中国东北样带生态环境区划研究，本文主要内容关键词为：区划论文,生态环境论文,中国论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：X321.013 文献标志码：A 文章编号：1003-2363(2010)02-0129-05
区划是一种依据自然分异的规律和组合，按自然体的结构和发生上的相似性和差异性所进行的空间格局划分[1]。生态区划是在一定的自然区域范围内，以生态系统类型为基础，以生态特征、空间结构、生产力、稳定性和人为活动对系统的生态关系及其整体功能的影响度为指标，所进行的自然生态系统类型划分和空间定位[2]。英国生态学家Herberston提出了进行全球生态地域划分的必要性[3]。近年来，区划研究主要侧重于生态区划[4-9]，更多关注生态与经济的协调发展[10-15]。生态环境区划是从人类生态学的基本思想出发，经过生态、经济、社会综合分析和评价，在宏观上勾画出区域土地利用状态和生态环境特征的变化情况，从而对生态地域和生态单元进行划分。合理的生态环境区划对于正确认识生态环境系统的地域组合特征及其分异规律、合理开发和保护区域资源与环境、因地制宜地制订科学的区域环境整治策略有重大意义。生态区划经历了一条从单生态因子分异的规律认识、生态系统聚合、人类作为生态系统一部分的单要素划分到层次约束、相互包容与不包容的等级缀块思维的整体性功能、过程和结构性划分的发展路线。目前，地球陆地表面真正没有人类活动的“自然地带”已经寥寥无几，人类对生态环境的影响非常深刻，因此，人类活动必然成为生态环境区划的重要因子之一。从国内外生态区划、生态土地分类和生态—生产范式的研究和发展入手，从生态利用的角度出发，以生态要素区划为基础，依据自然生态因子（如，气候、地形地貌、植被、土壤）和人类活动（如，土地利用）的特点，运用经验判别法和RS与GIS技术对中国东北样带进行了生态环境综合区划。
1 研究区概况
在国际地圈和生物圈计划(IGBP)的两个核心项目“全球变化与陆地生态系统(Global Change and Terrestrial Ecosystems,GCTE)”与“古全球变化(Past Global Changes,PAGES)”中，都把样带研究确定为重要的方向，被认为是研究全球变化与陆地生态系统关系的最重要和有效的途径之一。中国东北样带(North-east China Transect,NECT)最初是在1991年以叶笃正院士为首席科学家的国家科委“八五”攀登项目的第四课题中由张新时院士提出的[16]，它是在全球变化研究中沿降水量梯度设立的一条样带，全长1600km，位于东经112.0°～130.5°，沿北纬43.5°设置的。从地形地貌来看，NECT在北纬43.5°一线上由东到西大致可分为三段：东部滨海的中低山区、中部的松嫩平原与西辽河谷地以及西段的大兴安岭南部山地和内蒙古高原；从气候来看，NECT由东到西分别属于温带湿润区、温带湿润半干旱区与温带半干旱、干旱区，存在一个明显的降水与湿润度梯度，这是控制样带植被结构、生产力与土地利用格局的关键自然因素，也是样带全球变化的主要驱动因素。NECT的植被与土壤地带性亦可分为三段，即东部的温带针阔叶混交林—暗棕壤地带，中部的低地草甸、农田—暗色草甸土地带和西部温带草原黑钙土—栗钙土—棕钙土地带[17-18]。NECT的土地利用格局在空间上具有明显的变异，由东向西依次为森林区—农林交错区—农业区—农牧交错区—牧区的完整序列与过渡，土地利用的强度也有着显著的变化。
2 生态环境区划的原则
近半个世纪以来，我国在自然地理区划和农业区划方面进行了大量研究，分别出现了一些在国内影响很大的区划成果，如黄秉维的中国综合自然区划[19]，席承藩等人和周立三等人的中国农业区划[20-21]，侯学煜的中国自然生态区划与大农业发展[22]等等。近年来，以生态系统保护或建设为目的的生态区划又成为新的研究热点，如傅伯杰等人的中国生态区划[23]，杨勤业等人的生态地域系统[21]等等。以上这些区划基本上是以自然要素为依据进行大尺度的空间单元划分，以人类活动的影响程度为标准进行中小尺度的划分。当然，自然地理要素的空间分异是形成不同生态地理单元的基础，但是随着社会经济的迅速发展，人类对生态环境的影响程度日益深化，对生态环境问题的产生、发展和解决具有重要作用。因此，人类活动在生态环境区划中的作用日益显著，成为可与自然地理要素相提并论的区划要素。所以，当前的区划也由过去以认识自然规律为目的逐渐转变为以运用自然规律进行生态环境系统管理为目的。因此，进行生态环境区划需要遵循如下原则。
2.1 整体性原则
生态环境系统各组成要素和各组成成分之间相互联系、相互制约，并耦合构成一个整体。某一要素或部分发生变化，都会影响其他的要素和部分。生态环境系统任何个别组成部分的孤立作用与作为整体一员在整体中所起的协同增益作用具有本质的不同，即通常所说的整体大于部分之和。生态环境系统组成成分越复杂，结构越严密，其抗干扰能力越强，系统的稳定性也越强。因此，在进行生态环境区划时一定要综合考虑生态环境系统的各种组成要素，从整体上把握某一地区的生态环境特点。
2.2 相似性原则
自然地理环境是生态系统形成和分异的物质基础，在一定区域内，其生态环境要素具有共同的特点，生态环境系统特性具有相对一致性；同样，由于其他一些自然因素的差别，使得区域内各生态系统的结构也存在着一定的差异性。因此，我们可以根据生态环境系统的相似性和差异性加以识别和概括，然后进行区域的合并和分异，从而实现生态地域的划分。
2.3 主导性原则
虽然生态环境系统由地形地貌、土壤、植被等多种要素组成，但是对于特定地区来说，影响其生态环境特点的主导因素基本确定，主导因素是影响区域发展的主体资源和主要环境功能因子，它决定着区域环境的最大社会经济和环境效益。因此，进行生态环境区划时一定要明晰影响生态环境的主导因素，把握重点，综合考虑。
另外，考虑到各分区内生态环境的建设和治理，我们在区划时应尽可能保持县级行政区划的完整性，尽量不打破县级行政界限。虽然这样在一定程度上会降低区划结果的准确性，但是有利于生态环境政策的执行和实施。
3 生态环境区划的指标
一般来说，气候是大尺度下生态环境系统的主要决定因素，而地形地貌条件对水热因子的再分配起着重要的作用[24]。近年来，人类活动对生态环境的干扰日益明显，对生态环境的改造势必影响到地表覆被状况，进而对周围的生态环境产生影响。因此，文中选取了气候、地貌、植被、土壤及人类活动指标作为进行生态环境区划的指标。
3.1 气候指标
一般来说，气候，主要是温度与降水，是决定地表生物群区或地带性植被分布的基本要素，是大尺度下生态系统的主要决定因素，而巨大的山系与盆地则是影响大气环流系统与气候以及地貌、基质和地表水文过程等景观系统的重要生态要素。因此，它们往往在区划的过程中被确定为主要指标之一。文中参照国内外相关研究成果[25]，选取干燥度和多年平均降水量作为水热状况指标，将多年平均降水量＜250mm、干燥度＞4.0的地区归为干旱区，降水量介于250～400mm之间、干燥度为1.5～4.0之间的地区归为半干旱区，考虑到东北地区年均气温较低，蒸发少，呈现明显的冷湿特点，因此，将降水量介于400～550mm之间、干燥度为1.0～1.5之间的地区定为半湿润区，降水量＞550mm、干燥度＜1.0的地区归为湿润区（表1）。文中所用降水量数据来自资源环境科学数据中心生产的全国1971-2000年间累年平均年降水量数据，该数据以覆盖全中国的722个地面气象观测站（剔除一些数据记录不全的站点，一般为680个站）记录的降水量数据及观测站经纬度作为基本数据，采用澳洲国立大学堪培拉资源环境研究中心发布的ANUSPLIN4.3软件计算得到。数据格式为Arc/info的GRID格式，栅格大小为1km。干燥度数据是运用全国各站点的气象数据，根据各地≥10℃的积温和同期降水量的栅格图作为依据进行计算得到的。
3.2 地貌指标
在气候与巨地形的控制下，地貌的分异造成了地区气候的再分异与主导生态因子的再分配以及地表物质的组成，如：沙、砾、石、壤、粘、黄土、盐层等的梯度变化所造成的不同生态条件，都足以形成植被或生态系统类型的差异[26]。文中参考中国1∶100万数字地貌的分类方案，将地貌类型按海拔和相对起伏度的不同组合划分为低海拔平原、低海拔台地、低海拔丘陵、小起伏山地、中起伏山地、高平原、中海拔台地、中海拔丘陵、小起伏中山和中起伏中山10种地貌类型，具体分类标准见表2。其中，相对起伏度的计算是利用美国国家航空航天管理局(NASA)提供的3弧秒（约90m）的SRTM数据作为DEM数据源，采用邻域分析方法计算得到的。
3.3 人类活动指标
除气候和地貌条件外，人类活动对生态环境系统的影响也是至关重要的。生态环境是人类赖以生存和发展的物质基础，同时人类活动又对生态环境产生一定的影响。现存的生态环境系统都或多或少地受到人类活动的影响，但是不同区域受人类活动的作用不同，由此所导致的生态环境问题也各不相同。因此，在进行生态环境区划时必须考虑到人类活动的影响，正确评估人类活动在生态环境中的作用和地位。人类通过对土地及其相关资源的利用深刻改变了地球表面的覆被状况，从而影响到其所依赖的生态环境系统。在人类活动所造成的各种影响中，土地利用／覆被变化是最为直接、最为明显的表现。不同地区土地利用类型有很大差异，所引起的生态环境问题也就不同。例如，以农业为主的地区，由于长期开垦农田，造成土壤肥力下降，土质疏松，陡坡垦荒也会引发水土流失问题；而在农牧交错区，由于过度放牧造成草地退化，引发土地沙漠化或盐碱化问题。因此，文中选取区域土地利用组合状况作为评价人类活动影响的指标。根据各县耕地、林地和草地的比例，将研究区划分为农业型、林业型、牧业型、农林混合型及农牧混合型5种类型，具体分类标准如表3所示。
3.4 植被和土壤
除上述因素外，地带性的与某些非地带性的植被与土壤类型也反映着一定的生态环境系统及其生产力，因此也常被作为地区生产潜力与生态环境区划的重要指标。文中收集到中国1∶100万分幅土壤类型图和植被类型图，经过几何纠正和数字化得到研究区1∶100万土壤类型分布图和植被类型分布图（略），其编码也是按照1∶100万中国土壤类型图和植被类型图的分类系统进行的。文章进行生态环境区划时采用研究区1∶100万植被图和1∶100万土壤图作为参考条件，进一步修正生态环境区划边界。
4 生态环境区划的方法
我国早在20世纪四五十年代就开始了关于生态区划的研究工作，但是早期的区划多集中于基于专家经验的定性研究上，这类区划方法在充分认识地域分异规律、正确构建宏观分区框架和指导生产实践上具有其他方法不可比拟的优势。但同时也存在着不够精确、主观性强的弱点[21]。近年来，随着计算机技术和数学模型的发展，有些学者更倾向于单纯的定量化方法，这种方法虽然可以避免主观随意性，但是基于模型的区划结果与实际情况往往存在一定偏差，限制了区划结果在实际中的应用。因此，作者采用专家经验判别与地球信息技术相结合的方法，充分发挥定性与定量方法的优势。
首先，运用地理信息系统空间分析技术，将干燥度和多年平均降水量数据按照表1中的分类标准进行重新分类，并分别赋予不同的干湿状况属性值，形成研究区干燥度分布图（图1）和多年平均降水量分布图（图2），以备区划时使用。然后，采用同样的方法对地貌因子进行分类，形成供区划所用的定量数据（图3）。对于反映人类活动影响的土地利用指标，利用资源环境科学数据中心提供的2000年1km栅格土地利用数据，根据表3所示的土地利用组合类型分类标准，将中国东北样带划分为农区、林区、牧区、农林交错区及农牧交错区5种土地利用组合类型。之后，将上述各指标数据转为栅格格式，通过叠加分析和空间融合方法进行区域合并，初步确定定量分区方案。最后，利用研究区1：100万植被类型图和土壤类型图，并参照县级行政界线对其进行修订，完成中国东北样带生态环境区划方案。
图3 中国东北样带相对起伏度分布图
Fig.3 Relative altitude distribution in the Northeast China Transect
5 生态环境区划方案
根据上述区划指标和方法，文中将研究区分为5个生态环境区（图4），命名方式采用地理位置+地貌类型+干湿状况+土地利用组合状况。由区划结果可以看出，研究区西部大片的草原地区主要以牧业为主，这些区县面积较大，因此，内蒙古高原东部草原干旱半干旱牧业生态环境区总面积为31.72万km[2]，在整个研究区内所占面积最大，其次为位于松嫩平原上的半湿润半干旱农牧交错生态环境区（17.66万km[2]）和东部低山丘陵区的牡丹江—辽源低山丘陵湿润农林交错生态环境区（13.02万km[2]），这些地区无论在气候状况还是地貌类型上都属于过渡地区，因此，土地利用也呈现出多种类型交错分布的现象。这些地区属于生态环境敏感区，人类活动对其影响甚大，人类对生态环境的不当开发和利用极易引起生态破坏和退化，造成生态环境系统失衡。长白山中低山湿润针阔混交林生态环境区主要位于东部的长白山地，湿润的气候与山地地貌适宜发展林业及林产品加工业，但是近年来由于过度砍伐森林，已经引发了水土流失等生态环境问题，因此，封山育林，适度砍伐对于林业资源的保护和良好生态环境的维持也是极为重要的。
图4 中国东北样带生态环境区划图
说明：Ⅰ：长白山中低山湿润针阔混交林生态环境区；Ⅱ：牡丹江—辽源低山丘陵湿润农林交错生态环境区；Ⅲ大青山—大黑山山前台地湿润半湿润农业生态环境区；Ⅳ：松嫩平原半湿润半干旱农牧交错生态环境区；Ⅴ：内蒙古高原东部草原干旱半干旱牧业生态环境区。
图4 中国东北样带生态环境区划图
Fig.4 Eco-environment reaionalization in the Northeast China Transect
收稿日期：2009-03-18；修回日期：2009-07-22