基于功能分区的沈阳生态保护红线划定

程丽轩，陈宏伟，2，江俊涛，齐淑艳，2，夏广锋

（1. 沈阳大学 生命科学与工程学院，辽宁 沈阳 110044；2. 沈阳大学 辽宁省城市有害生物治理与生态安全重点实验室， 辽宁 沈阳 110044；3. 辽宁省生态环境厅 辽宁省生态环境保护科技中心，辽宁 沈阳 110015）

0 引言

为应对日益突出的生态环境问题，许多国家建立自然保护区、名胜风景区等，实践证明这些措施对生态系统的保护起到显著作用[1].改革开放以来，中国经济快速发展，在工业、城镇、交通等基础建设不断推进的同时，生态环境也遭到较为严重的破坏，人与自然之间的环境问题日益突出[2-3].针对这一问题，国内生态学家提出了“生态保护红线”的概念[4].生态红线是指在一定的生态空间范围内，具有特殊重要的生态功能而需要保护的区域边界[5].为维护区域的生态安全和生态服务功能，生态保护红线是必须强制性严格保护的区域，是保障和维护国家生态安全的底线和生命线[6-8].生态保护红线由重要生态功能区保护红线、生态敏感区和脆弱区保护红线、生物多样性保护红线3大类型构成[9-12].

沈阳存在较多生态环境问题，如耕地土壤退化、空气污染、水体污染等，这些问题不仅影响沈阳生态环境和生态文明建设，而且还制约沈阳经济发展.因此，基于国内外生态红线规划理论框架和技术方法，从生态敏感性、生态功能重要性、法定保护地和水源保护区等方面入手，建立沈阳生态红线指标评价体系，并划定沈阳域生态保护红线，以期保护沈阳现有生态资源.

1 研究区域概况

沈阳地处长白山余脉与辽河冲积平原的过渡地带，以平原为主，地势东高西低.在法库县境内，平均海拔约50 m，最高海拔高度为447.2 m；在辽中县境内，最低海拔高度为5.3 m.冲积平原地貌面积占沈阳土地面积的49.8%.沈阳气候特征为冬冷夏暖，雨水集中，年均降水量727.4 mm，年均蒸发量1 410 mm，夏季降水占60%以上.年均气温 7.9 ℃，年均无霜期150 d.沈阳属于北温带受季风影响的半湿润大陆性气候，土地利用类型以耕地为主，土壤类型多为棕壤、草甸土和水稻土等.沈阳境内有辽河、浑河、绕阳河、柳河大型河流穿过，水资源总量约为32.6 亿m3.

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

（1）遥感数据来源于美国航空航天局的产品数据，时间跨度为2005-2015年，分辨率为250 m.

（2）土地利用数据依据2015年环境遥感监测土地覆盖进行土地类型划分，分辨率为30 m，按照《土地利用现状分类标准（GB-T21010-2007）》划分为6类.

（3）气象数据源自中国气象局以及县级站点数据，分辨率为30 m.

（4）土壤数据为沈阳行政区域和全国以1 100∶ 万土壤分类图确定.

（5）地形（DEM）数据来源于国际科学数据服务平台，分辨率为30 m，利用ArcGIS提取地形相关信息.

2.2 研究方法

识别评价范围进行，根据国家和省市相关规定确定法定保护地，将法定保护地直接划入生态红线，剩余区域划入评价范围.在评价范围内从生态功能重要性与生态敏感性评价2个方面构建指标体系，进行生态保护重要性评价，将生态功能极重要区域和生态极敏感区域划为生态保护红线区[13].

（1）沈阳法定保护地范围划定

沈阳法定保护地红线边界遵循已有的边界规定，各个区域需要按照法律依据进行划定.

（2）生态功能评价

基于地理信息系统（ArcGIS）平台，从水土保持、水源涵养、生物多样性保护、防风固沙4个方面进功能行评价[13-15].

① 水土保持

利用修正的通用水土流失方程（RUSLE）方程进行评价[16].水土保持量为

式中，A为潜在土壤侵蚀量，t/(hm2·a)；B为实际土壤侵蚀量，t/(hm2·a)；R为降水侵蚀力，MJ·mm/(hm2·h·a)；K为土壤可蚀性因子，t·hm2·h/ (hm2·MJ·mm)；LS为地形因子，取0.15～0.5；C为植被覆盖因子，取0～1.

② 水源涵养生态系统水源涵养作用可以减少地表径流量，增加地下径流和地下水的储量.水源涵养服务能力指数[17]为

式中，Nmean为多年生态系统净初级生产力平均值，gC/(m2·a)；Fsic为土壤渗流能力因子；Fpre为由多年平均年降水量数据插值并归一化到0～1；Fslo为根据最大最小值法归一化到0～1的评价区域坡度.

③ 生物多样性保护

基于每个土地利用单元的土地利用类型来划分生物多样性等级类型，森林为一级、灌木为二级、湿地为三级、草地为四级、农田和居民点为五级.生物多样性指数[18]为

式中，KNDVI为生物丰度指数的归一化系数；a为林地指数；b为草地指数；c为水域湿地指数；d为耕地指数；e为建设用地指数；f为未利用地指数；S′为区域面积.

④防风固沙功能[19]重要性评价

防风固沙服务能力指数为

干燥指数为

式中，K为土壤质地；C为植被覆盖因子，取0～1；∑10 °C为日温大于等于10 ℃持续期间活动积温总和，r为同期降水量，mm.

（3）生态敏感性评价

从水土流失、土地沙化、河湖滨带3方面评价沈阳生态环境敏感性[20].

① 水土流失

利用水土流失影响因子计算水土流失敏感性指数[21]，其计算公式为

式中，Ri为降水侵蚀力；Ki为土壤质地因子；LSi为坡度坡长因子，取0.15～0.5；Ci为覆盖因子，取0～1；下标i为i评价区域.

② 土地沙化

选取干燥度指数、起沙风天数、土壤质地、植被覆盖度等评价指标[22]，计算并生成土地沙化敏感性等级分布，i评价区域土地沙化敏感性指数为

式中，Fs、Ci、Ii分别为i评价区域土壤质地、植被覆盖度（0～1）和干燥指数的敏感性等级.土地沙化敏感性评价指标及分级见表1.

表1 土地沙化敏感性评价指标及分级Tab.1 evaluation and classification of land desertification sensitivity index

③河湖滨带

河湖滨带敏感性由河流水环境功能、水质目标以及滨岸带集水区土壤侵蚀强度确定，滨岸带植被最小保护宽度[23]为

式中，a为水质目标敏感性等级，取0～1；b为滨岸带集水区土壤侵蚀强度.

根据土壤侵蚀强度确定最小保护宽度，将河流水质目标划分为5个等级，见表2.

表2 河湖滨带最小保护宽度推荐值Tab.2 recommended minimum protection width of river lakeside zone

3 结果与分析

3.1 法定保护地范围与分析

沈阳法定保护地划定范围包含世界文化遗产、自然保护区、森林公园、风景名胜区、湿地公园和水源保护地，利用草地资源规划（ArcGIS）平台确定法定保护地红线区，将沈阳法定保护地划分6类，见表3.世界文化遗产为沈阳故宫、清昭陵、清福陵；自然保护区为卧龙湖和滑石台地质遗迹省级自然保护区、石人山、白清寨、仙子湖和五龙山市级自然保护区；森林公园为陨石山和沈阳国家森林公园；风景名胜区为棋盘山、沈阳怪坡、沈阳朝阳山和沈阳中华寺风景区；湿地公园为獾子洞、七星和蒲河国家湿地公园；水源保护地38处.

3.2 生态功能区识别

沈阳水土保持功能分一般重要、中等重要、重要和极重要区，面积占比依次为96.38%、2.55%、0.91%、0.16%.沈阳法定保护地类型、对应名称、红线划定区域见表3.

表3 沈阳法定保护地红线划定区域Tab.3 red line delimitation area of Shenyang legal protected area

表4为沈阳各生态功能区面积及所占全区面积的比例，沈阳水土保持功能以一般重要为主.沈阳极重要水土保持功能区域主要集中在法库县中部和东部、沈北新区石人山、浑南区棋盘山、苏家屯区等，该区域具有较高植被覆盖度，植被类型丰富多样，以天然次生林为主.一般重要、中等重要、重要和极重要的水源涵养功能重要性面积占比依次为30.60%、31.60%、28.80%、9.00%，生物多样性保护功能重要性面积占比依次为11.00%、73.00%、2.00%、14.00%. 沈阳生物多样性保护功能以中等重要为主，极重要生物多样性保护功能区域主要集中在沈北新区石人山和七星山、浑南区棋盘山、苏家屯区、法库县、康平县等区域，以及沈阳范围内主要河流的滩涂和水域、沈阳其他湿地等.一般重要、中等重要、重要、极重要防风固沙功能重要性面积占比依次为30.50%、30.10%、29.70%、9.70%，沈阳极重要防风固沙功能区域主要集中在康平县西北部、法库县西北部、新民市西部，以及柳河、秀水河、养息牧河、绕阳河的防护带.沈阳极重要水土保持、水源涵养、生物多样性保护、防风固沙功能占地面积依次为21.01 km2、1 157.23 km2、1 800.02 km2、1 247.34 km2，其极重要生态功能区域叠加面积为 3 727.51 km2，占沈阳土地总面积的比约为28.40%.沈阳极重要生态功能区主要集中在沈北新区东部、新民市中西部、康平县中部和西北部、辽中县东南部、法库县中部、浑南区和苏家屯区，极重要功区主要功能为涵养水源等.

表4 沈阳各生态功能区面积及占比Tab. 4 area and proportion of the ecological functions regions in Shenyang

3.3 生态敏感区识别

表5为沈阳各生态敏感区面积及所占面积的比例，沈阳水土流失不敏感区、轻度敏感区、中度敏感区、高度敏感区、极敏感区，占比依次为19.30%、23.00%、20.80%、28.40%、8.50%，以高度敏感为主.沈阳水土流失极敏感区域主要集中在苏家屯区东部、法库县八虎山、浑南区棋盘山、沈北新区石人山，这些区域地形起伏较大，土壤砂砾含量较高，容易发生水土流失.土地沙化不敏感区、轻度敏感区、中度敏感区、高度敏感区、极敏感区，占比依次为40.40%、27.60%、14.80%、7.00%、10.20%，极敏感区土地沙化主要集中在康平县西北部、法库县包家屯、新民市南部、辽中县和于洪区部分乡镇，该区域降雨量稀少而蒸发量和风力大，植被覆盖度低，高强度的生产建设活动导致该区域水土流失严重.沈阳河湖滨带以不敏感为主，极敏感河湖滨带区域主要集中在康平县、法库县、新民市河道区域附近以及辽河、浑河、蒲河沿岸地区，该区域在水力侵蚀作用下导致土地沙化和土地盐渍化.

表5 沈阳各生态敏感区面积及占比Tab. 5 area and proportion ratio of the environmental sensitive regions in Shenyang

将不同生态敏感脆弱图叠加后可知，沈阳极敏感水土流失、土地沙化、河湖滨带占地面积为 1 093.47 km2、1 312.32 km2、399.03 km2，其极敏感生态环境区域叠加面积为2 383.50 km2，占沈阳土地总面积的18.16%.主要集中河流沿岸、沈阳湿地和水库分布区以及康平县、法库县、新民市周边区域.

3.4 沈阳生态保护红线划定结果分析

根据生态保护红线区域的不同属性，结合不同功能区，确定生态保护红线区，共计98处，划定总面积为2 756.25 km2，占沈阳面积的21.00%.

4 结论

（1）采用沈阳遥感影像数据、土地利用数据、气象数据、土壤类型数据，以及地形数据，运用GIS 软件，结合区域自然环境特点，在充分分析区域生态环境重要性和区域生态敏感性基础上，确定水土保持功能、水源涵养功能、防风固沙功能以及生物多样性保护功能的分布区域和面积.重要生态功能区主要分布于沈阳林地、草地、河流等地区；水土流失敏感性、土地沙化敏感性和河湖滨带敏感性主要分布在河流沿岸、湿地和水库，通过空间叠加分析，同时考虑法定保护地的空间分布，进而确定沈阳生态保护红线区.

（2）沈阳生态保护红线区域主要集中在沈阳的林地、河流，以及自然保护区等，其总面积为2 756.25 km2，占沈阳土地面积的21.00%.不仅包括生态服务功能重要的地区，也包括环境敏感性较高和生态较为脆弱的地区. 这些区域纳入沈阳生态保护红线范围，可以为提高沈阳的生态系统服务功能、保障人居环境安全、保护生物多样性、促进经济社会发展等方面产生积极而重要的成效.