草原地區縣域單元生態系統服務功能空間識別與修復研究
——以和林格爾縣為例

潘 悅，龔 越

(武漢工程大學 土木工程與建筑學院，湖北 武漢 430074)

當前，我國生態文明建設強調空間的開發、利用、保護、修復并重，建設的內涵在于環境、資源的保護修復與優化配置，意在進一步發揮其效益價值[1-2]。但是，當前大部分地區發展觀念仍滯后于新時代要求。如在劃定三區三線這類約束性指標的過程中，主政者往往忌于承擔生態保護指標、耕地和基本農田保有指標而傾向于爭取城鎮開發建設指標。總體上，過去建設用地粗放式批用的主要目標放在城市周邊處女地，隨著經濟產業、人口社會轉型，這類用地大部分利用不充分，當前處于待再開發的低效、閑置狀態。因此，城鎮地區建設發展應以存量梳理為前提，適度補充增量指標。建設用地調出作為生態功能空間保護修復的重要一環，在強化生態環境功能的同時，無疑為建設用地騰挪出了新的指標。

本研究以內蒙古和林格爾縣為研究對象，在識別研究區內生態系統服務功能空間范圍的基礎上，開展生態破壞區統計、識別、校核研究，針對性地提出破壞區的保護修復策略，以期在實現生態環境好轉的同時，優化國土空間格局，并合理使用建設指標。

1 技術路線與分析模型

1.1 技術路線

技術路線主要分為科學評估、策略研究兩大部分。其中，科學評估包括對水源涵養、水土保持、防風固沙、生物多樣性維護四類生態服務功能重要性的分級評估，評估模型主要選擇了《生態保護紅線劃定指南》中的NPP定量指標法[3-8]，將評估出的四類生態服務功能區中的極重要區進行疊加分析，得到生態系統服務功能極重要區范圍；策略研究主要圍繞生態系統服務功能極重要區內破壞區域的保護修復策略展開，主要包括劃定安全保障范圍、提高水土質量、恢復自然植被景觀、平衡調出用地指標等。

1.2 分析模型

單項生態系統服務功能重要性分析模型按照技術路線中科學評估的內容劃分為四個子模塊，其中水源涵養、水土保持、生物多樣性維護評估模型取自《生態保護紅線劃定指南》中的NPP定量指標法，防風固沙評估使用了自然資源部2020年1月發布的《資源環境承載能力和國土空間開發適宜性評價指南(試行)》(以下簡稱《“雙評價”指南(試行)》)中的簡化模型。具體計算方法如下：

(1)水源涵養功能重要性模型。模型計算公式為

WR=NPPmean×Fsic×Fpre(1-Fslo)

(1)

式中：WR為生態系統水源涵養服務能力指數；NPPmean為多年植被凈初級生產力平均值；Fsic為土壤滲流因子；Fpre為多年平均降水量因子；Fslo為坡度因子。

(2)水土保持功能重要性模型。模型計算公式為

Spro=NPPmean×(1-K)×(1-Fslo)

(2)

式中：Spro為水土保持服務能力指數；K為土壤可蝕性因子；其余字母意義同上。

(3)防風固沙功能重要性模型。將坡度不小于25°且植被覆蓋度不小于80%的森林、灌叢、草地確定為水土保持極重要區。在此范圍外，將坡度不小于15°且植被覆蓋度不小于60%的森林、灌叢、草地確定為水土保持重要區。

(4)生物多樣性維護功能重要性模型。模型計算公式為

Sbio=NPPmean×Fpre×Ftem(1-Falt)

(3)

式中：Sbio為生物多樣性維護服務能力指數；Ftem為多年平均氣溫；Falt為海拔因子；其余字母意義同上。

將以上單項模型運算結果按照自然斷點法進行柵格重分類，劃分為極重要區、重要區、一般區三類。本研究著重對極重要區的問題進行識別并提出修復策略。

2 數據來源與空間識別結果

2.1 研究區概況

和林格爾縣屬于呼和浩特市下轄的縣，地處內蒙古自治區中部。縣境內河流分為黑河、渾河兩大水系，流經地區形成了優質草原地，蒙牛總部即設置于此。由于近年來人類活動強度日益增加，且當地大部分植被地處干旱、半干旱農牧交錯地區，因此原本脆弱的生態環境進一步惡化。

2.2 數據來源及處理

本研究所獲取的基礎數據主要來源于和林格爾縣自然資源和規劃局、國家基礎數據平臺網站、公共數據分享網站等。以2017年為基準年度，利用ArcGIS 10.6軟件創建漁網等工具將以上數據進行標準柵格化處理，并進行歸一化運算，最終形成精度為50 m的單因子柵格數據(部分數據見圖1)。

圖1 本研究所涉及的部分單因子圖

2.3 生態系統服務功能區與破壞區識別

本研究對生態系統服務功能評估和識別的方法是以《生態保護紅線劃定指南》和《“雙評價”指南(試行)》為主要參考依據的。

2.3.1 生態系統服務功能空間識別

水源涵養功能極重要區主要分布在城關鎮東北部的小窩鋪、摩天嶺、王目山，大多位于該縣的原始山脈。該縣大部分地區不具備水源涵養功能，局部具有生態服務功能的地物主要為農田、草地、森林等。

水土保持功能極重要區主要分布在城關鎮外圍，均呈片狀分布。城關鎮內的水土保持功能極重要區則零散分布在北部的敖包山、天門山林場、摩天嶺自然保護區、西元山、香爐山等。可以明顯地看出，城關鎮內部的極重要區分布受山脈的坡度、坡向影響很大，破碎程度同山脊走向相關。

防風固沙功能極重要區主要分布在盛樂鎮東南部、城關鎮東部山林地區及黑老夭鄉西部山區。總體而言，主要集中在和林格爾縣最主要的山脈地帶，即敖包山、摩天嶺、王目山一帶。

生物多樣性維護功能極重要區主要分布在巧什營鎮和舍必崖鄉西部、城關鎮東北部和東南部山林地區，分布較為集中完整。除此之外在雞兒山、大紅城鄉一帶也有一定的規模，主要是集中分布在白二爺沙壩自然保護區。

和林格爾縣生態系統服務功能極重要區是由四個單項分析模型的評估結果疊加形成的。首先是利用GIS軟件將柵格計算后的單項極重要區文件轉換為矢量形式，然后通過軟件中的聚合工具將相對鄰近或聚集的圖斑聚合為相對完整的連片圖斑。最終得出結果：生態系統功能極重要區總面積為138.4 km2，占全縣面積的4%；從縣域來看，極重要區集中分布在巧什營鎮和舍必崖鄉西部(自北延至南部杜家窯子)、城關鎮東北部和東南部山林地區，除此之外在黑老夭鄉、大紅城鄉一帶也有一定的規模，見圖2。

圖2 生態服務功能極重要區單項評價與集成評價結果

2.3.2 生態系統服務功能破壞區識別

將生態系統功能極重要區與2017年土地利用變更數據進行沖突識別，結果顯示區域內的耕地、林地、牧草地占比較大，約占極重要區的99.82%，其中林地面積最大，此類空間生態系統功能性較強，也印證了劃定成果的科學性。

但是，識別的生態系統功能區域內仍存在人類活動較大的其他用地類型，影響最大的為城鎮村及工礦用地，共3.52 hm2，包括建制鎮0.40 hm2、村莊0.21 hm2、風景名勝區及特殊用地0.44 hm2等。通過遙感影像比對，將植被覆蓋率較低、面積較大且人為痕跡較重的地區認定為生態破壞區。以圖3為例，生態系統功能極重要區地處巧什營鎮的一間房村北部，區域內大部分屬于天然牧草地，但存在一處零星建設用地，土地用途為村莊用地，現狀建筑面積約為1 000 m2。考慮到南部是一間房村的集中建設區，人類活動強度較大，因此應當及時將這一塊建設用地調出，防止功能區受到進一步干擾和侵占。

圖3 一間房村北部天然牧草地內的建設用地飛地示意

2.4 破壞區保護與修復策略

策略一：劃定安全保障范圍，遏制生態脅迫。破壞區屬于生態系統服務功能極重要區內的飛地，其保護舉措的首要內容就是停止人為活動的干擾，因此需要對區域進行定點、定標、定樁，確立管制范圍。具體操作上，對管制范圍進行物理隔離，而后按范圍線定距，統一設立規范的標志物、標識牌，主要標識信息應包括生態系統服務功能極重要區的范圍及該破壞地塊的位置、原用途、面積、具體拐點坐標、主要管制措施等。在進行封禁的基礎上，先以自然恢復為主，在開展國土空間專項規劃過程中進一步申請納入修復立項清單，并后續進行人工輔助修復[9-10]。

策略二：開展環境污染治理，提高水土質量。對破壞區域進行水質、土壤污染情況調查，進行環境污染分析并提出修復技術。和林格爾縣地處干旱地區，全縣60%地區的土壤類型都是風沙土，風沙土極不穩定，成土過程漫長，因此該地區土壤沙化、水土流失潛在風險較大。但隨著流動風沙土轉化為固定風沙土，土壤有機質會持續富集，所以只要增加肥力與水源涵養能力、提高植被覆蓋率，該區域后期可作為林牧資源用地。因此，在開展環境治理時應著重考慮水土保持功能，具體可通過建立人工綠色帶、網格狀風沙防護、提高土壤肥力、化學藥劑固沙、發展灌溉技術等改善破壞區環境[11]。

策略三：恢復自然植被景觀，豐富生態系統。系統考慮破壞區的生態系統構成，綜合“山水林田湖草沙”要素，在對破壞區生態空間格局做出規劃安排后，從拆除、填方、覆土、固植四個層面恢復自然植被景觀，豐富生態系統。拆除層面主要是對建筑物、構筑物的拆除，達到硬化地面土壤露出的目的，為復綠做前期準備。填方層面主要是對地質災害風險的預防，包括危石清理、降坡削坡、石籠堆土、石縫固土等技術。和林格爾縣地處北部氣候惡劣區，風力侵蝕嚴重，自然恢復能力差，因此覆土層面應以人工覆土為主。在采取覆土工程的同時，需要注意同步開展固土工程。固植層面應當充分借鑒諸如毛烏素沙漠復綠等經典案例，從植被的品種、栽種方式、護育措施等方面開展工程固植，對于不適宜種植植被的崖壁可靈活種植攀緣類植物。

策略四：平衡調出用地指標，實現資源流轉。對破壞區地類用途清查和調出時，要統籌資源指標運作。破壞區修復工程規劃設計原則上應以環境、資源效益(或者稱為價值)指標為導向。環境指標是根本目標愿景，資源指標是項目運行的關鍵，作為生態修復工程價值的集中體現，它是推動經濟、社會、生態建設的動力來源，具體的即為通過生態修復工程規劃設計，盤活各類資源。

3 結論與討論

3.1 結 論

開展縣域生態系統服務功能極重要區的識別、保護修復工作對進一步加強縣域范圍內生態功能的認識具有重要意義，且有利于自然資源等相關管理部門將其納入統一的空間范圍，實現一體化管控。本研究以和林格爾縣域單元為研究對象，依托遙感觀測和地理信息分析、統計技術方法，結合自然資源部成立前后發布的重要技術指南(如《“雙評價”指南(試行)》《生態保護紅線劃定指南》等)，對縣域生態系統功能空間識別開展研究。研究基于土地利用調查、變更數據，對生態系統服務功能極重要區進行了地類統計，并通過遙感影像校核了生態破壞區的具體位置和規模，最后總結了和林格爾縣的生態問題和氣候環境特征，提出了生態破壞區的保護修復策略，對同類的北部風沙型草原縣域同類問題的防控及應對具有一定的指導借鑒意義。

研究結果表明：生態系統功能極重要區總面積為138.4 km2，約占全縣面積的4%，該區域內的耕地、林地、牧草地等生態系統要素占比較大，約占極重要區的99.82%；目前對極重要區生態脅迫效應較大的是城中村等非生態用地，共3.52 hm2，本研究將其劃定為生態破壞區。生態破壞區實質上是極重要區內的飛地，應當及時封禁并調出，按照劃定安全保障范圍、開展環境污染治理、恢復自然植被景觀、平衡調出用地指標等策略制定區域生態系統保護修復工程規劃，在實現生態系統功能恢復的同時，結合自然資源流轉推動區域空間格局優化與協調發展。

3.2 討 論

從我國國土空間規劃推進進程來看，本研究所要研究的生態系統服務功能空間識別與保護修復只是國土空間生態修復專項規劃前期研究的一部分。本研究還存在以下不足：一是生態空間識別對象不應該只包括功能空間，還應該囊括生態脆弱空間，而且后者的修復迫切性和難度相對更大，在規劃編制過程中應當予以重視。二是本研究數據量相對較少，在自然資源系統整合以后，各地針對基礎數據管理建立起了信息中心或科室，管理內容包括林業調查、自然保護地、生態公益林等重要生態基礎數據，可作為生態功能識別空間的重要依據。三是制定破壞區修復方案策略時應當分尺度、分區研究。分尺度層面上可具體劃分為區域尺度、修復系統尺度和場地尺度，其中區域尺度側重落實本底約束指標，修復系統尺度側重分解上級修復指標，明確修復總體目標和修復工程立項，場地尺度側重生態修復系統工程各支撐節點的規劃設計、實施監管。分區研究是指在修復系統尺度上的空間分類研究，可按照空間特征將修復對象劃分為重要生態區、礦業開采區、農村發展區等。