摘要：水環(huán)境綜合管理被普遍認為是促進流域可持續(xù)發(fā)展的基本手段。生態(tài)系統(tǒng)服務是生態(tài)系統(tǒng)對人類福祉和生存的直接和間接貢獻，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化管理的重要內容。論文基于生態(tài)系統(tǒng)服務功能與水質關聯(lián)性，采用典型對應分析(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。結合流域生態(tài)特征、匯水區(qū)域和行政管理單元的空間分布，通過聚類分析及空間疊置法，將浙江省劃分了10個水生態(tài)功能區(qū)和510個水環(huán)境控制單元。采用當量因子法對各控制單元的生態(tài)系統(tǒng)服務價值進行系統(tǒng)評估。結果表明2015年浙江省生態(tài)系統(tǒng)服務總價值為5123.7億元，其中控制單元的生態(tài)系統(tǒng)服務價值范圍為59.8~136.5億元。利用K⁃means聚類方法得到了4類生態(tài)服務簇，并探討了各類生態(tài)服務簇的服務類型、空間分布特征以及與各單元水質的關系。研究結果表明，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較高，主要覆蓋千島湖和錢塘江河口;Ⅲ類簇分布相對分散，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)服務簇的主要生態(tài)服務類型存在明顯差異，如Ⅰ類簇以原料生產、水土保持、生物多樣性保護、氣體調節(jié)和氣候調節(jié)為主;Ⅱ類簇的主要生態(tài)服務類型為調節(jié)功能，包括氣體調節(jié)、水文調節(jié)和廢物處理;Ⅲ類簇和Ⅳ類簇以食物生產為主要的生態(tài)服務類型。水質特征與生態(tài)服務功能密切相關，生態(tài)服務價值越高，水體水質越好。因此根據各個生態(tài)服務簇的水質特征，將各類生態(tài)服務簇劃分為保護、維持、改善、整治4種類型，并提出了不同生態(tài)服務簇內水環(huán)境控制單元的差異化管控措施，以推進浙江省水生態(tài)環(huán)境的差異化管理。

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

　　實施“分區(qū)、分類、分級、分期”的水生態(tài)環(huán)境管控是流域精細化管理的主流思想[1⁃2]。國務院2015年發(fā)布的《水污染防治行動計劃》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”，并提出對全國重點流域進行分流域、分區(qū)域、分階段的科學治理。

　　“十三五”重點流域水污染防治規(guī)劃也提出了“流域⁃控制區(qū)⁃控制單元”三級分區(qū)管理體系[3]。“十四五”重點流域規(guī)劃由水污染防治改為水生態(tài)環(huán)境保護，反映我國水環(huán)境管理在由總量控制向環(huán)境質量轉型的基礎上，進一步向水生態(tài)系統(tǒng)健康方向轉變[4]。因此隨著流域空間管控思想的深入，開展水生態(tài)環(huán)境分區(qū)，明確不同區(qū)域水生態(tài)環(huán)境目標，制定差異化管控對策，將成為我國流域水生態(tài)環(huán)境精細化管理的核心內容之一[5]。

　　根據不同的管理模式和劃分依據，國內外關于水生態(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、土壤、地形地貌、土地利用、植被、氣候等指標體系完成了美國國家尺度和地方尺度的水生態(tài)分區(qū);歐盟、新西蘭等國家在Omernik指標的基礎上開展了適合本國情況及管理目標的水生態(tài)區(qū)劃[7⁃8]。我國在流域水生態(tài)環(huán)境分區(qū)中，因為管理目標不同，形成的分區(qū)體系也各異。

　　始于20世紀90年代的水環(huán)境功能分區(qū)結合區(qū)域水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀和社會需求，從污染物排放及水質影響等角度開展水體區(qū)劃;“十一五”以來遼河、海河、太湖、滇池等一些重點流域開展了不同層級的水生態(tài)功能分區(qū)，通過識別流域水生態(tài)系統(tǒng)格局與功能的空間異質性特征，辨析水⁃陸生態(tài)系統(tǒng)的耦合關系，而將流域劃分成若干個相對獨立、完整單元[9⁃12];另外，始于“九五”的流域水污染控制分區(qū)實踐也逐漸得到發(fā)展，在“十三五”重點流域水污染控制規(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)展與應用過程中，仍存在較多的問題。如水環(huán)境功能區(qū)劃依據用水功能以及水質類別進行劃分，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，但未與行政管理相結合導致分區(qū)未能真正落實到實際的管理中;“十三五”流域管控中劃分的控制單元實現(xiàn)了從污染源到入河排污口到水體水質之間的響應，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)保護與水污染控制管理目標，耦合現(xiàn)有的各類水生態(tài)環(huán)境分區(qū)，構建新的分區(qū)體系，將成為指導流域水生態(tài)環(huán)境管理的重要依據。生態(tài)系統(tǒng)服務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)服務功能，包括水文調節(jié)、水土保持、氣候調節(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、水污染控制向水資源水環(huán)境水生態(tài)綜合管理轉變[1]，將生態(tài)系統(tǒng)服務功能納入流域管理，有助于流域水生態(tài)與水環(huán)境的協(xié)同。因此構建兼顧生態(tài)系統(tǒng)服務與水環(huán)境質量的流域水生態(tài)環(huán)境分區(qū)分類體系，在宏觀尺度上把握水生態(tài)保護格局，在操作層面上落實水生態(tài)環(huán)境目標，推進流域水生態(tài)環(huán)境精細化管理。

　　本研究以浙江省八大水系為研究對象，基于流域生態(tài)特征與水環(huán)境響應，構建不同類型的分區(qū)指標體系及方法，劃定水生態(tài)功能區(qū)和水環(huán)境控制單元，在對各控制單元的生態(tài)服務功能價值進行評估及聚類的基礎上，提出各類生態(tài)服務簇內控制單元的水生態(tài)環(huán)境分類管控要求，為落實水環(huán)境質量底線、開展精細化的水生態(tài)環(huán)境管控提供技術支持。

　　1材料與方法

　　1.1研究區(qū)域

　　浙江省位于長江三角洲南翼，地勢由西南向東北傾斜，地形復雜，以山地丘陵為主，陸域總面積10.43萬km2。屬亞熱帶季風性濕潤氣候，年平均氣溫在15~18℃之間，年均降水量在1100~2000mm之間。境內擁有錢塘江、甌江、椒江、甬江、苕溪、運河、飛云江、鰲江等八大水系。浙江省人口密度高，經濟發(fā)展較快，水環(huán)境壓力較大。雖然近年來開展的各類治水行動使浙江的水環(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、強度高，水質不能全面穩(wěn)定達標、水環(huán)境管理短板未補齊、水生態(tài)管理缺乏足夠重視等問題。

　　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)境控制單元劃定的基礎，其生態(tài)目標要通過水環(huán)境控制單元去落實;水環(huán)境控制單元是落實水生態(tài)水環(huán)境目標的具體操作單元。本研究采用自上而下的劃分思路，根據流域生態(tài)系統(tǒng)特征劃定水生態(tài)功能區(qū)，在此基礎上進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水生態(tài)環(huán)境分區(qū)體系，有效落實水生態(tài)環(huán)境目標及差異化管控對策。

　　(1)水生態(tài)功能分區(qū)

　　水生態(tài)功能區(qū)的劃分指標主要考慮能反映流域生態(tài)系統(tǒng)特征差異性指標，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)因子與水質數(shù)據進行典范對應分析(CCA)[17]。

　　根據生態(tài)因子和水質的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。其中土地利用類型體現(xiàn)了自然環(huán)境與人類活動的綜合影響;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)反映了物質的遷移轉化對水生態(tài)系統(tǒng)異質性的影響;人口密度則反映了潛在污染負荷對水生態(tài)系統(tǒng)的影響[18⁃19]。依據CCA分析篩選出的與水質相關的指標，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)境控制單元劃分

　　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展水環(huán)境控制單元劃分。采用ArcGIS的Hydrology模塊，利用浙江省數(shù)字高程數(shù)據(DEM)提取全省水系，以5000為劃分閾值，結合實際水系修正得到389個匯水區(qū)。

　　在ArcGIS平臺采用空間疊置分析，將水生態(tài)功能分區(qū)、389個匯水區(qū)以及1386個鄉(xiāng)鎮(zhèn)邊界進行疊加。控制單元初步劃分基本思路如下：1)一個水生態(tài)功能區(qū)包括多個完整的控制單元;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控制單元內;3)平原河網區(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)對控制單元的初始邊界進行修正或分割，確保同一水環(huán)境功能區(qū)盡可能在同一控制單元內。

　　1.2.2水生態(tài)環(huán)境分類管控

　　為實現(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)服務空間差異為主導，基于控制單元的生態(tài)特征和水質特征對控制單元進行分類，落實差異化的管控措施。

　　1.3數(shù)據來源

　　浙江省數(shù)字高程數(shù)據(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)據分辨率為1km×1km，均來源于中國科學院資源環(huán)境科學數(shù)據中心;鄉(xiāng)鎮(zhèn)級行政區(qū)劃、水系分布來源于浙江省測繪與地理信息局;水(環(huán)境)功能區(qū)劃和2015年的環(huán)統(tǒng)數(shù)據來自浙江省生態(tài)環(huán)境廳;2015年省控斷面的水質數(shù)據來源于浙江省環(huán)境監(jiān)測中心。

　　2結果與討論

　　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)境和人類活動對水生態(tài)系統(tǒng)的疊加影響。根據土壤類型、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個浙江省水生態(tài)功能區(qū)。

　　根據分區(qū)結果，Ⅲ2區(qū)、Ⅲ3區(qū)和Ⅳ2區(qū)的人口密度較高，人類活動的影響較大，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)境因素和人為活動因素的復合影響，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;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，NDVI指數(shù)也較高。十個水生態(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行分區(qū)，同時根據水環(huán)境功能區(qū)劃對各控制單元邊界進行修正，得到510個水環(huán)境控制單元。

　　510個控制單元平均面積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)分布來看中部盆地水生態(tài)功能區(qū)的控制單元最多，共有107個，而中部丘陵水生態(tài)功能區(qū)的控制單元最少，僅19個;從行政分區(qū)來看杭州、寧波和臺州的控制單元較多，分別為69個、66個和64個，而舟山市最小，僅有6個控制單元;從空間位置來看，上游山地區(qū)控制單元劃分較為稀疏，而下游平原區(qū)控制單元劃分則較為密集。

　　2.2水生態(tài)環(huán)境特征識別

　　(1)生態(tài)服務功能特征識別根據各控制單元的土地利用類型開展生態(tài)服務價值評估。結果顯示，全省生態(tài)服務價值總計為5123.73億元/a。各控制單元的生態(tài)服務價值在136.53~59.87億元/a之間波動，各控制單元單位面積的生態(tài)服務價值為6.50~818.45萬元/km2，生態(tài)服務價值在空間分布上整體呈現(xiàn)西高東低、南高北低的趨勢。以保持各簇的完整性及不同簇別間的空間異質性為原則，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)服務價值高，總生態(tài)服務價值占全省總生態(tài)服務價值的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)服務價值占全省總生態(tài)服務價值的2.02%，但單位面積服務價值較高;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，人類活動相對頻繁，單位面積生態(tài)服務價值相對較高，總生態(tài)服務價值占全省總生態(tài)服務價值的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)修復背景下的國土綜合整治分析

　　3結論

　　1)以水生態(tài)特征空間差異性為基礎，根據流域生態(tài)系統(tǒng)特征與水質響應關系，結合子流域匯水單元、行政管理單元以及水(環(huán)境)功能區(qū)劃，通過空間聚類和空間疊加分析劃分了10個水生態(tài)功能區(qū)、510個水環(huán)境控制單元。2)根據各水環(huán)境控制單元生態(tài)服務價值，聚類得到4類生態(tài)系統(tǒng)服務簇，識別了各簇的主導生態(tài)服務功能和水質特征，提出了差異化管控要求。其中Ⅰ類簇內的控制單元按優(yōu)先保護原則進行管理，以維持優(yōu)質水質，并進一步提升生態(tài)服務功能;Ⅱ類簇的控制單元以主導生態(tài)服務功能提升與維持進行管控;Ⅲ類簇的控制單元以預防為主，局部治理，以提升區(qū)域水環(huán)境質量和生態(tài)功能;Ⅳ類簇內的控制單元要落實水質改善、環(huán)境風險防范的要求，加大水環(huán)境綜合整治力度。

　　3)構建基于流域水生態(tài)水環(huán)境特征的分區(qū)分類體系，實現(xiàn)流域水生態(tài)保護與水環(huán)境質量改善的有機融合，為流域水生態(tài)環(huán)境精細化管控提供技術支撐。

　　參考文獻(References)：

　　[1]樊灝，黃藝，曹曉峰，高喆，蔣大林.基于水生態(tài)系統(tǒng)結構特征的滇池流域水生態(tài)功能三級分區(qū).環(huán)境科學學報，2016，36(4)：1447⁃1456.

　　[2]趙雪霞，于魯冀，王燕鵬.清溟河流域(許昌段)水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)指標體系構建.水利水電技術，2018，49(9)：162⁃169.

　　[3]文宇立，謝陽村，徐敏，路瑞，王東.構建適應新國土空間規(guī)劃的流域空間管控體系.中國環(huán)境管理，2020，12(5)：58⁃64.

　　[4]馬樂寬，謝陽村，文宇立，王東，趙越，徐敏.重點流域水生態(tài)環(huán)境保護"十四五"規(guī)劃編制思路與重點.中國環(huán)境管理，2020，12(4)：40⁃44.

　　[5]王東，秦昌波，馬樂寬，王金南.新時期國家水環(huán)境質量管理體系重構研究.環(huán)境保護，2017，45(8)：49⁃56.

　　[6]OmernikJM.EcoregionsoftheconterminousUnitedStates.AnnalsoftheassociationofAmericanGeographers，1987，77(1)：118⁃125.

　　作者：王飛兒1，∗，鄭思遠1，楊泓蕊1，俞潔2，王一旭1，王浙明3