基于三维模型框架的承德市域生态功能区划研究

杨立强，钱金平，胡引翠

（1. 河北省国土资源厅 信息中心， 河北 石家庄 051130；2.河北师范大学 资源与环境科学学院， 河北 石家庄 050024）

承德市位于河北省东北部，自然资源丰富。同时，承德市是京津两大城市的生态屏障和饮用水源地，是河北省的重点敏感生态区。因此，开展生态功能区划研究，明确定位和发展方向，对于促进全市经济社会与生态环境可持续发展，具有重要意义。本文以区域自然生态本底、自然过程、人类社会经济活动三个维度，明确区域的景观格局及动态变化，构建生态功能区划的指标体系。在技术方法上，以遥感数据为补充，获取相关指标因子，在地理信息系统的辅助下，构建生态功能区划的技术体系，划分了承德市生态功能圈，为决策者提供科学依据。

1 研究区域概况

承德市属半干旱、半湿润大陆性季风性山地气候。全市气候类型由北向南依次是亚寒带冷湿带、亚干旱中温带、亚湿润中温带和较湿润暖温带。承德市河流分属四个流域，即滦河流域、北三河流域、辽河流域、大凌河流域。

承德市植被沿纬度方向分为两个植被带，即温带草原植被带和暖温带落叶阔叶林植被带中的燕山山地落叶阔叶林温性针叶林区。在地貌上，前者位于坝上高原，后者位于山地丘陵。燕山山脉最高峰为雾灵山，随着地势的升高和水热条件的变化，植被分布呈明显的垂直分布。植被自下而上，可分为松栎林带、云杉落叶松林带。在各种类型中以落叶阔叶林占优势，桦杨林和栎林广泛分布。全市森林覆盖率达53.3%，自然保护区达13个，包括国家级5个、省级8个，总面积2 933 km2，占全市国土面积的7.4%；森林公园16个，包括国家级7个、省级9个，总面积1 033.21 km2，占全市国土面积的2.6%。

2 三维模型框架的生态功能区划方法

生态功能区划需要综合考量生态系统组成、结构和功能，评价人类对生态系统的影响和生态系统的承载力。生态功能区划以自然要素、自然系统、自然过程、人类的扰动为基础，确认生态系统等级结构和边界。区域的生态功能特点，需要在自然生态本底、人类社会经济活动、自然过程构成的三维模型框架下描述。

在自然生态本底维度，反映了区域的自然生态环境现状，主要采用自然环境和自然资源两个指标进行度量。不仅包括生态系统的构成和尺度，还包括土壤、水文、植被等自然资源特征。

在人类社会经济活动维度，优先考虑自然资源利用的广度和人类活动对生态环境的影响，采用资源利用、环境影响两个指标进行度量。主要包括产业布局、土地利用、污染物排放和环境质量等方面。

在自然过程维度，反映生态系统服务能力受扰动的特征，则采用生态敏感性和生态脆弱性两个指标进行度量。

在三维模型框架下，利用地理信息系统与遥感技术进行生态功能区划。首先收集资料，获取各评价指标的数据并转换为空间数据格式。第二，利用GIS软件对各指标进行定量分析。第三，对各指标进行空间分析和综合评价。最后，根据综合评价结果，结合生态环境特征的相似性和差异性而进行生态功能分区，具体流程如图1所示。

图1 生态功能区划流程图

3 承德市生态环境特征分析

3.1 承德市自然生态本底特征

承德市地跨两个纬度带，是暖温带向寒温带的过渡地带，地形、地貌等自然条件复杂多样，构成生物生境类型与生物种群的差异性和多样性，使得生态系统多样性更加丰富多彩。

利用TM遥感数据提取植被覆盖度信息、制作土地覆被分类图。经统计，全市沙化地分布以围场县最多，占全市沙化地总面积的43.57%；其次是丰宁县，占全市沙化地面积的33.72%；隆化县沙化地占全市沙化地面积的6.64%，居第3位（见图2）。利用GIS软件对植被覆盖度、沙占地百分比和土壤质地3个指标进行综合分析和评价，最终得出承德市荒漠化现状评价结果。

图2 承德市沙化地分布比例

利用遥感数据，解译制作承德市土壤侵蚀分布图。承德市的土壤侵蚀分布在丰宁万胜永、外沟门，围场坝上新拨、山湾子和宝元栈的交界区，隆化北部步古沟、西阿超两乡有零星分布，承德县岔沟乡、头沟乡有大范围分布，滦平虎什哈、付家店也有零星分布。

3.2 承德市人类社会经济活动特征

利用TM遥感数据，经过几何校正、拼接、对比度调整和监督分类，结合实地调查，获取承德市土地利用分布图。

3.3 承德市生态系统自然过程特征

根据承德市生态环境特征，选取土壤侵蚀、荒漠化、水资源胁迫、水环境污染、地质灾害5个指标反映生态系统对人类活动反应的敏感程度。荒漠化敏感性采用湿润指数、土壤质地、冬春季起沙风的天数及植被覆盖程度等因子。采用地理信息系统技术建立评价因子的图形库和属性库，运用GIS的叠加分析功能获得承德地区土地荒漠敏感性综合评价图。

土壤侵蚀敏感性评价可以运用通用土壤侵蚀方程，采用单因子分析方法对影响土壤侵蚀的敏感性进行分级，并利用GIS生成各个因子对承德市土壤侵蚀敏感性的影响图。

以土壤侵蚀和水土流失、土地荒漠化、水环境污染、地质灾害等生态环境问题及其分布范围为基础，以土壤侵蚀敏感性、土地荒漠化敏感性、水资源胁迫敏感性、水环境污染敏感性等敏感性指标评价结果为基础，对单因子评价结果分级指标进行空间叠加计算，得出承德市生态环境敏感性综合评价结果。

高度敏感区：主要分布在丰宁县东北部、中部，围场县东北部、中部地区。

中度敏感区：主要分布在高度敏感区周围，包括丰宁县坝上地区和坝下地区的北部，围场县中部、东部大面积地区，隆化县中部，滦平县东北部，承德县东南部。

轻度敏感区：主要分布在丰宁县东部，围场县东南部和西北部，隆化县西部和西北部，承德县南部，承德市中部，滦平县东北部，平泉县东北部和南部有小面积分布，宽城县中部有零散分布。

一般地区：主要分布在兴隆县全部，宽城大部分，滦平县中南部，承德县北部和南部，平泉县北部和南部。

4 承德市生态功能区划结果

承德生态功能分区过程中，采用定性与定量分析相结合的方法。在ArcGIS和SPSS软件支持下绘制不同生态因子生态敏感性、生态脆弱性专题图。在此基础上，利用ArcGIS空间分析功能，同时着重考虑人类生产活动对生态环境的影响，来确定各区域在三维模型框架下的位置。最后，遵循生态特征与功能相结合、自然过程与人类活动相结合、生态环境建设与经济发展相结合的原则，结合承德市可持续发展的总体部署、经济和社会发展的现状评价和定位，对承德市域进行生态功能区划。

承德市生态功能区划分区系统分三个等级：首先从宏观上以自然气候、地貌类型、地理特点划分自然生态区；然后根据生态系统类型与生态系统服务功能类型划分生态亚区；最后根据生态服务功能重要性、生态环境敏感性与生态环境问题，在各生态亚区内划分生态功能区，以满足宏观指导和分级管理的需要。

生态区（Ⅰ级区）的划分：主要依据承德市大的地貌类型，并继承国家生态功能区划中的三级功能区界线和河北省生态功能区划中亚区界线，将坝上高原地貌与坝下山地、丘陵地貌的分界线作为生态功能区划一级区的分界线。

生态亚区（Ⅱ级区）的划分：坝上生态区以草原生态系统类型分布和县级行政区区界为依据划分生态亚区。坝下地区以冀北山地中高山森林和森林草地生态系统，中低山森林灌丛、草地和农田生态系统，燕山山地森林生态系统，城镇工矿区生态系统类型为依据，兼顾乡级行政区界的完整性，划分出生态功能亚区。

生态功能区（Ⅲ级区）的划分：以承德市行政区划图、1︰25万DEM和TM影像为底图，运用GIS软件把生态环境敏感性和生态系统服务功能重要性评价结果转化为像元大小为107.9 m×107.9 m的栅格图像进行空间分析，对每个栅格采用最大值法，比较生态系统敏感性和生态系统服务功能各因素的空间分布在栅格单元上的影响程度，明确对每个栅格单元敏感性或服务功能重要性评价级别最高即影响力最大的因子，确定每个栅格单元的主导生态服务功能。

承德市生态功能区按三级分区分别命名，每一生态功能区的命名由三部分组成。①一级区命名要体现出分区的气候和地貌特征，由地名+地貌特征+生态区构成。②二级区命名要体现出分区生态系统的结构、过程与生态服务功能的典型类型，由地名+生态系统类型+生态亚区构成。③三级区命名要体现出分区的生态服务功能重要性、生态环境敏感性或胁迫性的特点，由地名+生态系统服务功能特点（或生态环境敏感性特征）+生态功能区构成。

全市生态功能区划共划分出一级区2个，即坝上高原生态区、冀北及燕山山地生态区。生态亚区6个，即坝上高原西部草原生态亚区、坝上高原东部森林草原生态亚区、冀北山地森林生态亚区、七老图山森林灌草生态亚区、燕山山地南部林果生态亚区、承德规划发展生态亚区。

在明确生态区的基础上，按前述区划原则进一步细划为6个生态亚区、27个生态功能区。

[1]贾良清, 欧阳志云. 安徽省生态功能区划研究[J]. 生态学报.2005,25(2):254-260

[2]蔡佳亮,殷贺，黄艺.生态功能区划理论的研究进展[J]. 生态学报,2010，30(11):3 018-3 027

[3]王炜，步伟娜，纪江海.资源型城市生态功能区划研究——以焦作市为例[J].自然资源学报，2005(1):79-84

[4]田丰.资源型城市生态功能区划方法研究[J].山西建筑，2013，39(19):8-9

[5]刘珂，葛大兵，王乐滨，等. 生态屏障型乡镇生态功能区划研究——以湖南省宁乡县沩山乡为例[J].安徽农业科学，2013，41(1) :183-184，197

[6]王小丹,钟祥浩,刘淑珍,等.西藏高原生态功能区划研究[J].地理科学,2009(5)：715-720

[7]河北省生态与灾害研究课题组.河北省生态区划研究[J].地理与地理信息科学,2003(5):83-85