孫然好, 李 卓, 陳利頂

中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心,城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室,北京 100085

生態(tài)區(qū)劃與地理區(qū)劃既有聯(lián)系又有區(qū)別。地理/地域區(qū)劃多以地球表層系統(tǒng)為對象,揭示水平和垂直地域分異規(guī)律,是將整體分割為相對完整區(qū)域的科學(xué)[1]。而生態(tài)區(qū)劃則強調(diào)生態(tài)系統(tǒng)整體性的規(guī)律,以及人類活動對生態(tài)系統(tǒng)干擾的特征,從而劃分生態(tài)基本單元,是特征區(qū)劃與功能區(qū)劃的統(tǒng)一[2]?！吧鷳B(tài)區(qū)”的概念最早由加拿大森林學(xué)家Orie Loucks于1962年提出,是指具有相似生態(tài)系統(tǒng)或期待發(fā)揮相似生態(tài)功能的陸地及水域。這一概念成為指導(dǎo)隨后各種與生態(tài)系統(tǒng)有關(guān)分區(qū)的基礎(chǔ),并隨著科學(xué)認識的提高和技術(shù)發(fā)展,“生態(tài)區(qū)”的概念也在不斷演化。最初所關(guān)注的研究對象為在不考慮人類活動影響的前提下生物和非生物環(huán)境的相似性,隨后增加了對人類活動影響的考慮。此外,生態(tài)系統(tǒng)的多尺度特征以及生態(tài)格局-過程的耦合關(guān)系也常常被應(yīng)用于各尺度生態(tài)區(qū)劃中,包括點位尺度、區(qū)域尺度和全球尺度[3]。早期的生態(tài)區(qū)劃多以單因素為主題,隨著生態(tài)系統(tǒng)整體性和等級理論的發(fā)展,美國生態(tài)學(xué)家Bailey于1976年從生態(tài)系統(tǒng)的角度提出了首個真正意義上的生態(tài)區(qū)劃,并編制了美國生態(tài)區(qū)劃圖,包括地域、區(qū)、省和地段4個等級,此后引起了各國生態(tài)學(xué)家對生態(tài)區(qū)劃原則、指標體系、等級和方法等的關(guān)注和深入探討。近年來,學(xué)者們開展了生態(tài)區(qū)與生態(tài)系統(tǒng)管理的分析,尤其是全球生態(tài)區(qū)與生態(tài)保護的有效性評估[3]。除了陸地生態(tài)特征外,國際上對于河流生態(tài)特征也開始納入生態(tài)區(qū)劃的考慮范圍[4],此外,考慮社會經(jīng)濟要素的社會-生態(tài)區(qū)劃也逐漸得到關(guān)注[5]。學(xué)者們也提出了生態(tài)區(qū)劃的一些普遍問題,如生態(tài)系統(tǒng)定義、生態(tài)區(qū)的復(fù)雜性、定性和定量方法、流域邊界整合等多個方面[6]。除了傳統(tǒng)的根據(jù)生態(tài)格局進行區(qū)劃外,一些基于生態(tài)過程和流的分區(qū)技術(shù)也在得到應(yīng)用[7- 8]。尤其近幾年,國際上對于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的制圖和區(qū)劃也逐漸得到重視[9- 11]。

我國生態(tài)區(qū)劃起步相對較晚,相關(guān)工作也多以單要素為主。在綜合區(qū)劃方面,傅伯杰等[2]在綜合各個專題區(qū)劃的基礎(chǔ)上,面對國民經(jīng)濟發(fā)展的需求,開展了首個全國性的生態(tài)區(qū)劃,將中國大陸分為3個生態(tài)大區(qū)、13個生態(tài)地區(qū)和57個生態(tài)區(qū),系統(tǒng)揭示了不同生態(tài)單元存在的生態(tài)環(huán)境問題及其形成機制。中國生態(tài)分區(qū)的進展與經(jīng)濟發(fā)展和社會需求密切相關(guān)。從生態(tài)地理進行自然特征的歸納和概括,到生態(tài)經(jīng)濟為社會經(jīng)濟服務(wù)。近年來開始側(cè)重于對不同生態(tài)要素的歸納和集成,尤其是伴隨著遙感技術(shù)和數(shù)據(jù)的推廣,在植被生態(tài)分區(qū)、河流生態(tài)分區(qū)、湖泊和濕地生態(tài)分區(qū)等有較大進展。對于中國敏感區(qū)域,如西北干旱區(qū)、農(nóng)牧交錯帶、黃土高原、青藏高原等區(qū)域的生態(tài)分區(qū)也較多。對于全國范圍的生態(tài)敏感性制圖主要集中在酸雨、荒漠化、鹽堿化等幾個方面。生態(tài)功能分區(qū)是近年來發(fā)展很快的領(lǐng)域,全國范圍的生態(tài)功能分區(qū)已經(jīng)在環(huán)保部等國家層面進行推廣和應(yīng)用。很多地方也在此基礎(chǔ)上進行了細化和更新,推動了生態(tài)功能監(jiān)測和管理的實踐應(yīng)用。本文篩選國內(nèi)主要的生態(tài)區(qū)劃方案,梳理它們的分區(qū)原則、方法和特點,并提出需要繼續(xù)加強和優(yōu)化的方向。

1 中國生態(tài)區(qū)劃的主要特點

1.1 生態(tài)特征和類型區(qū)劃

生態(tài)特征和類型劃分作為認識生態(tài)系統(tǒng)分布格局、揭示生態(tài)區(qū)域結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ),歷來受到重視[12-13]。生態(tài)類型劃分主要針對部分生態(tài)要素或者特征進行,如植被、水體、沙漠、城市、生物等。自然綜合體在形成和演化過程中,各生態(tài)要素所起的作用是具有不均衡性的,往往其中部分要素起著突出的主導(dǎo)作用。生態(tài)類型區(qū)劃意義在于通過揭示某些重要生態(tài)要素的組成結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)以及相對應(yīng)的生態(tài)問題,可以有針對性地提出生態(tài)建設(shè)措施和實現(xiàn)途徑。比如,早期的生態(tài)區(qū)劃主要沿襲了自然地理區(qū)劃的內(nèi)涵,強調(diào)地域分異規(guī)律,揭示植被和土壤景觀特征,沒有考慮人與自然的關(guān)系;植被、生物多樣性和生物地理區(qū)劃多采用自下而上的聚類方法,利用生物群系數(shù)據(jù)進行區(qū)劃,以保護生物完整性為目標;干旱、沙漠、戈壁等區(qū)劃則在自然地理區(qū)劃基礎(chǔ)上,強調(diào)極端環(huán)境的生態(tài)影響和人類活動等;生態(tài)水文分區(qū)則在水文區(qū)劃基礎(chǔ)上,增加了與人類活動有關(guān)的分區(qū)指標。

國內(nèi)主要的生態(tài)特征和類型區(qū)劃方案見表1,主要特點是秉承主導(dǎo)因素的劃分原則,在全面分析各要素相互作用基礎(chǔ)上,突出起主導(dǎo)作用的生態(tài)要素,進行地域單元劃分,揭示區(qū)域分異的本質(zhì),亦有利于部門管理的需要。

表1 中國生態(tài)特征和類型區(qū)劃方案

1.2 生態(tài)地理和格局區(qū)劃

在生態(tài)特征和類型區(qū)劃基礎(chǔ)上,對于宏觀的生態(tài)格局、地理格局越來越受到重視,而且區(qū)劃方案多考慮自然、人文和生態(tài)因子,形成較為綜合的區(qū)劃方案。生態(tài)地理/地域區(qū)劃是比較典型的方案,主要是在傳統(tǒng)自然地理綜合區(qū)劃基礎(chǔ)上加入了生態(tài)要素和生態(tài)格局,是通過對自然地理的整體性和地域分異規(guī)律的綜合認識,從生態(tài)學(xué)的角度對該區(qū)域進行系統(tǒng)地分類和區(qū)劃[22]。區(qū)劃成果有助于彰顯生態(tài)系統(tǒng)對全球環(huán)境變化的響應(yīng)效果,同時為區(qū)域可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略提供宏觀框架。我國生態(tài)地理區(qū)域劃分,主要考慮了自南而北的緯向分異、自東而西的經(jīng)向分異、自低而高的垂直分異、巖性等引起的局地地方性分異和氣候等微地貌引起的微地域分異等因素。鄭度等[23]依照綜合自然地理區(qū)劃的思想和方法,將中國生態(tài)地理依次劃分為11個溫度帶、4類干濕地區(qū)、49個自然區(qū),具有代表性。近期的研究則基于GIS平臺的SOFM網(wǎng)絡(luò)進行綜合自然區(qū)劃,使劃分層次更加明顯、區(qū)域分割更加清晰[24]。

為了更加全面的反映在人類活動影響下的生態(tài)地理格局的演變特征,越來越多的學(xué)者把人口、社會、經(jīng)濟和土地利用狀況加入到了區(qū)劃指標分類體系當中。針對生態(tài)整治規(guī)劃缺乏考慮區(qū)域生態(tài)特征和經(jīng)濟特點的狀況,傅伯杰等[25]在充分認識區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)特征的基礎(chǔ)上,建立了我國生態(tài)區(qū)劃的原則、方法和指標體系。謝高地等[26]嘗試以中國各縣為基本區(qū)劃單元,運用現(xiàn)代生態(tài)學(xué)理論、區(qū)劃理論以及GIS技術(shù)手段,進行模糊聚類等半定量分析,得到了完整縣域邊界的生態(tài)區(qū)劃方案。

國內(nèi)比較典型的區(qū)劃方案見表2,從中可以看出,生態(tài)地理和格局區(qū)劃原則包括：地帶性與非地帶性相結(jié)合原則、發(fā)生同一性與區(qū)內(nèi)特征相對一致原則、區(qū)域空間連續(xù)性原則、綜合性和主導(dǎo)因素原則、耦合全球環(huán)境變化等。人類活動要素的加入是生態(tài)格局區(qū)劃的重要特點,也是生態(tài)區(qū)劃面向生態(tài)環(huán)境管理和調(diào)控的重要發(fā)展。

表2 中國生態(tài)地理和格局區(qū)劃方案

1.3 生態(tài)功能和服務(wù)區(qū)劃

生態(tài)功能區(qū)劃是近年來發(fā)展較快的領(lǐng)域,主要強調(diào)生態(tài)系統(tǒng)提供服務(wù)和受到脅迫的程度,更側(cè)重于生態(tài)功能類型、重要性、敏感性等。此類區(qū)劃在充分考慮自然資源的保護和可持續(xù)性利用的前提下,針對區(qū)域自然地理分異性、生物多樣性以及人與自然發(fā)展的不均衡性等問題,整合并分異不同生態(tài)功能對人類活動影響的敏感性特征[31]。國內(nèi)已經(jīng)進行了較多關(guān)于生態(tài)功能和服務(wù)的區(qū)劃,生態(tài)功能區(qū)劃最為代表性的是歐陽志云和傅伯杰等所做的中國生態(tài)功能區(qū)劃及一系列評估區(qū)劃。首先,針對全國的生態(tài)問題進行評估,如酸雨、荒漠化、石漠化、水土流失、鹽漬化、石漠化、風(fēng)蝕等不同生態(tài)過程構(gòu)建了生態(tài)敏感性分區(qū)。在此基礎(chǔ)上,采用自上而下的劃分方法,針對洪水調(diào)蓄、水源涵養(yǎng)、土壤保持、防風(fēng)固沙、生物多樣性維持等重要生態(tài)功能進行評估,并區(qū)分不同區(qū)域的重要性。其后更多的研究是在此基礎(chǔ)上進行的細化和完善,比如中國水土流失敏感性區(qū)劃[32]、中國生態(tài)環(huán)境脅迫過程區(qū)劃[33]、中國生態(tài)服務(wù)功能重要性分區(qū)[34]、中國生態(tài)敏感性區(qū)劃[35]、中國水土保持區(qū)劃[36]等(表3)。

表3 中國生態(tài)功能和服務(wù)區(qū)劃方案

生態(tài)功能區(qū)劃強調(diào)由環(huán)境資源差異、生態(tài)演替和干擾所產(chǎn)生的空間異質(zhì)性,多通過識別生態(tài)過程的關(guān)鍵因子、空間格局、敏感性以及驅(qū)動因子,揭示生態(tài)系統(tǒng)功能的區(qū)域差異,尤其是生態(tài)系統(tǒng)潛在供給能力。通過因地制宜地開展生態(tài)功能區(qū)劃,引導(dǎo)區(qū)域經(jīng)濟-社會-生態(tài)復(fù)合系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。雖然生態(tài)功能區(qū)劃目的是考慮人類活動影響,但是對于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求考慮仍然不夠。近年來也有部分研究針對生態(tài)資產(chǎn)進行評估,對生態(tài)功能進行價值評估,主要使用自然稀缺指數(shù)來衡量,同時納入產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、人類活動強度、城鎮(zhèn)化程度等人為影響指標,但也主要從供給角度進行定量化。生態(tài)經(jīng)濟區(qū)劃則是從社會經(jīng)濟活動角度開展分區(qū),對于生態(tài)系統(tǒng)完整性和生態(tài)功能方面考慮較少,而且也缺少全國尺度的研究。

2 存在的主要問題

(1)缺少面向服務(wù)供需的生態(tài)系統(tǒng)區(qū)劃。中國生態(tài)系統(tǒng)研究已經(jīng)從生態(tài)格局、生態(tài)功能向生態(tài)服務(wù)發(fā)展,在不同生態(tài)功能的區(qū)域管理和調(diào)控方面起到重要作用。而且對于生態(tài)服務(wù)的認識也越來越重視,生態(tài)服務(wù)價值的估算也按照國際標準進行了大量研究和本地化[12,51]。此外,國際上已經(jīng)有很多研究關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給、需求和流動,對于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)制圖也從供給能力制圖,慢慢發(fā)展到供需制圖[9-12, 52]。國內(nèi)在這方面的研究相對來講較少,也是下一步需要加強的研究領(lǐng)域。

(2)缺少生態(tài)制圖和更新的標準化技術(shù)。通過收集中國不同時期和不同類型的生態(tài)區(qū)劃方案,發(fā)現(xiàn)制圖技術(shù)和結(jié)果差異巨大。尤其表現(xiàn)在兩個方面：第一、區(qū)劃結(jié)果難以直接對比。不同方案之間采用的數(shù)據(jù)、方法均有差異,即便同樣區(qū)劃方法和數(shù)據(jù),在制圖技術(shù)方面也存在差異,造成區(qū)劃結(jié)果難以進行直接對比。第二、制圖自動化和更新技術(shù)缺乏。現(xiàn)有的多數(shù)區(qū)劃方案,從因子收集到制圖結(jié)果缺少標準化流程,制圖過程比較復(fù)雜,而且很多制圖因子難以更新。因此,需要建立更加精煉的分區(qū)因子選擇標準、處理規(guī)程、制圖技術(shù)、保存規(guī)范等。而且,區(qū)劃表達方式也需要多樣化,利于對比、推廣和應(yīng)用。

3 未來展望

(1)明確不同生態(tài)區(qū)劃的科學(xué)或管理目標?，F(xiàn)有的大多數(shù)地理/生態(tài)區(qū)劃已經(jīng)對生態(tài)系統(tǒng)本身的異質(zhì)性進行了較好的歸納和總結(jié),未來的生態(tài)區(qū)劃不能簡單的對生態(tài)系統(tǒng)進行分類和分區(qū),而是應(yīng)該有更加明確的科學(xué)目的或者管理目標。在具體的分區(qū)過程中,應(yīng)該堅持“多因子分區(qū)面向一個具體目的,而非單因子分區(qū)面向多個目標”。比如,水生態(tài)功能涉及到水文、環(huán)境、氣候、生物、經(jīng)濟等不同領(lǐng)域的影響要素,利用不同學(xué)科的理論和方法進行指標篩選,但是最終分區(qū)結(jié)果是為了維持水生態(tài)系統(tǒng)健康和完整,為環(huán)保部門水質(zhì)目標制定提供依據(jù)。

(2)強調(diào)人類需求對于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響。人類作為生態(tài)環(huán)境的一個重要組成部分,在生態(tài)區(qū)劃中,人類需求和福祉越來越受到重視?，F(xiàn)在的多數(shù)生態(tài)功能區(qū)劃是基于生態(tài)系統(tǒng)潛在的供給能力,比如生態(tài)系統(tǒng)面積乘以權(quán)重得出其服務(wù)價值。但是這些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能否變成人類福祉則沒有考慮,造成人類需求和脅迫下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分區(qū)較少。未來的區(qū)劃需要加強面向人類福祉的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分區(qū),尤其是考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給、需求、流動等規(guī)律和特征,社會-生態(tài)綜合區(qū)劃也是需要加強的領(lǐng)域之一。

(3)重視全球氣候變化對生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)實作用和未來影響。在全球變化的背景下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時空異質(zhì)性受到廣泛重視,開展不同氣候背景下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)制圖,有利于提出更加符合全球目標和地方適宜的管理方案,也有利于針對未來氣候變化構(gòu)建合適的應(yīng)對策略。此外,除了生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品提供能力外,生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)和支持服務(wù)在全球氣候變化大背景下如何演變,比如水源涵養(yǎng)、土壤保持、碳固持等,也需要系統(tǒng)的時空研究和全球區(qū)劃制圖。

(4)加強現(xiàn)代制圖技術(shù)在生態(tài)區(qū)劃的運用。盡管制圖技術(shù)已經(jīng)發(fā)展多年,遙感、數(shù)理統(tǒng)計和地理信息系統(tǒng)等技術(shù)也已經(jīng)比較成熟,并非新鮮事物。但是,如何將其利用對生態(tài)區(qū)進行劃分、更新,仍然需要大量的工作。生態(tài)區(qū)劃從分區(qū)數(shù)據(jù)選取、數(shù)據(jù)處理、輸入建庫、結(jié)果制圖和發(fā)布等亟需建立一套標準和規(guī)范,從而可以進行多方案的對比和驗證。

(5)整合現(xiàn)有多原則和多目標的生態(tài)分區(qū)方案?，F(xiàn)有的很多分區(qū)方案,雖然沒有冠以生態(tài)區(qū)劃的名義,但是很多也側(cè)重于生態(tài)系統(tǒng)的分類、分區(qū)、分級等,將這些分區(qū)方案按照不同原則進行歸納和收集,可以歸納和完善生態(tài)分區(qū)的技術(shù)方法,為生態(tài)系統(tǒng)管理提供有價值的參考。