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生態紅線劃分的技術方法和展望

昨天環保時評為您推送了生態紅線是底線!所有省份今年要全部劃定,今天我們就來講講生態紅線是如何劃定的。


生態紅線的理論支撐

( 1) 生態適宜性分析

生態適宜性分析根據規劃對象或者評價單元的尺度獨特性、抗干擾性、生物多樣性、空間效應等,選擇自然社會經濟因子構建評價指標體系和指標權重,通過建立適宜性指數模型計算適宜性指數,確定評價單元對某種使用方式的適宜性和限制性,進而劃分適宜性等級。適宜性分析是空間規劃的重要工具,廣泛地應用於保護區選址、種( 養) 殖區區劃、環境影響評價、動植物生境適宜性分析和土地利用格局優化中。通過適宜性分析確定不同地域/海域的使用方式,對於解決資源使用衝突、緩解生態環境退化問題和提高區域的生態功能和服務綜合價值具有重要意義。現在適宜性分析已經從簡單的多屬性單目標( 單一使用方式適宜性評價)階段發展到多目標( 多種使用方式綜合適宜性評價) 整體優化階段,利用線性或者非線性優化演算法,確定研究區域的最優使用方式。非線性適宜性指數模型開發和空間聯繫( 效應) 量化是生態適宜性分析的熱點和難點.

( 2) 景觀/區域生態安全格局理論

在景觀和區域尺度上,生態系統的空間分布格局對生態系統的結構功能和生態服務價值具有重要影響。作為土地利用規劃的指導思想,「全球思維,區域規劃,局地實施」理念非常強調空間背景對景觀和區域生態規劃的重要性,認為在進行景觀和區域生態規劃時必須考慮周圍景觀和區域的影響。某個地域是否具有生態保護重要性,不僅取決於其本身的各種自然、社會和經濟屬性,而更取決於其在景觀和區域中保護生態系統完整性和連通性的價值。景觀中的某些關鍵性的局部,位置和空間聯繫如盆地的出水口、廊道的斷裂處或瓶頸、河流交匯處的分水嶺、動物遷徙途中的踏腳石、大型自然斑塊、寬闊的河流廊道、多種生態系統的交錯區對維護或控制某種生態過程有著異常重要的意義,在景觀和區域規劃和設計中保護和維護其空間格局對於優化景觀功能、維持生態功能和服務價值的可持續性具有重要作用。景觀中這些關鍵局部位置和空間聯繫構成了景觀生態安全格局。

與此類似,區域生態安全格局研究也是基於格局與過程相互作用的原理尋求解決區域生態環境問題的對策,但是它更強調區域尺度生態環境問題的發生與作用機制,例如干擾的來源,社會經濟的驅動以及文化倫理的影響等; 強調通過不同尺度上格局與過程的干擾效應研究,集中解決生物保護、生態系統恢復及景觀穩定等一系列問題; 根據干擾對某一尺度格局與過程的作用,提出相應的解決對策。景觀/區域空間格局決定景觀/區域區域功能,生態功能反過來又影響空間格局。保護寬闊的河流廊道,減少自然景觀破碎度,通過設置廊道和踏腳石的方式提高景觀連通度,保護大型自然斑塊是生態安全格局制定的指導思想。生態紅線劃分依據不單是評價單元在生態系統層次上生態重要性和脆弱性/敏感性,而更為重要的是評價單元在區域和景觀安全格局上的生態重要性。如從生物保護角度講,在小的局域尺度上某生態系統面積小生物多樣性低而生態保護價值不大,但其在景觀和區域尺度上可能由於空間位置特殊性( 是鳥類遷徙途中極為重要的踏腳石) ,同樣需要重點保護。

( 3) 海陸統籌理論

陸地對海洋的影響在很大程度上體現在來自於陸地污染物的輸入。近海富營養化是海洋面臨的最主要生態問題,其主要成因就是上游流域面源營養鹽污染大量排放。上游流域土地利用/土地覆蓋格局變化將影響入海淡水的數量、質量和動態變化特徵,從而對海岸帶地區的生物多樣性產生重要影響,如一些洄遊海洋生物對上遊河流的枯水期、豐水期的水位、流速和出現時間以及持續長度非常敏感。另外,海岸帶和海洋生態系統面臨的氣候變化、生物多樣性下降,生境破壞和破碎化、外來生物入侵等威脅都與近岸陸地上的人類活動有關。近海和流域通過水文聯繫而成為海岸帶綜合管理中有機整體。在海洋的生態環境治理中避免「頭疼醫頭,腳疼醫腳」,強調海陸統籌、源頭治理是海洋和海岸帶管理的發展趨勢。確定陸源干擾的種類和干擾機制,在此基礎上進行生態紅線劃分,將有助於提高生態紅線區劃分結果的科學性。

( 4) 干擾生態學理論

干擾一般是指能顯著改變系統自然格局的離散事件,它導致景觀中各類資源的改變和景觀結構的重組。自然干擾可以促進生態系統的演化更新,是生態系統演變過程中不可或缺的自然現象。但是,人類干擾或人類干擾誘發的自然災害卻成為區域生態環境惡化的主要原因。生態系統退化的程度與人為干擾狀況( 即干擾的強度、時間和頻度) 有關。停止干擾後生態系統有自動恢復的功能,但其能力是有限的,退化生態系統自身能否恢復及恢復的速度與所經受的干擾強度和時間長度有關。改變人為干擾的機制,減少退化生態系統的外部干擾壓力,有利於退化生態系統的恢復。在景觀生態研究中,很強調自然干擾機制的保持,保護區的面積應該足以保證某些自然干擾的完整性是保護區設計的重要原則。人類活動帶來一系列的生態、環境問題在很大程度上與人類活動改變了某些自然干擾機制有關,而自然干擾機制是景觀或區域內一些生態功能和過程正常運行的前提和基礎。把人類活動對某些自然干擾的影響減少到適當的程度是實現景觀功能優化的重要措施。人類活動對生態系統或景觀功能和過程的影響主要體現在對自然干擾機制的破壞或改變上。如在河流景觀中,河流和衝擊灘是通過洪水聯繫起來的,很多生態過程的速率和發生時間取決於洪水的脈動規律。而河道取直、堤壩建設等人為活動改變了洪水的自然干擾模式,結果引起景觀功能的退化和生物多樣性的喪失。將干擾生態學理論結合到生態紅線劃分中,注意保持和維護自然干擾機制,減少人為干擾的不利影響,將有助於提高生態紅線劃分的科學性。

( 5) 生態系統管理和適應性理論

生態系統管理是在對生態系統組成、結構和功能過程加以充分理解的基礎上,制定適應性的管理策略,以恢復或維持生態系統整體性和可持續性。保護生物多樣性、保護關鍵的生態過程和維持生態系統完整性是生態系統管理的主要目標。生態系統管理是綜合管理,管理邊界是生態系統的自然邊界而不是行政邊界,根據生態過程的影響範圍確定管理邊界是生態系統管理的基礎。在陸地上,流域邊界常常用於界定生態管理邊界,而在海岸帶綜合管理中上游流域邊界也常用於確定海岸帶管理邊界。生態系統管理強調公眾參與,管理目標明確和具有可操作性,在調解利益相關方之間的各種衝突基礎上綜合考慮和設定生態、社會和經濟多種目標。在生態系統管理中,人類被看作是生態系統的有機組成部分,人類活動對生態系統的影響研究是生態系統管理的基礎。生態系統管理的對象表面上是生態系統,實質上是人類活動。由於生態系統的不確定性、複雜性、時滯性,人類對生態系統主要驅動力及生態系統行為和響應的認識能力有限,生態系統管理強調適應性管理理念,生態系統管理者需要通過不斷調整戰略、目標及方案等,以適應快速變化的社會經濟狀況與環境變化。生態系統管理的主要途徑有生態風險評價、退化生態系統恢復、自然保護區設計和生態工程和生態建設。


生態紅線劃分的技術路線

生態紅線劃分的目的是維護區域生態系統完整性和連通性,確定需要保護的生態重要功能區和生態敏感/脆弱區的空間範圍。任何一個生態系統都具有多種生態功能,但其功能重要程度與其所在區域或者景觀內的生態環境問題類型、嚴重程度以及生態服務功能需求迫切性有關。另外,不同的生態系統的主導生態功能類型和生態功能服務總體價值也不同。因而,通過生態調查進行生態環境問題診斷和生態服務功能需求分析,進行生態系統空間製圖,收集規劃區的生態、環境和資源要素的空間分布和使用信息是生態紅線劃分的基礎。景觀/區域生態安全格局理論非常強調在更大的時空尺度上研究生態和環境問題,強調局地的生態環境問題與周邊景觀要素類型和空間分布格局的關係,強調通過景觀結構優化實現景觀生態功能優化的目的。

以海岸帶地區為例,海水富營養化以及隨之而來的生物多樣性下降和漁業資源衰竭與上游流域土地利用格局變化有關。為維持海岸帶地區的區域生態系統的完整性和連通性,需要結合生態安全格局理論海陸統籌地劃分生態紅線。某些區域的生態環境問題如下游水體的生物多樣性下降與自然干擾機制破壞( 人類活動改變了上游流域地表徑流節律) 有關,在生態紅線劃分過程中根據干擾生態學理論和生態安全格局理論保護( 恢復破壞了的) 自然干擾機制有助於提高紅線區劃的科學性。生態紅線管理的對象是人類活動,需要在生態系統管理和適應性理論指導下進行,在結合DPSIR 模型框架研究人類活動對生態系統的影響規律的基礎上,管理和規範人類活動,從而達到維護區域生態完整性和生態服務功能的可持續性,解決生態環境退化和資源枯竭問題目的。生態功能重要性和脆弱性/敏感性評價是生態紅線劃分的主要依據,需要根據生態適宜性指數模型確定評價單元的生態功能重要性和生態敏感區/脆弱程度,這是生態紅線區劃和分級的基礎。而在生態適宜性評價中,除了考慮評價單元自身的生態屬性,還需要考慮評價單元的周邊景觀要素的種類和空間分布以及評價單元的位置重要性,即景觀生態安全格局因素。以海岸帶地區為例,提出了生態紅線( 空間紅線) 劃分技術路線:

( 1) 對研究區內存在的生態和環境問題進行診斷分析,了解現有土地/海域使用現狀和生態服務功能需求,並收集和調查自然、社會和經濟各種數據,構建資料庫並進行生態系統區劃和空間製圖。

( 2) 根據生態和環境問題診斷結果以及生態系統空間信息,確定生態服務功能需求並對各種生態服務功能需求的緊迫性進行定量評價.

( 3) 基於生態功能需求信息和生態系統空間格局信息,確定景觀生態安全格局。寬闊的河流廊道、育苗場、產卵地和動物遷徙中轉站,保護區之間的廊道和踏腳石因其在保護區域生態系統連通性和完整性的特殊作用,需要加強保護,在生態適宜性評價中需要考慮其特殊地位和作用。

( 4) 基於生態適宜性分析和安全格局信息,確定生態紅線。在生態功能需求分析基礎上,根據評價單元對某種( 些) 生態功能需求的適宜性、生態服務功能需求的緊迫性以及對生態安全格局的空間重要性,確定評價單元的生態重要性和重要生態功能區的邊界; 根據生態問題診斷結果和評價單元的生態屬性,利用適宜性指數模型對評價單元的生態脆弱性/敏感性進行評價,確定生態脆弱/敏感區的邊界。考慮到生態交錯區一般生態脆弱性高,在生態脆弱性評價中需要考慮評價單元的空間背景狀況。

( 5) 生態紅線確定後,需要結合生態系統管理和適應性理論和DPSIR 模型框架,規範紅線區的人類活動,確定活動的類型和強度,進行生態紅線管理。


生態紅線展望

( 1) 基於海陸統籌的空間格局-生態過程研究

中國環境的問題主要集中在人類活動劇烈、生態環境退化嚴重的東部地區,這意味著沿海省市的生態紅線劃分更有緊迫性。海洋生態環境問題如生物多樣性下降、漁業資源退化、水質惡化、生態系統彈性下降大都與沿海陸地( 流域) 土地資源的不合理開發利用有關。根據陸地和海洋的流域水文聯繫,研究上游流域土地利用空間格局與近海富營養化和海洋生物多樣性的關係,在此基礎上確定沿海省市的生態紅線邊界和範圍,將有助於提高中國生態紅線區劃分結果的科學性。

( 2) 生態適宜性評價方法研究

生態適宜性評價是生態紅線劃分的基本工具,但現有的生態適宜性評價主要基於評價單元自身屬性,很少考慮周邊景觀要素的空間布局對評價單元適宜性的影響。指標打分系統和權重確定以及指數模型的結構都需要根據研究區域的生態環境問題、自然地理條件和評價目標相應變化。空間紅線和面積紅線如何協調,如何根據面積紅線調整空間紅線劃分的依據都是今後生態適宜性評價方法研究的重要內容。

( 3) 生態模擬和監測研究

了解包括人類活動在內的各種壓力會對區域內的生態系統完整性、連通性和關鍵生態過程影響,是生態空間紅線劃分和管理的依據。而這需要藉助生態模擬來實現,通過生態模擬揭示干擾或者說脅迫( 氣候變化或人類活動) 對生態系統的影響以及模擬不同情景( 管理或者氣候變化) 下生態系統的響應,理解生態系統各種成分之間的複雜關係。生態模擬需要根據生態建模的目的收集大量的數據和參數,但傳統的生態環境監測的指標種類,監測頻度和空間範圍大都不能滿足生態建模需要。根據生態紅線生態模型需要確定綜合生態環境監測方案並進行長期監測將有助於解決這一問題和提高生態紅線管理的水平。

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