趙萬奎，張曉慶，陳智平，程小云，雒劍波

（甘肅省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，甘肅 蘭州 730020）

生態(tài)功能區(qū)劃是根據(jù)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)律而進(jìn)行的地理空間分區(qū)。生態(tài)功能區(qū)劃反映出生態(tài)系統(tǒng)的空間異質(zhì)性，是區(qū)域生態(tài)規(guī)劃和可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃的前提和基礎(chǔ)[1-5]，對區(qū)域資源開發(fā)利用、生態(tài)環(huán)境建設(shè)、生態(tài)安全屏障等都具有重要的意義[6]。隨著地理信息系統(tǒng)的快速發(fā)展及在林業(yè)和生態(tài)建設(shè)中的廣泛應(yīng)用，生態(tài)功能區(qū)劃將更精確、科學(xué)和合理，通過對土地利用現(xiàn)狀和資源環(huán)境要素等空間數(shù)據(jù)的加權(quán)疊加分析，可進(jìn)一步增強(qiáng)生態(tài)功能區(qū)劃的科學(xué)性、目的性和現(xiàn)實性[7]。許多學(xué)者在生態(tài)功能區(qū)劃理論、生態(tài)功能區(qū)劃實證研究等方面做了大量工作，為生態(tài)功能分區(qū)相關(guān)研究提供了參考。例如，許月卿等[6]根據(jù)張家口市地形地貌、土地利用類型、生態(tài)環(huán)境要素等數(shù)據(jù)，應(yīng)用GIS技術(shù)，采用自上而下的方法劃分了全市土地生態(tài)功能分區(qū)；許心倩[8]對泰安市的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀、生態(tài)環(huán)境敏感性、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的重要性的相似性和差異性等進(jìn)行評價，并形成一系列相同比例尺的評價圖，爾后利用GIS軟件采用空間疊置法、相關(guān)分析法等方法，按生態(tài)功能區(qū)劃的等級體系，對區(qū)域進(jìn)行生態(tài)功能區(qū)劃研究；趙振芳等[9]對全國生態(tài)功能區(qū)發(fā)展現(xiàn)狀及可持續(xù)發(fā)展面臨的問題做了探討。

金昌市是“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”和河西走廊的重要節(jié)點(diǎn)城市，屬于工業(yè)城市，自然生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)脆弱，生態(tài)區(qū)位非常重要。但長期以來，由于特定的自然環(huán)境和人類不合理的開發(fā)利用，土地荒漠化和沙化、土地污染等生態(tài)問題日益突出，區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)難以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，人居生態(tài)環(huán)境也在持續(xù)惡化[10]。截止目前，學(xué)者們對金昌市生態(tài)功能分區(qū)方面的相關(guān)研究相對較少，已有研究也僅是人為定性的將金昌市劃分為北部風(fēng)沙前沿沙區(qū)、東西河半農(nóng)半牧區(qū)、南部祁連山生態(tài)工程建設(shè)區(qū)、市區(qū)園林化建設(shè)區(qū)4個生態(tài)建設(shè)區(qū)[11]，并沒有采用定量的方法進(jìn)行分析研究。為此，綜合考慮該區(qū)域的自然環(huán)境條件，在對土壤侵蝕敏感性、水源涵養(yǎng)重要性的空間分布特征進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，采用定性與定量相結(jié)合的方法，對該區(qū)域的土地生態(tài)功能區(qū)進(jìn)行劃分，為區(qū)域生態(tài)環(huán)境管理與規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于甘肅省金昌市，地理位置為101°04'-102°43' E，37°47'-39°00' N，地處甘肅省河西走廊東段，祁連山北麓，阿拉善臺地南緣，全境東西長144.78 km，南北寬134.6 km。海拔1 500～4 442 m，地貌以山地、平原為主，從北至南依次為北部荒漠平原、綠洲平原、中部剝蝕山地和南部山地，由東到西依次為戈壁、綠洲和大漠。由于地形復(fù)雜，境內(nèi)地域性氣候差異明顯，從西南到東北，海拔逐漸降低，降水減少，光照逐漸增強(qiáng)，氣溫升高[12]。年平均氣溫9.3 ℃，年均降水量141～352 mm，年均蒸發(fā)量2 000 mm左右，無霜期98～144d，屬大陸性溫帶干旱氣候[13]。金昌市境內(nèi)植被種類具有明顯的地帶性分布規(guī)律，依據(jù)2017年林地變更數(shù)據(jù)統(tǒng)計，全市現(xiàn)有林地面積達(dá)到24.03萬hm2，森林覆蓋率24.25%，森林蓄積量131.45萬m3。

1.2 研究方法

本研究通過土壤侵蝕敏感性差異評價區(qū)域生態(tài)環(huán)境敏感性，水源涵養(yǎng)重要性差異評價生態(tài)服務(wù)功能。在地理信息系統(tǒng)軟件ArcGIS環(huán)境下對空間數(shù)據(jù)的地類、坡度、植被覆蓋度、降水量、地貌等屬性因子進(jìn)行了預(yù)處理。通過地貌、土壤、植被等單因子屬性的疊加生成新的屬性，并按照一定的評價指標(biāo)分級，分別生成土壤侵蝕敏感性、水源涵養(yǎng)重要性圖層；然后對所得到的圖層在ArcGIS軟件下利用多層面疊加的功能，以主導(dǎo)因素區(qū)劃界線為底圖模板，疊置其他非主導(dǎo)因素區(qū)劃界線，得到生態(tài)功能分區(qū)圖[14]。

1.2.1 數(shù)據(jù)來源

以遙感數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)源，輔以地形坡度、植被覆蓋度、土地利用、降水等相關(guān)資料對研究區(qū)域進(jìn)行分析。遙感影像采用林業(yè)部門提供的時相為2017年7月份的資源3號、高分2號衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)。根據(jù)金昌市的DEM數(shù)據(jù)提取坡度值，降水量采用金昌氣象部門監(jiān)測的多年平均值，區(qū)域行政界線、土地利用類型、地貌類型、植被覆蓋度從林業(yè)部門調(diào)查的2017年林地變更矢量數(shù)據(jù)中提取。使用ArcGIS和Erdas軟件對以上數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

1.2.2 區(qū)劃原則

結(jié)合自然資源保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的思想，以景觀生態(tài)學(xué)理論為指導(dǎo)，借鑒李曉兵、王傳輝等相關(guān)研究成果[15-24]，主要遵循以下區(qū)劃原則：1)主導(dǎo)因素分異的原則；2)區(qū)域尺度相關(guān)的原則；3)區(qū)域共軛性原則；4)堅持區(qū)位相似并保持一定行政區(qū)完整性原則；5)綜合性原則。在進(jìn)行生態(tài)功能分區(qū)時，合理區(qū)劃各生態(tài)功能區(qū)范圍及面積，既不能過大，也不能太小，同時也要跟甘肅省、全國主體功能區(qū)相銜接。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤侵蝕敏感性評價

金昌市土壤侵蝕敏感性評價采用土壤侵蝕方程進(jìn)行評價，土壤侵蝕受地形地貌、降水、植被及土壤質(zhì)地等因素影響，考慮到當(dāng)?shù)貙嶋H及數(shù)據(jù)的易獲取性，區(qū)域土壤侵蝕的敏感性選擇坡度、植被覆蓋度、年降水量3個因素來評價。坡度、植被覆蓋度等因子的分級標(biāo)準(zhǔn)主要是結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況，并參考相關(guān)學(xué)者論文進(jìn)行分級[14]。因子權(quán)重主要根據(jù)各因子對土壤侵蝕敏感性影響的重要性確定。分級與賦值標(biāo)準(zhǔn)如表1所列。

表 1 土壤侵蝕敏感性影響分級Table 1 Classification of soil erosion sensitivity

通過實測與資料收集，選擇典型的點(diǎn)進(jìn)行賦值，再利用土壤侵蝕敏感性指數(shù)計算公式，計算出空間單位單元土壤侵蝕敏感性指數(shù)。綜合評價計算公式如下[25]：

式中：SSj為j空間單元土壤侵蝕敏感性指數(shù)，Si為i因素敏感性等級值，i為第i個評價因子。按照表1的分級標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用ArcGIS對土壤坡度、植被覆蓋度、降水量分級賦值，得到單個因子相對土壤侵蝕敏感性的分布圖；再將上述3個單因子分布圖進(jìn)行疊加和空間合成，得到敏感性指數(shù)；確定各空間單元的敏感度級別，最終生成金昌市土壤侵蝕敏感性評價圖(圖1)。

2.2 水源涵養(yǎng)重要性評價

根據(jù)金昌市特征，考慮評價指標(biāo)的數(shù)據(jù)的可獲取性，選擇地貌、年降水量、地表覆蓋度狀況作為評價指標(biāo)。年降水量指標(biāo)數(shù)據(jù)來源于氣象部門監(jiān)測的數(shù)據(jù)，植被覆蓋度是將所提取的土地利用類型圖按照表的分級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類并賦值(表2)，金昌市的地貌類型分為平原和山地，山地根據(jù)海拔高度分為中山和低山。年降水量、植被覆蓋度的分級標(biāo)準(zhǔn)與土壤侵蝕敏感性評價中的一致。分別生成年降水量、地貌、植被覆蓋度對水源涵養(yǎng)重要性影響等級分布圖。

利用ArcGIS中的空間分析疊加功能，將金昌市上述3個單因子分布圖進(jìn)行疊加，利用加權(quán)綜合指數(shù)公式：

式中：CCj為j空間單元水源涵養(yǎng)重要性指數(shù)，Ci為i因素重要性等級值，i為第i個評價因子。計算出空間單元的水源涵養(yǎng)重要性綜合指數(shù)，然后根據(jù)表中的分級標(biāo)準(zhǔn)得到金昌市水源涵養(yǎng)重要性評價圖(圖2)。

2.3 生態(tài)功能區(qū)劃分

將土壤侵蝕敏感性、水源涵養(yǎng)重要性分級圖疊加，同時結(jié)合研究區(qū)域的土地利用類型、行政界線等方面因素，得到生態(tài)功能分區(qū)圖。金昌市的土地劃分為5個生態(tài)功能區(qū)：西南部山區(qū)林草水源涵養(yǎng)生態(tài)屏障區(qū)(Ⅰ)、走廊綠洲循環(huán)經(jīng)濟(jì)生態(tài)發(fā)展區(qū)(Ⅱ)、中部淺山丘陵旱生植被恢復(fù)區(qū)(Ⅲ)、北部戈壁生態(tài)建設(shè)區(qū)(Ⅳ)、北部戈壁生態(tài)保護(hù)區(qū)(Ⅴ) (圖3)。

圖 1 金昌市土壤侵蝕敏感性評價圖Figure 1 Evaluation map of soil erosion sensitivity in Jinchang City

表 2 水源涵養(yǎng)重要性評價指標(biāo)及分級標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Evaluation index and classification standard of importance of water conservation

2.4 各生態(tài)功能區(qū)特點(diǎn)及發(fā)展對策

2.4.1 Ⅰ-西南部山區(qū)林草水源涵養(yǎng)生態(tài)屏障區(qū)

該區(qū)包括永昌縣的東大河自然保護(hù)站、大黃山保護(hù)站以及花草灘林場的大部分地區(qū)，總面積166 300.7 hm2，占全市土地總面積的22.11%。該區(qū)為金昌市主要的林草植被覆蓋區(qū)，尤其是祁連山東大河保護(hù)站分布有天然森林、高山草甸，植被覆蓋率達(dá)75%，不僅是內(nèi)陸地區(qū)重要的生態(tài)安全屏障，而且是金昌市重要的水源涵養(yǎng)區(qū)，生態(tài)地位非常重要[26]。

該區(qū)的發(fā)展重點(diǎn)是在嚴(yán)格保護(hù)好現(xiàn)有林草植被的基礎(chǔ)上，采取自然和人工修復(fù)相結(jié)合的措施，提高森林質(zhì)量，增強(qiáng)森林生態(tài)系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)能力和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；針對草地退化問題，實施草地的休牧、禁牧。該區(qū)內(nèi)的東大河保護(hù)站所管護(hù)的大部分林草資源已劃入祁連山國家公園，今后要按國家公園建設(shè)的有關(guān)要求實行更加嚴(yán)格的保護(hù)和管理。

圖 2 金昌市水源涵養(yǎng)重要性評價圖Figure 2 Evaluation map of importance of water conservation in Jinchang City

圖 3 金昌市生態(tài)功能分區(qū)圖Figure 3 Partition map of Eco-functional areas of Jinchang City

2.4.2 Ⅱ-走廊綠洲循環(huán)經(jīng)濟(jì)生態(tài)發(fā)展區(qū)

該區(qū)包括永昌縣紅山窯鎮(zhèn)、城關(guān)鎮(zhèn)、六壩鄉(xiāng)、水源鎮(zhèn)和朱王堡鎮(zhèn)南部的喇叭泉林場，以及金川區(qū)的金昌市區(qū)、八一農(nóng)場、寧遠(yuǎn)鎮(zhèn)、雙灣鎮(zhèn)和黑水墩林場，總面積270 966.5 hm2，占全市土地總面積的36.03%。該功能區(qū)是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們活動的集中地，也是綠洲灌溉區(qū)。建設(shè)重點(diǎn)是控制污染物排放，加強(qiáng)生態(tài)工業(yè)園區(qū)建設(shè)，發(fā)展生態(tài)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)，將種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)相結(jié)合，減少農(nóng)村面源污染；完善農(nóng)田灌溉水利設(shè)施，發(fā)展節(jié)水、高效及集約型可持續(xù)草地農(nóng)業(yè)和特色農(nóng)業(yè)，建設(shè)農(nóng)業(yè)生態(tài)示范區(qū)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)資源的可持續(xù)利用；發(fā)揮土地資源豐富的優(yōu)勢，重點(diǎn)加強(qiáng)農(nóng)田防護(hù)林更新?lián)Q代和改造，提高森林植被覆蓋率，擴(kuò)大林業(yè)資源，繼續(xù)維持比較脆弱的生態(tài)系統(tǒng)。

2.4.3 Ⅲ-中部淺山丘陵旱生植被恢復(fù)區(qū)

該區(qū)包括永昌縣境內(nèi)朱王堡鎮(zhèn)北部、水源鎮(zhèn)北部以及金川區(qū)的區(qū)公共用地、寧遠(yuǎn)堡鎮(zhèn)地區(qū)，總面積165 109.41 hm2，占全市土地總面積的21.96%。該區(qū)內(nèi)有大面積的荒漠灌叢植被，屬于國家重點(diǎn)公益林區(qū)，應(yīng)該要加大封禁保護(hù)；對一些沙化土地要實施退耕還牧，加快栽培草地建設(shè)，改良退化草地，輪封輪牧，播種針茅、羊草等抗旱優(yōu)質(zhì)牧草，恢復(fù)退化草地；同時結(jié)合人工林場、草地建設(shè)，營造耐旱耐寒灌木林帶，緩解土壤荒漠化問題。

2.4.4 Ⅳ-北部戈壁生態(tài)建設(shè)區(qū)

該區(qū)包括金川區(qū)的西灘一(二、三)分站、綠色長廊站、賈灘分站等地區(qū)，總面積89 059.17 hm2，占全市土地總面積的11.84%。該地區(qū)屬干旱荒漠區(qū)，以沙地和戈壁地貌為主，植被稀少，風(fēng)沙嚴(yán)重，土壤鹽堿化嚴(yán)重。該區(qū)是金昌市區(qū)和整個區(qū)域的北部生態(tài)屏障之一，承載著防風(fēng)阻沙、保護(hù)農(nóng)田和城市生態(tài)安全的重要功能。建設(shè)重點(diǎn)是通過在沙漠邊緣區(qū)實行封灘育林育草，提高林草覆蓋度，控制沙漠南移，同時在綠洲外圍地帶營造喬、灌、草相結(jié)合的防風(fēng)固沙林帶，增強(qiáng)綠洲生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.4.5 Ⅴ-北部戈壁生態(tài)保護(hù)區(qū)

該區(qū)在金昌市的最北部，芨芨泉省級自然保護(hù)區(qū)處于該區(qū)，總面積60 572.09 hm2，占全市土地總面積的8.05%。該區(qū)灌草植被相對較好，也是金川區(qū)國家級公益林分布區(qū)。因此該區(qū)的重點(diǎn)是實行封灘育林育草，保護(hù)好現(xiàn)有沙生植被，提高林草覆蓋度，控制沙漠南移。

3 討論與結(jié)論

地形地貌、降水、植被及土壤質(zhì)地等是影響土壤侵蝕敏感性的主要因子。由于地形地貌和土壤質(zhì)地隨著季節(jié)變化基本不會變化，但是降水因子與植被因子隨季節(jié)變化明顯，為了更加準(zhǔn)確地計算土壤侵蝕程度，李大龍等[25]在計算土壤侵蝕程度時，選取降水、土壤、坡度以及植被覆蓋4個因子作為土壤侵蝕敏感性評價指標(biāo)，同時考慮了降水影響因子的時間變化情況。本研究在進(jìn)行金昌土壤侵蝕敏感性侵蝕時，結(jié)合區(qū)域的實際，選取坡度、植被覆蓋度、降水量3個因子，因區(qū)域降水量少，且相對集中在夏秋季，因此選取年均降水量。生態(tài)服務(wù)功能重要性一般從區(qū)域生物多樣性、水源涵養(yǎng)重要性等方面進(jìn)行綜合評價，因金昌市的生物多樣性與水源涵養(yǎng)重要性區(qū)域基本吻合，且該2個評價指標(biāo)出現(xiàn)重復(fù)現(xiàn)象，因此，本研究僅選擇水源涵養(yǎng)重要性進(jìn)行生態(tài)服務(wù)功能重要性評價。

本研究在對金昌市土壤侵蝕敏感性、水源涵養(yǎng)重要性的空間分異數(shù)據(jù)進(jìn)行定量疊加分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合該區(qū)域的土地利用類型、行政界線等定性分析，提出了全市的生態(tài)功能區(qū)劃方案，并根據(jù)各區(qū)特點(diǎn)，提出了相應(yīng)的發(fā)展對策。通過研究，將金昌市的土地劃分為5個生態(tài)功能區(qū)，分別為西南部山區(qū)林草水源涵養(yǎng)生態(tài)屏障區(qū)(Ⅰ)、走廊綠洲循環(huán)經(jīng)濟(jì)生態(tài)發(fā)展區(qū)(Ⅱ)、中部淺山丘陵旱生植被恢復(fù)區(qū)(Ⅲ)、北部戈壁生態(tài)建設(shè)區(qū)(Ⅳ)、北部戈壁生態(tài)保護(hù)區(qū)(Ⅴ)，其中Ⅰ區(qū)、Ⅲ區(qū)、Ⅴ區(qū)為林草植被較好的區(qū)域，也是金昌市國家級公益林重點(diǎn)分布區(qū)，生態(tài)建設(shè)重點(diǎn)以保護(hù)現(xiàn)有林草植被為主；Ⅱ區(qū)、Ⅳ區(qū)為工、農(nóng)、牧交錯分布區(qū)，是走廊綠洲區(qū)，也是未來生態(tài)建設(shè)的主戰(zhàn)場。由于金昌市年降水量少，水資源是制約生態(tài)環(huán)境建設(shè)的關(guān)鍵因素。因此，生態(tài)建設(shè)中要充分考慮水資源平衡，樹種選擇上，盡量選擇耐旱的樹種，在發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)上，在綠洲邊緣地區(qū)營造喬、灌、草相結(jié)合的防風(fēng)固沙林，增強(qiáng)綠洲系統(tǒng)的穩(wěn)定性，擴(kuò)大林草面積，實現(xiàn)區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。生態(tài)功能區(qū)的劃定將為區(qū)域生態(tài)保護(hù)與生態(tài)建設(shè)提供重要的參考依據(jù)。