渤海湾海陆统筹生态安全屏障构建_杜志博.pdf

第 卷第期 年月水土保持通报 ，收稿日期：修回日期：资助项目：国家社会科学基金重点项目“渤海湾 海洋生态安全屏障 构建研究”（）；天津市科技重大专项与工程“天津市域生态空间格局优化与生态功能提升技术及应用”（）第一作者：杜志博（），女（汉族），河北省沧州市人，博士研究生，研究方向为生态恢复与生态规划。：。通信作者：李洪远（），男（汉族），天津市武清区人，博士，教授，博士生导师，主要从事生态恢复理论与方法、生物多样性与生态系统服务、生态规划与设计方面的研究。：。渤海湾海陆统筹生态安全屏障构建杜志博，陈晓琴，李洪远，孟伟庆（南开大学 环境科学与工程学院，天津 ；天津市跨介质复合污染环境治理技术重点实验室，天津 ；天津师范大学 地理与环境科学学院，天津 ）摘要：目的构建正向、负向作用区域相结合的生态屏障区，以充分实现生态屏障的保护、防御目标，为科学规划、实施生态屏障区分目标和差异化管理提供参考。方法以渤海湾生态系统为研究区域，通过水鸟多样性热点分析、生态系统服务价值评估、近岸海域生态系统质量评价得出正向、负向作用区域，结合各省份海洋保护规划目标，构建渤海湾海陆统筹生态安全屏障。结果水鸟多样性热点区域位于沿海滩涂、湿地和水体生态系统，冷点区域位于建设用地和耕地等频繁受人类活动影响的区域。生态系统服务价值由北向南呈现增加的趋势，其中水源涵养功能服务价值量最高。近岸海域海水环境质量整体向好，但仍存在富营养化严重、赤潮等海洋灾害频发地点；由北向南，海洋环境承载能力逐渐下降、海洋渔业开发强度逐渐上升。生态安全屏障共包括 个区域，其中正向作用区域 个，负向作用区域个，主要位于近海一侧陆海交汇处，整体大致呈现间隔分布的特征。结论以生态屏障为指导开展规划管理、生态治理工作，正向作用区域、负向作用区域分别以实现保护目标、防御目标为宗旨，促进海陆一体化生态文明建设。关键词：海陆统筹；生态安全屏障；正向作用区域；负向作用区域；空间分布文献标识码：文章编号：（）中图分类号：，文献参数：杜志博，陈晓琴，李洪远，等渤海湾海陆统筹生态安全屏障构建水土保持通报，（）：；，（）：，（.，；.，；.，）：，：；生态安全屏障以实现区域生态安全为终极目标，具有庇护所、水源涵养、水质净化、土壤保持、生物多样性保护等生态功能。国外直接关于生态屏障的研究较少，在生态安全方面，研究侧重于大尺度背景下生态安全及其与可持续发展间关系，生态系统服务理论与模型的构建及环境污染治理等生态恢复措施和生态工程建设；近年来气候变化背景下环境因素、人为因素、生物因素对全球生态系统动态演变，生物多样性保护、碳氮循环的影响及海洋“蓝碳”研究逐渐成为新的焦点。国内生态安全屏障研究侧重于概念、功能及内涵分析，空间规划和景观格局演变研究等，近两年以生物多样性保护、碳中和碳达峰为目标的生态安全屏障构建及海洋生态系统保护研究 逐渐增多。本文基于前人的研究观点，将生态屏障定义为：位于特定区域内的自然或人工改造的具有明确保护目标、防御对象，提供良性生态功能的区域性复杂生态系统 。生态屏障具有明确的保护目标，即生物多样性丰富、生态系统服务价值较高的正向作用区域；同时，也具有明确的防御目标，即由于人类活动造成的高污染、高开发等环境扰动和破坏的负向作用区域。已有研究基于土地利用格局评价、生态系统服务评估、资源环境承载力评价、景观生态风险评价等不同角度开展了生态屏障构建研究，构建方法体系多将具有正向作用的区域划定为生态安全屏障区，鲜少考虑到负向作用区域。等 通过生态系统服务价值估算，对长江上游区域生态效应进行定量评估，开展生态评价范围和规划建设内容研究；蒋蕾等 构建了包含生态屏障因子的区域景观生态风险定量评价方法，识别生态屏障建设关键区域；等 将生态安全屏障纳入生态安全格局构建过程中，基于“生态源生态屏障生态阻力面生态廊道”的框架构建渤海湾生态安全格局。这种构建体系既不能充分发挥生态屏障区对保护和维持生态系统服务供给区域的功能，也未能体现出生态屏障区的促进作用。鉴于此，本研究以渤海湾沿海 个县（市、区）行政区域为主要研究区域，基于由水鸟生物多样性、生态系统服务价值估算确定的正向作用区域，由近岸海域海洋环境污染、海洋灾害及渔业生态系统敏感性确定的负向作用区域，开展渤海湾海陆一体化生态屏障构建研究，旨在为该区域海陆一体化生态保护与空间治理提供科学依据。研究区域及数据来源研究区概况渤海湾位于渤海西部，地理坐标为 ，由河北、天津、山东个省市的沿海区域组成。研究集中在河北省唐山市路南区、乐亭县、曹妃甸区、滦南县、丰南区，河北省沧州市黄骅市、海兴县，天津市滨海新区、东丽区、津南区、宁河区，山东省滨州市无棣县、沾化县，山东省东营市河口区、利津县、垦利区（图）。图渤海湾的水鸟分布 第期杜志博等：渤海湾海陆统筹生态安全屏障构建渤海湾地区分布的众多河流、湖泊、水库、河口与漫长的浅海滩涂构成丰富湿地景观，是中国滨海湿地的重要组成部分，也是中国东部候鸟迁徙路线上的重要栖息地。具有丰富的油气、地下热水、煤成气藏、海盐资源，是沿海区域经济发展的重要支撑，在经 济、社 会、生 态 建 设 中 发 挥 不 可 替 代 的作用。数据来源本研究所使用数据包括行政区划数据、土地利用数据、鸟类分布点位数据、气候数据、未分类土地覆盖数据、植被类型数据、河网密度数据、路网密度数据、人口密度数据及统计年鉴和公报数据。其中，行政区划数据来源于全国地理信息资源目录服务系统（：）；土地利用数据来源于 （：）；鸟类分布点位数据来源于中国观鸟记录中心（）和相关研究文献资料；气候数 据 来 源 于 网 站（：）；未分类土地覆盖数据来源于 （）；植被类型、河网密度、路网密度数据来源于资源环境科学与数据中心（：）；人口密度数据来源于 （：）；水质监测数据来源于国家海洋环境监测中心（：）；赤潮发生数据来源于 中国海洋灾害公报 中国海洋环境质量公报 和相关研究文献资料；人均海岸线长度、人均海域面积、人均滩涂面积、人均海洋捕捞产量数据来源于统计年鉴、统计公报和研究区各县（市、区）政府部门网站。研究方法根据“正向作用区域保护为主，负向作用区域防御为主”的原则，将具有丰富生物资源、生境质量较高、连通性较好，对生物多样性保护、生态系统服务价值具有巨大贡献的区域划定为生态安全正向作用区域，将环境质量状况较差、灾害频发、敏感性高且易受人类活动干扰的区域划定为生态安全负向作用区域。结合河流、保护区分布现状，构建生态安全屏障。基于生态安全屏障构建的原则和内容，选取个一级指标 个二级指标（表）开展具体研究。表渤海湾生态安全屏障构建指标体系 屏障区一级指标二级指标三级指标单 位生态安全正向作用区域水鸟多样性保护多样性热点区域生态系统服务价值评估供给服务价值食物生产亿元原材料生产气体调节调节服务价值气候调节水源涵养废水处理支持服务价值土壤形成与保护生物多样性文化服务价值娱乐文化生态安全负向作用区域海洋环境污染近岸海域海水水境质量状况近岸海域各类水质比例富营养化状况 富营养化指数 海洋自然灾害赤潮灾害状况赤潮不同面积发生频率渔业生态系统敏感性人均海岸线长度 人海洋环境承载力人均海域面积 人人均滩涂面积 人海洋渔业开发强度人均海洋捕捞产量人生态安全正向屏障区水鸟多样性热点分析依据渤海湾水鸟分布记录结合 濒危物种红色名录 国家重点保护野生动物名录 濒危野生动植物种国际贸易公约 确定重点研究鸟类 种，去除无效栖息地点位且每个 的网格内仅保留一个分布点记录，最终得到关键鸟类分布数据记录 条（图）。以气候因子（年平均气温、气温季变化、最暖月的最高气温、水土保持通报第 卷最冷月的最低气温、气温年变化、年均降雨量、最湿月的降雨量、最干月的降雨量、降雨量季变化）、生境因子（未分类土地覆盖数据、植被类型、河网密度）、干扰因子（路网密度、人口密度）作为影响因子。将鸟类分布点位、环境变量数据转化为 模型数据格式输入模型，针对每个物种随机选取 的分布数据作为模型测试数据，剩余数据作为模型训练数据。采用 模拟运行 次，以 值进行精度评价，以“”定义适生阈值 ，在 中对 种水鸟预测分布结果进行空间叠加分析，得到渤海湾地区水鸟多样性热点分布图，采取自然间断点分级法划分为热点区域、次热点区域、中等区域、次冷点区域和冷点区域个等级。生态系统服务价值评估生态系统服务价值评估基于改进的单位面积生态系统服务价值当量因子法，由 中国统计年鉴（年）得到中国主要农产品单位面积产量为 ，天津市 ，河北省 ，山东省 。基于粮食产量比值进行修订 公式（）和（）后，耕地食物生产价值当量为，得到对应其他当量因子修订后数据（表）。表修订后的渤海湾单位面积生态系统服务价值当量 类 型森林草地耕地湿地水域裸地气体调节 气候调节 水源涵养 土壤形成与保护 废物处理 生物多样性保护 食物生产 原材料生产 娱乐文化 （）（）式中：为生态服务当量的地区修订系数；，分别为研究区和全国农田单位面积粮食产量；为第类土地利用类型经地区修订后的生态系统服务当量；为第类土地利用类型全国平均的生态服务价值当量，其中，依次对应森林、草地、耕地、湿地、水域、裸地。每个 栅 格 的 生 态 系 统 服 务 价 值 估 算 由 公 式（）计算得到：（）式中：为 单 位 面 积 栅 格 生 态 系 统 服 务 价 值（元）；为修订后生态系统服务当量（表）；为个标准单位生态系统服务价值当量的价值量，依据主要粮食作物价格计算得到值为 元；为 栅 格 对 应 土 地 面 积 与 单 位 面 积（）的比值 。生态安全负向屏障区将收集到的人均海岸线长度、人均海域面积、人均滩涂面积、人均海洋捕捞产量等面板数据标准化处理（公式和）后进行相关数据指标计算。海洋环境污染、自然灾害及敏感性指标均输入 进行空间分布分析。正向指标：（）（），（，；，）（）负向指标：（）（），（，；，）（）式中；，分别表示指标的标准值、原始值、最大值、最小值。富营养化状况采用富营养化指数（）计算（公式）。（）（）式中：为富营养化指数；为海水中的化学需氧量实测浓度；为无机氮浓度实测浓度；为活性磷酸盐实测浓度。为贫营养，为轻度富营养，为度富营养，为重度富营养。结果与分析水鸟多样性热点分布 模型结果显示：各个物种的 值均大于，总体平均值为 ，说明模型精度良好。鸟类热点冷点分布（图）结果表明，鸟类热点区域第期杜志博等：渤海湾海陆统筹生态安全屏障构建主要位于天津市滨海新区永定新河河口附近近岸海域，北大港水库、独流减河河槽及河口附近近岸海域，子牙新河、北排水河间区域、河口附近及近岸海域，宁河区七里海国家湿地公园；山东省东营市徒骇河河口及近岸海域，黄河三角洲国家级自然保护区。旅鸟、候鸟、留鸟热点区域稍有不同，但总体上热点区域多位于沿海滩涂、湿地和水体，冷点区域多位于耕地、建设用地等受人类活动影响较大的区域。图渤海湾水鸟生物多样性热点地区 生态系统服务价值分布不同生态系统服务功能价值（图）大小顺序依次为：水源涵养废物处理气体调节娱乐文化生物多样性气候调节土壤形成与保护食物生产原材料生产，其中水源涵养、废物处理功能的生态服务 价 值 远 大 于 其 他 功 能，所 占 比 例 分 别 为 ，。原 材 料 生 产 的 价 值 最 低，仅 占。不同土地利用类型的生态系统服务功能价值（图）大小顺序依次为：水体耕地湿地草地林地裸地人造地表，其中水体提供的生态系统服务 价 值 远 高 于 其 他 土 地 利 用 类 型，占 比 为 。渤海湾拥有滦河、海河、黄河等众多河流，湖泊、池塘、水库零散分布且湿地资源丰富拥有众多的湿地和鸟类保护区，这些生态系统能够充分发挥水源涵养和废物处理服务价值。区县级行政区中（图），滨海新区生态系统服务价值最高，所占比例为 ；其次为河口区、垦利区、无棣县，所占比例分别为 ，；最低的为路南区，仅占 。结合不同生态系统服务价值，渤海湾应在继续保持其水源涵养、废物处理功能的基础上，进一步提升生物多样性保护和调节功能。水土保持通报第 卷图渤海湾生态系统服务功能价值评估结果 海水环境质量状况渤海湾近岸海域海水环境质量状况整体向好，水质优良