀區居民地周圍密集分布,表明了淀區人民居住與水產養殖的空間相互作用關系。(2)水生植物供給功能重要性：2015年白洋淀濕地挺水植物面積113.78km2,占白洋淀濕地總面積31.1%,廣泛分布在白洋淀北部燒車淀、西部藻苲淀、中部大麥淀、西南部小白洋淀等淀泊區域；浮葉植物面積19.60km2,占白洋淀濕地總面積5.4%,僅在白洋淀濕地北部燒車淀、西部藻苲淀等局部區域集中分布。水生植物覆蓋度總體較高,且與水生植物種類關系密切,浮葉植物覆蓋度高于挺水植物,主要是由于浮葉植物葉片較大、分布密集。(3)氣候調節功能重要性：根據白洋淀濕地2015年固碳、釋氧反演結果可知,生態系統固碳量位于0.36—0.62kgC/m2之間,釋氧量位于0.27—0.46kgC/m2之間。(4)生物多樣性維護功能重要性：白洋淀濕地生境質量總體處于較高水平,呈現出從白洋淀中心地區向外逐漸遞減的趨勢。白洋淀濕地中部的大麥淀及其附近地區的生境得分值多在0.6以上。北部燒車淀、西部藻苲淀、南部小白洋淀的局部地區,受到的威脅程度較大,生境得分多在0.6以下。此外,東部、西北、南部等地區(多為建設用地、旱地、水田),生境得分多在0—0.3。(5)水質改善功能重要性：受府河、唐河等河流上游水源污染,淀區西部藻苲淀、南部小白洋淀區域水質類別>Ⅴ,水體污染嚴重,需要提供的水質改善功能極重要。

生態系統服務功能重要性綜合評價結果表明，白洋淀濕地生態系統服務功能重要性高,重要性等級為極重要區域的面積為166.93km2,面積占比45.7%；中等重要區域面積為50.73km2,占比13.9%；較重要區域面積為25.28km2,占比6.9%；不重要區域面積為122.64km2,占比33.5%。生態系統服務功能重要性等級為較重要及以上的區域面積共242.94km2,占比66.5%。

圖2 白洋淀濕地生態系統服務功能重要性評價結果Fig.2 Evaluation results of ecosystem services function importance in Baiyangdian Wetland

3.2 生態系統敏感性

白洋淀濕地生態系統敏感性各指標評價結果如圖3所示。(1)水污染敏感性：白洋淀濕地水污染敏感性總體較為嚴重。其中,極度敏感區域面積57.35km2,占比15.7%,主要表現為城鎮工業生活污染,分布于淀區南部馬棚淀、西部藻苲淀、北部燒車淀區域；高度敏感區域面積20.37km2,占比5.6%,主要表現為村落非點源污染；中度敏感區域面積85.35km2,占比23.4%,主要表現為農業開墾污染；輕度敏感區域面積30.94km2,占比8.5%,主要表現為養殖業污染；不敏感區域面積171.42km2,占比46.9%。(2)濕地變化敏感性：白洋淀濕地變化敏感性空間分異性大,極度敏感區域分布于淀區南部馬棚淀、西部藻苲淀、北部燒車淀區域,這些區域濕地轉變為旱地、水田等非濕地類型,面積127.04km2,占比34.8%；高度敏感區域面積較小,為0.14km2,占比0.0%,這些區域為變化時間大于20年的不同類型濕地之間相互轉變；中度敏感區域面積1.64km2,占比0.4%；輕度敏感區域面積34.48km2,占比9.4%,主要分布于淀區中部；不敏感區域面積139.50km2,占比38.2%,濕地類型沒有發生變化。此外,1975—2018年始終為非濕地類型的區域面積62.60km2,占比17.1%。(3)重要自然與文化價值敏感性：白洋淀濕地省級自然保護區總面積為296.96km2,其中核心區面積94.40km2,緩沖區面積53.68km2,實驗區面積148.88km2[10]。白洋淀自然文化遺產包括容城縣晾馬臺遺址、上坡遺址,以及安新縣留村遺址、梁莊遺址、陳調元莊園。白洋淀風景名勝區總面積366平方公里,是國家5A級旅游景區。

生態系統敏感性綜合評價結果表明，白洋淀濕地生態系統服務功能重要性表現出高等級的同時,生態系統敏感性亦表現出較高等級分布,濕地變化敏感性最高,水污染敏感性次之,重要自然與文化價值敏感性較小。綜合來看,生態系統敏感性程度為極度敏感區域面積為177.99km2,占比48.7%；高度敏感區域面積為16.00km2,占比4.4%；中度敏感地區面積為15.73km2,占比4.3%；輕度敏感地區面積為78.25km2,占比21.4%；不敏感區域面積為77.61km2,占比21.2%。

3.3 生態功能分區

白洋淀濕地生態分區處理結果及分區參考如圖4所示。從圖中可知,生態重要性程度為Ⅳ級和Ⅲ級的區域位于白洋淀濕地的中部,為核心區域。淀區南部、西部多為生態敏感性Ⅴ級。淀區東北部為其余地區,即生態系統重要性評價Ⅲ級以下且生態敏感性Ⅳ級以下的地區。將生物多樣性維護重要性Ⅳ級、濕地變化敏感性Ⅴ級、Ⅳ級、重點風景名勝區、水產品供給區等空間分布特征作為分區參考。其中,生物多樣性維護重要性與濕地變化敏感性分別是白洋淀濕地最顯著的生態系統功能和敏感性因素；重點風景名勝區是白洋淀濕地重要旅游景點,空間上具有完整性；魚塘作為水產品供給的載體提供重要的生態功能。

基于白洋淀濕地生態系統服務功能重要性、生態系統敏感性評估結果,考慮生態系統類型完整性、生態敏感區域完整性,結合白洋淀地區地形地貌、土地覆被現狀、生態保護和管理的需要等,并通過多次調整和完善,最終形成白洋淀濕地生態系統功能分區成果圖(圖5),各功能分區特征及保護目標與發展方向如表3所述。

圖4 白洋淀濕地生態分區處理結果及分區參考Fig.4 Processing results and reference of ecological function regionalization in Baiyangdian Wetland

圖5 白洋淀濕地生態功能分區Fig.5 Map showing ecological function regionalization in Baiyangdian Wetland

4 討論

(1)分區方法體現了人地關系動態特征。生態特征區劃和生態功能區劃是生態區劃的兩大組成部分[27]。從生態特征區劃到生態功能區劃,推動了生態區劃從自然特征的歸納和概括發展到生態功能的監測和管理,并在國家和地方層面得到廣泛實踐應用,為我國生態系統保護與管理發揮了關鍵指引作用[28,34]。本文面向白洋淀濕地生態保護和管理需求,從生態環境狀況及主要問題出發,依據《生態功能分區技術規范》(征求意見稿)生態功能分區方法,并充分借鑒國內其他濕地、湖泊生態功能評價已有研究案例,基于生態系統服務功能、生態系統敏感性,開展了白洋淀濕地生態功能分區研究。該方法不僅表現了白洋淀主要生態系統服務功能空間特征,而且考慮了水污染、濕地變化、自然與文化價值等生態系統敏感性特征,將自然生態過程與人類社會經濟活動影響相結合,體現了人地關系動態特征,有助于提升對淀區可持續發展規劃的支持能力和改變濕地生態系統管理方式。在生態系統服務功能重要性評價指標選取方面,由于資料和數據受限,對水資源供給功能、文化服務功能(如歷史文化、科研與教育文化)等指標評價尚未分析,是本研究不足之處。

(2)分區結果注重現狀與歷史相結合。本文基于2015年現狀數據開展生態系統服務功能重要性評價,基于1975—2018年土地利用/覆被數據開展濕地變化敏感性評價,反映了濕地生態功能現狀特征,體現了濕地歷史變化特征,注重現狀與歷史的結合,分區結果涵蓋了淀區生態環境時空特征,有助于服務未來淀區生態保護規劃決策實施。由于本文將白洋淀自然保護區已列為評價指標之一,因此綜合分區結果與《白洋淀省級自然保護區總體規劃》(修編版)中的保護區總面積不具可比性。唯一可比較的文獻是趙英魁等1995年研究的白洋淀功能區劃,該研究根據白洋淀地形地貌及海拔高程的差異,同時參照其水質、現狀用途及人口密度等,將白洋淀99個淀泊劃分為9個不同的區域。由于本研究與趙英魁等在指標選取、分區方法方面均有所不同,因此二者研究結果在分區邊界劃分尺度、部分核心功能區劃分上有所差異。

(3)基于生態功能分區的決策建議。①實行分區管制：針對不同生態功能區特征,實行生態環境治理與保護分區管制。對于生態功能區,重點保護水生植物種植種類和范圍,恢復濕地面積,為重要動植物棲息地提供保障；對于生態敏感區,重點治理水體污染、清理淤化水體、實施退耕還濕,其中生態敏感性保護區重點保護自然生態景觀,生態敏感性恢復區重點治理水體污染、清理淤化水體,生態敏感性重建區重點實施退耕還濕、恢復濕地范圍與面積。②加強水陸統籌：白洋淀濕地水源不足、水體污染等問題需要水陸統籌綜合治理。以流域為單元,在白洋淀流域水資源科學合理分配的前提下,持續性實施跨流域、跨區域生態調水補給白洋淀水資源,確保淀區水位和水量均衡長期保持為正均衡狀態。嚴控上游地區水污染源,轉變經濟發展方式,規劃綠色、清潔產業布局。③強化制度保障：優化完善生態環境管理機制和管理模式,建立以白洋淀濕地國家級自然保護區、國家級風景名勝區、重要自然與文化遺產為核心的“國家公園”管理體系,建設生態環境監測網絡,持續性開展生態環境監測與評價工作,為白洋淀濕地保護提供科技支撐。

表3 白洋淀濕地生態系統功能分區特征、保護目標與發展方向

5 結論

本研究基于水產品供給功能、水生植物供給功能、氣候調節功能、生物多樣性維護功能、水質改善功能,綜合評價了白洋淀濕地生態系統服務功能重要性,從水污染敏感性、濕地變化敏感性、重要自然與文化價值敏感性方面,綜合評價了白洋淀濕地生態系統敏感性。基于生態系統服務功能重要性、生態系統敏感性評價結果,綜合考慮生態系統類型完整性、生態敏感區域完整性,并結合白洋淀地區地形地貌、土地覆被現狀、生態保護和管理的需要等,將白洋淀濕地初步劃分為7個一級生態功能區和19個二級生態功能區。本研究在分區方法方面將白洋淀濕地自然生態過程與人類社會經濟活動影響相結合,體現了人地關系動態特征；分區結果注重現狀與歷史的結合,涵蓋了淀區生態環境時空特征,有助于服務未來淀區生態保護規劃決策實施。建議在實施白洋淀生態環境治理和保護過程中,依據白洋淀濕地生態功能分區特征,實行分區管制,制定對應的生態環境治理和保護措施。