王翠平，丁 黎，王潤平

(1.集美大學 理學院，福建 廈門 361021； 2.國家測繪局 大地測量數(shù)據(jù)處理中心，陜西 西安 710054； 3.山西省交通規(guī)劃勘察設計院，山西 太原 030012)

福建省水土保持功能區(qū)生態(tài)保護紅線劃定

王翠平1，丁 黎2，王潤平3

(1.集美大學 理學院，福建 廈門 361021； 2.國家測繪局 大地測量數(shù)據(jù)處理中心，陜西 西安 710054； 3.山西省交通規(guī)劃勘察設計院，山西 太原 030012)

水土保持功能區(qū)；水土保持服務能力指數(shù)；生態(tài)保護紅線；福建省

福建省是我國重要的水土保持功能區(qū)之一，為了保障其水土保持生態(tài)系統(tǒng)功能，結合福建省多年生態(tài)系統(tǒng)凈初級生產(chǎn)力平均值、土壤可蝕性及坡度信息，利用定量指標法估算了福建省水土保持服務能力指數(shù)，并對福建省水土保持功能進行了評價，在提取福建省水土保持極重要區(qū)的基礎上劃定了福建省水土保持功能區(qū)生態(tài)保護紅線，結果表明福建省水土保持生態(tài)保護紅線區(qū)占福建省區(qū)域總面積的40%左右，主要分布在東部沿海區(qū)及重要河流區(qū)。

隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，人類對自然資源的需求不斷增加，自然資源生態(tài)平衡受到影響，自然生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務功能下降，資源枯竭與環(huán)境污染等問題影響了人類社會的可持續(xù)發(fā)展[1]。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)提出劃定生態(tài)紅線任務，生態(tài)保護紅線劃定工作得到全國的重視。2015年《生態(tài)保護紅線劃定技術指南》(簡稱《指南》)正式出臺，成為我國首個生態(tài)保護紅線劃定的綱領性技術指導文件[2]?！吨改稀分赋?，生態(tài)保護紅線是指依法在重點生態(tài)功能區(qū)、生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)和脆弱區(qū)等區(qū)域劃定的嚴格管控邊界，是國家和區(qū)域生態(tài)安全的底線[3]。水土保持生態(tài)功能是生態(tài)功能中的一類，水土的流失將影響其生態(tài)系統(tǒng)服務功能，進而影響中國的生態(tài)環(huán)境建設和社會經(jīng)濟發(fā)展。因此，對水土保持功能重要性進行評價，合理劃定水土保持生態(tài)功能紅線，對重要水土保持功能區(qū)進行嚴格控制和保護，對區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[4-6]。

福建省地貌類型以山地丘陵為主，山地丘陵面積占全省土地總面積的89%左右，且地質構造運動較強烈，坡度是福建省土壤侵蝕的重要地形影響因子之一。同時，福建省屬多雨區(qū)，且具有雨量集中、影響范圍大、雨量大、雨勢迅猛等特點，容易對土壤造成局部嚴重侵蝕。另外，福建省地質巖層以花崗巖等結晶巖類為主，其風化形成的土壤以砂粒和黏粒為主，這類土壤透水性差，較容易發(fā)生侵蝕[7-8]。基于這些土壤侵蝕影響因素，福建省水土保持防治雖已取得了顯著成效，但土壤侵蝕仍然存在潛在危險[9]。

1 研究方法

1.1 水土保持功能區(qū)生態(tài)保護紅線劃定方法

《指南》指出，水土保持功能區(qū)生態(tài)保護紅線劃定的前提為水土保持功能重要性評估，依據(jù)水土保持功能評估與分級結果，將水土保持極重要區(qū)劃入生態(tài)保護紅線。具體劃定過程如圖1所示。

圖1 水土保持功能區(qū)生態(tài)保護紅線劃定流程

1.2 指標獲取

影響水土保持功能的因素主要包括3個，分別為生態(tài)系統(tǒng)凈初級生產(chǎn)力、土壤可蝕性因子和坡度因子[3]。

1.2.1 生態(tài)系統(tǒng)凈初級生產(chǎn)力

生態(tài)系統(tǒng)凈初級生產(chǎn)力(NPP)采用基于CASA的光能利用率模型計算，CASA模型是被國內外廣泛用于NPP模擬的模型。NPP的決定因素包括植被所吸收的光合有效輻射(APAR)與光能利用率(ε)，而APAR由植被所能吸收的太陽有效輻射和植被對入射光合有效輻射的吸收比例來確定，ε是在一定時期單位面積上生產(chǎn)的干物質中所包含的化學潛能與同一時間投射到該面積上的光合有效輻射能之比[10-11]。模型的實現(xiàn)過程參見文獻[10-11]。

1.2.2 土壤可蝕性因子

土壤可蝕性K值是標準小區(qū)上單位降雨侵蝕力所引起的土壤流失量[12]。其計算公式[13-14]為

K={0.2+0.3exp[-0.025 6SAN(1-SIL/100)]}×

[SIL/(CLA+SIL)]0.3×

{1-0.25C/[C+exp(3.72-2.95C)]}×

{1-0.7SN1/[SN1+exp(-5.51+22.9SN1)]}

(1)

式中：SAN為土壤砂粒含量，%；SIL為土壤粉粒含量，%；CLA為土壤黏粒含量，%；C為有機碳含量,%；SN1=1-SAN/100。

1.2.3 坡度因子

利用地理信息系統(tǒng)軟件，采用數(shù)字高程模型來提取研究區(qū)的坡度信息。

1.3 水土保持重要性評價方法

依據(jù)《指南》，水土保持功能重要性評價方法有兩種，分別為定量指標法和基于通用土壤流失方程(USLE)的模型法，其中：USLE模型法被廣泛應用于水土保持重要性評價，但該模型需要豐富的數(shù)據(jù)資料支持；而定量指標法強調綠色植被、地形因子和土壤結構因子在水土保持中的作用，較USLE模型更容易實現(xiàn)，較適用于對大區(qū)域的土壤保持進行快速評價。故采用定量指標法來評價福建省水土保持重要性。以生態(tài)系統(tǒng)水土保持服務能力指數(shù)作為評價指標，計算公式[3]為

Spro=NPPmean×(1-K)×(1-Fslo)

(2)

式中：Spro為水土保持服務能力指數(shù)；NPPmean為評價區(qū)域多年生態(tài)系統(tǒng)凈初級生產(chǎn)力平均值；K為土壤可蝕性因子；Fslo為根據(jù)最大最小值法歸一化到0～1之間的評價區(qū)域坡度柵格數(shù)據(jù)(利用地理信息系統(tǒng)軟件，由DEM計算得出)。

2 水土保持重要性評價

2.1 指標因子評價

2.1.1 生態(tài)系統(tǒng)凈初級生產(chǎn)力評價

NPP計算所需植被覆蓋指數(shù)來自MODIS/NDVI產(chǎn)品，氣候數(shù)據(jù)來自中國氣象科學數(shù)據(jù)共享服務網(wǎng)(http://cdc.cma.gov.cn/)。本研究計算了福建省2000—2010年各年的NPP，并進一步求得福建省2000—2010年NPPmean，結果見圖2。福建省2000—2010年多年生態(tài)系統(tǒng)凈初級生產(chǎn)力平均值總體較高，超過800 g/m2的區(qū)域占全省總面積的93.2%，僅福州市市轄區(qū)、廈門市市轄區(qū)及泉州市市轄區(qū)的NPPmean偏低，這與福建省的地形和氣候具有一定的相關性。福建省的地貌類型89%為山地丘陵，同時福建省屬多雨區(qū)，利于植被的生長，因而福建省總體植被覆蓋度較高。

圖2 福建省2000—2010年NPPmean分布

2.1.2 土壤可蝕性評價

由土壤可蝕性計算公式可知，土壤可蝕性受土壤砂粒含量、粉粒含量、黏粒含量及有機碳含量的影響。本研究中土壤基礎數(shù)據(jù)來源于黑河計劃數(shù)據(jù)管理中心(http://westdc.westgis.ac.cn) 的基于世界土壤數(shù)據(jù)庫(HWSD)的中國土壤數(shù)據(jù)集，中國境內數(shù)據(jù)源為第二次全國土地調查南京土壤所提供的1∶100萬土壤數(shù)據(jù)。由土壤可蝕性計算公式得到福建省土壤可蝕性K值圖，依據(jù)表1對K值結果進行分級[15]，得到福建省土壤可蝕性類型分布圖(圖3)。福建省的土壤可蝕性類型大部分為強蝕性和易蝕性，其面積占福建省總面積的比例高達92.2%，表明福建省的土壤保持工作非常重要。

表1 土壤可蝕性K值分類分級標準

2.1.3 坡度評價

福建省數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)集來源于黑河計劃數(shù)據(jù)管理中心(http://westdc.westgis.ac.cn)的中國1 km分辨率數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)集。利用ArcGIS軟件的地形分析功能提取福建省坡度信息，并依據(jù)《水土保持綜合治理 規(guī)劃通則》(GB/T 15772—2008)對其進行分級劃分，見表2。圖4為福建省坡度等級分布圖，福建省地形坡度以微坡和緩坡為主，其面積分別占福建省總面積的86.2%和13.3%，這表明雖然福建地貌以山地丘陵為主，但其地形坡度較緩，較少存在各類型的陡坡

圖3 福建省土壤可蝕性類型分布

圖4 福建省坡度等級分布

2.2 福建省水土保持重要性評價

結合福建省多年生態(tài)系統(tǒng)凈初級生產(chǎn)力平均值、土壤可蝕性和坡度信息，利用定量指標法，估算福建省水土保持服務能力指數(shù)。參照《指南》關于生態(tài)系統(tǒng)服務功能等級的評價方法，進一步采用Quantile(分位數(shù))功能對福建省水土保持服務能力指數(shù)進行4級分類，將其重要性由低到高依次劃分為4個重要性級別，即一般重要、中等重要、重要、極重要[3]，結果見圖5。對福建省水土保持重要性評價結果進行統(tǒng)計分析，福建省水土保持一般重要區(qū)面積占福建省總面積的24.8%，水土保持中等重要區(qū)面積占總面積的25.0%，水土保持重要區(qū)面積占總面積的25.7%，水土保持極重要區(qū)面積占總面積的24.5%。福建省水土保持極重要區(qū)主要分布在東部沿海及中偏東地區(qū)。

圖5 水土保持重要性評價結果

將福建省水土保持重要性評價結果圖與福建省行政區(qū)劃圖進行空間疊加分析，進一步分析福建省水土保持極重要區(qū)的空間分布差異。統(tǒng)計各行政區(qū)內水土保持極重要區(qū)面積占總面積的比例，結果見圖6。如圖6所示，福建省水土保持極重要區(qū)面積占總面積比例超過50%的行政區(qū)包括詔安縣、云霄縣、漳浦縣、漳州市市轄區(qū)、長泰縣、南平市和福鼎市，水土保持極重要區(qū)面積占總面積40%～50%的行政區(qū)包括南靖縣、龍海市、廈門市同安區(qū)、泉州市市轄區(qū)、南安市、霞浦縣和連江縣，水土保持極重要區(qū)面積占總面積30%～40%的行政區(qū)包括東山縣、平和縣、華安縣、廈門市的集美區(qū)和海滄區(qū)、仙游縣、莆田市市轄區(qū)、福清市、長樂市、福安市、三明市市轄區(qū)、沙縣、順昌縣、建陽市，其他地區(qū)水土保持極重要區(qū)面積占行政區(qū)總面積的比例低于30%。

圖6 福建省水土保持極重要區(qū)空間分布

3 福建省水土保持功能區(qū)生態(tài)保護紅線劃定結果

參照《指南》中的水土保持功能區(qū)生態(tài)保護紅線劃定方法，依據(jù)水土保持重要性評價結果，將極重要區(qū)劃定為生態(tài)保護紅線范圍。對水土保持極重要區(qū)進行圖斑聚合處理，將相對聚集或鄰近的圖斑聚合為相對完整連片圖斑，聚合距離為250 m，最小孔洞大小為1 km2，同時為了減少紅線區(qū)的破碎化程度，將面積較小的獨立圖斑刪除[3]。最終，得到福建省水土保持生態(tài)保護紅線區(qū)域，與福建省水系圖疊加后結果見圖7。福建省水土保持生態(tài)保護紅線覆蓋范圍占福建省總面積的40%左右，主要分布在東部沿海地帶、中部的閩江流域、西南部的汀江流域，以及東南部的九龍江流域。

4 結 論

福建省是我國重要水土保持功能區(qū)，也是大陸對臺經(jīng)濟合作的重要區(qū)域。為了維護福建省生態(tài)安全格局、保障水土保持生態(tài)系統(tǒng)功能、支撐其經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展，本研究在對福建省進行水土保持重要性評價的基礎上，對其水土保持生態(tài)保護紅線進行了劃定，將福建省水土保持重要性分為4個等級，并將水土保持極重要區(qū)劃定為生態(tài)保護紅線區(qū)域。結果顯示，福建省水土保持生態(tài)保護紅線區(qū)面積占福建省總面積的40%左右，主要分布在東部沿海及重要河流流域區(qū)。

水土保持生態(tài)保護紅線是指依法在水土保持生態(tài)功能區(qū)劃定的嚴格管控邊界，是國家和區(qū)域生態(tài)安全的底線，在國土開發(fā)過程中應限制在其內部進行大規(guī)模高強度的工業(yè)化城鎮(zhèn)化開發(fā)。近年來，隨著海峽西岸經(jīng)濟區(qū)的提出，福建省經(jīng)濟發(fā)展迅速，而在快速推進經(jīng)濟發(fā)展進程中，應嚴格遵守控制水土保持生態(tài)保護紅線區(qū)域內的城鎮(zhèn)化建設，以期實現(xiàn)區(qū)域與經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

圖7 福建省水土保持功能區(qū)生態(tài)保護紅線

[1] 林勇,樊景鳳,溫泉,等.生態(tài)紅線劃分的理論和技術[J].生態(tài)學報,2016,36(5):1244-1252.

[2] 全國生態(tài)保護紅線劃定技術指南出臺[N].中國環(huán)境報,2014-01-28(1).

[3] 環(huán)境保護部.生態(tài)保護紅線劃定技術指南:環(huán)發(fā)〔2015〕56號[Z].北京:環(huán)境保護部,2015:4-32.

[4] 王禮先.水土保持學[M].北京:中國林業(yè)出版社,2005:1-30.

[5] 鄭粉莉,王占禮,楊勤科.我國土壤侵蝕科學研究回顧和展望[J].自然雜志,2008,30(1):2-16.

[6] 李占斌,朱冰冰,李鵬.土壤侵蝕與水土保持研究進展[J].土壤學報,2008,45(5):802-809.

[7] 湯小華.福建省生態(tài)功能區(qū)劃研究[D].福州:福建師范大學,2005:61-63.

[8] 聶斌斌.水土保持生態(tài)修復區(qū)域差異研究[D].武漢:華中農(nóng)業(yè)大學,2010:19-22.

[9] 盧程隆.實用水土保持技術[M].廈門:廈門大學出版社,1998:1-50.

[10] POTTER C S,RANDERSON J T,FIELD C B,et al.Terrestrial ecosystem production:a process model based on global satellite and surface data[J].Global Biogeochemical Cycles,1993,7(4):811-841.

[11] FIELD C B,RANDERSON J T,MALMSTROM C M.Global net primary production:combining ecology and remote sensing[J].Remote Sensing of Environment,1995,51(1):74-88.

[12] 劉寶元,張科利,焦菊英.土壤可蝕性及其在侵蝕預報中的應用[J].自然資源學報,1999,14(4):345-350.

[13] SHARPLEY A N,WILLIAMS J R.EPIC-erosion/productivity impact calculator:1.Model documentation[M].Washington D C:USDA-ARS,1990:235.

[14] SHIRAZI M A,BOERSMA L.A unifying quantitative analysis of soil texture[J].Soil Science Society of America Journal,1984,48(1):142-147.

[15] 劉青,范建容.長江上游生態(tài)系統(tǒng)土壤保持重要性評價及分區(qū)[J].長江科學院院報,2012,29(11):22-27,41.

S157

A

1000-0941(2017)12-0029-05

國家自然科學基金項目(41571148)；福建省自然科學基金項目(2014J01161)；福建省教育廳科技專項(JK2015024)；集美大學校啟動金項目(ZQ2016004)

王翠平(1980—),女，河北玉田縣人，講師，理學博士，主要研究方向為生態(tài)規(guī)劃、空間分析及遙感應用等。

2017-05-10

(責任編輯 徐素霞)