全 文 ：海 河 流 域 生 态 功 能 区 划*
白摇 杨摇 郑摇 华摇 欧阳志云**摇 徐卫华摇 江摇 波摇 方摇 瑜
(中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室, 北京 100085)
摘摇 要摇 从海河流域自身的特征出发,运用 RS、GIS 技术,采用定性和定量分析相结合的方
法,对海河流域生态功能区进行划分.结果表明:海河流域可划分为 5 个生态区、24 个生态亚
区和 114 个生态功能区;以流域尺度上占主导地位的 4 项生态功能(水源涵养、水土保持、防
风固沙和生物多样性保护)为依据,确定了对海河流域具有重要意义的 11 个重要生态功能区
域.该区划结果明确了对海河流域生态安全具有重要意义的区域,可用于指导海河流域自然
资源的有序开发利用和产业的合理布局,为海河流域生态环境保护提供了科学依据,对维护
海河流域生态安全具有重要意义.
关键词摇 生态功能区划摇 生态敏感性摇 生态系统服务摇 海河流域
文章编号摇 1001-9332(2011)09-2377-06摇 中图分类号摇 Q149;X32 / 013摇 文献标识码摇 A
Ecological function regionalization of Haihe River basin. BAI Yang, ZHENG Hua, OUYANG
Zhi鄄yun, XU Wei鄄hua, JIANG Bo, FANG Yu (State Key Laboratory of Urban and Regional Ecolo鄄
gy, Research Center for Eco鄄Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085,
China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2011,22(9): 2377-2382.
Abstract: Aiming at the features of Haihe River basin, and by using RS and GIS technologies in
combining with qualitative and quantitative analyses, a regionalization was conducted on the ecologi鄄
cal function of the basin. The Haihe River basin could be divided into 5 ecoregions, 24 sub鄄ecore鄄
gions, and 114 eco鄄functional zones. Furthermore, 11 critical eco鄄functional zones were identified,
according to the dominant functions (water conservation, soil conservation, wind prevention and
sand fixation, and biodiversity protection) at basin scale. This regionalization made clear the re鄄
gions important for the ecological security of Haihe River basin, which could guide the orderly ex鄄
ploitation and utilization of natural resources and the rational distribution of industries, offer scien鄄
tific basis for the ecological environment protection, and maintain the ecological security of the
basin.
Key words: ecological function regionalization; ecological sensitivity; ecosystem service; Haihe
River basin.
*国家重点基础研究发展计划项目(2006CB403402,2009CB421105)
和中国科学院知识创新工程重要方向性项目(KZCX2鄄YW鄄322 资助.
**通讯作者. E鄄mail: zyouyang@ rcees. ac. cn
2011鄄01鄄11 收稿,2011鄄06鄄28 接受.
摇 摇 自然生态系统提供的产品和服务维系、支持着
整个地球生命系统,是人类生存和社会发展的基本
保证[1-2] .目前,人类为了适应人口的快速增长和经
济迅速发展的需求,将自然生态系统转化为人为管
理的生态系统,造成了生物多样性丧失、生态系统功
能下降[3] .人类对生态系统的干扰一旦超过生态系
统的承载能力,生态系统持续提供服务的能力将会
丧失.如何调整管理方式、协调保护与发展之间的关
系是可持续发展的重要内容.
根据区域生态系统类型、生态敏感性和生态系
统服务的空间分异规律,生态功能区划可对区域生
态功能进行地理空间分区[4-6] . 生态区划是在自然
区划的基础上发展而来. 19 世纪初,Hommever 发展
了地表自然区划的观念以及在主要单元内部逐级分
区的概念,开创了现代自然区划研究[7] . 1976 年,美
国生态学家 Bailey[8]首次开始了真正意义上的生态
区划,提出了美国生态区域的等级系统. 我国于
2002 年发布了《生态功能区划技术暂行规程》 [9],
2008 年环境保护部和中国科学院发布了《全国生态
功能区划》 [6],给生态系统管理提供了指导和借鉴.
但全国生态功能区划和其他各省市生态功能区
应 用 生 态 学 报摇 2011 年 9 月摇 第 22 卷摇 第 9 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Sep. 2011,22(9): 2377-2382
划[5,10-11]均是在行政区划尺度上进行的功能区划,
其在生态功能环境现状、生态环境敏感性和生态功
能空间上的异质性不足以反映流域尺度特征,其结
果很难直接用于指导流域的生态保护和生态建
设[12] .因此,建立以流域为尺度单元的生态功能区
划理论框架和例证研究能更好地协调各方面损益冲
突[13] .以此为基础,有针对性地研究生态系统结构、
过程和功能的演变,研究生态系统恢复措施对流域
生态系统的影响,可为实现流域的可持续发展奠定
基础.
本文以海河流域为研究对象,采用 RS 和 GIS
技术,从流域尺度上研究了海河流域生态环境现状、
生态环境敏感性特征和生态系统服务空间分异规
律;提出了流域生态功能区划的方法,构建了海河流
域生态功能分区方案,并对海河流域重要生态功能
区的主要环境问题进行分析,为指导海河流域生态
环境保护和生态建设、因地制宜地进行产业结构布
局及协调海河流域社会经济发展提供科学依据,为
流域生态系统管理提供理论框架.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
海河流域既是我国政治文化中心,也是重要的
经济中心和粮食生产基地之一,在全国经济社会发
展格局中占有十分重要的战略地位. 海河流域也是
我国水资源最紧缺的地区,按 1956—1998 年水文系
列统计数据,全流域水资源总量 372伊108 m3,人均占
有量 305 m3,仅为全国平均水平的 1 / 7,世界平均水
平的 1 / 27,远低于人均 1000 m3的国际水资源紧缺
标准,居全国十大流域之末. 海河流域人口稠密,人
口密度已超过 448 person·km-2,远高于国际平均人
口密度(46 person·km-2) [14] . 流域内生产发达,社
会经济需水模数居全国前列,水资源供需矛盾异常
突出.迫于巨大的需水压力,流域内通过修建水库、
修筑堤防、开挖减河、引水工程、开采地下水、农田灌
溉等方式长期过度地开发利用水资源,使流域内水
生态退化严重、生态功能下降. 主要表现在:水资源
短缺,供需矛盾突出;河道干涸,生态功能退化;湿地
大幅减少,生物多样性衰退;地下水严重超采,地面
沉降严重;水土流失严重,荒漠化、沙尘暴呈加剧之
势;水旱灾害加剧等.
1郾 2摇 研究方法
1郾 2郾 1 流域尺度生态功能区划理论框架摇 基于海河
流域生态系统现状特征[15]以及流域生态系统敏感
性和生态功能重要性特征[16-18],构建了流域尺度生
态功能区划理论框架(图 1).借助 GIS 软件,实现了
各评价指标空间化,用于空间异质性的识别.
1郾 2郾 2 区划方法 摇 首先确定流域生态功能区划目
标,然后在分析流域生态环境和社会经济发展现状
特点和主要生态环境问题的基础上,运用 RS、GIS
等技术,采用定性分析和定量分析相结合的方法,对
流域的生态环境现状、生态环境敏感性和生态系统
功能重要性进行评价,分析其在空间上的分异规律;
根据流域生态环境特征的相似性和差异性确定流域
地理空间分区,形成流域分区等级及区划方案,并对
各功能区进行命名和特征描述.
根据遥感解译结果,定量评价流域生态系统组
成和格局特征、空间分布特征、动态演变特征及其驱
动力分析,详细描述见文献[15].根据《生态功能区
划技术暂行规程》 [9] 和 《千年生态系统评估报
告》 [3],本研究建立流域生态系统敏感性和生态系
统服务评价指标体系. 生态系统服务具体评价方法
和评价结果见文献[16-18].
流域生态系统敏感性评价应明确流域可能发生
的主要生态环境问题类型与可能性大小[19-21] .根据
海河流域生态系统特征和生态环境主要影响因子,
本文选择土壤侵蚀、沙漠化和地质灾害作为生态敏
感性评价的指标(表 1).
1郾 3摇 数据来源与处理
采用2005 / 2006年TM遥感影像,解译出海河
图 1摇 流域生态功能区划理论框架
Fig. 1 摇 Theoretical framework of basin ecological function re鄄
gionalization.
8732 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
表 1摇 流域生态系统敏感性评价指标体系
Table 1摇 Evaluation of index system of basin ecosystem sensitivity
生态问题
Ecological
problem
影响因子
Influence factor
不敏感
None sensitive
轻度敏感
Little sensitive
中度敏感
Middle sensitive
高度敏感
Highly sensitive
极度敏感
Extremely sensitive
水土流失
Water and
年均降雨量
Average annual rainfall (mm)
臆25 25 ~ 100 100 ~ 300 300 ~ 500 500 ~ 1000
soil loss 土壤质地
Soil texture
石砾、沙 粗砂土、细砂
土、粘土
面砂土、壤土 砂壤土、粉粘
土、壤粘土
砂粉土、粉土
坡度 Slope (毅) <8 8 ~ 15 15 ~ 25 25 ~ 35 >35
植被覆盖 Land cover 域、水田、城市 林地、灌丛 草地 旱地 裸地
沙漠化 湿润指数 Humidity index >0. 65 0郾 50 ~ 0郾 65 0郾 20 ~ 0郾 50 0郾 05 ~ 0郾 20 臆0郾 05
Desertification 植被覆盖 Land cover 森林、水域、城市 灌木 草地 农田 裸地
单位面积地表水量 Surface water per
unit area (伊104 m3·km-2)
9郾 8 ~ 12郾 5 8郾 0 ~ 9郾 8 5郾 1 ~ 8郾 0 2郾 5 ~ 5郾 1 <2郾 5
地质灾害 坡度 Slope (毅) <8 8 ~ 15 15 ~ 25 25 ~ 35 >35
Geological 年降雨量 Annual rainfall (mm) 臆100 100 ~ 300 300 ~ 500 500 ~ 700 700 ~ 1000
hazard 距水系距离 Distance to river (m) >3000 3000 ~ 2000 2000 ~ 1000 1000 ~ 500 <500
距道路距离 Distance to road (m) >4000 4000 ~ 3000 3000 ~ 2000 2000 ~ 1000 <1000
流域各种生态类型的面积及其空间分布[15] .生态系
统服务和生态系统敏感性评价中所用数据见文献
[16-18].
2摇 结果与分析
2郾 1摇 海河流域生态系统敏感性评价
由图 2 可以看出,极度敏感区域主要分布于海
河流域北部山区和西部山区,南部平原区域也有零
星分布,面积为 19369郾 35 km2,占流域总面积的
6郾 1% ;高度敏感区域主要分布于流域北部、西部和
南部的太行山、燕山山区,面积为 35574郾 38 km2,占
流域总面积的11郾 2% ;中度敏感区域主要分布于流
图 2摇 海河流域生态系统敏感性综合评价
Fig. 2摇 Integrated evaluation for ecosystem sensitivity in Haihe
River basin.
域北部山区和中部平原区,面积为 78813郾 94 km2,占
流域总面积的 24郾 8% ;轻度敏感区域主要分布于流
域东部和中部的山前平原区,面积为 62319郾 45 km2,
占流域总面积的 19郾 6% ;不敏感区域主要分布于流
域北部内蒙古高原和沿海地区,面积为 121595
km2,占流域总面积的 38郾 3% .
2郾 2摇 海河流域生态系统服务价值的重要性评价
针对流域典型生态系统提供服务的能力,将流
域划分成不同的单元,以反映生态服务的区域分异
规律,然后进行流域生态系统功能的重要性评价.根
据海河流域生态系统特征,选择土壤保持、水源涵
养、固碳等因素进行生态系统功能的重要性评价,将
图 3摇 海河流域生态系统服务价值的重要性评价
Fig. 3 摇 Integrated evaluation for ecosystem service value in
Haihe River basin.
97329 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 白摇 杨等: 海河流域生态功能区划摇 摇 摇 摇 摇
上述服务指标进行综合,对海河流域生态系统服务
进行综合评价.由图 3 可以看出,极重要区域主要分
布于流域北部山区和中部南部山区,面积为
30336郾 6 km2,占流域总面积的 9郾 5% ;重要区域主要
分布于流域太行山、燕山山区,面积为 35496郾 69
km2,占流域总面积的 11郾 2% ;中等重要区域主要分
布于流域北部内蒙古高原和太行山山区,面积为
65742郾 3 km2,占流域总面积的 20郾 7% ;一般区域主
要分布于流域东部、中部、南部平原和山西盆地,面
积为 186224郾 4 km2,占流域总面积的 58郾 6% .
2郾 3摇 海河流域生态功能区划
2郾 3郾 1 海河流域生态功能分区方案摇 在海河流域生
态环境现状、生态环境敏感性、生态系统服务价值重
要性等评价研究的基础上,采用空间叠置法、相关分
析法以及专家集成,将一系列相同比例尺的评价图
按生态功能区划的等级体系,通过自上而下划分方
法进行海河流域生态功能区划. 海河流域生态功能
区划可细划为 5 个生态区、24 个生态亚区(图 4)和
114 个生态功能区(略). 玉.内蒙古高原中东部典型
草原生态区包括 7 个亚区,坝上高原草原与农业生
态亚区(玉1)、坝上高原西部草原与农业生态亚区
(玉2)、阴山山地南部落叶灌丛鄄草原生态亚区
(玉3)、坝上高原中部草原与农业生态亚区(玉4)、
图 4摇 海河流域生态功能区划一级、二级分区
Fig. 4摇 First and second order of ecological function regionaliza鄄
tion in Haihe River basin.
玉: 内蒙古高原中东部典型草原生态区 Central eastern Inner Mongolia
plateau typical grassland ecotope; 域: 黄土高原农业与草原生态区 Lo鄄
ess plateau grassland and agricultural ecotope; 芋: 京津唐城镇鄄城郊农
业生态区 Beijing鄄Tianjin鄄Tangshan urban and suburban agricultural
ecoregion; 郁: 燕山鄄太行山山地落叶阔叶林生态区 Yanshan鄄Taihang鄄
shan mountain broadleaved deciduous forest ecoregion;吁: 华北平原农
业生态区 Northern China plain agriculture ecoregion.
锡林郭勒典型草原生态亚区(玉5)、坝上高原北部
草原与农业生态亚区(玉6)和阴山山地北部落叶灌
丛鄄草原生态亚区(玉7);域.黄土高原农业与草原生
态区,有 2 个亚区:晋北山地丘陵半干旱草原生态亚
区(域1)和吕梁山山地落叶阔叶林生态亚区(域2);
芋.燕山鄄太行山山地落叶阔叶林生态区,包括 7 个
亚区:辽西低山丘陵针阔混交林生态亚区(芋1)、冀
北及燕山山地落叶阔叶林生态亚区(芋2)、永定河
上游山间盆地林农草生态亚区(芋3)、太岳山山地
丘陵落叶阔叶林生态亚区(芋4)、豫西北太行山南
麓丘陵农业生态亚区(芋5)、太行山山地落叶阔叶
林生态亚区(芋6)和太行山太岳山山间盆地丘陵农
业生态亚区(芋7);郁郾 京津唐城镇与城郊农业生态
区包括 4 个亚区:京津唐城郊农业生态亚区(郁1)、
北京中心城市生态亚区(郁2)、天津中心城市生态
亚区(郁3 )和天津滨海化工工业与渔业生态亚区
(郁4);吁.华北平原农业生态区,包括 4 个亚区:运
东滨海平原农业生态亚区(吁1)、豫北平原农业生
态亚区(吁2)、冀中南平原农业生态亚区(吁3)和鲁
北平原农业生态亚区(吁4).
2郾 3郾 2 海河流域重要生态功能区摇 根据海河流域生
态系统评价和区划结果,以水源涵养、水土保持、防
风固沙和生物多样性保护 4 类具有明显流域特征的
主导生态功能为依据,确定了对海河流域生态安全
具有显著意义的 11 个生态系统服务功能重要区
域(表2 ,图5 ) . 其中,水源涵养重要区2个,面积
图 5摇 海河流域重要生态功能区的分布
Fig. 5 摇 Distribution of important eco鄄functional areas in Haihe
River basin.
A:水源涵养重要区Water source and conservation important area; B:生物
多样性保护区Biodiversity protection area; C:水土保持重要区 Soil conser鄄
vation important area; D:防风固沙重要区 Sand鄄fixation important area.
0832 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
表 2摇 海河流域重要的生态功能区域
Table 2摇 Important eco鄄functional areas in Haihe River basin
生态功能区
Eco鄄functional area
生物多样性
Biodiversity
水源涵养
Water
conservation
水土保持
Soil
conservation
防风固沙
Sand
fixation
洪水调蓄
Flood water
storage
京津水源地水源涵养重要区 Beijing鄄Tianjin water source and conservation
important area
++ +
官厅水库水源保护区 Guanting reservoir water reserve ++ +
太行山地土壤保持重要区 Taihangshan mountain soil conservation impor鄄
tant area
+ ++
阴山北麓-浑善达克沙地防风固沙重要区 Northern Yinshan鄄Hunshandake
sand鄄fixation important area
++
尚义干草原风蚀控制生态功能区 Shangyi arid鄄steppe wind erosion control
ecological function region
++
黄河三角洲湿地生物多样保护重要区 Yellow River Delta wetland biodi鄄
versity protection area
++
白洋淀湿地生物多样性保护区 Baiyangdian wetland biodiversity protection
area
++ +
南大港湿地与生物多样性保护生态服务功能区 Nandagang wetland biodi鄄
versity protection and ecological service function region
++
百花山生物多样性保护区 Baihuashan biodiversity protection area ++ +
灵山生物多样性保护区 Linshan biodiversity protection area ++ +
松山生物多样性保护区 Songshan biodiversity protection area ++ +
++:主导功能 Dominant function; +:辅助功能 Assistant function.
17040 km2,占海河流域总面积的 5郾 4% ;水土保持重
要区 1 个,面积 26529 km2,占海河流域总面积的
8郾 4% ;防风固沙重要区 2 个,面积 5925 km2,占海河
流域总面积的 1郾 9% ;生物多样性重要区 6 个,面积
2533 km2,占海河流域总面积的 0郾 8% .
3摇 结摇 摇 论
本研究结果表明,海河流域可划分为 5 个生态
区、24 个生态亚区、114 个生态功能区,并明确了海
河流域生态系统空间分布特征以及生态敏感性区域
和生态功能区域的空间分异规律,对指导海河流域
自然资源的有序开发利用和产业的合理布局具有重
要意义.
重要生态功能区的划分对流域内生态保护具有
重要意义[22-23] .在大多数情况下,生态系统服务价
值评价是以生态系统保护、协调人与自然的和谐发
展为目的,因此,在具体评价时需要考虑研究区域内
主要生态环境问题和优先保护问题. 本研究确定了
11 个重要生态功能区域,将生态系统保护与社会经
济发展的矛盾从流域尺度缩小到了关键区域内,对
于建立地方生态功能重点保护区域具有重要的指导
意义.
以流域为对象进行生态功能区划,可以更准确
地识别流域生态环境问题,更好地分析和协调流域
上下游各利益相关者的关系,更准确地明晰生态功
能的提供者和受益者. 通过调查和协商流域尺度生
态功能区划原则、方法和方案结合流域实际情况,可
更好地提出流域实际可行的规划方案,提高管理措
施执行效率,保障流域生态安全.本研究采用的流域
生态功能区划方法充分贯彻了流域区划原则,研究
结果可用于海河流域生态修复、生态系统可持续性
保护、水环境管理和水资源保护.如何协调海河流域
生态环境保护与社会经济发展、生态系统功能之间
的关系,是管理者、利益相关者和专家学者面临的巨
大挑战,尚需深入研究.
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作者简介 摇 白 摇 杨,男,1982 年生,博士. 主要从事城市生
态、区域生态系统评价与生态规划研究,发表论文 15 篇.
E鄄mail: youngbcs@ gmail. com
责任编辑摇 杨摇 弘
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