福建省水土保持功能区生态保护红线划定

王翠平，丁 黎，王润平

(1.集美大学 理学院，福建 厦门 361021； 2.国家测绘局 大地测量数据处理中心，陕西 西安 710054； 3.山西省交通规划勘察设计院，山西 太原 030012)

福建省水土保持功能区生态保护红线划定

王翠平1，丁 黎2，王润平3

(1.集美大学 理学院，福建 厦门 361021； 2.国家测绘局 大地测量数据处理中心，陕西 西安 710054； 3.山西省交通规划勘察设计院，山西 太原 030012)

水土保持功能区；水土保持服务能力指数；生态保护红线；福建省

福建省是我国重要的水土保持功能区之一，为了保障其水土保持生态系统功能，结合福建省多年生态系统净初级生产力平均值、土壤可蚀性及坡度信息，利用定量指标法估算了福建省水土保持服务能力指数，并对福建省水土保持功能进行了评价，在提取福建省水土保持极重要区的基础上划定了福建省水土保持功能区生态保护红线，结果表明福建省水土保持生态保护红线区占福建省区域总面积的40%左右，主要分布在东部沿海区及重要河流区。

随着工业化和城镇化的快速发展，人类对自然资源的需求不断增加，自然资源生态平衡受到影响，自然生态系统的生态服务功能下降，资源枯竭与环境污染等问题影响了人类社会的可持续发展[1]。2011年《国务院关于加强环境保护重点工作的意见》(国发〔2011〕35号)提出划定生态红线任务，生态保护红线划定工作得到全国的重视。2015年《生态保护红线划定技术指南》(简称《指南》)正式出台，成为我国首个生态保护红线划定的纲领性技术指导文件[2]。《指南》指出，生态保护红线是指依法在重点生态功能区、生态环境敏感区和脆弱区等区域划定的严格管控边界，是国家和区域生态安全的底线[3]。水土保持生态功能是生态功能中的一类，水土的流失将影响其生态系统服务功能，进而影响中国的生态环境建设和社会经济发展。因此，对水土保持功能重要性进行评价，合理划定水土保持生态功能红线，对重要水土保持功能区进行严格控制和保护，对区域可持续发展具有重要意义[4-6]。

福建省地貌类型以山地丘陵为主，山地丘陵面积占全省土地总面积的89%左右，且地质构造运动较强烈，坡度是福建省土壤侵蚀的重要地形影响因子之一。同时，福建省属多雨区，且具有雨量集中、影响范围大、雨量大、雨势迅猛等特点，容易对土壤造成局部严重侵蚀。另外，福建省地质岩层以花岗岩等结晶岩类为主，其风化形成的土壤以砂粒和黏粒为主，这类土壤透水性差，较容易发生侵蚀[7-8]。基于这些土壤侵蚀影响因素，福建省水土保持防治虽已取得了显著成效，但土壤侵蚀仍然存在潜在危险[9]。

1 研究方法

1.1 水土保持功能区生态保护红线划定方法

《指南》指出，水土保持功能区生态保护红线划定的前提为水土保持功能重要性评估，依据水土保持功能评估与分级结果，将水土保持极重要区划入生态保护红线。具体划定过程如图1所示。

图1 水土保持功能区生态保护红线划定流程

1.2 指标获取

影响水土保持功能的因素主要包括3个，分别为生态系统净初级生产力、土壤可蚀性因子和坡度因子[3]。

1.2.1 生态系统净初级生产力

生态系统净初级生产力(NPP)采用基于CASA的光能利用率模型计算，CASA模型是被国内外广泛用于NPP模拟的模型。NPP的决定因素包括植被所吸收的光合有效辐射(APAR)与光能利用率(ε)，而APAR由植被所能吸收的太阳有效辐射和植被对入射光合有效辐射的吸收比例来确定，ε是在一定时期单位面积上生产的干物质中所包含的化学潜能与同一时间投射到该面积上的光合有效辐射能之比[10-11]。模型的实现过程参见文献[10-11]。

1.2.2 土壤可蚀性因子

土壤可蚀性K值是标准小区上单位降雨侵蚀力所引起的土壤流失量[12]。其计算公式[13-14]为

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为土壤砂粒含量，%；SIL为土壤粉粒含量，%；CLA为土壤黏粒含量，%；C为有机碳含量,%；SN1=1-SAN/100。

1.2.3 坡度因子

利用地理信息系统软件，采用数字高程模型来提取研究区的坡度信息。

1.3 水土保持重要性评价方法

依据《指南》，水土保持功能重要性评价方法有两种，分别为定量指标法和基于通用土壤流失方程(USLE)的模型法，其中：USLE模型法被广泛应用于水土保持重要性评价，但该模型需要丰富的数据资料支持；而定量指标法强调绿色植被、地形因子和土壤结构因子在水土保持中的作用，较USLE模型更容易实现，较适用于对大区域的土壤保持进行快速评价。故采用定量指标法来评价福建省水土保持重要性。以生态系统水土保持服务能力指数作为评价指标，计算公式[3]为

Spro=NPPmean×(1-K)×(1-Fslo)

(2)

式中：Spro为水土保持服务能力指数；NPPmean为评价区域多年生态系统净初级生产力平均值；K为土壤可蚀性因子；Fslo为根据最大最小值法归一化到0～1之间的评价区域坡度栅格数据(利用地理信息系统软件，由DEM计算得出)。

2 水土保持重要性评价

2.1 指标因子评价

2.1.1 生态系统净初级生产力评价

NPP计算所需植被覆盖指数来自MODIS/NDVI产品，气候数据来自中国气象科学数据共享服务网(http://cdc.cma.gov.cn/)。本研究计算了福建省2000—2010年各年的NPP，并进一步求得福建省2000—2010年NPPmean，结果见图2。福建省2000—2010年多年生态系统净初级生产力平均值总体较高，超过800 g/m2的区域占全省总面积的93.2%，仅福州市市辖区、厦门市市辖区及泉州市市辖区的NPPmean偏低，这与福建省的地形和气候具有一定的相关性。福建省的地貌类型89%为山地丘陵，同时福建省属多雨区，利于植被的生长，因而福建省总体植被覆盖度较高。

图2 福建省2000—2010年NPPmean分布

2.1.2 土壤可蚀性评价

由土壤可蚀性计算公式可知，土壤可蚀性受土壤砂粒含量、粉粒含量、黏粒含量及有机碳含量的影响。本研究中土壤基础数据来源于黑河计划数据管理中心(http://westdc.westgis.ac.cn) 的基于世界土壤数据库(HWSD)的中国土壤数据集，中国境内数据源为第二次全国土地调查南京土壤所提供的1∶100万土壤数据。由土壤可蚀性计算公式得到福建省土壤可蚀性K值图，依据表1对K值结果进行分级[15]，得到福建省土壤可蚀性类型分布图(图3)。福建省的土壤可蚀性类型大部分为强蚀性和易蚀性，其面积占福建省总面积的比例高达92.2%，表明福建省的土壤保持工作非常重要。

表1 土壤可蚀性K值分类分级标准

2.1.3 坡度评价

福建省数字高程模型数据集来源于黑河计划数据管理中心(http://westdc.westgis.ac.cn)的中国1 km分辨率数字高程模型数据集。利用ArcGIS软件的地形分析功能提取福建省坡度信息，并依据《水土保持综合治理 规划通则》(GB/T 15772—2008)对其进行分级划分，见表2。图4为福建省坡度等级分布图，福建省地形坡度以微坡和缓坡为主，其面积分别占福建省总面积的86.2%和13.3%，这表明虽然福建地貌以山地丘陵为主，但其地形坡度较缓，较少存在各类型的陡坡

图3 福建省土壤可蚀性类型分布

图4 福建省坡度等级分布

2.2 福建省水土保持重要性评价

结合福建省多年生态系统净初级生产力平均值、土壤可蚀性和坡度信息，利用定量指标法，估算福建省水土保持服务能力指数。参照《指南》关于生态系统服务功能等级的评价方法，进一步采用Quantile(分位数)功能对福建省水土保持服务能力指数进行4级分类，将其重要性由低到高依次划分为4个重要性级别，即一般重要、中等重要、重要、极重要[3]，结果见图5。对福建省水土保持重要性评价结果进行统计分析，福建省水土保持一般重要区面积占福建省总面积的24.8%，水土保持中等重要区面积占总面积的25.0%，水土保持重要区面积占总面积的25.7%，水土保持极重要区面积占总面积的24.5%。福建省水土保持极重要区主要分布在东部沿海及中偏东地区。

图5 水土保持重要性评价结果

将福建省水土保持重要性评价结果图与福建省行政区划图进行空间叠加分析，进一步分析福建省水土保持极重要区的空间分布差异。统计各行政区内水土保持极重要区面积占总面积的比例，结果见图6。如图6所示，福建省水土保持极重要区面积占总面积比例超过50%的行政区包括诏安县、云霄县、漳浦县、漳州市市辖区、长泰县、南平市和福鼎市，水土保持极重要区面积占总面积40%～50%的行政区包括南靖县、龙海市、厦门市同安区、泉州市市辖区、南安市、霞浦县和连江县，水土保持极重要区面积占总面积30%～40%的行政区包括东山县、平和县、华安县、厦门市的集美区和海沧区、仙游县、莆田市市辖区、福清市、长乐市、福安市、三明市市辖区、沙县、顺昌县、建阳市，其他地区水土保持极重要区面积占行政区总面积的比例低于30%。

图6 福建省水土保持极重要区空间分布

3 福建省水土保持功能区生态保护红线划定结果

参照《指南》中的水土保持功能区生态保护红线划定方法，依据水土保持重要性评价结果，将极重要区划定为生态保护红线范围。对水土保持极重要区进行图斑聚合处理，将相对聚集或邻近的图斑聚合为相对完整连片图斑，聚合距离为250 m，最小孔洞大小为1 km2，同时为了减少红线区的破碎化程度，将面积较小的独立图斑删除[3]。最终，得到福建省水土保持生态保护红线区域，与福建省水系图叠加后结果见图7。福建省水土保持生态保护红线覆盖范围占福建省总面积的40%左右，主要分布在东部沿海地带、中部的闽江流域、西南部的汀江流域，以及东南部的九龙江流域。

4 结 论

福建省是我国重要水土保持功能区，也是大陆对台经济合作的重要区域。为了维护福建省生态安全格局、保障水土保持生态系统功能、支撑其经济社会可持续发展，本研究在对福建省进行水土保持重要性评价的基础上，对其水土保持生态保护红线进行了划定，将福建省水土保持重要性分为4个等级，并将水土保持极重要区划定为生态保护红线区域。结果显示，福建省水土保持生态保护红线区面积占福建省总面积的40%左右，主要分布在东部沿海及重要河流流域区。

水土保持生态保护红线是指依法在水土保持生态功能区划定的严格管控边界，是国家和区域生态安全的底线，在国土开发过程中应限制在其内部进行大规模高强度的工业化城镇化开发。近年来，随着海峡西岸经济区的提出，福建省经济发展迅速，而在快速推进经济发展进程中，应严格遵守控制水土保持生态保护红线区域内的城镇化建设，以期实现区域与经济的可持续发展。

图7 福建省水土保持功能区生态保护红线

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S157

A

1000-0941(2017)12-0029-05

国家自然科学基金项目(41571148)；福建省自然科学基金项目(2014J01161)；福建省教育厅科技专项(JK2015024)；集美大学校启动金项目(ZQ2016004)

王翠平(1980—),女，河北玉田县人，讲师，理学博士，主要研究方向为生态规划、空间分析及遥感应用等。

2017-05-10

(责任编辑 徐素霞)