朱金峰,周 藝,*,王世新,王麗濤,劉文亮,李海濤,梅軍軍

1 中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所,北京 100101 2 中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院,北京 100081

2017年4月1日,中共中央、國務(wù)院印發(fā)通知決定設(shè)立河北雄安新區(qū),這是繼深圳經(jīng)濟(jì)特區(qū)和上海浦東新區(qū)之后又一具有全國意義的新區(qū),是千年大計(jì)、國家大事[1]。白洋淀是雄安新區(qū)的重要組成部分,作為華北平原最大的淡水濕地生態(tài)系統(tǒng),白洋淀濕地在雄安新區(qū)建設(shè)過程中具有“以淀興城、城淀共榮”的重要生態(tài)功能。

歷史上,白洋淀濕地具有緩洪滯瀝、蓄水灌溉、調(diào)節(jié)局部地區(qū)氣候、改善生態(tài)環(huán)境、補(bǔ)充地下水、保護(hù)生物多樣性等多種生態(tài)功能[2- 3]。然而,長期以來在人類活動(dòng)和氣候變化綜合作用下,白洋淀濕地出現(xiàn)水源不足、濕地萎縮、水體污染、泥沙淤積、生物多樣性減少等危機(jī)[3- 6]。據(jù)統(tǒng)計(jì),20世紀(jì)50年代白洋淀年均入淀水量為18.27億m3,80年代降為1.47億m3,2000—2002年僅為0.65億m3[2]。與此同時(shí),20世紀(jì)50年代白洋淀流域地下水年均開采量為1.78億m3,80年代增加到27.08億m3,2001—2005年仍高達(dá)28.45億m3[7]。淀區(qū)大部分水域水質(zhì)為Ⅴ類或劣Ⅴ類,屬重度污染[8]。20世紀(jì)60年代以來,淀區(qū)水體富營養(yǎng)化程度加劇,清水生物種群和數(shù)量減少,鳥類也日益減少[3]。

為了“把白洋淀修復(fù)好、保護(hù)好”,國家和地方采取一系列措施持續(xù)性開展了生態(tài)保護(hù)工作。2002年,河北省政府批準(zhǔn)《白洋淀濕地自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃》,設(shè)立了白洋淀濕地省級(jí)自然保護(hù)區(qū)[9]。2012年,《白洋淀省級(jí)自然保護(hù)區(qū)總體規(guī)劃(修編版)》對(duì)保護(hù)區(qū)進(jìn)行了調(diào)整,進(jìn)一步擴(kuò)大了保護(hù)區(qū)范圍與面積[10]。2015年,河北省發(fā)改委編制了《白洋淀環(huán)境綜合整治與生態(tài)修復(fù)規(guī)劃(2015—2020年)》,指出實(shí)施引水補(bǔ)水調(diào)水、污染源綜合治理、村鎮(zhèn)綜合整治、入淀河流整治、淀區(qū)管護(hù)維護(hù)、區(qū)域產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和能力設(shè)施建設(shè)等八項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)[11]。2017年,白洋淀與洱海、丹江口一起被納入環(huán)境保護(hù)部“新三湖”水污染治理體系[12]。2019年1月,經(jīng)黨中央、國務(wù)院同意,河北省委、省政府印發(fā)了《白洋淀生態(tài)環(huán)境治理和保護(hù)規(guī)劃(2018—2035年)》,對(duì)未來近20年白洋淀生態(tài)環(huán)境治理和保護(hù)的基本方向、路徑和具體措施進(jìn)行了科學(xué)規(guī)劃[13]。白洋淀之于雄安新區(qū)的重要生態(tài)安全保障作用由此充分體現(xiàn)。

在白洋淀生態(tài)環(huán)境治理和保護(hù)過程中,濕地生態(tài)功能評(píng)價(jià)及分區(qū)是一項(xiàng)重要內(nèi)容。生態(tài)功能分區(qū)是根據(jù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境要素、生態(tài)環(huán)境敏感性與生態(tài)服務(wù)功能空間分異規(guī)律,確定不同地域單元的主導(dǎo)生態(tài)功能,將區(qū)域劃分成不同生態(tài)功能區(qū)的過程[14]。生態(tài)功能分區(qū)是實(shí)施區(qū)域生態(tài)分區(qū)管理、構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全格局的基礎(chǔ),可為生態(tài)保護(hù)與建設(shè)規(guī)劃、維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全、促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)文明建設(shè)提供科學(xué)依據(jù),具有重要理論與現(xiàn)實(shí)意義[15-16]。國外關(guān)于生態(tài)區(qū)劃的最早研究可追溯到1962年加拿大森林學(xué)家Orie Loucks首次提出生態(tài)區(qū)的概念[17]。1967年Crowley根據(jù)氣候和植被的宏觀特征繪制了加拿大生態(tài)區(qū)地圖[18]。1976年Bailey從生態(tài)系統(tǒng)角度提出了首個(gè)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[19-20]。此后各國生態(tài)學(xué)家對(duì)生態(tài)區(qū)劃原則、指標(biāo)體系、等級(jí)和方法等進(jìn)行了深入探討[21- 23],對(duì)生態(tài)區(qū)劃的一些普遍問題也十分關(guān)切,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[24],使得上世紀(jì)末至本世紀(jì)初生態(tài)區(qū)劃理論與方法取得快速發(fā)展。近幾年國際上對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的制圖和區(qū)劃也逐漸開始重視[25- 26]。國內(nèi)生態(tài)區(qū)劃起步相對(duì)較晚,是繼氣候區(qū)劃、自然區(qū)劃、農(nóng)業(yè)區(qū)劃之后逐漸發(fā)展起來的[27-28]。1999年傅伯杰等建立了中國生態(tài)環(huán)境綜合區(qū)劃的原則、方法和指標(biāo)體系[29],并于2001年提出了中國生態(tài)區(qū)劃方案,為全國各區(qū)域進(jìn)一步開展生態(tài)功能區(qū)劃建立了宏觀框架[30]。在此基礎(chǔ)上,環(huán)境保護(hù)部和中國科學(xué)院于2008年發(fā)布了《全國生態(tài)功能區(qū)劃》[15],并根據(jù)生態(tài)環(huán)境保護(hù)新的要求于2015年發(fā)布了《全國生態(tài)功能區(qū)劃(修編版)》[16]。國務(wù)院在2010年發(fā)布的《全國主體功能區(qū)規(guī)劃》也將全國生態(tài)功能區(qū)劃納入其中,將全國重點(diǎn)生態(tài)區(qū)域劃分為水源涵養(yǎng)、土壤保持、防風(fēng)固沙、生物多樣性維護(hù)等生態(tài)功能區(qū),使生態(tài)功能區(qū)劃上升到國家戰(zhàn)略、制度層面[31]。在流域、區(qū)域、省級(jí)行政區(qū)尺度上,學(xué)者們也開展了大量的研究工作,如在遼河流域[32-33]、海河流域[34]、瀾滄江流域[35]、黑河中游[36]、塔里木河流域[37],以及安徽省[38]、遼寧省[39]等開展的研究工作。近年來開始側(cè)重于對(duì)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(jìn)展[40]。關(guān)于濕地生態(tài)功能評(píng)價(jià)與生態(tài)分區(qū)的研究案例主要集中在三峽庫區(qū)[41]、洞庭湖[42-43]、鄱陽湖[44]、巢湖[45]、太湖[46-48]、丹江口水源區(qū)[49]等重要濕地區(qū)域。上述不同尺度、不同生態(tài)系統(tǒng)類型的生態(tài)功能評(píng)價(jià)與生態(tài)分區(qū)研究工作為開展全國或區(qū)域生態(tài)環(huán)境治理和保護(hù)提供了重要科技支撐。

目前,關(guān)于白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)的研究工作多集中在濕地水域變化[50]、土地利用/覆被變化[51-52]、景觀格局變化[53-55]、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估[56-59]等方面。在生態(tài)區(qū)劃方面,僅開展了濕地生態(tài)特征區(qū)劃及功能定性分析工作[60],而對(duì)于濕地生態(tài)功能評(píng)價(jià)及分區(qū)的研究鮮有論述。因此,開展白洋淀濕地生態(tài)功能評(píng)價(jià)及生態(tài)功能分區(qū)研究,明晰生態(tài)功能的空間分異規(guī)律,為白洋淀生態(tài)環(huán)境治理和保護(hù)提供科學(xué)依據(jù),成為當(dāng)前普遍關(guān)切和急需解決的問題之一。本研究面向白洋淀濕地生態(tài)保護(hù)和管理需求,在明確白洋淀自然環(huán)境特征和主要生態(tài)環(huán)境問題的基礎(chǔ)上,結(jié)合外業(yè)調(diào)查、遙感、綜合評(píng)價(jià)等方法,建立基于水資源的濕地生態(tài)功能評(píng)價(jià)指標(biāo),開展白洋淀濕地生態(tài)功能評(píng)價(jià),初步劃定生態(tài)功能分區(qū),以為雄安新區(qū)資源環(huán)境承載能力綜合監(jiān)測(cè)和透明雄安數(shù)字平臺(tái)建設(shè)提供空間信息支撐。

1 白洋淀濕地概況及其主要生態(tài)環(huán)境問題

白洋淀位于太行山東麓永定河沖積扇與滹沱河沖積扇相夾峙的低洼地區(qū),是河北平原上常年積水的最大湖淀[61],地理范圍在北緯38°43′—39°02′,東經(jīng)115°38′—116°07′,海拔5.5—6.5m(大沽高程),總面積366km2,由白洋正淀、馬棚淀、藻苲淀、燒車淀等諸多大小不一的淀泊和溝壕組成,統(tǒng)名白洋淀[61-62]。白洋淀屬大清河水系,水源主要來自八條入淀河流,南支潴龍河、孝義河、唐河匯入馬棚淀,府河、漕河、瀑河、萍河匯入藻苲淀,北支河流通過白溝引河入燒車淀,在白洋淀出口處建有棗林莊水利樞紐[2,54]。白洋淀動(dòng)植物資源豐富,水生動(dòng)物主要有魚類、蟹類、蝦類、底棲動(dòng)物、浮游動(dòng)物等,水生植物主要有水生維管束植物和浮游植物[54]。行政區(qū)劃上,白洋淀位于雄安新區(qū),分屬保定市和滄州市所轄的安新、容城、雄縣、高陽和任丘五個(gè)縣(市),其中85%的水域在保定市安新縣境內(nèi)。

長期以來,在人類活動(dòng)和氣候變化綜合作用下,白洋淀生態(tài)環(huán)境問題逐漸凸顯,主要包括以下幾點(diǎn)：

(1)水源不足、濕地萎縮。白洋淀水源主要來自流域內(nèi)上游山區(qū)降水形成的地表徑流。20世紀(jì)50年代至21世紀(jì)初期,白洋淀流域平均年降水量從661.6mm減少到459mm[7]。降水量減少導(dǎo)致徑流量變化亦呈減少趨勢(shì)[63-64],由于流域氣候干旱而間接導(dǎo)致白洋淀干涸的頻次不斷增加[7]。疊加上游城鎮(zhèn)工農(nóng)業(yè)及生活用水量不斷增加、水庫截流以及地下水超采等影響[2],致使入淀水量減少、淀區(qū)水位下降,濕地萎縮趨勢(shì)嚴(yán)重。為了緩解白洋淀濕地萎縮的變化態(tài)勢(shì),當(dāng)?shù)卣畬?shí)施了跨流域調(diào)水、引水補(bǔ)給白洋淀,在一定程度上緩解了淀區(qū)水位下降、濕地萎縮現(xiàn)象[3,65-66]。

(2)水體污染。白洋淀15處水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面的水質(zhì)類別數(shù)據(jù)顯示,除同口、北何莊全年淀干外,留通、郭里口、王家寨為Ⅳ類水質(zhì),其他10個(gè)斷面均為Ⅴ類水質(zhì),表明白洋淀水體污染形勢(shì)嚴(yán)峻[67]。淀區(qū)水質(zhì)的主要超標(biāo)項(xiàng)目為化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮等[68],主要污染源來自入淀河流上游工業(yè)和生活污水、淀區(qū)居民生活污水、墾殖活動(dòng)污染等[69]。府河等匯入淀區(qū)的河流帶來了上游保定市的大量工業(yè)和生活污水,大部分直接進(jìn)入白洋淀[68]。淀內(nèi)現(xiàn)有39個(gè)純水村、10萬居民,主要從事種植、養(yǎng)殖業(yè)等經(jīng)濟(jì)活動(dòng),淀區(qū)生活污水、排泄物、家禽畜牧業(yè)的廢棄物、糞便直接或間接入淀[69],網(wǎng)箱養(yǎng)魚的餌料含有大量氮和磷,除少量被魚食用,大部分的剩余物沉積水體。另外,隨著白洋淀旅游業(yè)的興起,旅游業(yè)機(jī)動(dòng)船舶管理不規(guī)范,廢水隨意排放,游客丟棄的垃圾廢物處理不善等,都成為白洋淀主要污染源。

(3)生物多樣性減少。20世紀(jì)50年代以前,白洋淀水質(zhì)清澈,水生生物種類較多。然而,自20世紀(jì)60年代以來,水體富營養(yǎng)化程度加劇,魚蝦大量死亡,鳥類日益減少[3]。近年來在實(shí)施上游水庫補(bǔ)給、跨流域調(diào)水補(bǔ)給白洋淀等工程作用下,白洋淀生態(tài)環(huán)境逐漸改善,魚類和鳥類的種類和數(shù)量逐漸增加。

(4)農(nóng)業(yè)開墾活動(dòng)加劇。白洋淀圍淀造田現(xiàn)象比較突出,耕地?cái)U(kuò)展改變了白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)類型結(jié)構(gòu)與空間格局,從而影響了白洋淀調(diào)洪治淤、生物多樣性維護(hù)等生態(tài)功能。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)

2.1.1外業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)

2018年7月24—27日開展了白洋淀濕地外業(yè)考察與調(diào)研,獲取了204個(gè)考察點(diǎn)位資料和信息,包括經(jīng)緯度、所屬地類、地表自然環(huán)境特征、周圍環(huán)境等,考察了白洋淀堤壩分布信息?？疾炻肪€110km,其中水域路線22km,陸域路線88km,明確了主要生態(tài)系統(tǒng)類型的表征信息,確定了白洋淀范圍與邊界。

2.1.2土地利用/覆被數(shù)據(jù)

收集了白洋淀濕地Landsat MSS/TM/ETM+/OLI、GF- 2 PMS衛(wèi)星遙感影像,在外業(yè)調(diào)查的基礎(chǔ)上,從不同地類影像特征差異性、空間分布異質(zhì)性、不同植被類型物候差異性三個(gè)方面開展了白洋淀濕地土地利用/覆被分類人機(jī)交互解譯。運(yùn)用ArcGIS軟件Editor模塊,以2018年GF- 2號(hào)PMS影像為主、以2018年Landsat-8 OLI影像為輔,人機(jī)交互解譯獲取2018年分類信息,并將解譯結(jié)果疊加到2018年Landsat- 8 OLI影像上。對(duì)比分析不同濕地類型和其他非濕地類型在Landsat- 8 OLI影像上的色調(diào)、形狀等特征,建立Landsat- 8 OLI影像人機(jī)交互解譯的“先驗(yàn)知識(shí)”。在此基礎(chǔ)上,基于2015年Landsat- 8 OLI影像對(duì)2018年分類信息進(jìn)行人機(jī)交互更新解譯,得到2015年分類結(jié)果。以此類推,分別基于2011年、2005年、…、1975年Landsat影像,對(duì)2015年、2011年、…、1980年分類信息進(jìn)行人機(jī)交互更新解譯,得到1975—2018年10期白洋淀濕地土地利用/覆被分類圖(圖1)。土地利用/覆被類型包含濕地、耕地、建設(shè)用地、林地4個(gè)一級(jí)地類。其中,濕地包含水體、水生植被、灘地3個(gè)二級(jí)地類,耕地包含水田、旱地2個(gè)二級(jí)地類。水生植被又包含挺水植物、浮葉植物2個(gè)三級(jí)地類。

圖1 1975—2018年白洋淀濕地土地利用/覆被Fig.1 Maps showing land use/land cover of Baiyangdian Wetland during 1975—2018

2.1.3其他數(shù)據(jù)源

其他數(shù)據(jù)源包括：植被凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)數(shù)據(jù)為2015年MOD17A3 NPP產(chǎn)品。基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)為2012年國家測(cè)繪地理信息局版《1∶100萬中國數(shù)據(jù)》。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)包括《2016年保定市水資源公報(bào)》[67]、2008—2017年《河北經(jīng)濟(jì)年鑒》[70]。

2.2 方法

2.2.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性評(píng)價(jià)方法

依據(jù)研究區(qū)自然地理特征、生態(tài)環(huán)境狀況,充分借鑒國內(nèi)其他濕地、湖泊生態(tài)功能評(píng)價(jià)已有研究案例[42-49],確定了白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性評(píng)價(jià)指標(biāo),包括水產(chǎn)品供給功能、水生植物供給功能、氣候調(diào)節(jié)功能、生物多樣性維護(hù)功能、水質(zhì)改善功能5項(xiàng)。

(1)水產(chǎn)品供給功能：指白洋淀濕地提供魚類、浮游動(dòng)物、底棲動(dòng)物等水產(chǎn)品的能力?；?015年Landsat- 8 OLI衛(wèi)星遙感影像,通過人機(jī)交互解譯獲取了白洋淀濕地人工養(yǎng)殖魚塘空間數(shù)據(jù)。以此將水產(chǎn)品供給功能重要性分為2個(gè)級(jí)別,即人工養(yǎng)殖魚塘區(qū)水產(chǎn)品供給功能為極重要(Ⅳ級(jí)),非人工養(yǎng)殖魚塘區(qū)水產(chǎn)品供給功能為不重要(Ⅰ級(jí))。

(2)水生植物供給功能：指白洋淀濕地提供挺水植物、沉水植物、浮水植物、漂浮植物等水生植物的能力?；谒参锔采w度量化水生植物供給功能,利用2015年Landsat- 8 OLI衛(wèi)星遙感影像,采用像元二分模型方法估算水生植物覆蓋度,以此將水生植物供給功能重要性分為4個(gè)級(jí)別,即不重要(Ⅰ級(jí))、較重要(Ⅱ級(jí))、中等重要(Ⅲ級(jí))和極重要(Ⅳ級(jí))。

(3)氣候調(diào)節(jié)功能：指通過濕地生態(tài)系統(tǒng)中的光合作用等生理生態(tài)過程實(shí)現(xiàn)對(duì)CO2的吸收與貯存,同時(shí)釋放O2,并通過食物鏈(網(wǎng))進(jìn)行有機(jī)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng),起到調(diào)節(jié)大氣組分、減緩溫室效應(yīng)的作用[71-72]。本研究基于植被凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)測(cè)算固碳量和釋氧量,從而評(píng)估白洋淀濕地氣候調(diào)解功能。由植物光合作用方程可知,植物每生產(chǎn)1kg干物質(zhì),能固定1.63kg CO2,同時(shí)釋放1.2kg O2[73]。以MODIS NPP產(chǎn)品為參照,建立Landsat- 8 OLI NDVI與MODIS NPP產(chǎn)品的統(tǒng)計(jì)模型。隨機(jī)在白洋淀濕地選取100個(gè)點(diǎn),統(tǒng)計(jì)這些點(diǎn)所在Landsat- 8 OLI NDVI與MODIS NPP的回歸模型,建立基于Landsat- 8 OLI NDVI的白洋淀濕地NPP統(tǒng)計(jì)模型為：NPP = 0.1877×NDVI+0.261(P<0.001)。基于NPP測(cè)算固碳量和釋氧量模型如下：固碳量：V_CO2=A×NPP×1.63；釋氧量：V_O2=A×NPP×1.2。其中,A為濕地生態(tài)系統(tǒng)面積,NPP為凈初級(jí)生產(chǎn)力,V_CO2為固碳量,V_O2為釋氧量。氣候調(diào)節(jié)功能重要性評(píng)價(jià)結(jié)果分為4個(gè)級(jí)別。

(4)生物多樣性維護(hù)功能：指白洋淀濕地提供動(dòng)植物棲息地從而維護(hù)生物多樣性的能力。本研究采用生境質(zhì)量指數(shù)方法,基于InVEST模型[74],選擇其中的生境質(zhì)量模塊,評(píng)價(jià)生物多樣性維護(hù)功能重要性,將評(píng)價(jià)結(jié)果分為4個(gè)級(jí)別。

(5)水質(zhì)改善功能：指濕地生態(tài)系統(tǒng)凈化水質(zhì)的能力。本研究基于《2016年保定市水資源公報(bào)》中白洋淀15處水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面的水質(zhì)類別評(píng)價(jià)水質(zhì)改善功能,水質(zhì)類別(受污染)程度越高,認(rèn)為需要提供的水質(zhì)改善功能越重要。利用普通克里格方法對(duì)各斷面水質(zhì)類別進(jìn)行空間插值,得到白洋淀濕地水質(zhì)類別柵格數(shù)據(jù),將評(píng)價(jià)結(jié)果分為4個(gè)級(jí)別。

白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。利用GIS空間分析功能,將上述各指標(biāo)重要性分布值逐像元求最大值,得到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性等級(jí)分布值。在此基礎(chǔ)上,繪制出白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性綜合評(píng)價(jià)圖。

表1 白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2.2.2生態(tài)系統(tǒng)敏感性評(píng)價(jià)方法

依據(jù)研究區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況及主要問題,參考《生態(tài)功能分區(qū)技術(shù)規(guī)范》(征求意見稿)[14],確定了白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo),包括水污染敏感性、濕地變化敏感性、重要自然與文化價(jià)值敏感性3項(xiàng)。

(1)水污染敏感性：指白洋淀水體受到來自入淀河流上游城鎮(zhèn)工業(yè)和生活污水、淀區(qū)居民生活污水、墾殖活動(dòng)污染、旅游業(yè)污染等影響而引起的原有水體污染的敏感程度,包括城鎮(zhèn)工業(yè)生活污染、村落非點(diǎn)源污染、養(yǎng)殖業(yè)污染、農(nóng)業(yè)開墾污染、旅游業(yè)污染。其中,城鎮(zhèn)工業(yè)生活污染對(duì)淀區(qū)水體污染影響最大,村落非點(diǎn)源污染、養(yǎng)殖業(yè)污染對(duì)淀區(qū)水體污染影響次之,農(nóng)業(yè)開墾污染、旅游業(yè)污染等對(duì)淀區(qū)水體污染也產(chǎn)生一定影響。根據(jù)入淀河流、農(nóng)村居民點(diǎn)、魚塘、耕地、景區(qū)設(shè)施等分布,考慮污染程度隨與污染源距離的變化關(guān)系,設(shè)置不同空間緩沖距離。距離污染源越近,其水體受到污染的敏感性等級(jí)越高[44]。在此基礎(chǔ)上,評(píng)價(jià)白洋淀濕地水污染敏感性,將評(píng)價(jià)結(jié)果分為5個(gè)級(jí)別,即不敏感(Ⅰ級(jí))、輕度敏感(Ⅱ級(jí))、中度敏感(Ⅲ級(jí))、高度敏感(Ⅳ級(jí))和極度敏感(Ⅴ級(jí))。

(2)濕地變化敏感性：指白洋淀濕地年際變化引起的不同濕地(水體、水生植被、灘地)類型和面積變化的敏感程度。基于1975—2018年間10期白洋淀濕地土地利用/覆被數(shù)據(jù),分析各類濕地變化類型、變化時(shí)間。在此基礎(chǔ)上,評(píng)價(jià)白洋淀濕地變化敏感性,將評(píng)價(jià)結(jié)果分為5個(gè)級(jí)別。

(3)重要自然與文化價(jià)值敏感性：指有代表性的自然生態(tài)系統(tǒng)、珍稀瀕危野生動(dòng)植物的天然集中分布地、有特殊價(jià)值的自然遺跡所在地和文化遺址、重要景觀與旅游資源分布區(qū)等對(duì)因人類活動(dòng)干擾而引起的原有價(jià)值損失的敏感程度[14]。重要自然與文化價(jià)值敏感性主要體現(xiàn)在經(jīng)過國家或省、市、縣級(jí)認(rèn)可的保護(hù)區(qū),如各類自然保護(hù)區(qū)、自然文化遺產(chǎn)、風(fēng)景名勝區(qū)、森林公園、地質(zhì)遺跡和地質(zhì)公園等。分析白洋淀各類保護(hù)區(qū)級(jí)別,將重要自然與文化價(jià)值敏感性的評(píng)價(jià)結(jié)果分為5個(gè)級(jí)別。

白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)敏感性指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。利用GIS空間分析功能,將上述各指標(biāo)敏感性分布值逐像元求最大值,得到生態(tài)系統(tǒng)敏感性等級(jí)分布值。在此基礎(chǔ)上,繪制出白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)敏感性綜合評(píng)價(jià)圖。

表2 白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)敏感性指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2.2.3生態(tài)功能分區(qū)方法

(1)分區(qū)目的與原則：面向白洋淀濕地生態(tài)保護(hù)和管理的需求,開展白洋淀濕地生態(tài)功能評(píng)價(jià),初步劃定生態(tài)功能分區(qū),其目的是明晰白洋淀濕地生態(tài)功能的空間分異規(guī)律,為雄安新區(qū)資源環(huán)境承載能力綜合監(jiān)測(cè)和透明雄安數(shù)字平臺(tái)建設(shè)提供空間信息支撐。白洋淀濕地生態(tài)功能分區(qū)遵循主導(dǎo)生態(tài)功能原則、生態(tài)系統(tǒng)類型完整性原則、區(qū)內(nèi)相似性原則、區(qū)間差異性原則以及等級(jí)性原則。

(2)分區(qū)方法：依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性和生態(tài)系統(tǒng)敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果,將兩者評(píng)價(jià)分級(jí)圖進(jìn)行疊加分析,得到如下三種綜合分區(qū)結(jié)果及其對(duì)應(yīng)的處理方法[14]：①生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性級(jí)別達(dá)到Ⅲ級(jí)(即中等重要)和Ⅳ級(jí)(極重要)的地區(qū),以其主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性覆蓋區(qū)域作為邊界劃分依據(jù)。②生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性級(jí)別為Ⅲ級(jí)以下(即不重要(Ⅰ級(jí))和較重要(Ⅱ級(jí)))的地區(qū),若生態(tài)系統(tǒng)敏感性級(jí)別達(dá)到Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)區(qū)域(即高度敏感和極度敏感區(qū)),以重要生態(tài)系統(tǒng)敏感性覆蓋區(qū)域作為邊界劃分依據(jù)。③其余地區(qū)(即生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性Ⅲ級(jí)以下且生態(tài)系統(tǒng)敏感性Ⅳ級(jí)以下的地區(qū)),結(jié)合白洋淀實(shí)際自然與經(jīng)濟(jì)狀況,并參考白洋淀地區(qū)相關(guān)規(guī)劃文件,選擇相對(duì)最重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的覆蓋區(qū)域作為其邊界劃分。最后,在考慮生態(tài)系統(tǒng)類型完整性的基礎(chǔ)上,結(jié)合白洋淀地區(qū)自然地理?xiàng)l件、生態(tài)環(huán)境狀況、生態(tài)保護(hù)和管理的需要等,作為分區(qū)參考,對(duì)上述綜合分區(qū)結(jié)果圖進(jìn)行合理的調(diào)整和完善,形成科學(xué)完整的分區(qū)結(jié)果圖。

(3)分區(qū)命名：白洋淀濕地生態(tài)功能區(qū)命名采用服務(wù)功能命名優(yōu)先、敏感性命名補(bǔ)充的方式[14]。生態(tài)功能區(qū)名稱組成為：區(qū)位+主導(dǎo)生態(tài)服務(wù)功能(或生態(tài)敏感性)+功能管控名稱。其中,區(qū)位包括東部、南部、西部、北部、東南部、西南部、東北部、西北部八個(gè)方位名稱；主導(dǎo)生態(tài)服務(wù)功能為主：區(qū)位+主導(dǎo)生態(tài)服務(wù)功能+“功能區(qū)”；主導(dǎo)生態(tài)敏感性為主：區(qū)位+生態(tài)敏感性+“保護(hù)區(qū)”/“恢復(fù)區(qū)”/“重建區(qū)”(按照敏感性影響程度由輕到重依次確定)。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性

白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性各指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果如圖2所示。(1)水產(chǎn)品供給功能重要性：2007—2016年白洋淀濕地水產(chǎn)品產(chǎn)量從25612噸增加到37404噸,增長46%[70]。遙感解譯結(jié)果顯示,2015年白洋淀濕地人工養(yǎng)殖魚塘共307處,總面積36.25km2,占白洋淀水體面積44.7%。從空間分布來看,人工養(yǎng)殖魚塘主要圍繞淀區(qū)居民地周圍密集分布,表明了淀區(qū)人民居住與水產(chǎn)養(yǎng)殖的空間相互作用關(guān)系。(2)水生植物供給功能重要性：2015年白洋淀濕地挺水植物面積113.78km2,占白洋淀濕地總面積31.1%,廣泛分布在白洋淀北部燒車淀、西部藻苲淀、中部大麥淀、西南部小白洋淀等淀泊區(qū)域；浮葉植物面積19.60km2,占白洋淀濕地總面積5.4%,僅在白洋淀濕地北部燒車淀、西部藻苲淀等局部區(qū)域集中分布。水生植物覆蓋度總體較高,且與水生植物種類關(guān)系密切,浮葉植物覆蓋度高于挺水植物,主要是由于浮葉植物葉片較大、分布密集。(3)氣候調(diào)節(jié)功能重要性：根據(jù)白洋淀濕地2015年固碳、釋氧反演結(jié)果可知,生態(tài)系統(tǒng)固碳量位于0.36—0.62kgC/m2之間,釋氧量位于0.27—0.46kgC/m2之間。(4)生物多樣性維護(hù)功能重要性：白洋淀濕地生境質(zhì)量總體處于較高水平,呈現(xiàn)出從白洋淀中心地區(qū)向外逐漸遞減的趨勢(shì)。白洋淀濕地中部的大麥淀及其附近地區(qū)的生境得分值多在0.6以上。北部燒車淀、西部藻苲淀、南部小白洋淀的局部地區(qū),受到的威脅程度較大,生境得分多在0.6以下。此外,東部、西北、南部等地區(qū)(多為建設(shè)用地、旱地、水田),生境得分多在0—0.3。(5)水質(zhì)改善功能重要性：受府河、唐河等河流上游水源污染,淀區(qū)西部藻苲淀、南部小白洋淀區(qū)域水質(zhì)類別>Ⅴ,水體污染嚴(yán)重,需要提供的水質(zhì)改善功能極重要。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明，白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性高,重要性等級(jí)為極重要區(qū)域的面積為166.93km2,面積占比45.7%；中等重要區(qū)域面積為50.73km2,占比13.9%；較重要區(qū)域面積為25.28km2,占比6.9%；不重要區(qū)域面積為122.64km2,占比33.5%。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性等級(jí)為較重要及以上的區(qū)域面積共242.94km2,占比66.5%。

圖2 白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.2 Evaluation results of ecosystem services function importance in Baiyangdian Wetland

3.2 生態(tài)系統(tǒng)敏感性

白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)敏感性各指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果如圖3所示。(1)水污染敏感性：白洋淀濕地水污染敏感性總體較為嚴(yán)重。其中,極度敏感區(qū)域面積57.35km2,占比15.7%,主要表現(xiàn)為城鎮(zhèn)工業(yè)生活污染,分布于淀區(qū)南部馬棚淀、西部藻苲淀、北部燒車淀區(qū)域；高度敏感區(qū)域面積20.37km2,占比5.6%,主要表現(xiàn)為村落非點(diǎn)源污染；中度敏感區(qū)域面積85.35km2,占比23.4%,主要表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)開墾污染；輕度敏感區(qū)域面積30.94km2,占比8.5%,主要表現(xiàn)為養(yǎng)殖業(yè)污染；不敏感區(qū)域面積171.42km2,占比46.9%。(2)濕地變化敏感性：白洋淀濕地變化敏感性空間分異性大,極度敏感區(qū)域分布于淀區(qū)南部馬棚淀、西部藻苲淀、北部燒車淀區(qū)域,這些區(qū)域濕地轉(zhuǎn)變?yōu)楹档?、水田等非濕地類?面積127.04km2,占比34.8%；高度敏感區(qū)域面積較小,為0.14km2,占比0.0%,這些區(qū)域?yàn)樽兓瘯r(shí)間大于20年的不同類型濕地之間相互轉(zhuǎn)變；中度敏感區(qū)域面積1.64km2,占比0.4%；輕度敏感區(qū)域面積34.48km2,占比9.4%,主要分布于淀區(qū)中部；不敏感區(qū)域面積139.50km2,占比38.2%,濕地類型沒有發(fā)生變化。此外,1975—2018年始終為非濕地類型的區(qū)域面積62.60km2,占比17.1%。(3)重要自然與文化價(jià)值敏感性：白洋淀濕地省級(jí)自然保護(hù)區(qū)總面積為296.96km2,其中核心區(qū)面積94.40km2,緩沖區(qū)面積53.68km2,實(shí)驗(yàn)區(qū)面積148.88km2[10]。白洋淀自然文化遺產(chǎn)包括容城縣晾馬臺(tái)遺址、上坡遺址,以及安新縣留村遺址、梁莊遺址、陳調(diào)元莊園。白洋淀風(fēng)景名勝區(qū)總面積366平方公里,是國家5A級(jí)旅游景區(qū)。

生態(tài)系統(tǒng)敏感性綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明，白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性表現(xiàn)出高等級(jí)的同時(shí),生態(tài)系統(tǒng)敏感性亦表現(xiàn)出較高等級(jí)分布,濕地變化敏感性最高,水污染敏感性次之,重要自然與文化價(jià)值敏感性較小。綜合來看,生態(tài)系統(tǒng)敏感性程度為極度敏感區(qū)域面積為177.99km2,占比48.7%；高度敏感區(qū)域面積為16.00km2,占比4.4%；中度敏感地區(qū)面積為15.73km2,占比4.3%；輕度敏感地區(qū)面積為78.25km2,占比21.4%；不敏感區(qū)域面積為77.61km2,占比21.2%。

3.3 生態(tài)功能分區(qū)

白洋淀濕地生態(tài)分區(qū)處理結(jié)果及分區(qū)參考如圖4所示。從圖中可知,生態(tài)重要性程度為Ⅳ級(jí)和Ⅲ級(jí)的區(qū)域位于白洋淀濕地的中部,為核心區(qū)域。淀區(qū)南部、西部多為生態(tài)敏感性Ⅴ級(jí)。淀區(qū)東北部為其余地區(qū),即生態(tài)系統(tǒng)重要性評(píng)價(jià)Ⅲ級(jí)以下且生態(tài)敏感性Ⅳ級(jí)以下的地區(qū)。將生物多樣性維護(hù)重要性Ⅳ級(jí)、濕地變化敏感性Ⅴ級(jí)、Ⅳ級(jí)、重點(diǎn)風(fēng)景名勝區(qū)、水產(chǎn)品供給區(qū)等空間分布特征作為分區(qū)參考。其中,生物多樣性維護(hù)重要性與濕地變化敏感性分別是白洋淀濕地最顯著的生態(tài)系統(tǒng)功能和敏感性因素；重點(diǎn)風(fēng)景名勝區(qū)是白洋淀濕地重要旅游景點(diǎn),空間上具有完整性；魚塘作為水產(chǎn)品供給的載體提供重要的生態(tài)功能。

基于白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性、生態(tài)系統(tǒng)敏感性評(píng)估結(jié)果,考慮生態(tài)系統(tǒng)類型完整性、生態(tài)敏感區(qū)域完整性,結(jié)合白洋淀地區(qū)地形地貌、土地覆被現(xiàn)狀、生態(tài)保護(hù)和管理的需要等,并通過多次調(diào)整和完善,最終形成白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)功能分區(qū)成果圖(圖5),各功能分區(qū)特征及保護(hù)目標(biāo)與發(fā)展方向如表3所述。

圖4 白洋淀濕地生態(tài)分區(qū)處理結(jié)果及分區(qū)參考Fig.4 Processing results and reference of ecological function regionalization in Baiyangdian Wetland

圖5 白洋淀濕地生態(tài)功能分區(qū)Fig.5 Map showing ecological function regionalization in Baiyangdian Wetland

4 討論

(1)分區(qū)方法體現(xiàn)了人地關(guān)系動(dòng)態(tài)特征。生態(tài)特征區(qū)劃和生態(tài)功能區(qū)劃是生態(tài)區(qū)劃的兩大組成部分[27]。從生態(tài)特征區(qū)劃到生態(tài)功能區(qū)劃,推動(dòng)了生態(tài)區(qū)劃從自然特征的歸納和概括發(fā)展到生態(tài)功能的監(jiān)測(cè)和管理,并在國家和地方層面得到廣泛實(shí)踐應(yīng)用,為我國生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與管理發(fā)揮了關(guān)鍵指引作用[28,34]。本文面向白洋淀濕地生態(tài)保護(hù)和管理需求,從生態(tài)環(huán)境狀況及主要問題出發(fā),依據(jù)《生態(tài)功能分區(qū)技術(shù)規(guī)范》(征求意見稿)生態(tài)功能分區(qū)方法,并充分借鑒國內(nèi)其他濕地、湖泊生態(tài)功能評(píng)價(jià)已有研究案例,基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能、生態(tài)系統(tǒng)敏感性,開展了白洋淀濕地生態(tài)功能分區(qū)研究。該方法不僅表現(xiàn)了白洋淀主要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能空間特征,而且考慮了水污染、濕地變化、自然與文化價(jià)值等生態(tài)系統(tǒng)敏感性特征,將自然生態(tài)過程與人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)影響相結(jié)合,體現(xiàn)了人地關(guān)系動(dòng)態(tài)特征,有助于提升對(duì)淀區(qū)可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃的支持能力和改變濕地生態(tài)系統(tǒng)管理方式。在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性評(píng)價(jià)指標(biāo)選取方面,由于資料和數(shù)據(jù)受限,對(duì)水資源供給功能、文化服務(wù)功能(如歷史文化、科研與教育文化)等指標(biāo)評(píng)價(jià)尚未分析,是本研究不足之處。

(2)分區(qū)結(jié)果注重現(xiàn)狀與歷史相結(jié)合。本文基于2015年現(xiàn)狀數(shù)據(jù)開展生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性評(píng)價(jià),基于1975—2018年土地利用/覆被數(shù)據(jù)開展?jié)竦刈兓舾行栽u(píng)價(jià),反映了濕地生態(tài)功能現(xiàn)狀特征,體現(xiàn)了濕地歷史變化特征,注重現(xiàn)狀與歷史的結(jié)合,分區(qū)結(jié)果涵蓋了淀區(qū)生態(tài)環(huán)境時(shí)空特征,有助于服務(wù)未來淀區(qū)生態(tài)保護(hù)規(guī)劃決策實(shí)施。由于本文將白洋淀自然保護(hù)區(qū)已列為評(píng)價(jià)指標(biāo)之一,因此綜合分區(qū)結(jié)果與《白洋淀省級(jí)自然保護(hù)區(qū)總體規(guī)劃》(修編版)中的保護(hù)區(qū)總面積不具可比性。唯一可比較的文獻(xiàn)是趙英魁等1995年研究的白洋淀功能區(qū)劃,該研究根據(jù)白洋淀地形地貌及海拔高程的差異,同時(shí)參照其水質(zhì)、現(xiàn)狀用途及人口密度等,將白洋淀99個(gè)淀泊劃分為9個(gè)不同的區(qū)域。由于本研究與趙英魁等在指標(biāo)選取、分區(qū)方法方面均有所不同,因此二者研究結(jié)果在分區(qū)邊界劃分尺度、部分核心功能區(qū)劃分上有所差異。

(3)基于生態(tài)功能分區(qū)的決策建議。①實(shí)行分區(qū)管制：針對(duì)不同生態(tài)功能區(qū)特征,實(shí)行生態(tài)環(huán)境治理與保護(hù)分區(qū)管制。對(duì)于生態(tài)功能區(qū),重點(diǎn)保護(hù)水生植物種植種類和范圍,恢復(fù)濕地面積,為重要?jiǎng)又参飾⒌靥峁┍Ｕ?；?duì)于生態(tài)敏感區(qū),重點(diǎn)治理水體污染、清理淤化水體、實(shí)施退耕還濕,其中生態(tài)敏感性保護(hù)區(qū)重點(diǎn)保護(hù)自然生態(tài)景觀,生態(tài)敏感性恢復(fù)區(qū)重點(diǎn)治理水體污染、清理淤化水體,生態(tài)敏感性重建區(qū)重點(diǎn)實(shí)施退耕還濕、恢復(fù)濕地范圍與面積。②加強(qiáng)水陸統(tǒng)籌：白洋淀濕地水源不足、水體污染等問題需要水陸統(tǒng)籌綜合治理。以流域?yàn)閱卧?在白洋淀流域水資源科學(xué)合理分配的前提下,持續(xù)性實(shí)施跨流域、跨區(qū)域生態(tài)調(diào)水補(bǔ)給白洋淀水資源,確保淀區(qū)水位和水量均衡長期保持為正均衡狀態(tài)。嚴(yán)控上游地區(qū)水污染源,轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式,規(guī)劃綠色、清潔產(chǎn)業(yè)布局。③強(qiáng)化制度保障：優(yōu)化完善生態(tài)環(huán)境管理機(jī)制和管理模式,建立以白洋淀濕地國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)、國家級(jí)風(fēng)景名勝區(qū)、重要自然與文化遺產(chǎn)為核心的“國家公園”管理體系,建設(shè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò),持續(xù)性開展生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)工作,為白洋淀濕地保護(hù)提供科技支撐。

表3 白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)功能分區(qū)特征、保護(hù)目標(biāo)與發(fā)展方向

5 結(jié)論

本研究基于水產(chǎn)品供給功能、水生植物供給功能、氣候調(diào)節(jié)功能、生物多樣性維護(hù)功能、水質(zhì)改善功能,綜合評(píng)價(jià)了白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性,從水污染敏感性、濕地變化敏感性、重要自然與文化價(jià)值敏感性方面,綜合評(píng)價(jià)了白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)敏感性?；谏鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性、生態(tài)系統(tǒng)敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果,綜合考慮生態(tài)系統(tǒng)類型完整性、生態(tài)敏感區(qū)域完整性,并結(jié)合白洋淀地區(qū)地形地貌、土地覆被現(xiàn)狀、生態(tài)保護(hù)和管理的需要等,將白洋淀濕地初步劃分為7個(gè)一級(jí)生態(tài)功能區(qū)和19個(gè)二級(jí)生態(tài)功能區(qū)。本研究在分區(qū)方法方面將白洋淀濕地自然生態(tài)過程與人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)影響相結(jié)合,體現(xiàn)了人地關(guān)系動(dòng)態(tài)特征；分區(qū)結(jié)果注重現(xiàn)狀與歷史的結(jié)合,涵蓋了淀區(qū)生態(tài)環(huán)境時(shí)空特征,有助于服務(wù)未來淀區(qū)生態(tài)保護(hù)規(guī)劃決策實(shí)施。建議在實(shí)施白洋淀生態(tài)環(huán)境治理和保護(hù)過程中,依據(jù)白洋淀濕地生態(tài)功能分區(qū)特征,實(shí)行分區(qū)管制,制定對(duì)應(yīng)的生態(tài)環(huán)境治理和保護(hù)措施。