摘要：水環(huán)境綜合管理被普遍認(rèn)為是促進(jìn)流域可持續(xù)發(fā)展的基本手段。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人類福祉和生存的直接和間接貢獻(xiàn)，是維持與影響流域水生態(tài)環(huán)境的重要因素。隨著流域空間管控日益受到重視，基于生態(tài)特征的“分區(qū)分類”管控已成為流域精細(xì)化管理的重要內(nèi)容。論文基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與水質(zhì)關(guān)聯(lián)性，采用典型對(duì)應(yīng)分析(CCA)選取了土壤類型、土地利用、歸一化植被指數(shù)和人口密度等4種生態(tài)特征作為水生態(tài)功能分區(qū)指標(biāo)。結(jié)合流域生態(tài)特征、匯水區(qū)域和行政管理單元的空間分布，通過(guò)聚類分析及空間疊置法，將浙江省劃分了10個(gè)水生態(tài)功能區(qū)和510個(gè)水環(huán)境控制單元。采用當(dāng)量因子法對(duì)各控制單元的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估。結(jié)果表明2015年浙江省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值為5123.7億元，其中控制單元的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值范圍為59.8~136.5億元。利用K⁃means聚類方法得到了4類生態(tài)服務(wù)簇，并探討了各類生態(tài)服務(wù)簇的服務(wù)類型、空間分布特征以及與各單元水質(zhì)的關(guān)系。研究結(jié)果表明，Ⅰ類簇主要分布在西部及西南部的山地丘陵區(qū)，其面積占了全省面積的52.68%;Ⅱ類簇的占地面積最小但水域面積相對(duì)較高，主要覆蓋千島湖和錢塘江河口;Ⅲ類簇分布相對(duì)分散，主要分布在丘陵平原地區(qū);而Ⅳ類簇主要分布在城鎮(zhèn)較集中的平原地區(qū)。不同生態(tài)服務(wù)簇的主要生態(tài)服務(wù)類型存在明顯差異，如Ⅰ類簇以原料生產(chǎn)、水土保持、生物多樣性保護(hù)、氣體調(diào)節(jié)和氣候調(diào)節(jié)為主;Ⅱ類簇的主要生態(tài)服務(wù)類型為調(diào)節(jié)功能，包括氣體調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)和廢物處理;Ⅲ類簇和Ⅳ類簇以食物生產(chǎn)為主要的生態(tài)服務(wù)類型。水質(zhì)特征與生態(tài)服務(wù)功能密切相關(guān)，生態(tài)服務(wù)價(jià)值越高，水體水質(zhì)越好。因此根據(jù)各個(gè)生態(tài)服務(wù)簇的水質(zhì)特征，將各類生態(tài)服務(wù)簇劃分為保護(hù)、維持、改善、整治4種類型，并提出了不同生態(tài)服務(wù)簇內(nèi)水環(huán)境控制單元的差異化管控措施，以推進(jìn)浙江省水生態(tài)環(huán)境的差異化管理。

　　關(guān)鍵詞：水生態(tài)功能區(qū);控制單元;生態(tài)服務(wù);聚類分析;分區(qū)分類

　　實(shí)施“分區(qū)、分類、分級(jí)、分期”的水生態(tài)環(huán)境管控是流域精細(xì)化管理的主流思想[1⁃2]。國(guó)務(wù)院2015年發(fā)布的《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》明確提出了“研究建立流域水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)管理體系”，并提出對(duì)全國(guó)重點(diǎn)流域進(jìn)行分流域、分區(qū)域、分階段的科學(xué)治理。

　　“十三五”重點(diǎn)流域水污染防治規(guī)劃也提出了“流域⁃控制區(qū)⁃控制單元”三級(jí)分區(qū)管理體系[3]。“十四五”重點(diǎn)流域規(guī)劃由水污染防治改為水生態(tài)環(huán)境保護(hù)，反映我國(guó)水環(huán)境管理在由總量控制向環(huán)境質(zhì)量轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步向水生態(tài)系統(tǒng)健康方向轉(zhuǎn)變[4]。因此隨著流域空間管控思想的深入，開(kāi)展水生態(tài)環(huán)境分區(qū)，明確不同區(qū)域水生態(tài)環(huán)境目標(biāo)，制定差異化管控對(duì)策，將成為我國(guó)流域水生態(tài)環(huán)境精細(xì)化管理的核心內(nèi)容之一[5]。

　　根據(jù)不同的管理模式和劃分依據(jù)，國(guó)內(nèi)外關(guān)于水生態(tài)環(huán)境分區(qū)的類型及方法較多，包括水生態(tài)分區(qū)、水生態(tài)功能分區(qū)、水環(huán)境功能分區(qū)等。Omernik[6]提出水生態(tài)區(qū)概念并采用地質(zhì)、土壤、地形地貌、土地利用、植被、氣候等指標(biāo)體系完成了美國(guó)國(guó)家尺度和地方尺度的水生態(tài)分區(qū);歐盟、新西蘭等國(guó)家在Omernik指標(biāo)的基礎(chǔ)上開(kāi)展了適合本國(guó)情況及管理目標(biāo)的水生態(tài)區(qū)劃[7⁃8]。我國(guó)在流域水生態(tài)環(huán)境分區(qū)中，因?yàn)楣芾砟繕?biāo)不同，形成的分區(qū)體系也各異。

　　始于20世紀(jì)90年代的水環(huán)境功能分區(qū)結(jié)合區(qū)域水資源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀和社會(huì)需求，從污染物排放及水質(zhì)影響等角度開(kāi)展水體區(qū)劃;“十一五”以來(lái)遼河、海河、太湖、滇池等一些重點(diǎn)流域開(kāi)展了不同層級(jí)的水生態(tài)功能分區(qū)，通過(guò)識(shí)別流域水生態(tài)系統(tǒng)格局與功能的空間異質(zhì)性特征，辨析水⁃陸生態(tài)系統(tǒng)的耦合關(guān)系，而將流域劃分成若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立、完整單元[9⁃12];另外，始于“九五”的流域水污染控制分區(qū)實(shí)踐也逐漸得到發(fā)展，在“十三五”重點(diǎn)流域水污染控制規(guī)劃中形成了“流域⁃區(qū)域⁃控制單元”的分區(qū)體系[3]。

　　但各類水生態(tài)環(huán)境分區(qū)在發(fā)展與應(yīng)用過(guò)程中，仍存在較多的問(wèn)題。如水環(huán)境功能區(qū)劃依據(jù)用水功能以及水質(zhì)類別進(jìn)行劃分，忽略了水陸協(xié)同性、水生態(tài)系統(tǒng)完整性;水生態(tài)功能區(qū)劃將水生態(tài)系統(tǒng)完整性納入劃分依據(jù)，但未與行政管理相結(jié)合導(dǎo)致分區(qū)未能真正落實(shí)到實(shí)際的管理中;“十三五”流域管控中劃分的控制單元實(shí)現(xiàn)了從污染源到入河排污口到水體水質(zhì)之間的響應(yīng)，但是目前控制單元的劃分忽略了水體的自然特征和生態(tài)特征。因此兼顧水生態(tài)保護(hù)與水污染控制管理目標(biāo)，耦合現(xiàn)有的各類水生態(tài)環(huán)境分區(qū)，構(gòu)建新的分區(qū)體系，將成為指導(dǎo)流域水生態(tài)環(huán)境管理的重要依據(jù)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是人類直接或者間接從生態(tài)系統(tǒng)中獲得的各種惠益，是銜接自然環(huán)境與人類需求的重要紐帶[13⁃15]。

　　流域具有多種類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，包括水文調(diào)節(jié)、水土保持、氣候調(diào)節(jié)、廢物處理等，直接或間接影響著流域水生態(tài)環(huán)境狀態(tài)[16]。隨著流域管理從水資源保護(hù)、水污染控制向水資源水環(huán)境水生態(tài)綜合管理轉(zhuǎn)變[1]，將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能納入流域管理，有助于流域水生態(tài)與水環(huán)境的協(xié)同。因此構(gòu)建兼顧生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與水環(huán)境質(zhì)量的流域水生態(tài)環(huán)境分區(qū)分類體系，在宏觀尺度上把握水生態(tài)保護(hù)格局，在操作層面上落實(shí)水生態(tài)環(huán)境目標(biāo)，推進(jìn)流域水生態(tài)環(huán)境精細(xì)化管理。

　　本研究以浙江省八大水系為研究對(duì)象，基于流域生態(tài)特征與水環(huán)境響應(yīng)，構(gòu)建不同類型的分區(qū)指標(biāo)體系及方法，劃定水生態(tài)功能區(qū)和水環(huán)境控制單元，在對(duì)各控制單元的生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值進(jìn)行評(píng)估及聚類的基礎(chǔ)上，提出各類生態(tài)服務(wù)簇內(nèi)控制單元的水生態(tài)環(huán)境分類管控要求，為落實(shí)水環(huán)境質(zhì)量底線、開(kāi)展精細(xì)化的水生態(tài)環(huán)境管控提供技術(shù)支持。

　　1材料與方法

　　1.1研究區(qū)域

　　浙江省位于長(zhǎng)江三角洲南翼，地勢(shì)由西南向東北傾斜，地形復(fù)雜，以山地丘陵為主，陸域總面積10.43萬(wàn)km2。屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，年平均氣溫在15~18℃之間，年均降水量在1100~2000mm之間。境內(nèi)擁有錢塘江、甌江、椒江、甬江、苕溪、運(yùn)河、飛云江、鰲江等八大水系。浙江省人口密度高，經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快，水環(huán)境壓力較大。雖然近年來(lái)開(kāi)展的各類治水行動(dòng)使浙江的水環(huán)境得到較大的改善，但局部區(qū)域仍存在污染物排放量大、強(qiáng)度高，水質(zhì)不能全面穩(wěn)定達(dá)標(biāo)、水環(huán)境管理短板未補(bǔ)齊、水生態(tài)管理缺乏足夠重視等問(wèn)題。

　　1.2研究方法

　　1.2.1水生態(tài)環(huán)境分區(qū)

　　水生態(tài)環(huán)境分區(qū)包括水生態(tài)功能分區(qū)及水環(huán)境控制單元，其中水生態(tài)功能區(qū)劃綜合考慮了水生態(tài)系統(tǒng)空間格局，是水環(huán)境控制單元?jiǎng)澏ǖ幕�礎(chǔ)，其生態(tài)目標(biāo)要通過(guò)水環(huán)境控制單元去落實(shí);水環(huán)境控制單元是落實(shí)水生態(tài)水環(huán)境目標(biāo)的具體操作單元。本研究采用自上而下的劃分思路，根據(jù)流域生態(tài)系統(tǒng)特征劃定水生態(tài)功能區(qū)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步耦合流域匯水單元、行政管理單元以及水(環(huán)境)功能區(qū)，開(kāi)展水環(huán)境控制單元的劃分，形成水生態(tài)功能區(qū)⁃水環(huán)境控制單元的多層級(jí)水生態(tài)環(huán)境分區(qū)體系，有效落實(shí)水生態(tài)環(huán)境目標(biāo)及差異化管控對(duì)策。

　　(1)水生態(tài)功能分區(qū)

　　水生態(tài)功能區(qū)的劃分指標(biāo)主要考慮能反映流域生態(tài)系統(tǒng)特征差異性指標(biāo)，包括降雨、氣溫、地形、土壤類型、土地利用類型、植被覆蓋類型、歸一化植被指數(shù)(NDVI)、人口密度等。基于CANOCO軟件，將各生態(tài)因子與水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行典范對(duì)應(yīng)分析(CCA)[17]。

　　根據(jù)生態(tài)因子和水質(zhì)的CCA分析篩選了土地利用、土壤類型、NDVI和人口密度作為體現(xiàn)流域水生態(tài)系統(tǒng)空間格局的指標(biāo)。其中土地利用類型體現(xiàn)了自然環(huán)境與人類活動(dòng)的綜合影響;土壤類型決定了土壤不同的滲透性和持水能力;植被覆蓋類型和NDVI指數(shù)反映了物質(zhì)的遷移轉(zhuǎn)化對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)異質(zhì)性的影響;人口密度則反映了潛在污染負(fù)荷對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)的影響[18⁃19]。依據(jù)CCA分析篩選出的與水質(zhì)相關(guān)的指標(biāo)，采用ISODATA非監(jiān)督空間聚類方法[20]，劃定水生態(tài)功能區(qū)。

　　(2)水環(huán)境控制單元?jiǎng)澐?/p>

　　按照水系完整性、行政管理可操作性以及污染傳輸封閉性原則開(kāi)展水環(huán)境控制單元?jiǎng)澐帧２捎肁rcGIS的Hydrology模塊，利用浙江省數(shù)字高程數(shù)據(jù)(DEM)提取全省水系，以5000為劃分閾值，結(jié)合實(shí)際水系修正得到389個(gè)匯水區(qū)。

　　在ArcGIS平臺(tái)采用空間疊置分析，將水生態(tài)功能分區(qū)、389個(gè)匯水區(qū)以及1386個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)邊界進(jìn)行疊加。控制單元初步劃分基本思路如下：1)一個(gè)水生態(tài)功能區(qū)包括多個(gè)完整的控制單元;2)山地丘陵區(qū)匯水特征明顯的以匯水區(qū)邊界作為控制單元邊界，將匯入同一水體的陸域包括在一個(gè)控制單元內(nèi);3)平原河網(wǎng)區(qū)難以確定水文以及污染物傳輸空間邊界的地區(qū)，則以行政邊界作為控制單元的邊界;4)控制單元不能跨縣界，否則以縣界進(jìn)行切分。在初步劃定水環(huán)境控制單元后，利用水環(huán)境功能區(qū)對(duì)控制單元的初始邊界進(jìn)行修正或分割，確保同一水環(huán)境功能區(qū)盡可能在同一控制單元內(nèi)。

　　1.2.2水生態(tài)環(huán)境分類管控

　　為實(shí)現(xiàn)水環(huán)境水生態(tài)協(xié)同管理，以水環(huán)境控制單元的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間差異為主導(dǎo)，基于控制單元的生態(tài)特征和水質(zhì)特征對(duì)控制單元進(jìn)行分類，落實(shí)差異化的管控措施。

　　1.3數(shù)據(jù)來(lái)源

　　浙江省數(shù)字高程數(shù)據(jù)(30m⁃DEM)，2015年浙江省土地利用類型、土壤類型、植被類型、NDVI指數(shù)和人口密度數(shù)據(jù)分辨率為1km×1km，均來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心;鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)行政區(qū)劃、水系分布來(lái)源于浙江省測(cè)繪與地理信息局;水(環(huán)境)功能區(qū)劃和2015年的環(huán)統(tǒng)數(shù)據(jù)來(lái)自浙江省生態(tài)環(huán)境廳;2015年省控?cái)嗝娴乃�質(zhì)數(shù)據(jù)來(lái)源于浙江省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心。

　　2結(jié)果與討論

　　2.1水生態(tài)環(huán)境區(qū)劃

　　(1)水生態(tài)功能分區(qū)

　　浙江省水生態(tài)功能區(qū)主要體現(xiàn)自然環(huán)境和人類活動(dòng)對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)的疊加影響。根據(jù)土壤類型、土地利用、植被以及人口密度的空間差異性，采用ISODATA空間聚類共得到10個(gè)浙江省水生態(tài)功能區(qū)。

　　根據(jù)分區(qū)結(jié)果，Ⅲ2區(qū)、Ⅲ3區(qū)和Ⅳ2區(qū)的人口密度較高，人類活動(dòng)的影響較大，人工植被、耕地、人為土的占比較高;Ⅰ2區(qū)、Ⅱ2區(qū)、Ⅲ1區(qū)、Ⅲ4區(qū)和Ⅳ1區(qū)的人口密度中等，較好地體現(xiàn)了自然環(huán)境因素和人為活動(dòng)因素的復(fù)合影響，植被類型主要包括人工植被和闊葉林、針葉林等自然植被，林地和耕地兩種土地利用類型占比相當(dāng);Ⅰ1區(qū)和Ⅱ1區(qū)的人口密度較低，受自然環(huán)境因素的影響較大，土地利用類型以林地為主導(dǎo)，NDVI指數(shù)也較高。十個(gè)水生態(tài)功能區(qū)中，面積最大的是中部盆地水生態(tài)功能區(qū)(Ⅱ2區(qū))，區(qū)域面積為25777.9km2，面積最小的是中部丘陵水生態(tài)功能區(qū)(Ⅰ2區(qū))，為4354.0km2。

　　(2)水環(huán)境控制單元在水生態(tài)功能區(qū)劃基礎(chǔ)上，耦合流域匯水區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)邊界(含縣市區(qū)邊界)，采用空間疊置方法進(jìn)行分區(qū)，同時(shí)根據(jù)水環(huán)境功能區(qū)劃對(duì)各控制單元邊界進(jìn)行修正，得到510個(gè)水環(huán)境控制單元。

　　510個(gè)控制單元平均面積205km2，最大和最小控制單元的面積分別為924.10km2和13.06km2。從各水生態(tài)功能區(qū)分布來(lái)看中部盆地水生態(tài)功能區(qū)的控制單元最多，共有107個(gè)，而中部丘陵水生態(tài)功能區(qū)的控制單元最少，僅19個(gè);從行政分區(qū)來(lái)看杭州、寧波和臺(tái)州的控制單元較多，分別為69個(gè)、66個(gè)和64個(gè)，而舟山市最小，僅有6個(gè)控制單元;從空間位置來(lái)看，上游山地區(qū)控制單元?jiǎng)澐州^為稀疏，而下游平原區(qū)控制單元?jiǎng)澐謩t較為密集。

　　2.2水生態(tài)環(huán)境特征識(shí)別

　　(1)生態(tài)服務(wù)功能特征識(shí)別根據(jù)各控制單元的土地利用類型開(kāi)展生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)估。結(jié)果顯示，全省生態(tài)服務(wù)價(jià)值總計(jì)為5123.73億元/a。各控制單元的生態(tài)服務(wù)價(jià)值在136.53~59.87億元/a之間波動(dòng)，各控制單元單位面積的生態(tài)服務(wù)價(jià)值為6.50~818.45萬(wàn)元/km2，生態(tài)服務(wù)價(jià)值在空間分布上整體呈現(xiàn)西高東低、南高北低的趨勢(shì)。以保持各簇的完整性及不同簇別間的空間異質(zhì)性為原則，采用K均值聚類，最終確定了4類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)簇。

　　Ⅰ類簇的區(qū)域面積最大，占全省總面積的52.68%，主要分布在西部丘陵山地區(qū)和西南山區(qū)，土地利用類型以林地為主，單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值高，總生態(tài)服務(wù)價(jià)值占全省總生態(tài)服務(wù)價(jià)值的65.46%;Ⅱ類簇面積最小，主要分布在千島湖以及錢塘江入海口，水域占比較大，總生態(tài)服務(wù)價(jià)值占全省總生態(tài)服務(wù)價(jià)值的2.02%，但單位面積服務(wù)價(jià)值較高;Ⅲ類簇主要分布于低山丘陵區(qū)，土地利用類型以林地(山地區(qū))和耕地(平原區(qū))為主，人類活動(dòng)相對(duì)頻繁，單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值相對(duì)較高，總生態(tài)服務(wù)價(jià)值占全省總生態(tài)服務(wù)價(jià)值的26.43%;Ⅳ類簇集中分布在北部平原、中部金衢盆地和東南沿海平原。

　　生態(tài)論文范例： 生態(tài)修復(fù)背景下的國(guó)土綜合整治分析

　　3結(jié)論

　　1)以水生態(tài)特征空間差異性為基礎(chǔ)，根據(jù)流域生態(tài)系統(tǒng)特征與水質(zhì)響應(yīng)關(guān)系，結(jié)合子流域匯水單元、行政管理單元以及水(環(huán)境)功能區(qū)劃，通過(guò)空間聚類和空間疊加分析劃分了10個(gè)水生態(tài)功能區(qū)、510個(gè)水環(huán)境控制單元。2)根據(jù)各水環(huán)境控制單元生態(tài)服務(wù)價(jià)值，聚類得到4類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)簇，識(shí)別了各簇的主導(dǎo)生態(tài)服務(wù)功能和水質(zhì)特征，提出了差異化管控要求。其中Ⅰ類簇內(nèi)的控制單元按優(yōu)先保護(hù)原則進(jìn)行管理，以維持優(yōu)質(zhì)水質(zhì)，并進(jìn)一步提升生態(tài)服務(wù)功能;Ⅱ類簇的控制單元以主導(dǎo)生態(tài)服務(wù)功能提升與維持進(jìn)行管控;Ⅲ類簇的控制單元以預(yù)防為主，局部治理，以提升區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量和生態(tài)功能;Ⅳ類簇內(nèi)的控制單元要落實(shí)水質(zhì)改善、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防范的要求，加大水環(huán)境綜合整治力度。

　　3)構(gòu)建基于流域水生態(tài)水環(huán)境特征的分區(qū)分類體系，實(shí)現(xiàn)流域水生態(tài)保護(hù)與水環(huán)境質(zhì)量改善的有機(jī)融合，為流域水生態(tài)環(huán)境精細(xì)化管控提供技術(shù)支撐。

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　　作者：王飛兒1，∗，鄭思遠(yuǎn)1，楊泓蕊1，俞潔2，王一旭1，王浙明3