林　勇, 樊景鳳, 溫　泉, 劉述錫, 李濱勇

1 國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心, 國家海洋局近岸海域生態(tài)環(huán)境重點實驗室, 大連　116023

2 國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心, 國家海洋局海域管理技術重點實驗室, 大連　116023

生態(tài)紅線劃分的理論和技術

林勇1, 樊景鳳1, 溫泉1, 劉述錫1, 李濱勇2,*

1 國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心, 國家海洋局近岸海域生態(tài)環(huán)境重點實驗室, 大連116023

2 國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心, 國家海洋局海域管理技術重點實驗室, 大連116023

摘要:在重要生態(tài)功能區(qū)、生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)/脆弱區(qū)等區(qū)域劃定生態(tài)紅線,控制人類活動強度,對于維護區(qū)域生態(tài)完整性和生態(tài)服務功能的可持續(xù)性,解決生態(tài)環(huán)境退化和資源枯竭問題，減輕異常自然災害不利影響具有重要意義.雖然不少省市已開展生態(tài)紅線劃分和管理試點工作,但生態(tài)紅線劃分的理論和技術尚不完善。生態(tài)紅線區(qū)劃和管理急需理論指導和技術支持。對生態(tài)紅線的內涵進行了分析,指出了空間紅線、面積紅線和管理紅線之間的有機聯(lián)系,強調了生態(tài)安全空間格局和區(qū)域生態(tài)服務需求在生態(tài)紅線劃分中的重要性；在生態(tài)紅線劃分技術研究綜述基礎上剖析了生態(tài)紅線的研究中存在的問題,如劃分方法簡單粗放、對景觀和區(qū)域尺度上的空間過程和空間聯(lián)系考慮不足以及由于部門和學科分割帶來的(海)水陸缺乏統(tǒng)籌等；論述了生態(tài)適宜性評價、景觀/區(qū)域安全格局理論、海陸統(tǒng)籌理論、干擾生態(tài)學理論、生態(tài)系統(tǒng)管理和適應性理論以及驅動力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(DPSIR)模型框架等技術方法和理論以及它們在在生態(tài)紅線劃分中的潛在應用；最后提出了基于生態(tài)安全格局和區(qū)域生態(tài)服務需求的生態(tài)紅線劃分的技術路線,并對今后生態(tài)紅線劃分研究進行了展望。提出的生態(tài)紅線劃分技術和理論方法可為今后生態(tài)紅線的研究提供有益參考。

關鍵詞：生態(tài)紅線劃分; 生態(tài)學理論和技術; 生態(tài)安全格局; 基于區(qū)域生態(tài)服務需求

近年來，工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展以及人類對自然資源的不合理利用與開發(fā)，導致區(qū)域關鍵生態(tài)過程紊亂和生態(tài)完整性破損,自然生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務功能下降,資源環(huán)境形勢日益嚴峻。環(huán)境污染、資源枯竭、生物多樣性下降、自然災害頻發(fā)等問題已經(jīng)嚴重影響了人類社會的可持續(xù)發(fā)展。保護生物多樣性,減少人類對脆弱生態(tài)系統(tǒng)的干擾,維持生態(tài)系統(tǒng)的重要生態(tài)功能對于解決現(xiàn)存的生態(tài)環(huán)境問題具有重要意義。中國為保護生物多樣性,建立了各類保護區(qū),但保護區(qū)在空間設計上存在交叉重疊，布局不夠合理和生態(tài)保護效率低等問題。生態(tài)環(huán)境缺乏整體性保護，且嚴格性不足，尚未形成保障國家與區(qū)域生態(tài)安全和經(jīng)濟社會協(xié)調發(fā)展的空間格局(http://news.solidwaste.com.cn/view/id_52547)。在此背景下，為強化生態(tài)保護，2011年《國務院關于加強環(huán)境保護重點工作的意見》(國發(fā) [2011]35號)明確提出，“在重要生態(tài)功能區(qū)、陸地和海洋生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)、脆弱區(qū)等區(qū)域劃定生態(tài)紅線”。生態(tài)紅線的提出是我國生態(tài)環(huán)境保護進程中的重大突破，是實施綜合生態(tài)系統(tǒng)管理，加強我國生態(tài)環(huán)境保護和管理的重要舉措，將對維護國家和區(qū)域生態(tài)安全，保障我國可持續(xù)發(fā)展能力產生十分明顯的作用[1]。

由于生態(tài)紅線的研究歷史時間很短,至今理論基礎和技術方法還很不完善。本文根據(jù)生態(tài)紅線的內涵和定義,在對國內外生態(tài)紅線的研究進行文獻綜述的基礎上，結合景觀生態(tài)學理論、生態(tài)系統(tǒng)管理理論、生態(tài)適宜性評價方法和DPSIR模型,對生態(tài)紅線的研究存在的問題進行了分析，提出了生態(tài)紅線劃分的技術路線以及今后發(fā)展方向,旨在為今后生態(tài)紅線的研究提供參考。

1生態(tài)紅線的概念和內涵

依據(jù)我國生態(tài)環(huán)境特征和保護需求，生態(tài)紅線可以定義為：為維護國家或區(qū)域生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展，根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)完整性和連通性的保護需求，劃定的需實施特殊保護的區(qū)域。生態(tài)紅線是我國生態(tài)環(huán)境保護的制度創(chuàng)新，是一個由空間紅線、面積紅線和管理紅線三條紅線共同構成的綜合管理體系。空間紅線是指生態(tài)紅線的空間范圍,應包括保證生態(tài)系統(tǒng)完整性和連通性的關鍵區(qū)域。面積紅線則屬于結構指標，類似于土地紅線和水資源紅線的數(shù)量界限。管理紅線是基于生態(tài)系統(tǒng)功能保護需求和生態(tài)系統(tǒng)綜合管理方式的政策紅線，對于空間紅線內的人為活動的強度、產業(yè)發(fā)展的環(huán)境準入以及生態(tài)系統(tǒng)狀況等方面制定嚴格且定量的標準[1]。

在生態(tài)紅線的研究中,根據(jù)生態(tài)服務功能需求、保護生態(tài)系統(tǒng)完整性和生態(tài)過程可持續(xù)性的需要,確定不同類型的重要生態(tài)區(qū)和脆弱區(qū)的空間范圍和最小保護面積,是生態(tài)紅線劃分技術研究中的重要內容。面積紅線的確定和空間紅線的劃分需要有機結合綜合考慮。在根據(jù)評價單元的自然、社會和經(jīng)濟屬性劃定空間紅線時需要考慮面積紅線的數(shù)量要求,空間紅線劃分的標準要因面積紅線變化而變化,不可一概而論。面積紅線也需要根據(jù)區(qū)域生態(tài)功能服務需求和生態(tài)環(huán)境問題的類型和嚴重程度因地制宜地進行設定?？臻g紅線和面積紅線確定后,加強紅線管理以確保紅線區(qū)域內的人類活動類型和強度不影響生態(tài)系統(tǒng)的完整性,不對生態(tài)系統(tǒng)關鍵過程產生不利影響,是保證生態(tài)紅線劃分成果的科學價值真正發(fā)揮的關鍵。生態(tài)紅線區(qū)并不是絕對不可開發(fā)利用,只要能保證紅線區(qū)的保護性質不變,生態(tài)功能不降低,面積不減少,可以適當開發(fā)利用,一些規(guī)劃指南中將生態(tài)紅線區(qū)進一步劃分為禁止開發(fā)區(qū)和限制開發(fā)區(qū),體現(xiàn)了這一思想.

傳統(tǒng)的保護區(qū)保護對象主要是生物多樣性、自然遺跡和文化遺產,而生態(tài)紅線劃分的依據(jù)是重要生態(tài)功能區(qū)和生態(tài)脆弱區(qū)/敏感區(qū)。除了生物多樣性保護外,其它生態(tài)功能如淡水和產品供給、土壤保持和防風固沙、水體凈化、氣候調節(jié)、水源涵養(yǎng)也是進行生態(tài)紅線劃分需要考慮的因素,從這個意義上講生態(tài)紅線的內涵相對更廣。評價對象的生態(tài)功能重要性和生態(tài)脆弱性/敏感性取決于規(guī)劃區(qū)域生態(tài)環(huán)境問題的類型和嚴重程度以及該區(qū)域對生態(tài)服務功能需求的緊迫性,而不僅僅是評價對象自身的生態(tài)屬性。生態(tài)功能重要性和生態(tài)脆弱性/敏感性評價需要結合區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況進行評價。另外,評價對象的生態(tài)功能重要性除了取決于其自身生態(tài)屬性外,還取決于它在所在景觀或者區(qū)域中的空間位置,它在維護景觀或者區(qū)域安全格局中的作用。鑒于生態(tài)紅線劃分和管理的目的是維護國家或者區(qū)域的生態(tài)安全,保護生態(tài)系統(tǒng)的完整性和連續(xù)性,區(qū)域水平上的空間背景因素和評價對象在區(qū)域安全格局中的作用需要重點考慮。

2國內外研究現(xiàn)狀

2004年由廣東省頒布實施的《珠江三角洲環(huán)境保護規(guī)劃綱要(2004—2020)》首次提出生態(tài)紅線的概念和“紅線調控、綠線提升、藍線建設” 的三線調控總體戰(zhàn)略。其后在《環(huán)渤海地區(qū)沿海重點產業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略環(huán)境影響評價報告》中也提到了生態(tài)紅線的概念,劃定的生態(tài)紅線區(qū)面積約占區(qū)域總面積的20%。深圳2005年10月出臺了《深圳市基本生態(tài)控制線管理規(guī)定》,將一級水源保護區(qū)、風景名勝區(qū)、自然保護區(qū)、集中成片的基本農田保護區(qū)、森林及郊野公園、生態(tài)廊道，以及陡坡地、高地、水體濕地等生態(tài)脆弱地區(qū)劃入城市生態(tài)控制線(實質上就是生態(tài)紅線)范圍內[1- 2].昆明市在新的土地利用總體規(guī)劃中，將生態(tài)系統(tǒng)比較敏感或具有關鍵生態(tài)功能的區(qū)域劃定為生態(tài)紅線區(qū)[3]。近年來許多省市都開始了生態(tài)紅線區(qū)劃工作, 2012年3月內蒙古、江西、廣西、湖北成為生態(tài)紅線劃分試點省份,此外,山西、山東、天津、北京、貴州、江蘇、上海、新疆等也提出探索生態(tài)紅線制度，完善生態(tài)補償機制(http://www.yicai.com/news/2014/02/3452727.html) 。生態(tài)紅線劃分工作雖然已經(jīng)做了不少,但生態(tài)紅線劃分技術方面的文章卻不多,許多生態(tài)紅線方面的文章是新聞報道性質的,關于生態(tài)紅線劃分技術和理論的文章很少。馮文利[4]通過宏觀分析中國的土地利用/覆蓋變化與生態(tài)安全的相互作用關系，強調了建立土地利用生態(tài)安全格局的重要性；并以北京市海淀區(qū)為案例，基于海拔、坡度、NDVI、水體可及性、綠地可及性、人口密度、城市熱島強度為指標，進行基于像元的生態(tài)安全評價,確定生態(tài)紅線區(qū)。符娜等[5]以生態(tài)脆弱性和生態(tài)系統(tǒng)服務功能作為劃定依據(jù)，對云南省土地利用規(guī)劃劃定生態(tài)紅線區(qū)。劉雪華等[2]以環(huán)渤海地區(qū)為例，綜合考慮了生態(tài)系統(tǒng)敏感性、生態(tài)系統(tǒng)服務功能和自然生態(tài)風險等因子，劃定了產業(yè)布局的生態(tài)紅線區(qū)、生態(tài)黃線區(qū)和可開發(fā)利用區(qū)。饒勝等[1]系統(tǒng)梳理了生態(tài)紅線的概念與內涵，對生態(tài)紅線的劃分與管理進行了討論并提出初步建議。許妍等[6]則在分析渤海生態(tài)環(huán)境特征基礎上,從“生態(tài)功能重要性、生態(tài)環(huán)境敏感性、環(huán)境災害危險性”三方面建立了渤海生態(tài)紅線劃定指標體系,在此基礎上確定了渤海生態(tài)紅線區(qū)的空間范圍。馮宇[7]則對呼倫貝爾草原區(qū)生態(tài)紅線劃分方法做了探索。值得一提的是,政府部門為了規(guī)范管理需要印發(fā)了一些生態(tài)紅線劃分的指南,如2014年2月環(huán)境保護部南京環(huán)境科學研究所印發(fā)了《國家生態(tài)保護紅線-生態(tài)功能基線劃定技術指南(試行)》,而國家海洋局在2012年9月出版了《渤海海洋生態(tài)紅線劃定技術指南》。這些指南對于中國生態(tài)紅線劃分技術、理論的發(fā)展和實踐具有很好的指導作用。

國外沒有生態(tài)紅線的概念,但是在生態(tài)脆弱性/敏感性[8- 11]、自然保護區(qū)設計和選址方面[12- 15]做的大量工作可為中國生態(tài)紅線劃分技術研究提供參考。美國NCEAS在生態(tài)區(qū)劃基礎上,根據(jù)不同生態(tài)系統(tǒng)類型對不同的干擾/壓力的敏感性分析,對全球人類活動對近海生態(tài)系統(tǒng)的影響程度進行了空間分析[16]。澳大利亞根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性、生態(tài)重要性和保護程度,將大堡礁保護區(qū)進一步區(qū)劃為一般使用區(qū)、生境保護區(qū)、保護公園區(qū)、緩沖區(qū)、國家公園區(qū)和保護區(qū),并對各區(qū)內人類活動強度和人類活動的類型都有所限定[17]。生態(tài)系統(tǒng)完整性是生態(tài)紅線劃分的主要依據(jù)和目標,但該概念和生態(tài)健康一樣，是一個模糊的概念。在漁業(yè)生態(tài)系統(tǒng)管理中,Link[18]提出了用生態(tài)狀態(tài)可持續(xù)性代替生態(tài)完整性的觀點。綜合管理和生態(tài)系統(tǒng)管理是生物多樣性保護、資源可持續(xù)利用和開發(fā)的重要理念，但在實踐中缺乏可操作性。海洋學家推出的海洋空間規(guī)劃(Marines Spatial Planning, MSP)技術和理論為解決這一難題提出了答案[12]。MSP強調空間異質性，突出高多樣性、高特有性和高生產力的區(qū)域，以及產卵地、育苗場、洄游路線中轉站在海洋生物多樣性保護和生態(tài)系統(tǒng)綜合管理中的重要地位[19]。MSP通過海洋生態(tài)系統(tǒng)制圖和海域使用區(qū)劃,協(xié)調海域使用沖突,通過管理人類活動來減少人類對海洋生態(tài)系的負面影響,從而保證生態(tài)系統(tǒng)完整性[19]。

3生態(tài)紅線研究存在的問題

生態(tài)紅線劃分雖然做了一些工作，但劃分方法大多簡單粗放，主要采用拿來主義直接將現(xiàn)有的重要功能區(qū)、自然保護區(qū)、風景區(qū)、名勝古跡等直接拿來作為生態(tài)紅線劃分依據(jù)。但是,由于現(xiàn)有的一些自然保護區(qū)和重要生態(tài)功能區(qū)在劃分時存在隨意性和主觀性大，以及當時時空尺度與現(xiàn)有時空尺度不一致等問題,采用簡單拿來主義并不合適。 目前生態(tài)紅線劃分主要基于線性適宜性指數(shù)模型[2，5]，模型結構過于簡單難以反映評價單元生態(tài)屬性和生態(tài)紅線區(qū)劃之間復雜關系，在某些情形下非線性模型可能更為適合[20- 22]。生態(tài)影響評價是生態(tài)脆弱區(qū)/敏感區(qū)劃分的重要基礎,也是國外海岸帶綜合管理中重要工具[23- 24],但基于系統(tǒng)動力學的生態(tài)影響評價在國內研究案例極其少見?，F(xiàn)有的生態(tài)紅線劃分技術有待提高和完善。

某一個評價單元的生態(tài)功能重要性不僅取決于其自身的各種屬性,還取決于其周邊景觀要素的類型和空間構型?，F(xiàn)有的生態(tài)紅線劃分研究主要是基于評價單元的各種自然社會經(jīng)濟屬性(垂直過程)，而很少考慮周邊景觀要素對其各種生態(tài)適宜性的影響(水平過程)。如在海岸帶地區(qū)生態(tài)紅線劃分中，上游陸地流域景觀結構對海洋生態(tài)環(huán)境的影響考慮不足,導致劃分結果缺乏綜合整體性。雖然生態(tài)安全格局理論在生態(tài)恢復、生物多樣性保護和景觀生態(tài)規(guī)劃研究中應用較多,海岸帶綜合管理理念很是盛行,但在國內生態(tài)紅線區(qū)劃中考慮景觀/區(qū)域生態(tài)安全空間格局和海陸統(tǒng)籌的研究實例至今尚未發(fā)現(xiàn)。

4生態(tài)紅線劃分的技術方法和理論

(1)生態(tài)適宜性分析

生態(tài)適宜性分析根據(jù)規(guī)劃對象或者評價單元的尺度獨特性、抗干擾性、生物多樣性、空間效應等,選擇自然社會經(jīng)濟因子構建評價指標體系和指標權重,通過建立適宜性指數(shù)模型計算適宜性指數(shù),確定評價單元對某種使用方式的適宜性和限制性，進而劃分適宜性等級。適宜性分析是空間規(guī)劃的重要工具,廣泛地應用于保護區(qū)選址、種(養(yǎng))殖區(qū)區(qū)劃、環(huán)境影響評價、動植物生境適宜性分析和土地利用格局優(yōu)化中[25- 29].通過適宜性分析確定不同地域/海域的使用方式,對于解決資源使用沖突、緩解生態(tài)環(huán)境退化問題和提高區(qū)域的生態(tài)功能和服務綜合價值具有重要意義?，F(xiàn)在適宜性分析已經(jīng)從簡單的多屬性單目標(單一使用方式適宜性評價)階段發(fā)展到多目標(多種使用方式綜合適宜性評價)整體優(yōu)化階段,利用線性或者非線性優(yōu)化算法,確定研究區(qū)域的最優(yōu)使用方式[30]。非線性適宜性指數(shù)模型開發(fā)和空間聯(lián)系(效應)量化是生態(tài)適宜性分析的熱點和難點[28，31- 32]。

(2)景觀/區(qū)域生態(tài)安全格局理論

在景觀和區(qū)域尺度上,生態(tài)系統(tǒng)的空間分布格局對生態(tài)系統(tǒng)的結構功能和生態(tài)服務價值具有重要影響。作為土地利用規(guī)劃的指導思想，“全球思維，區(qū)域規(guī)劃，局地實施”理念非常強調空間背景對景觀和區(qū)域生態(tài)規(guī)劃的重要性,認為在進行景觀和區(qū)域生態(tài)規(guī)劃時必須考慮周圍景觀和區(qū)域的影響[33]。某個地域是否具有生態(tài)保護重要性,不僅取決于其本身的各種自然、社會和經(jīng)濟屬性,而更取決于其在景觀和區(qū)域中保護生態(tài)系統(tǒng)完整性和連通性的價值。

景觀中的某些關鍵性的局部，位置和空間聯(lián)系如盆地的出水口、廊道的斷裂處或瓶頸、河流交匯處的分水嶺、動物遷徙途中的踏腳石、大型自然斑塊、寬闊的河流廊道、多種生態(tài)系統(tǒng)的交錯區(qū)對維護或控制某種生態(tài)過程有著異常重要的意義,在景觀和區(qū)域規(guī)劃和設計中保護和維護其空間格局對于優(yōu)化景觀功能、維持生態(tài)功能和服務價值的可持續(xù)性具有重要作用。景觀中這些關鍵局部位置和空間聯(lián)系構成了景觀生態(tài)安全格局[34]。與此類似,區(qū)域生態(tài)安全格局研究也是基于格局與過程相互作用的原理尋求解決區(qū)域生態(tài)環(huán)境問題的對策,但是它更強調區(qū)域尺度生態(tài)環(huán)境問題的發(fā)生與作用機制,例如干擾的來源,社會經(jīng)濟的驅動以及文化倫理的影響等；強調通過不同尺度上格局與過程的干擾效應研究,集中解決生物保護、生態(tài)系統(tǒng)恢復及景觀穩(wěn)定等一系列問題；根據(jù)干擾對某一尺度格局與過程的作用,提出相應的解決對策[35]。

景觀/區(qū)域空間格局決定景觀/區(qū)域區(qū)域功能,生態(tài)功能反過來又影響空間格局。保護寬闊的河流廊道,減少自然景觀破碎度,通過設置廊道和踏腳石的方式提高景觀連通度,保護大型自然斑塊是生態(tài)安全格局制定的指導思想[33]。生態(tài)紅線劃分依據(jù)不單是評價單元在生態(tài)系統(tǒng)層次上生態(tài)重要性和脆弱性/敏感性,而更為重要的是評價單元在區(qū)域和景觀安全格局上的生態(tài)重要性。如從生物保護角度講,在小的局域尺度上某生態(tài)系統(tǒng)面積小生物多樣性低而生態(tài)保護價值不大,但其在景觀和區(qū)域尺度上可能由于空間位置特殊性(是鳥類遷徙途中極為重要的踏腳石),同樣需要重點保護。

(3)海陸統(tǒng)籌理論

陸地對海洋的影響在很大程度上體現(xiàn)在來自于陸地污染物的輸入。近海富營養(yǎng)化是海洋面臨的最主要生態(tài)問題,其主要成因就是上游流域面源營養(yǎng)鹽污染大量排放。上游流域土地利用/土地覆蓋格局變化將影響入海淡水的數(shù)量、質量和動態(tài)變化特征,從而對海岸帶地區(qū)的生物多樣性產生重要影響，如一些洄游海洋生物對上游河流的枯水期、豐水期的水位、流速和出現(xiàn)時間以及持續(xù)長度非常敏感。另外,海岸帶和海洋生態(tài)系統(tǒng)面臨的氣候變化、生物多樣性下降，生境破壞和破碎化、外來生物入侵等威脅都與近岸陸地上的人類活動有關。近海和流域通過水文聯(lián)系而成為海岸帶綜合管理中有機整體[36]。在海洋的生態(tài)環(huán)境治理中避免“頭疼醫(yī)頭，腳疼醫(yī)腳”,強調海陸統(tǒng)籌、源頭治理是海洋和海岸帶管理的發(fā)展趨勢。確定陸源干擾的種類和干擾機制,在此基礎上進行生態(tài)紅線劃分,將有助于提高生態(tài)紅線區(qū)劃分結果的科學性.

(4)干擾生態(tài)學理論

干擾一般是指能顯著改變系統(tǒng)自然格局的離散事件，它導致景觀中各類資源的改變和景觀結構的重組[35]。自然干擾可以促進生態(tài)系統(tǒng)的演化更新，是生態(tài)系統(tǒng)演變過程中不可或缺的自然現(xiàn)象。但是，人類干擾或人類干擾誘發(fā)的自然災害卻成為區(qū)域生態(tài)環(huán)境惡化的主要原因。生態(tài)系統(tǒng)退化的程度與人為干擾狀況(即干擾的強度、時間和頻度)有關。停止干擾后生態(tài)系統(tǒng)有自動恢復的功能,但其能力是有限的,退化生態(tài)系統(tǒng)自身能否恢復及恢復的速度與所經(jīng)受的干擾強度和時間長度有關。改變人為干擾的機制, 減少退化生態(tài)系統(tǒng)的外部干擾壓力, 有利于退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復[37]。在景觀生態(tài)研究中，很強調自然干擾機制的保持,保護區(qū)的面積應該足以保證某些自然干擾的完整性是保護區(qū)設計的重要原則。人類活動帶來一系列的生態(tài)、環(huán)境問題在很大程度上與人類活動改變了某些自然干擾機制有關，而自然干擾機制是景觀或區(qū)域內一些生態(tài)功能和過程正常運行的前提和基礎。把人類活動對某些自然干擾的影響減少到適當?shù)某潭仁菍崿F(xiàn)景觀功能優(yōu)化的重要措施。人類活動對生態(tài)系統(tǒng)或景觀功能和過程的影響主要體現(xiàn)在對自然干擾機制的破壞或改變上。如在河流景觀中，河流和沖擊灘是通過洪水聯(lián)系起來的，很多生態(tài)過程的速率和發(fā)生時間取決于洪水的脈動規(guī)律。而河道取直、堤壩建設等人為活動改變了洪水的自然干擾模式，結果引起景觀功能的退化和生物多樣性的喪失。將干擾生態(tài)學理論結合到生態(tài)紅線劃分中，注意保持和維護自然干擾機制，減少人為干擾的不利影響，將有助于提高生態(tài)紅線劃分的科學性。

(5)生態(tài)系統(tǒng)管理和適應性理論

生態(tài)系統(tǒng)管理是在對生態(tài)系統(tǒng)組成、結構和功能過程加以充分理解的基礎上，制定適應性的管理策略，以恢復或維持生態(tài)系統(tǒng)整體性和可持續(xù)性。保護生物多樣性、保護關鍵的生態(tài)過程和維持生態(tài)系統(tǒng)完整性是生態(tài)系統(tǒng)管理的主要目標。生態(tài)系統(tǒng)管理是綜合管理,管理邊界是生態(tài)系統(tǒng)的自然邊界而不是行政邊界,根據(jù)生態(tài)過程的影響范圍確定管理邊界是生態(tài)系統(tǒng)管理的基礎。在陸地上，流域邊界常常用于界定生態(tài)管理邊界,而在海岸帶綜合管理中上游流域邊界也常用于確定海岸帶管理邊界。生態(tài)系統(tǒng)管理強調公眾參與，管理目標明確和具有可操作性，在調解利益相關方之間的各種沖突基礎上綜合考慮和設定生態(tài)、社會和經(jīng)濟多種目標[30]。在生態(tài)系統(tǒng)管理中，人類被看作是生態(tài)系統(tǒng)的有機組成部分，人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的影響研究是生態(tài)系統(tǒng)管理的基礎。生態(tài)系統(tǒng)管理的對象表面上是生態(tài)系統(tǒng)，實質上是人類活動[38]。由于生態(tài)系統(tǒng)的不確定性、復雜性、時滯性，人類對生態(tài)系統(tǒng)主要驅動力及生態(tài)系統(tǒng)行為和響應的認識能力有限,生態(tài)系統(tǒng)管理強調適應性管理理念，生態(tài)系統(tǒng)管理者需要通過不斷調整戰(zhàn)略、目標及方案等，以適應快速變化的社會經(jīng)濟狀況與環(huán)境變化。生態(tài)系統(tǒng)管理的主要途徑有生態(tài)風險評價、退化生態(tài)系統(tǒng)恢復、自然保護區(qū)設計和生態(tài)工程和生態(tài)建設。

(6)驅動力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(DPSIR)模型框架

DPSIR概念模型是由OECD在1993年提出，并為歐洲環(huán)境局所發(fā)展。在DPSIR概念模型中，驅動力是指驅動人類活動的社會-經(jīng)濟和社會-文化因素，是造成環(huán)境變化的潛在原因,而壓力是指對環(huán)境有直接影響的人類活動，是環(huán)境變化的直接因子。狀態(tài)是指環(huán)境在上述壓力下所處的狀況，如污染水平等。影響是指系統(tǒng)所處的狀態(tài)對人類健康和社會經(jīng)濟結構的影響，響應則是指人類在促進可持續(xù)發(fā)展進程中所采取的對策和制定的積極政策。生態(tài)紅線管理遵從生態(tài)系統(tǒng)管理思想，需要根據(jù)狀態(tài)對生態(tài)系統(tǒng)的影響以及狀態(tài)產生的根源(驅動力和壓力因素)，采取合理的響應方式，來實現(xiàn)生態(tài)紅線區(qū)劃和管理的生態(tài)系統(tǒng)完整性和連通性目標。DPSIR模型強調經(jīng)濟運作及其對環(huán)境的影響之間的聯(lián)系，具有綜合性、系統(tǒng)性、整體性、靈活性等特點，能揭示環(huán)境與經(jīng)濟的因果關系并有效整合資源、發(fā)展、環(huán)境與人類健康[39]。上述特點使DSPIR成為生態(tài)紅線劃分和管理的重要工具。

5生態(tài)紅線劃分的技術路線

生態(tài)紅線劃分的目的是維護區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)完整性和連通性,確定需要保護的生態(tài)重要功能區(qū)和生態(tài)敏感/脆弱區(qū)的空間范圍。任何一個生態(tài)系統(tǒng)都具有多種生態(tài)功能,但其功能重要程度與其所在區(qū)域或者景觀內的生態(tài)環(huán)境問題類型、嚴重程度以及生態(tài)服務功能需求迫切性有關。另外,不同的生態(tài)系統(tǒng)的主導生態(tài)功能類型和生態(tài)功能服務總體價值也不同。因而,通過生態(tài)調查進行生態(tài)環(huán)境問題診斷和生態(tài)服務功能需求分析,進行生態(tài)系統(tǒng)空間制圖，收集規(guī)劃區(qū)的生態(tài)、環(huán)境和資源要素的空間分布和使用信息是生態(tài)紅線劃分的基礎。景觀/區(qū)域生態(tài)安全格局理論非常強調在更大的時空尺度上研究生態(tài)和環(huán)境問題,強調局地的生態(tài)環(huán)境問題與周邊景觀要素類型和空間分布格局的關系，強調通過景觀結構優(yōu)化實現(xiàn)景觀生態(tài)功能優(yōu)化的目的。以海岸帶地區(qū)為例,海水富營養(yǎng)化以及隨之而來的生物多樣性下降和漁業(yè)資源衰竭與上游流域土地利用格局變化有關。為維持海岸帶地區(qū)的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的完整性和連通性,需要結合生態(tài)安全格局理論海陸統(tǒng)籌地劃分生態(tài)紅線。某些區(qū)域的生態(tài)環(huán)境問題如下游水體的生物多樣性下降與自然干擾機制破壞(人類活動改變了上游流域地表徑流節(jié)律)有關,在生態(tài)紅線劃分過程中根據(jù)干擾生態(tài)學理論和生態(tài)安全格局理論保護(恢復破壞了的)自然干擾機制有助于提高紅線區(qū)劃的科學性。生態(tài)紅線管理的對象是人類活動，需要在生態(tài)系統(tǒng)管理和適應性理論指導下進行，在結合DPSIR模型框架研究人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的影響規(guī)律的基礎上，管理和規(guī)范人類活動，從而達到維護區(qū)域生態(tài)完整性和生態(tài)服務功能的可持續(xù)性,解決生態(tài)環(huán)境退化和資源枯竭問題目的。生態(tài)功能重要性和脆弱性/敏感性評價是生態(tài)紅線劃分的主要依據(jù)，需要根據(jù)生態(tài)適宜性指數(shù)模型確定評價單元的生態(tài)功能重要性和生態(tài)敏感區(qū)/脆弱程度，這是生態(tài)紅線區(qū)劃和分級的基礎。而在生態(tài)適宜性評價中，除了考慮評價單元自身的生態(tài)屬性，還需要考慮評價單元的周邊景觀要素的種類和空間分布以及評價單元的位置重要性，即景觀生態(tài)安全格局因素。以海岸帶地區(qū)為例，提出了生態(tài)紅線(空間紅線)劃分技術路線(圖1)。

圖1　基于生態(tài)學理論的生態(tài)紅線劃分技術路線Fig.1　Flow chart for redline zone delineation based on the theories of ecology

(1)對研究區(qū)內存在的生態(tài)和環(huán)境問題進行診斷分析,了解現(xiàn)有土地/海域使用現(xiàn)狀和生態(tài)服務功能需求,并收集和調查自然、社會和經(jīng)濟各種數(shù)據(jù),構建數(shù)據(jù)庫并進行生態(tài)系統(tǒng)區(qū)劃和空間制圖。

(2)根據(jù)生態(tài)和環(huán)境問題診斷結果以及生態(tài)系統(tǒng)空間信息,確定生態(tài)服務功能需求并對各種生態(tài)服務功能需求的緊迫性進行定量評價.

(3)基于生態(tài)功能需求信息和生態(tài)系統(tǒng)空間格局信息,確定景觀生態(tài)安全格局。寬闊的河流廊道、育苗場、產卵地和動物遷徙中轉站,保護區(qū)之間的廊道和踏腳石因其在保護區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)連通性和完整性的特殊作用,需要加強保護,在生態(tài)適宜性評價中需要考慮其特殊地位和作用。

(4)基于生態(tài)適宜性分析和安全格局信息,確定生態(tài)紅線。在生態(tài)功能需求分析基礎上,根據(jù)評價單元對某種(些)生態(tài)功能需求的適宜性、生態(tài)服務功能需求的緊迫性以及對生態(tài)安全格局的空間重要性，確定評價單元的生態(tài)重要性和重要生態(tài)功能區(qū)的邊界;根據(jù)生態(tài)問題診斷結果和評價單元的生態(tài)屬性，利用適宜性指數(shù)模型對評價單元的生態(tài)脆弱性/敏感性進行評價,確定生態(tài)脆弱/敏感區(qū)的邊界?？紤]到生態(tài)交錯區(qū)一般生態(tài)脆弱性高,在生態(tài)脆弱性評價中需要考慮評價單元的空間背景狀況。

(5)生態(tài)紅線確定后，需要結合生態(tài)系統(tǒng)管理和適應性理論和DPSIR模型框架，規(guī)范紅線區(qū)的人類活動，確定活動的類型和強度，進行生態(tài)紅線管理。

6生態(tài)紅線研究展望

(1)基于海陸統(tǒng)籌的空間格局-生態(tài)過程研究

中國環(huán)境的問題主要集中在人類活動劇烈、生態(tài)環(huán)境退化嚴重的東部地區(qū)，這意味著沿海省市的生態(tài)紅線劃分更有緊迫性。海洋生態(tài)環(huán)境問題如生物多樣性下降、漁業(yè)資源退化、水質惡化、生態(tài)系統(tǒng)彈性下降大都與沿海陸地(流域)土地資源的不合理開發(fā)利用有關。根據(jù)陸地和海洋的流域水文聯(lián)系，研究上游流域土地利用空間格局與近海富營養(yǎng)化和海洋生物多樣性的關系，在此基礎上確定沿海省市的生態(tài)紅線邊界和范圍，將有助于提高中國生態(tài)紅線區(qū)劃分結果的科學性。

(2)生態(tài)適宜性評價方法研究

生態(tài)適宜性評價是生態(tài)紅線劃分的基本工具，但現(xiàn)有的生態(tài)適宜性評價主要基于評價單元自身屬性，很少考慮周邊景觀要素的空間布局對評價單元適宜性的影響。指標打分系統(tǒng)和權重確定以及指數(shù)模型的結構都需要根據(jù)研究區(qū)域的生態(tài)環(huán)境問題、自然地理條件和評價目標相應變化。空間紅線和面積紅線如何協(xié)調，如何根據(jù)面積紅線調整空間紅線劃分的依據(jù)都是今后生態(tài)適宜性評價方法研究的重要內容。

(3)生態(tài)模擬和監(jiān)測研究

了解包括人類活動在內的各種壓力會對區(qū)域內的生態(tài)系統(tǒng)完整性、連通性和關鍵生態(tài)過程影響，是生態(tài)空間紅線劃分和管理的依據(jù)。而這需要借助生態(tài)模擬來實現(xiàn)，通過生態(tài)模擬揭示干擾或者說脅迫(氣候變化或人類活動)對生態(tài)系統(tǒng)的影響以及模擬不同情景(管理或者氣候變化)下生態(tài)系統(tǒng)的響應，理解生態(tài)系統(tǒng)各種成分之間的復雜關系。生態(tài)模擬需要根據(jù)生態(tài)建模的目的收集大量的數(shù)據(jù)和參數(shù)，但傳統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的指標種類,監(jiān)測頻度和空間范圍大都不能滿足生態(tài)建模需要。根據(jù)生態(tài)紅線生態(tài)模型需要確定綜合生態(tài)環(huán)境監(jiān)測方案并進行長期監(jiān)測將有助于解決這一問題和提高生態(tài)紅線管理的水平。

7結語

本文在對國內生態(tài)紅線的研究進行綜述的基礎上,分析了中國生態(tài)紅線的研究中存在的一些問題。在此基礎上根據(jù)生態(tài)紅線的內涵,結合生態(tài)系統(tǒng)管理、海岸帶綜合管理、景觀/區(qū)域安全格局理論和DPSIR概念模型和適宜性評價等工具和方法,提出了生態(tài)紅線劃分的基本技術路線,并就今后中國生態(tài)紅線劃分理論和技術研究發(fā)展方向做出展望。本文提出的生態(tài)紅線劃分的技術路線主要是針對海岸帶地區(qū),但該技術路線的理論基礎和思想同樣可以供陸地區(qū)域生態(tài)紅線劃分研究借鑒。生態(tài)紅線是中國學者和政府提出的一個概念,其主要支持理論來自于生態(tài)管理和景觀生態(tài)學理論,強調保護生態(tài)系統(tǒng)整體性和連續(xù)性以及維持生態(tài)系統(tǒng)服務價值的可持續(xù)性。國外雖然沒有生態(tài)紅線的概念,但在自然保護區(qū)選址、生態(tài)脆弱性評價以及景觀生態(tài)規(guī)劃或者海洋空間規(guī)劃方面做的工作依然可以為國內生態(tài)紅線的研究提供重要借鑒和參考。海陸統(tǒng)籌理論、生態(tài)系統(tǒng)管理理論、景觀/區(qū)域安全理論、干擾理論都是生態(tài)學重要理論并相互滲透,如生態(tài)系統(tǒng)管理理論也強調海陸統(tǒng)籌和景觀/區(qū)域安全格局保護,干擾理論也是海陸統(tǒng)籌理論和景觀/區(qū)域安全理論的有機組成部分,這里將這些理論認為分開是為了更好地論述這些理論。

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Primary exploration of ecological theories and technologies for delineation of ecological redline zones

LIN Yong1, FAN Jingfeng1, WEN Quan1, LIU Shuxi1, LI Binyong2,*

1KeyLaboratoryforEcologicalEnvironmentinCoastalAreas,NationalMarineEnvironmentalMonitoringCenter,StateOceanicAdministration,Dalian116023,China2KeyLaboratoryofSeaAreasManagementTechnology,NationalMarineEnvironmentalMonitoringCenter,StateOceanicAdministration,Dalian116023,China

Abstract：Delineation and management of ecological redline zones in important eco-functional areas and ecological sensitive/fragile areas are necessary for maintaining regional ecological integrity and for sustaining ecosystem functions and services. Ecological redline zones are expected to help to solve the problems of environmental degradation and natural resource depletion and to alleviate the adverse effects of natural disasters. In spite of the many practices of planning of ecological redline zones, delineation and management of ecological redline zones are still far from mature. Therefore, ecological theories and technologies for delineation and management of ecological redline zones are urgently needed. In this paper, the concept and connotation of an ecological redline zone are addressed, emphasizing the roles of a landscape or a regional spatial security pattern and necessity of regional ecological services in delineation of ecological redline zones. The review and discussion on the advancement of ecological redline research at home and abroad are then presented, highlighting the reference values of foreign researches in the title of ecosystem-based management, marine spatial planning, site selection for nature reserves, and protection level classification of nature reserves for ecological redline research at home. We address the problems with delineation of ecological redline zones including simple adoption of the current zonation map without adequate consideration of the issue of scale, inadequate consideration of the spatial process and connections in the landscape or regional context, the lack of ecosystem process simulation based human impact assessment and sea-land overall planning. According to our understanding of ecological redline zones, we elaborate the ecological theories and technologies such as ecological-suitability analysis, disturbance theory, ecosystem-based management, landscape/regional security pattern, sea-land overall planning, the driver-pressure-state-impact-response (DPSIR) framework, and their implications for delineation and management of ecological redline zones. Subsequently, we propose a technology chart that is based on an ecological security pattern and on urgency of regional ecological service requirements for delineation of ecological redline zones, thus showing how to apply these theories and technologies to delineation and management of ecological redline zones. Finally, we discuss possible future hot spots for ecological redline research and provide some suggestions on how to improve research level of ecological redline in China. The theories and technologies, especially the flow chart for delineation and management of ecological redline zones, are expected to serve as valuable references for future studies related to ecological redline zones.

Key Words:delineation of ecological redline zones; ecological theories and technologies; landscape/regional security pattern; urgency of regional ecological service requirements

基金項目:國家海洋公益性行業(yè)科研專項(201405007); 國家海洋公益性行業(yè)科研專項(200905005)

收稿日期:2014- 07- 09; 網(wǎng)絡出版日期:2015- 07- 22

DOI:10.5846/stxb201407091405

*通訊作者Corresponding author.E-mail: byli@nmemc.gov.cn

林勇, 樊景鳳, 溫泉, 劉述錫, 李濱勇.生態(tài)紅線劃分的理論和技術.生態(tài)學報,2016,36(5):1244- 1252.

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