基于生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)的山水林田湖草生態(tài)保護(hù)與修復(fù)體系構(gòu)建研究
——以烏梁素海流域?yàn)槔?/h1>
2019-12-25 01:55:46馮啟源唐明方鄭拴寧柳彩霞王麗娜
生態(tài)學(xué)報(bào) 2019年23期
田 野, 馮啟源,唐明方,鄭拴寧,柳彩霞,吳 迪,王麗娜
1中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所遙感科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100094 2 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100086 3 中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所城市環(huán)境與健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廈門 361021 4 中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100049 5 中國(guó)科學(xué)院建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司,北京 100086
黨的十八大以來(lái),以習(xí)近平同志為核心的黨中央深刻總結(jié)人與自然相互依存、相互影響的內(nèi)在規(guī)律,站在生態(tài)文明戰(zhàn)略的宏闊視野,提出了山水林田湖草生命共同體的系統(tǒng)思想,指導(dǎo)全黨全國(guó)從根本上扭轉(zhuǎn)生態(tài)保護(hù)修復(fù)工作的弊端。2013年11月,習(xí)近平總書記在《關(guān)于<中共中央關(guān)于全面深化改革若干重大問(wèn)題的決定>的說(shuō)明》中,首次指出“山水林田湖是一個(gè)生命共同體,人的命脈在田,田的命脈在水,水的命脈在山,山的命脈在土,土的命脈在樹,用途管制和生態(tài)修復(fù)必須遵循自然規(guī)律”。2018年5月,習(xí)近平總書記在全國(guó)生態(tài)環(huán)境保護(hù)大會(huì)上系統(tǒng)闡述新時(shí)代推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)6項(xiàng)基本原則時(shí),再次高度強(qiáng)調(diào)要堅(jiān)持“山水林田湖草是生命共同體,要統(tǒng)籌兼顧、整體施策、多措并舉,全方位、全地域、全過(guò)程開展生態(tài)文明建設(shè)”。習(xí)近平總書記這一系列重要論述,對(duì)當(dāng)前我國(guó)生態(tài)保護(hù)修復(fù)工作面臨的突出矛盾作出了準(zhǔn)確的判斷,對(duì)新時(shí)代生態(tài)保護(hù)修復(fù)工作的理論思想作出了全新的闡述,為推進(jìn)生態(tài)環(huán)境全過(guò)程系統(tǒng)綜合治理修復(fù)提供了重要的方法論指引。
黨中央、國(guó)務(wù)院高度重視內(nèi)蒙古的生態(tài)文明建設(shè),習(xí)近平總書記2014年在考察內(nèi)蒙古時(shí)指出,“內(nèi)蒙古的生態(tài)狀況如何,不僅關(guān)系全區(qū)各族群眾生存和發(fā)展,也關(guān)系東北、華北、西北乃至全國(guó)的生態(tài)安全。要努力把內(nèi)蒙古建設(shè)成為我國(guó)北方重要的生態(tài)安全屏障”。2018年3月5日, 習(xí)近平總書記在參加十三屆全國(guó)人大一次會(huì)議內(nèi)蒙古代表團(tuán)審議時(shí)強(qiáng)調(diào)：“要加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)建設(shè),統(tǒng)籌山水林田湖草治理,精心組織實(shí)施京津風(fēng)沙源治理、三北防護(hù)林建設(shè)、天然林保護(hù)、退耕還林、退牧還草、水土保持等重點(diǎn)工程,實(shí)施好草畜平衡、禁牧休牧等制度,加快呼倫湖、烏梁素海、岱海等水生態(tài)綜合治理,加強(qiáng)荒漠化治理和濕地保護(hù),加強(qiáng)大氣、水、土壤污染防治,在祖國(guó)北疆構(gòu)筑起萬(wàn)里綠色長(zhǎng)城”。2018年烏梁素海流域山水林田湖草生態(tài)保護(hù)修復(fù)試點(diǎn)工程獲批國(guó)家第三批山水林田湖草試點(diǎn)項(xiàng)目,而基于生態(tài)敏感性及生態(tài)功能重要性的烏梁素海流域山水林田湖草生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程空間格局研究是全面實(shí)現(xiàn)空間聯(lián)動(dòng)的山水林田湖草生態(tài)保護(hù)與修復(fù)工程,因地制宜的實(shí)現(xiàn)山水林田湖草生態(tài)保護(hù)與修復(fù)工程效益最大化的基礎(chǔ)。
1 研究區(qū)概況
烏梁素海流域位于黃河的“幾”字灣頂端,俗稱“河套”地區(qū),其范圍包括整個(gè)河套灌區(qū)、烏梁素海海區(qū)、烏拉特前旗、烏拉特中旗與烏拉特后旗的陰山以南部分和磴口縣的一部分,流域總面積約1.63萬(wàn)km2(圖1)。流域內(nèi)河流、平原、草原、湖泊、山脈、森林、沙漠等多種生態(tài)要素齊備,包含了“山水林田湖草”所有的生態(tài)要素?？傮w概括為“南河?xùn)|湖西沙、一山一田一原”?！澳虾印笔前蛷┠谞柖吸S河,全長(zhǎng)345 km,約占黃河內(nèi)蒙古段全長(zhǎng)的41%。“東湖”是烏梁素海,總面積2.9萬(wàn)hm2,是地球同緯度最大的自然湖泊,是我國(guó)八大淡水湖之一,“西沙”是烏蘭布和沙漠,是我國(guó)八大沙漠之一,總面積約100萬(wàn)hm2,屬于烏梁素海流域面積34萬(wàn)hm2,主要由固定半固定沙地組成,分布有少數(shù)流動(dòng)沙丘?！耙簧健笔菫趵?總面積14萬(wàn)hm2,擁有內(nèi)蒙古自治區(qū)西部最大的天然次生林區(qū)烏拉山森林公園?！耙惶铩笔?3萬(wàn)hm2耕地,年引水近50億m3,土地平整,土壤肥沃,素有“塞上江南”的美譽(yù)；“一原”是阿拉奔草原,總面積近7萬(wàn)hm2,是內(nèi)蒙古自治區(qū)九大集中分布的天然草場(chǎng)之一。
烏梁素海流域作為黃河流域重要的功能性濕地和北方防沙帶的重點(diǎn)區(qū)域,在保障區(qū)域生態(tài)安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展中起著關(guān)鍵作用。近年來(lái),在當(dāng)前區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的情況下,保持烏梁素海流域生態(tài)系統(tǒng)的健康和穩(wěn)定面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),水環(huán)境問(wèn)題、土壤沙化鹽堿化、礦山開發(fā)過(guò)度與草原退化是烏梁素海流域面臨的三大生態(tài)問(wèn)題。流域的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能損壞嚴(yán)重、退化趨勢(shì)明顯,流域內(nèi)生態(tài)環(huán)境的問(wèn)題已經(jīng)對(duì)黃河中下游的水生態(tài)安全和我國(guó)西部的生態(tài)安全產(chǎn)生了嚴(yán)重威脅,亟待開展以“山水林田湖草”為生命共同體的生態(tài)保護(hù)與系統(tǒng)修復(fù)工作。
圖1 烏梁素海流域區(qū)位示意圖Fig.1 Geographical location of Ulansuhai Watershed
2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法
2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源
本文使用烏梁素海流域的相關(guān)社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、遙感影像、數(shù)值高程模型數(shù)據(jù)以及各級(jí)行政界限、水系等矢量數(shù)據(jù)。文章研究范圍比較大,相應(yīng)研究尺度不宜過(guò)小,因此所有空間數(shù)據(jù)均統(tǒng)一分辨率為1km。
2.2 技術(shù)路線
烏梁素海流域內(nèi)森林、濕地、草地等生態(tài)資源豐富,生態(tài)系統(tǒng)類型全面,在保障區(qū)域生態(tài)安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展中起著關(guān)鍵作用。在當(dāng)前區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的情況下,保持烏梁素海流域生態(tài)系統(tǒng)的健康和穩(wěn)定面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),如果不采取嚴(yán)格的生態(tài)保護(hù)措施,在生態(tài)系統(tǒng)被破壞后再進(jìn)行恢復(fù),即使投入大量的人力、物力、財(cái)力,也往往難以恢復(fù)原狀。
基于此,參考《國(guó)家生態(tài)保護(hù)紅線—生態(tài)功能紅線劃定技術(shù)指南(試行)》,評(píng)估烏梁素海流域生態(tài)系統(tǒng)敏感性和重要性,在遵循相關(guān)規(guī)劃協(xié)調(diào)性、生態(tài)系統(tǒng)完整性、景觀聯(lián)通性,并盡量保持自然要素自然邊界等原則的基礎(chǔ)上,提取了生態(tài)敏感-重要空間范圍,據(jù)此可以作為烏梁素海流域山水林田湖草生態(tài)環(huán)境保護(hù)與修復(fù)體系的總體空間格局指引[1-2]。
圖2 基于生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)的山水林田湖草保護(hù)與修復(fù)空間格局Fig.2 Ecological protection and restoration of forest, wetland, grassland and cropland based on the perspective of ecosystem assessment
2.3 流域生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)
2.3.1水土流失敏感性評(píng)價(jià)
水土流失敏感性是指在自然狀況下,發(fā)生土壤侵蝕的可能性的大小。水土流失敏感性評(píng)估是為了識(shí)別容易形成土壤侵蝕的區(qū)域,評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人類活動(dòng)的敏感程度[3]。
采用USLE模型(通用土壤流失方程,Wischmeier,1954)進(jìn)行烏梁素海流域水土流失敏感性評(píng)價(jià),模型方程1如下：
A=R×K×L×S×C×P
(1)
式中,A為年土壤流失量,t/(hm2·a)；R為降雨侵蝕因子,MJ·mm/(hm2·h·a)；K為土壤可蝕性因子,t·hm2·MJ·mm；L和S為坡長(zhǎng)、坡度因子,無(wú)量綱；C為植被與經(jīng)營(yíng)管理因子,無(wú)量綱；P為水土保持因子,無(wú)量綱。
運(yùn)用ArcGIS軟件平臺(tái)建立烏梁素海流域相關(guān)空間數(shù)據(jù)庫(kù),生成USLE模型所需的參數(shù)圖層,并進(jìn)行疊加運(yùn)算,最終得到烏梁素海流域水土流失敏感性評(píng)價(jià)圖,如圖3和表1所示。
表1 烏梁素海流域水土流失敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果
圖3 水土流失敏感性分布圖Fig.3 Spatial distribution of the soil erosion sensitivity assessment
由圖3和表1可以看出,烏梁素海流域范圍內(nèi),水土流失敏感性為極敏感和高度敏感的類型面積僅為2478 km2,占總面積的15.25%,主要分布在烏梁素海流域西部。
由于烏梁素海流域植被覆蓋率相對(duì)較好,目前整體土壤侵蝕并不嚴(yán)重,烏梁素海流域近80%的土地屬于水土流失敏感性較低,但由于人為活動(dòng)對(duì)自然植被的長(zhǎng)期破壞和改變,目前土壤侵蝕仍在逐漸嚴(yán)重,尤其農(nóng)業(yè)種植區(qū)(耕地、果園、經(jīng)濟(jì)林等)的土壤侵蝕防治要進(jìn)一步加強(qiáng)[4-6]。
2.3.2土地沙化敏感性評(píng)價(jià)
參照《生態(tài)功能區(qū)劃暫行規(guī)程》,選取干燥度指數(shù)、起沙風(fēng)天數(shù)、土壤質(zhì)地、植被覆蓋度等指標(biāo)。利用地理信息系統(tǒng)的空間分析功能,將各單因子敏感性影響分布圖進(jìn)行乘積運(yùn)算,得到評(píng)估區(qū)的土地沙化敏感性等級(jí)分布圖,公式如下：
(2)
式中:Di為i評(píng)估區(qū)域土地沙化敏感性指數(shù);Ii、Wi、Ki、Ci分別為評(píng)估區(qū)域干燥度指數(shù)、起沙風(fēng)天數(shù)、土壤質(zhì)地和植被覆蓋的敏感性等級(jí)值。
運(yùn)用ArcGIS軟件平臺(tái)建立烏梁素海流域相關(guān)空間數(shù)據(jù)庫(kù),生成模型所需的參數(shù)圖層,并進(jìn)行疊加運(yùn)算,最終得到烏梁素海流域土地沙化失敏感性評(píng)價(jià)圖,如圖4和表2所示。
表2 烏梁素海流域土地沙化評(píng)價(jià)結(jié)果
圖4 土地沙化敏感性分布圖 Fig.4 Spatial distribution of the soil desertification sensitivity assessment
由圖4和表2可以看出,烏梁素海流域范圍內(nèi),土地沙化敏感性為極敏感和高度敏感的類型面積為2548 km2,占總面積的15.68%,主要分布在烏梁素海流域西部。
2.4 生態(tài)功能重要性評(píng)價(jià)
2.4.1土壤保持功能重要性評(píng)價(jià)
生態(tài)系統(tǒng)土壤保持重要性評(píng)價(jià)根據(jù)《國(guó)家生態(tài)保護(hù)紅線—生態(tài)功能紅線劃定技術(shù)指南(試行)》中規(guī)定的定量指標(biāo)法進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)公式如下：
Spro=NPPmean×(k-1)×(1-Fsio)
(3)
式中,Spro為土壤保持服務(wù)能力指數(shù)； NRPmean為評(píng)價(jià)區(qū)域多年生態(tài)系統(tǒng)凈初級(jí)生產(chǎn)力平均值；K為土壤可蝕性因子；Fsio為根據(jù)最大最小值法歸一化到0—1之間的評(píng)價(jià)區(qū)域坡度柵格圖。
生態(tài)系統(tǒng)凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)可基于CASA光能利用率模型計(jì)算,具體計(jì)算方法參考《國(guó)家生態(tài)保護(hù)紅線—生態(tài)功能紅線劃定技術(shù)指南(試行)》附錄A。土壤可蝕性因子反映土壤對(duì)侵蝕的敏感性及降水所產(chǎn)生的徑流量與徑流速率的大小。Fsio利用烏梁素海流域數(shù)字高程模型(DEM)計(jì)算得到。
采用Quantile(分位數(shù))方法進(jìn)行土壤保持生態(tài)功能重要性分級(jí)操作,取值由低到高依次劃分為5個(gè)重要級(jí)別,即一般重要、較重要、中等重要、高度重要和極重要。
表3 土壤保持重要性評(píng)價(jià)結(jié)果
圖5 土壤保持生態(tài)功能重要性分布圖Fig.5 Spatial distribution of the soil retain importance assessment
由圖3和表5可以看出,總體上看烏梁素海流域土壤保持重要性程度比較低,較重要類型的面積達(dá)到10914km2,占總面積67.17%。
2.4.2水源涵養(yǎng)功能重要性評(píng)價(jià)
生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水分是生態(tài)系統(tǒng)為人類提供的重要服務(wù)功能之一。生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源功能主要表現(xiàn)為：截留降水、增強(qiáng)土壤下滲、抑制蒸發(fā)、緩和地表徑流和增加降水等功能,這些功能主要以“時(shí)空”的形式直接影響河流的水位變化[7]。不同的生態(tài)系統(tǒng)類型,因植被類型及其結(jié)構(gòu)、地表層覆蓋狀況,以及土壤理化性質(zhì)存在差異,其涵養(yǎng)水源和調(diào)節(jié)徑流(消減洪峰和增加枯水流量)的能力是不同的。
水源涵養(yǎng)功能重要性評(píng)價(jià)根據(jù)《國(guó)家生態(tài)保護(hù)紅線—生態(tài)功能紅線劃定技術(shù)指南(試行)》中規(guī)定的定量指標(biāo)法進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)公式如下：
WR=NPPmean×Fsic×Fpre×(1-Fslo)
(4)
式中,WR為生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)服務(wù)能力指數(shù)；NPPmean為評(píng)價(jià)區(qū)域多年生態(tài)系統(tǒng)凈初級(jí)生產(chǎn)力平均值;Fslo為根據(jù)最大最小值法歸一化到0—1之間的評(píng)價(jià)區(qū)域坡度柵格圖(利用地理信息系統(tǒng)軟件,由DEM計(jì)算得出)；Fsic為土壤滲流能力因子,根據(jù)美國(guó)農(nóng)業(yè)部(USDA)土壤質(zhì)地分類,將13種土壤質(zhì)地類型分別在0—1之間均等賦值得到,如,clay(heavy)為1/13、silty clay為2/13,……,sand為1；Fpre由多年平均年降水量數(shù)據(jù)插值并歸一化到0—1之間。
采用Quantile(分位數(shù))方法進(jìn)行土壤保持生態(tài)功能重要性分級(jí)操作,取值由低到高依次劃分為5個(gè)重要級(jí)別,即一般重要、較重要、中等重要、高度重要和極重要。
表4 水源涵養(yǎng)功能重要性評(píng)價(jià)結(jié)果
由圖4和表6可以看出,總體上看烏梁素海流域水源涵養(yǎng)功能重要性程度比較低,一般重要類型的面積達(dá)到15413km2,占總面積94.86%。
圖6 水源涵養(yǎng)功能重要性分布圖 Fig.6 Spatial distribution of the water conservation importance assessment
2.4.3生物多樣性保護(hù)功能重要性評(píng)價(jià)
生物多樣性是生物及其環(huán)境形成的生態(tài)復(fù)合體以及與此相關(guān)的各種生態(tài)過(guò)程的總和,包括數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的動(dòng)物、植物、微生物和它們所擁有的基因以及它們與其生存環(huán)境形成的復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng),是生命系統(tǒng)的基本特征。生物多樣性包括了物種多樣性、遺傳多樣性、生態(tài)系統(tǒng)多樣性和景觀多樣性四個(gè)基本層。生物多樣性是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。人類的衣、食、住、行及物質(zhì)文化生活的許多方面都與生物多樣性有著密切的聯(lián)系。同時(shí),對(duì)于維持生態(tài)平衡、穩(wěn)定環(huán)境、保持土壤肥力、保證水質(zhì)以及調(diào)節(jié)氣候等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能具有關(guān)鍵性的作用[8]。
水源涵養(yǎng)功能重要性評(píng)價(jià)根據(jù)《國(guó)家生態(tài)保護(hù)紅線—生態(tài)功能紅線劃定技術(shù)指南(試行)》中規(guī)定的基于生境多樣性的方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)公式如下：
Sbio=NPPmean×Fpre×Fteme×(1-Falt)
(5)
式中,Sbio為生物多樣性保護(hù)服務(wù)能力指數(shù)；NPPmean為評(píng)價(jià)區(qū)域多年生態(tài)系統(tǒng)凈初級(jí)生產(chǎn)力平均值；Fpre由多年平均年降水量數(shù)據(jù)插值并歸一化到0—1之間；Ftem為氣溫參數(shù),由多年平均年降水量數(shù)據(jù)插值獲得,得到的結(jié)果歸一化到0—1之間；Falt為海拔參數(shù),由評(píng)價(jià)區(qū)海拔進(jìn)行歸一化獲得。
采用Quantile(分位數(shù))方法進(jìn)行土壤保持生態(tài)功能重要性分級(jí)操作,取值由低到高依次劃分為5個(gè)重要級(jí)別,即一般重要、較重要、中等重要、高度重要和極重要。
表5 生物多樣性保護(hù)功能重要性評(píng)價(jià)結(jié)果
僅計(jì)陸域范圍生物多樣性保護(hù)功能重要性
圖7 生物多樣性保護(hù)功能重要性分布圖 Fig.7 Spatial distribution of the biodiversity protection importance assessment
由圖7和表5可以看出,總體上看烏梁素海流域生物多樣性保護(hù)功能重要性程度比較低,一般重要類型的面積達(dá)到13334km2,占總面積82.07%。較重要和中等重要類型面積分別為1091km2和1739km2,占流域總面積的比例分別為6.71%和10.7%,主要分布烏梁素海流域中部農(nóng)業(yè)用地。
3 生態(tài)敏感-重要空間評(píng)價(jià)
在ArcGIS軟件中將各敏感性評(píng)價(jià)和重要性評(píng)價(jià)圖進(jìn)行疊加,得到烏梁素海流域總敏感性分布圖和總重要性分布圖(如圖8、9所示)。其中,高度敏感重要區(qū)和極敏感重要區(qū)可以作為山水林田湖草生態(tài)保護(hù)與修復(fù)工程的主要候選區(qū)域。
根據(jù)表6規(guī)則將總敏感性和總重要性評(píng)價(jià)圖進(jìn)行重新劃分級(jí)別,得到生態(tài)敏感-重要空間分布圖(如圖10、表7所示)。
圖8 總生態(tài)敏性評(píng)價(jià)圖Fig.8 Spatial distribution of the ecological sensitivity assessment
圖9 總重要性評(píng)價(jià)圖Fig.9 Spatial distribution of the ecological importance assessment
表6 生態(tài)敏感、生態(tài)重要空間分級(jí)規(guī)則
表7 生態(tài)敏感-重要空間分布
圖10 生態(tài)敏感-重要空間分布圖 Fig.10 Spatial distribution of the ecological sensitivity and importance assessment
4 山水林田湖草生態(tài)保護(hù)與修復(fù)體系構(gòu)建
4.1 山水林田湖草生態(tài)保護(hù)與修復(fù)體系構(gòu)建
全面貫徹落實(shí)習(xí)近平生態(tài)文明思想,統(tǒng)籌推進(jìn)山水林田湖草系統(tǒng)修復(fù),以構(gòu)筑我國(guó)北疆萬(wàn)里綠色長(zhǎng)城為目標(biāo),堅(jiān)持“保護(hù)優(yōu)先、系統(tǒng)治理”的原則,整體保護(hù),系統(tǒng)修復(fù),綜合治理[9]。按照“一中心、二重點(diǎn)、六要素、七工程”組織實(shí)施(圖11)?！耙恢行摹奔匆越ㄔO(shè)我國(guó)北方重要生態(tài)屏障為中心,“二重點(diǎn)”即聚焦于提升“北方防沙帶”生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和保障黃河中下游水生態(tài)安全,“六要素”即圍繞流域內(nèi)沙漠、礦山、林草、農(nóng)田、濕地、湖水等生態(tài)要素開展系統(tǒng)治理,“七工程”就是在前期治理的基礎(chǔ)上,分時(shí)間、分步驟、分區(qū)域,通過(guò)三年的時(shí)間,充分考慮資金年度投入強(qiáng)度、可行性及地方政府的實(shí)施能力,優(yōu)先啟動(dòng)對(duì)國(guó)家生態(tài)安全格局產(chǎn)生重大影響的工程項(xiàng)目,安排實(shí)施“沙漠綜合治理工程、礦山地質(zhì)環(huán)境綜合整治工程、水土保持與植被修復(fù)工程、河湖連通與生物多樣性保護(hù)工程、農(nóng)田面源及城鎮(zhèn)點(diǎn)源污染治理工程、烏梁素海湖體水環(huán)境保護(hù)與修復(fù)工程、生態(tài)環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)與管理支撐”等7方面重點(diǎn)工程項(xiàng)目,推動(dòng)烏梁素海流域生態(tài)環(huán)境的持續(xù)改善,保障我國(guó)北方的生態(tài)安全。
圖11 烏梁素海流域山水林田湖草建設(shè)工程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.11 Framework of the ecological protection and restoration of forest, wetland, grassland and cropland in Ulansuhai Watershed
4.2 工程布局與分區(qū)
根據(jù)烏梁素海流域生態(tài)敏感性與重要性評(píng)價(jià)結(jié)果,以“尊重自然、差異治理”為主要原則,按照“因地制宜、重點(diǎn)突出”的規(guī)劃方法,結(jié)合《內(nèi)蒙古自治區(qū)“十三五”生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》、《巴彥淖爾市環(huán)境保護(hù)“十三五”環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》、《巴彥淖爾生態(tài)城市總體規(guī)劃》、《烏梁素海綜合治理規(guī)劃》等現(xiàn)有主要生態(tài)保護(hù)修復(fù)相關(guān)規(guī)劃方案,將烏梁素海流域生態(tài)保護(hù)修復(fù)分為6個(gè)主要治理區(qū)域,形成“四區(qū)、一帶、一網(wǎng)”的生態(tài)安全格局(圖12),具體包括：
環(huán)烏梁素海生態(tài)保護(hù)帶：范圍包括湖區(qū)周邊的農(nóng)田、城鎮(zhèn)和村落等。針對(duì)生態(tài)保護(hù)帶的面源、點(diǎn)源污染問(wèn)題,通過(guò)環(huán)湖生態(tài)保護(hù)帶的控污減排措施,展開對(duì)環(huán)湖帶的農(nóng)牧業(yè)、城鎮(zhèn)和村落污染物整治工程,從源頭治理,減少入排干污染物。
河套灌區(qū)水系生態(tài)保護(hù)網(wǎng),范圍包括連接烏梁素海和環(huán)湖生態(tài)保護(hù)帶的主要排干溝。針對(duì)入排干溝水質(zhì)污染問(wèn)題,開展排干溝治理、人工濕地、生態(tài)補(bǔ)水等一系列措施和工程,進(jìn)一步提升排干溝水質(zhì),減少入湖污染物。
烏梁素海水生態(tài)修復(fù)與生物多樣性保護(hù)區(qū)：范圍包括烏梁素海湖區(qū)。為了保護(hù)湖體的水生態(tài)修復(fù)和生物多樣性,提升湖泊的降解和凈化功能,改善湖體的水質(zhì)和富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài),改善整個(gè)湖區(qū)的水流條件、增加湖體庫(kù)容和水量、減少湖體內(nèi)源污染物,開展湖體內(nèi)源治理工程。結(jié)合烏梁素海環(huán)湖生態(tài)保護(hù)帶和河套灌區(qū)水系生態(tài)保護(hù)網(wǎng),形成水質(zhì)改善治理系統(tǒng),進(jìn)一步提升烏梁素海入黃河水質(zhì),保護(hù)黃河水生態(tài)安全。
阿拉奔草原水土保持與植被修復(fù)區(qū)：范圍包括阿拉奔草原和水土保持清水產(chǎn)流區(qū)。為了減少季風(fēng)通道上流域的水土流失,通過(guò)開展阿拉奔草原及水土流失源頭帶、過(guò)程帶、緩沖帶的水土保持和植被恢復(fù)工程,減少入湖污染物和泥沙量,防風(fēng)固沙。
烏拉山水源涵養(yǎng)與地質(zhì)環(huán)境綜合治理區(qū)：范圍主要指烏拉山的山體。通過(guò)開展烏拉山的地質(zhì)環(huán)境、地質(zhì)災(zāi)害整治和植被恢復(fù)措施工程,改善烏拉山受損山體的地質(zhì)地貌環(huán)境,提高水源涵養(yǎng)功能,減少入湖污染物和泥沙量,改善湖體水環(huán)境,提升烏拉山的生態(tài)屏障服務(wù)功能。
烏蘭布和沙漠綜合治理區(qū)：主要指磴口的烏蘭布和沙漠。通過(guò)開展烏蘭布和林草植被恢復(fù)措施,防沙治沙,與烏拉山水源涵養(yǎng)與地質(zhì)環(huán)境綜合治理區(qū)、阿拉奔草原水土保持與植被修復(fù)區(qū)及其它治理區(qū),系統(tǒng)提升“北方防沙帶”功能。
通過(guò)治理及修復(fù)工程的實(shí)施,流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量在前期治理的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高,沙漠、山脈、草原、湖泊、水系、濕地等重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)生態(tài)保護(hù)與建設(shè)取得明顯進(jìn)展,防風(fēng)固沙能力有效提升,生物多樣性持續(xù)改善,水環(huán)境質(zhì)量穩(wěn)定達(dá)標(biāo),生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性明顯加強(qiáng),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能顯著增強(qiáng),有效提升“北方防沙帶”生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和保障黃河中下游水生態(tài)安全。
5 結(jié)論與展望
本文在分析了烏梁素海流域特有的生態(tài)敏感性及生態(tài)功能重要性的基礎(chǔ)上,構(gòu)建出了具有地域特征的,基于區(qū)域社會(huì)政治經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的山水林田湖草生態(tài)保護(hù)與修復(fù)空間格局,通過(guò)空間聯(lián)動(dòng)的山水林田湖草生態(tài)保護(hù)與修復(fù)工程,流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量在前期治理的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高,沙漠、山脈、草原、湖泊、水系、濕地等重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)生態(tài)保護(hù)與建設(shè)取得明顯進(jìn)展,防風(fēng)固沙能力有效提升,生物多樣性持續(xù)改善,水環(huán)境質(zhì)量穩(wěn)定達(dá)標(biāo),生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性明顯加強(qiáng),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能顯著增強(qiáng),有效提升“北方防沙帶”生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和保障黃河中下游水生態(tài)安全。根據(jù)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題對(duì)生態(tài)系統(tǒng)功能的影響程度,以保障區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)安全為基礎(chǔ),把握好敏感性與重要性、局部與整體、發(fā)展與保護(hù)的關(guān)系,因地制宜實(shí)施生態(tài)保護(hù)和修復(fù)工程。
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田 野, 馮啟源,唐明方,鄭拴寧,柳彩霞,吳 迪,王麗娜
1中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所遙感科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100094 2 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100086 3 中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所城市環(huán)境與健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廈門 361021 4 中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100049 5 中國(guó)科學(xué)院建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司,北京 100086
黨的十八大以來(lái),以習(xí)近平同志為核心的黨中央深刻總結(jié)人與自然相互依存、相互影響的內(nèi)在規(guī)律,站在生態(tài)文明戰(zhàn)略的宏闊視野,提出了山水林田湖草生命共同體的系統(tǒng)思想,指導(dǎo)全黨全國(guó)從根本上扭轉(zhuǎn)生態(tài)保護(hù)修復(fù)工作的弊端。2013年11月,習(xí)近平總書記在《關(guān)于<中共中央關(guān)于全面深化改革若干重大問(wèn)題的決定>的說(shuō)明》中,首次指出“山水林田湖是一個(gè)生命共同體,人的命脈在田,田的命脈在水,水的命脈在山,山的命脈在土,土的命脈在樹,用途管制和生態(tài)修復(fù)必須遵循自然規(guī)律”。2018年5月,習(xí)近平總書記在全國(guó)生態(tài)環(huán)境保護(hù)大會(huì)上系統(tǒng)闡述新時(shí)代推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)6項(xiàng)基本原則時(shí),再次高度強(qiáng)調(diào)要堅(jiān)持“山水林田湖草是生命共同體,要統(tǒng)籌兼顧、整體施策、多措并舉,全方位、全地域、全過(guò)程開展生態(tài)文明建設(shè)”。習(xí)近平總書記這一系列重要論述,對(duì)當(dāng)前我國(guó)生態(tài)保護(hù)修復(fù)工作面臨的突出矛盾作出了準(zhǔn)確的判斷,對(duì)新時(shí)代生態(tài)保護(hù)修復(fù)工作的理論思想作出了全新的闡述,為推進(jìn)生態(tài)環(huán)境全過(guò)程系統(tǒng)綜合治理修復(fù)提供了重要的方法論指引。
黨中央、國(guó)務(wù)院高度重視內(nèi)蒙古的生態(tài)文明建設(shè),習(xí)近平總書記2014年在考察內(nèi)蒙古時(shí)指出,“內(nèi)蒙古的生態(tài)狀況如何,不僅關(guān)系全區(qū)各族群眾生存和發(fā)展,也關(guān)系東北、華北、西北乃至全國(guó)的生態(tài)安全。要努力把內(nèi)蒙古建設(shè)成為我國(guó)北方重要的生態(tài)安全屏障”。2018年3月5日, 習(xí)近平總書記在參加十三屆全國(guó)人大一次會(huì)議內(nèi)蒙古代表團(tuán)審議時(shí)強(qiáng)調(diào)：“要加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)建設(shè),統(tǒng)籌山水林田湖草治理,精心組織實(shí)施京津風(fēng)沙源治理、三北防護(hù)林建設(shè)、天然林保護(hù)、退耕還林、退牧還草、水土保持等重點(diǎn)工程,實(shí)施好草畜平衡、禁牧休牧等制度,加快呼倫湖、烏梁素海、岱海等水生態(tài)綜合治理,加強(qiáng)荒漠化治理和濕地保護(hù),加強(qiáng)大氣、水、土壤污染防治,在祖國(guó)北疆構(gòu)筑起萬(wàn)里綠色長(zhǎng)城”。2018年烏梁素海流域山水林田湖草生態(tài)保護(hù)修復(fù)試點(diǎn)工程獲批國(guó)家第三批山水林田湖草試點(diǎn)項(xiàng)目,而基于生態(tài)敏感性及生態(tài)功能重要性的烏梁素海流域山水林田湖草生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程空間格局研究是全面實(shí)現(xiàn)空間聯(lián)動(dòng)的山水林田湖草生態(tài)保護(hù)與修復(fù)工程,因地制宜的實(shí)現(xiàn)山水林田湖草生態(tài)保護(hù)與修復(fù)工程效益最大化的基礎(chǔ)。
1 研究區(qū)概況
烏梁素海流域位于黃河的“幾”字灣頂端,俗稱“河套”地區(qū),其范圍包括整個(gè)河套灌區(qū)、烏梁素海海區(qū)、烏拉特前旗、烏拉特中旗與烏拉特后旗的陰山以南部分和磴口縣的一部分,流域總面積約1.63萬(wàn)km2(圖1)。流域內(nèi)河流、平原、草原、湖泊、山脈、森林、沙漠等多種生態(tài)要素齊備,包含了“山水林田湖草”所有的生態(tài)要素?？傮w概括為“南河?xùn)|湖西沙、一山一田一原”?！澳虾印笔前蛷┠谞柖吸S河,全長(zhǎng)345 km,約占黃河內(nèi)蒙古段全長(zhǎng)的41%。“東湖”是烏梁素海,總面積2.9萬(wàn)hm2,是地球同緯度最大的自然湖泊,是我國(guó)八大淡水湖之一,“西沙”是烏蘭布和沙漠,是我國(guó)八大沙漠之一,總面積約100萬(wàn)hm2,屬于烏梁素海流域面積34萬(wàn)hm2,主要由固定半固定沙地組成,分布有少數(shù)流動(dòng)沙丘?！耙簧健笔菫趵?總面積14萬(wàn)hm2,擁有內(nèi)蒙古自治區(qū)西部最大的天然次生林區(qū)烏拉山森林公園?！耙惶铩笔?3萬(wàn)hm2耕地,年引水近50億m3,土地平整,土壤肥沃,素有“塞上江南”的美譽(yù)；“一原”是阿拉奔草原,總面積近7萬(wàn)hm2,是內(nèi)蒙古自治區(qū)九大集中分布的天然草場(chǎng)之一。
烏梁素海流域作為黃河流域重要的功能性濕地和北方防沙帶的重點(diǎn)區(qū)域,在保障區(qū)域生態(tài)安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展中起著關(guān)鍵作用。近年來(lái),在當(dāng)前區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的情況下,保持烏梁素海流域生態(tài)系統(tǒng)的健康和穩(wěn)定面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),水環(huán)境問(wèn)題、土壤沙化鹽堿化、礦山開發(fā)過(guò)度與草原退化是烏梁素海流域面臨的三大生態(tài)問(wèn)題。流域的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能損壞嚴(yán)重、退化趨勢(shì)明顯,流域內(nèi)生態(tài)環(huán)境的問(wèn)題已經(jīng)對(duì)黃河中下游的水生態(tài)安全和我國(guó)西部的生態(tài)安全產(chǎn)生了嚴(yán)重威脅,亟待開展以“山水林田湖草”為生命共同體的生態(tài)保護(hù)與系統(tǒng)修復(fù)工作。
圖1 烏梁素海流域區(qū)位示意圖Fig.1 Geographical location of Ulansuhai Watershed
2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法
2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源
本文使用烏梁素海流域的相關(guān)社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、遙感影像、數(shù)值高程模型數(shù)據(jù)以及各級(jí)行政界限、水系等矢量數(shù)據(jù)。文章研究范圍比較大,相應(yīng)研究尺度不宜過(guò)小,因此所有空間數(shù)據(jù)均統(tǒng)一分辨率為1km。
2.2 技術(shù)路線
烏梁素海流域內(nèi)森林、濕地、草地等生態(tài)資源豐富,生態(tài)系統(tǒng)類型全面,在保障區(qū)域生態(tài)安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展中起著關(guān)鍵作用。在當(dāng)前區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的情況下,保持烏梁素海流域生態(tài)系統(tǒng)的健康和穩(wěn)定面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),如果不采取嚴(yán)格的生態(tài)保護(hù)措施,在生態(tài)系統(tǒng)被破壞后再進(jìn)行恢復(fù),即使投入大量的人力、物力、財(cái)力,也往往難以恢復(fù)原狀。
基于此,參考《國(guó)家生態(tài)保護(hù)紅線—生態(tài)功能紅線劃定技術(shù)指南(試行)》,評(píng)估烏梁素海流域生態(tài)系統(tǒng)敏感性和重要性,在遵循相關(guān)規(guī)劃協(xié)調(diào)性、生態(tài)系統(tǒng)完整性、景觀聯(lián)通性,并盡量保持自然要素自然邊界等原則的基礎(chǔ)上,提取了生態(tài)敏感-重要空間范圍,據(jù)此可以作為烏梁素海流域山水林田湖草生態(tài)環(huán)境保護(hù)與修復(fù)體系的總體空間格局指引[1-2]。
圖2 基于生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)的山水林田湖草保護(hù)與修復(fù)空間格局Fig.2 Ecological protection and restoration of forest, wetland, grassland and cropland based on the perspective of ecosystem assessment
2.3 流域生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)
2.3.1水土流失敏感性評(píng)價(jià)
水土流失敏感性是指在自然狀況下,發(fā)生土壤侵蝕的可能性的大小。水土流失敏感性評(píng)估是為了識(shí)別容易形成土壤侵蝕的區(qū)域,評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人類活動(dòng)的敏感程度[3]。
采用USLE模型(通用土壤流失方程,Wischmeier,1954)進(jìn)行烏梁素海流域水土流失敏感性評(píng)價(jià),模型方程1如下：
A=R×K×L×S×C×P
(1)
式中,A為年土壤流失量,t/(hm2·a)；R為降雨侵蝕因子,MJ·mm/(hm2·h·a)；K為土壤可蝕性因子,t·hm2·MJ·mm；L和S為坡長(zhǎng)、坡度因子,無(wú)量綱；C為植被與經(jīng)營(yíng)管理因子,無(wú)量綱；P為水土保持因子,無(wú)量綱。
運(yùn)用ArcGIS軟件平臺(tái)建立烏梁素海流域相關(guān)空間數(shù)據(jù)庫(kù),生成USLE模型所需的參數(shù)圖層,并進(jìn)行疊加運(yùn)算,最終得到烏梁素海流域水土流失敏感性評(píng)價(jià)圖,如圖3和表1所示。
表1 烏梁素海流域水土流失敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果
圖3 水土流失敏感性分布圖Fig.3 Spatial distribution of the soil erosion sensitivity assessment
由圖3和表1可以看出,烏梁素海流域范圍內(nèi),水土流失敏感性為極敏感和高度敏感的類型面積僅為2478 km2,占總面積的15.25%,主要分布在烏梁素海流域西部。
由于烏梁素海流域植被覆蓋率相對(duì)較好,目前整體土壤侵蝕并不嚴(yán)重,烏梁素海流域近80%的土地屬于水土流失敏感性較低,但由于人為活動(dòng)對(duì)自然植被的長(zhǎng)期破壞和改變,目前土壤侵蝕仍在逐漸嚴(yán)重,尤其農(nóng)業(yè)種植區(qū)(耕地、果園、經(jīng)濟(jì)林等)的土壤侵蝕防治要進(jìn)一步加強(qiáng)[4-6]。
2.3.2土地沙化敏感性評(píng)價(jià)
參照《生態(tài)功能區(qū)劃暫行規(guī)程》,選取干燥度指數(shù)、起沙風(fēng)天數(shù)、土壤質(zhì)地、植被覆蓋度等指標(biāo)。利用地理信息系統(tǒng)的空間分析功能,將各單因子敏感性影響分布圖進(jìn)行乘積運(yùn)算,得到評(píng)估區(qū)的土地沙化敏感性等級(jí)分布圖,公式如下：
(2)
式中:Di為i評(píng)估區(qū)域土地沙化敏感性指數(shù);Ii、Wi、Ki、Ci分別為評(píng)估區(qū)域干燥度指數(shù)、起沙風(fēng)天數(shù)、土壤質(zhì)地和植被覆蓋的敏感性等級(jí)值。
運(yùn)用ArcGIS軟件平臺(tái)建立烏梁素海流域相關(guān)空間數(shù)據(jù)庫(kù),生成模型所需的參數(shù)圖層,并進(jìn)行疊加運(yùn)算,最終得到烏梁素海流域土地沙化失敏感性評(píng)價(jià)圖,如圖4和表2所示。
表2 烏梁素海流域土地沙化評(píng)價(jià)結(jié)果
圖4 土地沙化敏感性分布圖 Fig.4 Spatial distribution of the soil desertification sensitivity assessment
由圖4和表2可以看出,烏梁素海流域范圍內(nèi),土地沙化敏感性為極敏感和高度敏感的類型面積為2548 km2,占總面積的15.68%,主要分布在烏梁素海流域西部。
2.4 生態(tài)功能重要性評(píng)價(jià)
2.4.1土壤保持功能重要性評(píng)價(jià)
生態(tài)系統(tǒng)土壤保持重要性評(píng)價(jià)根據(jù)《國(guó)家生態(tài)保護(hù)紅線—生態(tài)功能紅線劃定技術(shù)指南(試行)》中規(guī)定的定量指標(biāo)法進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)公式如下：
Spro=NPPmean×(k-1)×(1-Fsio)
(3)
式中,Spro為土壤保持服務(wù)能力指數(shù)； NRPmean為評(píng)價(jià)區(qū)域多年生態(tài)系統(tǒng)凈初級(jí)生產(chǎn)力平均值；K為土壤可蝕性因子；Fsio為根據(jù)最大最小值法歸一化到0—1之間的評(píng)價(jià)區(qū)域坡度柵格圖。
生態(tài)系統(tǒng)凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)可基于CASA光能利用率模型計(jì)算,具體計(jì)算方法參考《國(guó)家生態(tài)保護(hù)紅線—生態(tài)功能紅線劃定技術(shù)指南(試行)》附錄A。土壤可蝕性因子反映土壤對(duì)侵蝕的敏感性及降水所產(chǎn)生的徑流量與徑流速率的大小。Fsio利用烏梁素海流域數(shù)字高程模型(DEM)計(jì)算得到。
采用Quantile(分位數(shù))方法進(jìn)行土壤保持生態(tài)功能重要性分級(jí)操作,取值由低到高依次劃分為5個(gè)重要級(jí)別,即一般重要、較重要、中等重要、高度重要和極重要。
表3 土壤保持重要性評(píng)價(jià)結(jié)果
圖5 土壤保持生態(tài)功能重要性分布圖Fig.5 Spatial distribution of the soil retain importance assessment
由圖3和表5可以看出,總體上看烏梁素海流域土壤保持重要性程度比較低,較重要類型的面積達(dá)到10914km2,占總面積67.17%。
2.4.2水源涵養(yǎng)功能重要性評(píng)價(jià)
生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水分是生態(tài)系統(tǒng)為人類提供的重要服務(wù)功能之一。生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源功能主要表現(xiàn)為：截留降水、增強(qiáng)土壤下滲、抑制蒸發(fā)、緩和地表徑流和增加降水等功能,這些功能主要以“時(shí)空”的形式直接影響河流的水位變化[7]。不同的生態(tài)系統(tǒng)類型,因植被類型及其結(jié)構(gòu)、地表層覆蓋狀況,以及土壤理化性質(zhì)存在差異,其涵養(yǎng)水源和調(diào)節(jié)徑流(消減洪峰和增加枯水流量)的能力是不同的。
水源涵養(yǎng)功能重要性評(píng)價(jià)根據(jù)《國(guó)家生態(tài)保護(hù)紅線—生態(tài)功能紅線劃定技術(shù)指南(試行)》中規(guī)定的定量指標(biāo)法進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)公式如下：
WR=NPPmean×Fsic×Fpre×(1-Fslo)
(4)
式中,WR為生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)服務(wù)能力指數(shù)；NPPmean為評(píng)價(jià)區(qū)域多年生態(tài)系統(tǒng)凈初級(jí)生產(chǎn)力平均值;Fslo為根據(jù)最大最小值法歸一化到0—1之間的評(píng)價(jià)區(qū)域坡度柵格圖(利用地理信息系統(tǒng)軟件,由DEM計(jì)算得出)；Fsic為土壤滲流能力因子,根據(jù)美國(guó)農(nóng)業(yè)部(USDA)土壤質(zhì)地分類,將13種土壤質(zhì)地類型分別在0—1之間均等賦值得到,如,clay(heavy)為1/13、silty clay為2/13,……,sand為1；Fpre由多年平均年降水量數(shù)據(jù)插值并歸一化到0—1之間。
采用Quantile(分位數(shù))方法進(jìn)行土壤保持生態(tài)功能重要性分級(jí)操作,取值由低到高依次劃分為5個(gè)重要級(jí)別,即一般重要、較重要、中等重要、高度重要和極重要。
表4 水源涵養(yǎng)功能重要性評(píng)價(jià)結(jié)果
由圖4和表6可以看出,總體上看烏梁素海流域水源涵養(yǎng)功能重要性程度比較低,一般重要類型的面積達(dá)到15413km2,占總面積94.86%。
圖6 水源涵養(yǎng)功能重要性分布圖 Fig.6 Spatial distribution of the water conservation importance assessment
2.4.3生物多樣性保護(hù)功能重要性評(píng)價(jià)
生物多樣性是生物及其環(huán)境形成的生態(tài)復(fù)合體以及與此相關(guān)的各種生態(tài)過(guò)程的總和,包括數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的動(dòng)物、植物、微生物和它們所擁有的基因以及它們與其生存環(huán)境形成的復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng),是生命系統(tǒng)的基本特征。生物多樣性包括了物種多樣性、遺傳多樣性、生態(tài)系統(tǒng)多樣性和景觀多樣性四個(gè)基本層。生物多樣性是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。人類的衣、食、住、行及物質(zhì)文化生活的許多方面都與生物多樣性有著密切的聯(lián)系。同時(shí),對(duì)于維持生態(tài)平衡、穩(wěn)定環(huán)境、保持土壤肥力、保證水質(zhì)以及調(diào)節(jié)氣候等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能具有關(guān)鍵性的作用[8]。
水源涵養(yǎng)功能重要性評(píng)價(jià)根據(jù)《國(guó)家生態(tài)保護(hù)紅線—生態(tài)功能紅線劃定技術(shù)指南(試行)》中規(guī)定的基于生境多樣性的方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)公式如下：
Sbio=NPPmean×Fpre×Fteme×(1-Falt)
(5)
式中,Sbio為生物多樣性保護(hù)服務(wù)能力指數(shù)；NPPmean為評(píng)價(jià)區(qū)域多年生態(tài)系統(tǒng)凈初級(jí)生產(chǎn)力平均值；Fpre由多年平均年降水量數(shù)據(jù)插值并歸一化到0—1之間；Ftem為氣溫參數(shù),由多年平均年降水量數(shù)據(jù)插值獲得,得到的結(jié)果歸一化到0—1之間；Falt為海拔參數(shù),由評(píng)價(jià)區(qū)海拔進(jìn)行歸一化獲得。
采用Quantile(分位數(shù))方法進(jìn)行土壤保持生態(tài)功能重要性分級(jí)操作,取值由低到高依次劃分為5個(gè)重要級(jí)別,即一般重要、較重要、中等重要、高度重要和極重要。
表5 生物多樣性保護(hù)功能重要性評(píng)價(jià)結(jié)果
僅計(jì)陸域范圍生物多樣性保護(hù)功能重要性
圖7 生物多樣性保護(hù)功能重要性分布圖 Fig.7 Spatial distribution of the biodiversity protection importance assessment
由圖7和表5可以看出,總體上看烏梁素海流域生物多樣性保護(hù)功能重要性程度比較低,一般重要類型的面積達(dá)到13334km2,占總面積82.07%。較重要和中等重要類型面積分別為1091km2和1739km2,占流域總面積的比例分別為6.71%和10.7%,主要分布烏梁素海流域中部農(nóng)業(yè)用地。
3 生態(tài)敏感-重要空間評(píng)價(jià)
在ArcGIS軟件中將各敏感性評(píng)價(jià)和重要性評(píng)價(jià)圖進(jìn)行疊加,得到烏梁素海流域總敏感性分布圖和總重要性分布圖(如圖8、9所示)。其中,高度敏感重要區(qū)和極敏感重要區(qū)可以作為山水林田湖草生態(tài)保護(hù)與修復(fù)工程的主要候選區(qū)域。
根據(jù)表6規(guī)則將總敏感性和總重要性評(píng)價(jià)圖進(jìn)行重新劃分級(jí)別,得到生態(tài)敏感-重要空間分布圖(如圖10、表7所示)。
圖8 總生態(tài)敏性評(píng)價(jià)圖Fig.8 Spatial distribution of the ecological sensitivity assessment
圖9 總重要性評(píng)價(jià)圖Fig.9 Spatial distribution of the ecological importance assessment
表6 生態(tài)敏感、生態(tài)重要空間分級(jí)規(guī)則
表7 生態(tài)敏感-重要空間分布
圖10 生態(tài)敏感-重要空間分布圖 Fig.10 Spatial distribution of the ecological sensitivity and importance assessment
4 山水林田湖草生態(tài)保護(hù)與修復(fù)體系構(gòu)建
4.1 山水林田湖草生態(tài)保護(hù)與修復(fù)體系構(gòu)建
全面貫徹落實(shí)習(xí)近平生態(tài)文明思想,統(tǒng)籌推進(jìn)山水林田湖草系統(tǒng)修復(fù),以構(gòu)筑我國(guó)北疆萬(wàn)里綠色長(zhǎng)城為目標(biāo),堅(jiān)持“保護(hù)優(yōu)先、系統(tǒng)治理”的原則,整體保護(hù),系統(tǒng)修復(fù),綜合治理[9]。按照“一中心、二重點(diǎn)、六要素、七工程”組織實(shí)施(圖11)?！耙恢行摹奔匆越ㄔO(shè)我國(guó)北方重要生態(tài)屏障為中心,“二重點(diǎn)”即聚焦于提升“北方防沙帶”生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和保障黃河中下游水生態(tài)安全,“六要素”即圍繞流域內(nèi)沙漠、礦山、林草、農(nóng)田、濕地、湖水等生態(tài)要素開展系統(tǒng)治理,“七工程”就是在前期治理的基礎(chǔ)上,分時(shí)間、分步驟、分區(qū)域,通過(guò)三年的時(shí)間,充分考慮資金年度投入強(qiáng)度、可行性及地方政府的實(shí)施能力,優(yōu)先啟動(dòng)對(duì)國(guó)家生態(tài)安全格局產(chǎn)生重大影響的工程項(xiàng)目,安排實(shí)施“沙漠綜合治理工程、礦山地質(zhì)環(huán)境綜合整治工程、水土保持與植被修復(fù)工程、河湖連通與生物多樣性保護(hù)工程、農(nóng)田面源及城鎮(zhèn)點(diǎn)源污染治理工程、烏梁素海湖體水環(huán)境保護(hù)與修復(fù)工程、生態(tài)環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)與管理支撐”等7方面重點(diǎn)工程項(xiàng)目,推動(dòng)烏梁素海流域生態(tài)環(huán)境的持續(xù)改善,保障我國(guó)北方的生態(tài)安全。
圖11 烏梁素海流域山水林田湖草建設(shè)工程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.11 Framework of the ecological protection and restoration of forest, wetland, grassland and cropland in Ulansuhai Watershed
4.2 工程布局與分區(qū)
根據(jù)烏梁素海流域生態(tài)敏感性與重要性評(píng)價(jià)結(jié)果,以“尊重自然、差異治理”為主要原則,按照“因地制宜、重點(diǎn)突出”的規(guī)劃方法,結(jié)合《內(nèi)蒙古自治區(qū)“十三五”生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》、《巴彥淖爾市環(huán)境保護(hù)“十三五”環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》、《巴彥淖爾生態(tài)城市總體規(guī)劃》、《烏梁素海綜合治理規(guī)劃》等現(xiàn)有主要生態(tài)保護(hù)修復(fù)相關(guān)規(guī)劃方案,將烏梁素海流域生態(tài)保護(hù)修復(fù)分為6個(gè)主要治理區(qū)域,形成“四區(qū)、一帶、一網(wǎng)”的生態(tài)安全格局(圖12),具體包括：
環(huán)烏梁素海生態(tài)保護(hù)帶：范圍包括湖區(qū)周邊的農(nóng)田、城鎮(zhèn)和村落等。針對(duì)生態(tài)保護(hù)帶的面源、點(diǎn)源污染問(wèn)題,通過(guò)環(huán)湖生態(tài)保護(hù)帶的控污減排措施,展開對(duì)環(huán)湖帶的農(nóng)牧業(yè)、城鎮(zhèn)和村落污染物整治工程,從源頭治理,減少入排干污染物。
河套灌區(qū)水系生態(tài)保護(hù)網(wǎng),范圍包括連接烏梁素海和環(huán)湖生態(tài)保護(hù)帶的主要排干溝。針對(duì)入排干溝水質(zhì)污染問(wèn)題,開展排干溝治理、人工濕地、生態(tài)補(bǔ)水等一系列措施和工程,進(jìn)一步提升排干溝水質(zhì),減少入湖污染物。
烏梁素海水生態(tài)修復(fù)與生物多樣性保護(hù)區(qū)：范圍包括烏梁素海湖區(qū)。為了保護(hù)湖體的水生態(tài)修復(fù)和生物多樣性,提升湖泊的降解和凈化功能,改善湖體的水質(zhì)和富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài),改善整個(gè)湖區(qū)的水流條件、增加湖體庫(kù)容和水量、減少湖體內(nèi)源污染物,開展湖體內(nèi)源治理工程。結(jié)合烏梁素海環(huán)湖生態(tài)保護(hù)帶和河套灌區(qū)水系生態(tài)保護(hù)網(wǎng),形成水質(zhì)改善治理系統(tǒng),進(jìn)一步提升烏梁素海入黃河水質(zhì),保護(hù)黃河水生態(tài)安全。
阿拉奔草原水土保持與植被修復(fù)區(qū)：范圍包括阿拉奔草原和水土保持清水產(chǎn)流區(qū)。為了減少季風(fēng)通道上流域的水土流失,通過(guò)開展阿拉奔草原及水土流失源頭帶、過(guò)程帶、緩沖帶的水土保持和植被恢復(fù)工程,減少入湖污染物和泥沙量,防風(fēng)固沙。
烏拉山水源涵養(yǎng)與地質(zhì)環(huán)境綜合治理區(qū)：范圍主要指烏拉山的山體。通過(guò)開展烏拉山的地質(zhì)環(huán)境、地質(zhì)災(zāi)害整治和植被恢復(fù)措施工程,改善烏拉山受損山體的地質(zhì)地貌環(huán)境,提高水源涵養(yǎng)功能,減少入湖污染物和泥沙量,改善湖體水環(huán)境,提升烏拉山的生態(tài)屏障服務(wù)功能。
烏蘭布和沙漠綜合治理區(qū)：主要指磴口的烏蘭布和沙漠。通過(guò)開展烏蘭布和林草植被恢復(fù)措施,防沙治沙,與烏拉山水源涵養(yǎng)與地質(zhì)環(huán)境綜合治理區(qū)、阿拉奔草原水土保持與植被修復(fù)區(qū)及其它治理區(qū),系統(tǒng)提升“北方防沙帶”功能。
通過(guò)治理及修復(fù)工程的實(shí)施,流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量在前期治理的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高,沙漠、山脈、草原、湖泊、水系、濕地等重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)生態(tài)保護(hù)與建設(shè)取得明顯進(jìn)展,防風(fēng)固沙能力有效提升,生物多樣性持續(xù)改善,水環(huán)境質(zhì)量穩(wěn)定達(dá)標(biāo),生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性明顯加強(qiáng),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能顯著增強(qiáng),有效提升“北方防沙帶”生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和保障黃河中下游水生態(tài)安全。
5 結(jié)論與展望
本文在分析了烏梁素海流域特有的生態(tài)敏感性及生態(tài)功能重要性的基礎(chǔ)上,構(gòu)建出了具有地域特征的,基于區(qū)域社會(huì)政治經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的山水林田湖草生態(tài)保護(hù)與修復(fù)空間格局,通過(guò)空間聯(lián)動(dòng)的山水林田湖草生態(tài)保護(hù)與修復(fù)工程,流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量在前期治理的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高,沙漠、山脈、草原、湖泊、水系、濕地等重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)生態(tài)保護(hù)與建設(shè)取得明顯進(jìn)展,防風(fēng)固沙能力有效提升,生物多樣性持續(xù)改善,水環(huán)境質(zhì)量穩(wěn)定達(dá)標(biāo),生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性明顯加強(qiáng),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能顯著增強(qiáng),有效提升“北方防沙帶”生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和保障黃河中下游水生態(tài)安全。根據(jù)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題對(duì)生態(tài)系統(tǒng)功能的影響程度,以保障區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)安全為基礎(chǔ),把握好敏感性與重要性、局部與整體、發(fā)展與保護(hù)的關(guān)系,因地制宜實(shí)施生態(tài)保護(hù)和修復(fù)工程。
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