江苏省国土空间生态保护修复区的识别划定_叶贝.pdf

第32卷第2期2023年2月长江流域资源与环境esources and Environment in the Yangtze BasinVol32 No2Feb 2023江苏省国土空间生态保护修复区的识别划定叶贝1，隋雪艳2，王晓瑞2，殷齐琪1，王君櫹3，周生路1*(1 南京大学地理与海洋科学学院，江苏 南京 210023;2 江苏省土地开发整理中心，江苏 南京 210017;3 南京财经大学公共管理学院，江苏 南京 210023)摘要:国土空间生态保护修复规划是国土空间规划体系中的重要专项规划，其中保护修复区识别和划定是该项规划编制的关键内容。针对当前省域尺度国土空间生态保护与修复研究开展较少的状况，以江苏省为研究区，通过构建多级指标体系对全省生态重要区域和敏感区域及其等级层次进行了评价识别，然后整合二者成果，对江苏省各类各级生态保护修复区进行了划定。结果表明:(1)江苏省国土空间生态保护修复区可划分为生态保护重点区、生态修复关键区和生态修复一般区，面积分别为 17 548、4 688、16 981 km2，比例16.17%、4.32%、15.65%。(2)生态保护重点区主要包括太湖、洪泽湖等湖泊地区、长江过境段下游以及东部沿海湿地等，生态修复关键区主要分布在苏南的太湖流域、长江沿岸以及苏北的沂沭泗流域，生态修复一般区则主要集中在沂沭泗流域北部、苏中的淮河里下河流域、长江过境段上游沿岸和东部沿海地区，其余大多在苏北地区零散分布。(3)生态保护重点区主要由水域、湿地构成，生态修复关键区和一般区则分别以城市周边地区和农业生产用地为主。关键词:生态保护修复;国土空间规划;生态重要性;生态敏感性;江苏省中图分类号:X321文献标识码:A文章编号:1004-8227(2023)02-0250-10DOI:10.11870/cjlyzyyhj202302002收稿日期:2022-03-22;修回日期:2022-06-22基金项目:江苏省自然资源科技项目(2020001，2020006，2022047);国家自然科学基金项目(41771243)作者简介:叶贝(1999)，女，硕士研究生，主要研究方向为国土空间生态保护修复 E-mail:*通讯作者 E-mail:生态系统作为人类生存发展的基础，不断地为人类提供生态产品和服务，是不可或缺的自然资源和自然资产1。然而，由于城市的快速扩张和经济的快速发展，自然生态系统正承受着前所未有的压力，并出现了不同程度的退化25。生态保护和修复是改善生态环境、提升生态系统服务、维护生态安全的重要路径6，新发展阶段对生态文明建设提出了一系列新的要求，系统地推进生态保护修复成为当前研究的热点7。目前，国内外学者针对生态系统保护修复已展开众多研究。但这些研究主要集中于受污染土壤修复、退化森林修复、矿区土地修复、湖泊水体生态修复等810，更多针对单一要素或者单一功能，对生态系统的地域完整性、保护的整体性、修复 的 系 统 性、治 理 的 综 合 性 等 考 虑 不足11，12。为弥补这些不足，近年兴起了具全域性、综合性、系统性等特点的国土空间生态保护修复研究，但空间还主要集中于小流域、区县等中小尺度13，省域大尺度开展较少，仅关注生态源地和廊道等局部区域、部分要素14。另外，国土空间生态保护修复规划是国土空间规划体系中的重要专项规划，其编制是国土空间生态保护修复的前提基础，并提供实施指引。其中，保护修复区识别和划定是该项规划编制的关键内容15。保护修复区识别和划定通常以全域、全过程、全要素为基本原则，以结合地域特征构建分区指标体系为主要研究方法15，16。其中，生态系统服务功能重要性是常见的生态功能指标17。此外，一些研究在此基础上，结合社会经济发展因素构建区域生态敏感性评价体系，基于生态系统服务功能重要性和生态敏感性来评价区域生态保护与修复优先级的方法已被当前研究广泛应用1820。江苏省经济社会快速发展，生态环境深受干扰，国土空间生态保护修复对于该省乃至长三角地区的可持续发展具有重要的战略意义14。为此，本文拟基于生态重要性和生态敏感性综合评价，进行全省保护修复区识别划定，为江苏省国土空间生态保护修复提供科学依据。1资料与方法1.1研究区概况江苏省位于中国东部沿海地区(3045N 3520N，11618E12157E)，总面积 10.72 万km2，地跨长江、淮河两大水系，东临黄海，省域内河湖众多，地势平坦，地貌由平原、水域、低山丘陵构成。江苏省属东亚季风气候区，气候温和，雨量适中，以淮河、苏北灌溉总渠一线为界，以北属暖温带湿润、半湿润季风气候，以南属亚热带湿润季风气候。江苏省域经济综合竞争力在全国排名前列，是经济最活跃的省份之一，与上海、浙江、安徽共同构成的长江三角洲城市群成为国际六大世界级城市群之一。由于经济发展迅速，高速城市化、工业化进程使得全省土壤、大气、水资源都遭受不同程度的污染，生态问题逐渐突显。对其进行生态安全综合评价与保护修复区识别极为重要。1.2数据来源本文研究数据主要用于生态重要性和生态敏感性指标测算。其中，用于生态重要性指标测算的有:江苏省 2000、2010 和 2018 年 3 期土地利用数据，2000、2010 和 2020 年 3 期 GlobeLand 30数据，2000、2010 和 2020 年 3 期交通路网数据，2000、2010 和 2019 年月均降水蒸发数据，2009年 DEM 数据、2000、2010 和 2018 年 3 期 NDVI数据、2009 年 HWSD 土壤质地类型数据、江苏省 2018 年生态保护红线数据。用于生态敏感性指标测算的有:2018 年水环境监测数据、2006年多目标化学调查土壤样点数据、江苏省主要城市 2020 年逐日 PM2.5及 NO2空气污染数据以及交通路网数据。其中，NDVI 数据经 MT 转投影后计算获得江苏省植被覆盖度数据，气象站点数据、土壤样点数据、空气污染数据和水环境监测数据均通过克里金插值法转为栅格数据。为统一研究尺度，本研究通过 ArcGIS 中Data Management Tools 中的 esample 工具将所有栅格数据空间分辨率重采样为 30 m。各数据来源见表 1。表 1数据来源Tab.1Data sources数据名称数据来源数据类型/空间分辨率土地利用数据地理国情监测云平台(http:/wwwdsaccn/)栅格数据(30 m)GlobeLand 30 数据全球地理信息公共产品网站(http:/wwwgloballandcovercom)栅格数据(30 m)交通路网数据地理国情监测云平台网站(http:/wwwdsaccn/)矢量数据月均降水、蒸发数据中国气象数据网(http:/datacmacn)江苏省 22 个气象站点数据站点数据数字高程模型(DEM)地理空间数据云(http:/wwwgscloudcn/)ASTE Global Digital ElevationModel(ASTE GDEM)数据栅格数据(30 m)归一化植被指数(NDVI)美国国家航空航天局官网(https:/wwwnasagov/)栅格数据(250 m)土壤质地类型数据(HWSD)联合国粮农组织官网(https:/wwwfaoorg/home/en/)世界土壤数据库栅格数据(1 km)生态保护红线数据江苏省生态保护红线数据库矢量数据水环境监测数据江苏省生态环境厅，包括全省 41 个监测站点的水质和污染状况数据站点数据多目标化学调查土壤样点数据江苏省地质调查院样点数据(2 km)网格主要城市逐日空气污染数据中国空气质量在线监测分析平台(https:/wwwaqistudycn/historydata/)通过 API 数据爬取获得 13 个主要城市逐日 PM2.5、NO2浓度数据监测数据1.3研究方法1.3.1生态重要性评价生态系统服务功能重要性评价目前多采用模型法和当量因子法。相较于后者，模型法更适用于大尺度评价，且精度更高21。本文基于基础数据的可获取性，考虑到江苏省水网密布、河湖众多，水环境重要性评价对其尤为重要22，同时结合当前双碳战略、生物多样性保护等研究热点，最终确定从水源涵养、固碳释氧、生物多样性保护、水土保持以及蓄水调洪五个方面对江苏省生态重要性进行综合评价。其中，水源涵养功能通过水量平衡模型进行测算，固碳释氧以及生物多样性保护功能采用 InVEST(the Intergrated Valua-tion of Environmental Services and Tradeoffs)模型进152第 2 期叶贝，等:江苏省国土空间生态保护修复区的识别划定行测算，水土保持功能采用水土流失方程(e-vised Universal Soil Loss Equation，USLE)进行测算，蓄水调洪功能通过对研究区的湖泊、河流、水库坑塘分别赋值进行测算。具体指标和测算方法如表 2 所示。对各单项因子评价结果进行归一化处理后，采用自然断点法将其分为极重要、重要、较重要和不重要四个等级，并通过分级赋值求和计算出生态重要性综合因子等级指数(表 3)。表 2生态重要性评价指标体系和测算方法Tab.2Index system and measurement method of ecological importance assessment指标类型测算方法水源涵养功能基于水量平衡模型，测算研究区水源涵养功能的空间分异，公式如下:W=PE式中:W 为平均涵养水量(mm);P 为平均降雨量(mm);E 为平均蒸发量(mm)固碳释氧功能采用 InVEST 模型碳储量模块计算江苏省固碳释氧功能，模型计算公式如下:Ctot=Cabove+Cbelow+Csoil+Cdead式中:Cabove表示地上植被碳库;Cbelow表示地下植被碳库;Csoil表示土壤碳库;Cdead表示枯立木、凋落物和倒木中的碳储量23。由于数据限制，本研究将各碳库概括为植被碳库和土壤碳库，碳密度数据来源于相关研究2426，单位均为 kg/m2生物多样性保护功能InVEST 模型 Habitat Quality 模块计算公式如下:Qxj=Hj1DzxjDzxj+kz()式中:Qxj为土地利用类型 j 中栅格 x 的生境质量;Hj为土地利用类型 j 的生境适合性;k 为半饱和参数;z 为归一化常量，通常取 2.5;Dxj为土地利用类型 j 中栅格 x 所受的胁迫水平水土保持功能基于 USLE 模型计算江苏省水土保持功能，具体公式如下:A=KLSCP式中:A 为年均土壤侵蚀量;为降雨侵蚀力因子(MJmm/hm2hm2)，它反映降雨引起土壤流失的潜在能力;K 为土壤可蚀性因子(th/MJmmhm4)，用于反映土壤的抗蚀性;LS 为坡长坡度因子，其中 L 为坡长因子(m);S 为坡度因子(无单位)，它对土壤侵蚀起加速作用;C 为覆盖与管理因子(无单位);P 为水土保持措施因子(无单位)蓄水调洪功能根据不同水体的自然特征，分别对湖泊、河流以及水库坑塘进行赋值表 3生态重要性等级指数赋值Tab.3Assignment of ecological importance grade index重要性等级单项因子等级指数赋值综合因子等级指数赋值极重要724重要51524较重要3915不重要191.3.2生态敏感性评价本文在参考相关研究文献的基础上，从江苏省生态敏感性实际情况和社会经济发展现状出发，结合数据的可获取性和指标区分度，最终选取水体环境敏感性、大气环境敏感性、土壤环境敏感性和生境破碎度 4 个指标，构建江苏省 2018 年生态敏感性评价指标体系14(表4)。其中，水体污染数据由监测站点水质等别数据插值得到，土壤污染数据由土壤样点各类污染物浓度监测数据取平均值后插值得到，大气污 染 数 据 由 江 苏 省 13 个 主 要 城 市 年 平 均PM2.5浓度和 NO2浓度的平均值插值得到，生境破碎化数据则是通过构建 2 km*2 km 的 fish-net，计算单位网格内道路面积占比后，将样点数据插值得到。为保证数据的可比性，插值方法均采用克里金插值法，并对插值后的栅格数据进行归一化处理，将其范围控制在 01 之间。在层次分析法的基础上，选取水环境、土壤环境、空气污染、土地资源与生态环境效应等领域的 11 位专家通过专家打分法综合确定各指标权重依次为 0.34、0.17、0.20、0.29。表 4生态敏感性评价指标体系Tab.4Ecological sensitivity evaluation index system一级指标二级指标指标单位水体污染监测站点水质等别等土壤污染Cd 浓度Pb 浓度Cr 浓度Cu 浓度Zn 浓度mg/kg大气环境污染年平均 PM2.5浓度年平均 NO2浓度ug/m3生境破碎化2 km 单位网格内道路面积占比%252长江流域资源与环境第 32 卷1.3.3生态保护修复区识别划定将 2000、2010 和 2018 年生态重要性等级均为极重要的区域识别生态保护重点区初选结果，对照江苏省生态保护红线最新划定成果形成最终的生态保护重点区。通过 ArcGIS 栅 格 计 算 器 计 算 得 出 江 苏 省2018 和 2000 年生态重要性差值，并根据自然断点法将生态重要性退化程度较高的区域识别为生态功能退化区;将生态敏感性各指标按权重叠加后得出全省生态敏感性空间分布，根据自然断点法将敏感程度较高的区域识别为生态环境敏感区;整合二者的识别结果，将敏感区范围内的退化区划定为生态修复关键区，其余退化区划定为生态修复一般区。由此，最终得到由生态保护重点区、生态修复关键区和生态修复一般区共同构成的江苏省国土空间生态保护修复区(图 1)。2结果与分析2.1国土空间生态重要性变化和生态退化区识别2.1.1近 20 年国土空间生态重要性变化江苏省生态重要性综合评价结 果 见 图 2。2000、2010 和 2018 年，全省国土空间大部分处图 1生态保护修复区划定方法Fig.1Delineation method of ecological protection and restoration area图 2江苏省国土空间生态重要性评价结果Fig.2Evaluation results of ecological importance of territorial space in Jiangsu Province352第 2 期叶贝，等:江苏省国土空间生态保护修复区的识别划定在生态重要、极重要区，生态重要性水平总体来说呈先上升、后下降趋势。其中，生态极重要区面积分别占全省的 13.83%、30.19%和 11.87%，太湖、洪泽湖和长江下游段等陆地水域以及苏南沿海地区在 3 年期均处于极重要区;生态重要区面积占比最大，较重要区则集中分布在城市周边，研究期内，苏北、苏中的主要城市以及苏南的宁镇扬等城市周边地区生态重要性出现了较大面积的退化，重要性等级由重要降至较重要，2018 年全省较重要区面积扩增至 12.01%;生态不重要区分布零散，且占比极低。2.1.2生态功能退化区识别本文通过 ArcGIS 中的栅格计算器计算得出研究区 2018、2000 年生态重要性各单项因子的差值，将其中数值出现下降的区域列为退化区。各因子退化区分布以及各区内土地利用变化其见图 3 和表 6。2000 2018 年，全省生态重要性退化的类型主要是水源涵养功能、生物多样性保护功能和固碳释氧功能，分别占全省面积的 36.30%、33.63%和 15.15%。导致退化的土地利用因素，主要是城镇用地面积增加，耕地以及湿地、水域、林地等自然用地面积减少。生态重要性退化区识别结果见图 4。退化区面积共 52 090 km2，占全省面积的 48.01%。其中高程度退化区面积为 580 km2，占退化区总面积的 1.11%，主要包括苏中、苏南的部分沿海地区以及淮安市东南部的大别山余脉低山丘陵区;中 等 程 度 退 化 区 面 积 为 5 910 km2，占 比11.35%，大多在苏中和苏北地区零散分布，集中区域主要分布在徐州、宿迁、连云港以及淮安市的城市周边地区;较低等程度退化区面积为表 5江苏省国土空间生态重要性等级面积和占比Tab.5Area and proportion of ecological importance grade of territorial space in Jiangsu Province生态重要性等级2000 年面积(km2)占比(%)2010 年面积(km2)占比(%)2018 年面积(km2)占比(%)生态不重要区0000150000生态较重要区7 1456595 28748713 0301201生态重要区86 345795870 454649482 5857612生态极重要区15 010138332 759301912 8831187图 3江苏省国土空间生态重要性各单项因子退化区分布Fig.3Distribution of degradation areas of each single factor of territorial ecological importance in Jiangsu Province表 6江苏省国土空间生态重要性各单项因子退化区内土地利用面积占比变化Tab.6Changes in proportion of land use area in degraded areas of each single factor of territorial spatialecological importance in Jiangsu Province区域类型区域面积(km2)占比(%)耕地(%)林地(%)草地(%)滩涂湿地(%)水域(%)城镇(%)水源涵养功能退化区393 8673730507025005128112727固碳释氧功能退化区16 4381561844621508357320277290生物多样性保护功能退化区36 488346522341120121216833137水土保持功能退化区08800087530230571779078421蓄水调洪功能退化区88608471000517523332442104452长江流域资源与环境第 32 卷图 4江苏省国土空间生态重要性退化区分布Fig.4Distribution of degraded areas of ecologicalimportance in Jiangsu Province15 000 km2，占比 28.80%，大多集中分布在主要城市周围以及部分沿海地区，部分零散分布在苏南地区。低等程度退化区面积为 30 600 km2，占比 58.74%，在全省范围内都有分布，且呈集中连片的分布态势，退化区面积苏北大于苏南。本研究将生态重要性退化程度前三级的区域作为江苏省生态功能退化区。2.2生态环境敏感区识别生态敏感性评价结果见图 5。生态敏感性单一要素的空间分布特征揭示了不同地区对自然生态过程和人为干扰的敏感程度14。江苏省水体污染高值区以苏南地区为主，主要集中在苏锡常都市圈以及南通市南部的部分区域，该区位于长江中下游流域，水网、城市密布，快速城镇化进程对区域水体质量造成了较大压力，致使该区水体污染情况较为严重。土壤污染高值区主要集中在长江过境段、苏南主要城市区以及苏北的连云港、徐州等地市，主要与江苏省沿江工业区、苏南主要城市区以及苏北工业区污染排放有关。大气污染高值区在苏南、苏北都有分布，其中苏北高值区以徐州市为中心向外辐射减弱，其主要原因为徐州市作为工矿城市大气污染排放量较高，且其山东省相邻市县的PM2.5排放水平相对较高，大气扩散也可能是引起徐州大气污染值较高的原因之一27;苏南高值区以苏锡常都市圈为核心，大气污染向外逐渐降低，主要是 NO2排放量高导致的。生境破碎度高值区集中在苏南以及苏北部分城市主城区，主要由道路密集程度决定。图 5江苏省国土空间生态敏感性评价结果Fig.5Evaluation results of ecological sensitivity of territorial space in Jiangsu Province552第 2 期叶贝，等:江苏省国土空间生态保护修复区的识别划定通过自然断点法将生态敏感性区域分为极敏感区、敏感区、较敏感区、一般敏感区和不敏感区，最终将其中的极敏感区和敏感区识别为江苏省生态环境敏感区，占全省面积的 21.33%。江苏省生态敏感性主要呈现南高北低的分布趋势，其中苏南地区大部分区域都处在生态环境敏感区范围内，敏感性指数以南京市和苏锡常都市圈为核心向外逐渐降低;该区四类指标污染指数均较高，且多呈现以城市为中心的聚集趋势。苏南地区位于长江中下游流域，水网密布，同时涵盖多个大中型城市，快速城镇化进程导致的各类污染物排放是该区生态敏感性较高的主要原因。苏北地区徐州、宿迁、连云港等地生态敏感性较高，其中徐州市由于污染物排放量较高、受相邻市县影响大，敏感区面积最大，其余较高值也主要聚集在城市地区。2.3江苏省国土空间生态保护修复区划定结果通过整合上文的研究成果，最终构建由生态保护重点区、生态修复关键区以及生态修复一般区共同组成的江苏省国土空间生态保护修复总体格局。其中生态保护重点区面积为 17 548 km2，占全省面积的 16.17%，包括太湖、洪泽湖等主要湖泊，长江下游段和东部沿海湿地，以及一些零散分布的森林、湿地和水源保护区。该区以水域、滩涂湿地和耕地为主要用地类型，分别占区域面积的 70.63%、12.07%和 10.97%(表 7)，涵盖了全省主要的河湖湿地，占全省水域面积的84.31%。生态修复关键区面积共 4 689 km2，占全省面积的 4.32%，分布在苏南的太湖流域、长江沿岸以及苏北的沂沭泗流域，苏州南部地区受特大城市上海的辐射影响，也分布有部分生态修复关键区。该区主要集中在城市周边地区，以城镇用地为主要用地类型，占全区面积的 69.83%。生态修复一般区面积共 16 982 km2，占全省面积图 6江苏省国土空间生态保护修复总体格局Fig.6Overall pattern of ecological protectionand restoration in Jiangsu Province的 15.65%，主要分布在沂沭泗流域北部、苏中的淮河里下河流域、长江过境段上游沿岸和东部沿海地区，其余大多在苏北地区零散分布。该区主要集中在农业生产地区，以耕地为主要用地类型，占全区面积的 58.65%。2000 2018 年，关键 区、一 般 区 内 城 镇 用 地 分 别 增 长 2 729、3 649 km2，均呈现出城镇用地不断侵占各类自然用地和耕地的趋势。林地、草地、湿地、水域共减少了 997 km2，城镇用地对自然用地的侵占导致了其相应生态功能的退化;而耕地作为城镇用地 最 主 要 的 转 入 源 头 分 别 减 少 了 2 556、2 854 km2。江苏省以水田为主要耕地类型，能够提供水源涵养、调节气候、维持生物多样性和水土保持等多种生态功能28，29，因而快速城镇化导致的耕地面积减少成为了各类生态功能退化的共同因素。表 7各区域内土地利用类型面积及其占比Tab.7Area and proportion of land use types in each region区域类型区域面积(km2)耕地面积(km2)占比(%)林地面积(km2)占比(%)草地面积(km2)占比(%)滩涂湿地面积(km2)占比(%)水域面积(km2)占比(%)城镇面积(km2)占比(%)生态保护重点区17 5491 92510976953962121212 119120712 3957063203116生态修复关键区4 6891 19025385511728060160341262693 2746982生态修复一般区16 9829 96058651741021250742811651 4068285 0382967652长江流域资源与环境第 32 卷3结论与讨论本文以江苏省为研究区，整合生态重要性、敏感性评价结果。将生态重要性持续良好的区域作为生态保护重点区，下降程度较高的区域作为生态功能退化区，最后通过与生态环境敏感区的识别结果叠加分析，划定生态保护重点区、生态修复关键区和生态修复一般区。主要结论有:(1)全省生态保护修复区可划分为生态保护重点区、生态修复关键区和生态修复一般区，各区面积分别为 17 549、4 689、16 982 km2，占全省面积的 16.17%、4.32%、15.65%。(2)全省生态保护重点区主要包括太湖、洪泽湖等主要湖泊，长江过境段下游和东部沿海地区，以及一些零散分布的森林、湿地和水源保护区;生态修复关键区主要分布在苏南的太湖流域、长江沿岸以及苏北的沂沭泗流域;生态修复一般区主要集中在沂沭泗流域北部、苏中的淮河里下河流域中部、长江过境段上游沿岸和东部沿海地区，其余大多在苏北地区零散分布。(3)全省生态保护重点区内生态系统类型以水体、湿地为主，生态修复关键区主要集中在城市周边地区，生态修复一般区则以农业生产用地为主。2000 2018 年，江苏省生态修复关键区、一般区内均呈现城镇用地快速扩张的趋势，城镇化的快速推进是江苏省生态系统服务功能退化的主要原因。本研究通过各类生态模型对江苏省 2000、2010 和 2018 年水源涵养、固碳释氧、生物多样性保护、水土保持、蓄水调洪功能重要性进行定量计算，筛选出具有生态功能持续较高以及生态重要性出现退化的区域作为生态保护修复区的初选结果。此外，与江苏省生态红线区域保护规划 等研究的最新成果对照，并叠加生态环境敏感区识别结果对生态修复区初选结果进行优先级划分，最终划定生态保护重点区、生态修复关键区和生态修复一般区。受数据和方法限制，本文仅考虑水体质量退化、土壤环境破坏、大气污染和生境破碎程度对生态敏感性的影响，但生态敏感性的影响因素极其复杂，具体的评估还需要考虑更多的因素，如地形条件、植被因素、社会因素等等，相关指数构建还可以进一步完善和深化。本研究将生态系统服务重要性明显退化区域均作为生态修复区，未综合考虑生态系统的恢复力、区域土地规划政策等因素，在后续研究中应考虑到区域生态系统的多样性和开放性、江苏省区域发展政策等因素，综合评估生态修复工作的可行性。参考文献:1谢高地，张彩霞，张昌顺，等 中国生态系统服务的价值J 资源科学，2015，37(9):17401746XIE G D，ZHANG C X，ZHANG C S，et al The value of eco-system services in ChinaJ esources Science，2015，37(9):174017462NEWBOLD T，HUDSON L N，HILL S L L，et al Globaleffects of land use on local 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