基于“重要性-脆弱性-服務價值”的國土空間生態保護與修復管控

韋寶婧，胡希軍，張亞麗，湯　佳，康　鵬，李芮芝，劉路云

基于“重要性-脆弱性-服務價值”的國土空間生態保護與修復管控

韋寶婧1,2,3,4，胡希軍1,2,3※，張亞麗1,2,3，湯佳1,2,3，康鵬4,5，李芮芝1,2,3，劉路云1,2,3

（1. 中南林業科技大學風景園林學院，長沙 410004； 2.中南林業科技大學城鄉景觀生態研究所，長沙 410004； 3. 湖南省自然保護地風景資源大數據工程技術研究中心，長沙 410004； 4. 南方林業生態應用技術國家工程實驗室，長沙 410004； 5. 中南林業科技大學生命科學與技術學院，長沙 410004）

國土空間生態保護修復是維護國家生態安全格局的重要保障，科學劃定與管控保護修復關鍵區對維持區域生態系統功能與可持續發展具有重要意義。該研究以福建上杭縣作為典型研究案例區，在綜合生態系統完整性、系統性與生態效益的基礎上，構建了“重要性-脆弱性-服務價值”（I-F-V）的多維生態系統測度框架，進而分析了區域生態系統的多維特征、測度因子間的權衡與協同關系，運用空間聚類（分組分析）劃定了生態保護與修復空間，并基于各分區的空間分異性及生態系統結構特征，提出分區管控措施。結果表明：1）上杭縣生態系統具有較強的空間異質性，整體上呈現重要性較高、脆弱性程度低、服務價值較高的空間分異格局；2）上杭縣各生態系統測度因子間協同與權衡關系并存，綜合重要性、脆弱性和服務價值之間均為協同關系，生態系統保護與修復區域可能存在高度重疊；3）上杭縣可劃分為III-I-V（中等重要-一般脆弱-極高價值）、III-III-V（中等重要-中等脆弱-極高價值）、III-II-V（中等重要-較為脆弱-極高價值）、III-III-IV（中等重要-中等脆弱-較高價值）、II-III-I（較為重要-中等脆弱-低價值）和IV-I-I（高度重要- 一般脆弱-低價值）6個分區，其中，III-I-V和III-II-V兩個分區面積較大，是區域發展的生態系統功能基底，各分區所在的土地覆被類型構成也存在明顯的空間異質性，林地、灌叢、耕地和園地屬于優勢土地覆被類型；4）依據生態保護與修復措施將研究區進一步劃分為生態保護區（生態保育區、綠色發展區、適度開發區）和生態修復區（生態修復區、保護修復統籌發展區）。研究結果可為區域國土空間生態保護修復規劃與建設、生態安全格局維護提供較為科學、全面的研究思路和實踐借鑒。

國土空間；生態保護修復與管控；生態系統測度；空間分區；上杭縣

0 引 言

快速城鎮化建設導致區域生態環境惡化、景觀破碎化和生態系統功能退化，一定程度上限制了生態-經濟-社會的可持續發展[1-2]。生態保護修復已被視為有效緩解城鎮化建設對生態環境負面影響的重要途徑[3-4]。《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》和國家發展改革委、自然資源部均提出了“統籌山水林田湖草一體化保護和修復，合理劃定國土空間生態修復區域，提升生態系統質量和穩定性”的生態修復指導思想與戰略方針，國土空間生態保護修復已成為一項國家戰略工程[5]。山水林田湖草作為相互依存的生態系統，如何從生態系統整體性、均衡性出發，識別并合理劃定生態保護修復空間、構建國土空間生態保護修復格局是當前國土生態保護修復規劃的首要任務[6]，也是區域實現可持續發展戰略的重要基石[7]。

近年來，國內外學者們在基于國土空間生態保護修復與管控研究方面取得了一定的進展，如李紅舉等[8]結合中國山水林田湖草生態保護修復試點工程實踐，以生態問題和修復工程為重點，研究建立了統一的山水林田湖草生態保護修復標準體系；宇振榮等[9]則在該標準體系的基礎上，在河南省南太行山地區開展了基于礦山、水環境、土地整治與污染、科技創新工程等綜合性生態修復研究與實踐，體現了生態修復的系統性和整體性；王志芳等[10]的研究更進一步，基于“山水林田湖草生命共同體”從自然地位、修復途徑、預期功能3個角度為國土空間生態保護修復的“整體保護、系統修復、綜合治理”提供理論與方法指導；王文靜等[11]在北京市開展了基于生態系統服務評估、生態系統質量評估和生態問題評估的國土空間生態保護與修復，進而構建系統的生態保護與修復空間識別方法，探索了國土空間系統修復和整體保護路徑。雖然部分學者開展了生態保護與修復空間識別及分區管控研究，但多基于生態安全[12]、生態風險[13]和生態系統服務[14]等識別生態保護與修復分區，且多集中在單一維度[15]，并未綜合考慮生態系統的全局系統性、結構完整性和生態效益，導致對區域生態環境改善和全域生態修復管控成效并不顯著[7,16]。國土空間具有顯著的多生態系統集成的特征，首先，準確定位不同區域內生態功能及其相關的重要生態系統功能有助于在確定優先級的基礎上統籌生態保護修復[17]；其次，推動與落實生態保護修復工作也需要有機整合生態補償[18]、科學評估保護及修復成本和統籌社會經濟-生態環境需求等[19]相關工作，評估區域生態系統服務價值是很有必要的；再者，生態受損可能會導致多種生態系統功能退化及生態系統服務價值的衰退[20]。因此亟需構建綜合重要生態系統、生態受損及生態效益的多維生態系統測度體系對生態保護修復進行科學指導和合理管控。

科學劃定生態保護與修復區、準確識別每個區的生態問題是實現國土空間生態保護與修復的關鍵問題[21]。目前研究多利用生態系統的空間分布特征來確定關鍵問題或優先保護修復區域[22-23]，生態保護紅線的劃定代表了這一理念的應用[24]。在空間分區閾值的依據上多運用自然斷點法、經驗賦值法、K-means空間聚類等[25]方法，多僅聚焦在數值的聚類與分類上，未考慮各因子的空間分布情況，部分學者基于系統性和連續性保護的原則運用多因子空間疊加、相交等[12, 26]方式劃定生態保護修復空間，雖關注了生態系統重要性、生態問題突出的聚集區域空間分布問題，但其邊界確定多為主觀判定，缺乏客觀依據。而空間聚類中的分組分析（Grouping Analysis）則利用非監督機器學習方法來確定數據的自然分組，根據要素屬性和可選的空間或時態約束對要素進行分組，可確保各組緊湊、連續或鄰近[27]，彌補了K-means等算法未關注柵格空間鄰近、緊湊等缺陷，有利于在生態保護修復建設實踐中各分區的成片建設與管理。此外，了解多種生態系統測度因子之間的相互關系及其驅動機制將提高生態系統管理能力[28]，有利于制定土地利用、空間規劃和生態保護修復管理政策[29]。

綜上，國土空間生態保護與修復空間識別研究主要基于生態系統重要性、生態系統脆弱性或生態問題單一或兩個維度進行分析，并未關注生態系統的生態效益，故本研究以生態系統重要性、脆弱性和生態系統服務價值為切入點，識別國土空間生態保護與修復空間，對維護區域生態安全、國土空間管控與優化提供新的視角和有益的嘗試。福建省上杭縣是國家級商品糧基地，被劃入福建省重要水源涵養與生態保育區，近年來城鎮化建設、農業生產及礦山開采等活動使上杭縣生態系統功能退化、自然災害易發、頻發，迫切需要開展國土空間生態保護與修復工作。本文基于研究區重要生態系統、生態受損區和生態效益，從生態系統“重要性-脆弱性-服務價值”3個維度建立了生態系統多維測度框架，識別了測度因子、維度間的權衡與協同關系，明確了生態保護與修復空間分區，并針對空間格局與內部結構特征提出了管控措施。以期為確定生態系統優先保護與修復順序和合理利用區域土地資源等國土空間生態保護修復規劃工作提供科學參考。

1 研究區與研究方法

1.1 研究區概況

上杭縣隸屬福建省龍巖市（116°15′50″～116°56′47″E，24°46′02″～25°27′47″N，圖1），位于福建省西南部，龍巖市區中西部，總面積約2 879 km2。境內多山地，丘陵起伏，高丘低山，以高丘為主，水網密度，氣候溫暖濕潤，雨量充沛，降水相對集中，洪澇災害、滑坡等災害頻發。境內原生植被為中亞熱帶常綠闊葉林，森林覆蓋率高達75.1%，梅花山國家自然保護區被譽為“回歸荒漠帶上的綠色翡翠”“動植物資源基因庫”，是境內相對保存較好的成片原生植被。上杭縣歷史悠久，傳統村落、文物古跡保存完好，歷史文化旅游資源豐富。

圖1 上杭縣地形地貌

1.2 研究方法

1.2.1 “I-F-V”多維生態系統測度

綜合考慮重要生態系統、生態系統受損和整合生態系統服務效益等方面因素，本研究從生態系統重要性、脆弱性和服務價值3個維度（I-F-V）對研究區生態系統進行了多維測度（圖2）。綜合上杭縣生態系統實際和特征，生態系統重要性選取水源涵養、土壤保持、生物多樣性和文化多樣性評價指標，生態系統脆弱性選取土壤侵蝕、水質污染、洪澇災害和地質災害評價指標，生態系統服務價值則基于土地利用情況、糧食價格等計算各生態系統的單位面積價值當量，具體計算方法見表1。將綜合生態系統重要性、綜合脆弱性和綜合服務價值等權疊加，并運用自然斷點法劃分為I、II、III、IV、V五個等級。此外，生態系統重要性和脆弱性評估主要基于2019年數據進行測度。

圖2 “I-F-V”多維生態系統測度框架

表1 生態系統測度因子計算方法

1.2.2 測度因子相關性

生態系統測度因子間和各維度間的權衡與協同關系對國土空間生態保護修復與管控提供理論依據和決策支持。借助R Studio平臺，基于皮爾森（Pearson）雙變量相關性[29]分別計算各維度內測度因子和各維度兩兩之間的相關系數，分析其權衡與協同關系。

1.2.3 空間分組分析

基于綜合生態系統重要性、脆弱性和服務價值結果，借助ArcGIS平臺的Mapping Clusters工具箱的Grouping Analysis工具進行分組分析。該方法需主觀確定分區數量，而最佳分區數量直接影響生態保護與修復的實施、成本控制、管理協調等，故本研究借鑒前人研究，擬將研究區分為2-15個區，借助Fragstats軟件在landscape級別上分別計算14分區結果的蔓延度指數（CONTAG）和斑塊結合度指數（COHESION），進而確定最佳聚類分區數[38]。其中，COHESION常被用來衡量斑塊類型間的連通性，CONTAG描述的是景觀中不同斑塊類型的團聚程度或延展趨勢。

1.3 數據來源及處理

本研究土地覆被數據基于Landsat數據在Google Earth Engine（GEE）平臺運用隨機森林分類法[39-40]將上杭縣土地覆被解譯為林地、耕地、園地、灌叢、水域、人造地表、裸露地表7類，解譯總體精度均在0.90以上，滿足研究需求；歸一化植被指數（NDVI）數據在GEE平臺基于Landsat遙感數據計算；氣象數據通過ArcGIS平臺與上杭縣DEM數據進行協同克里金插值（地形校正）方法獲得30 m空間分辨率數據集；土壤類型和植被蒸散發數據均重采樣為30 m分辨率。交通、水系、地質數據上杭縣國土與自然資源局。社會經濟數據，《上杭縣統計年鑒》《全國農產品成本收益資料匯編》。

2 結果與分析

2.1 多維生態系統測度評價

2.1.1 生態系統重要性分析

由圖3可知，上杭縣水源涵養和土壤保持功能重要性不突出，水源涵養高度、極為重要區面積僅占縣域總面積的0.03%；土壤保持高度、極為重要區多沿河流呈帶狀分布，在城區分布較為密集。上杭縣森林覆蓋率高，生態基底較好，生物多樣性極為重要區占縣域總面積88.21%，生物多樣性較低區域多為人造地表和耕地，受城鎮化建設影響較大，生境退化程度高。上杭縣文化多樣性組團特征明顯，整體上形成了“兩核五心”的空間分布格局。

圖3 上杭縣生態系統重要性測度因子空間分布

由圖4可知，上杭縣生態系統功能極為重要區面積占比較少，僅占縣域總面積2.86%，主要分布在白砂、南陽、古田、中都和縣城等區域；高度重要區呈“島嶼式”分布，形成7個非連續片區，主要涉及十多個鄉鎮，中等重要區多分布在高度重要島嶼外圍并相互聯系，面積占縣域總面積15.62%。

圖4 上杭縣生態系統綜合重要性空間分布

2.1.2 生態系統脆弱性分析

由圖5可知，土壤侵蝕以一般脆弱為主，占縣域總面積99.98%，高度、極為脆弱區零星分布在縣城、廬豐、藍溪和舊縣等地。上杭縣水質污染風險相對較低，以一般風險為主，占全縣總面積91.69%，風險水區多集中在各鄉鎮居民點、廠礦等區域，主要受地形、降雨、居民生活和生產開發等綜合因素影響，水質污染嚴重。紫金山礦山2010年銅酸水泄露事件給汀江下游生態環境、飲用水安全等造成了嚴重影響。洪澇災害極為風險區主要集中分布在汀江和黃潭河中下游，占縣域總面積1.86%。上杭縣地質災害頻發，中等、高度和極為危險區占縣域總面積42.51%，其中高度、極為危險區呈局部集中、團狀分散式分布，與區域山地丘陵、礦產開采等因素密切相關。由圖6可知，上杭縣生態系統脆弱程度整體較低，一般、較為脆弱區占縣域總面積81.9%，多為林地、灌叢；高度、極為脆弱區分別占全縣總面積1.34%、3.55%，是生態修復關注的重點，呈兩條帶狀空間，其中一條分布在汀江中游（湖洋-臨城-廬豐），另一條則分布在黃潭河下游區（稔田-藍溪），紫金山礦山也為極為脆弱區。中等脆弱區主要分布在城鎮用地、耕地和礦山開采區，不加節制地開發建設和礦山開采活動帶來的潛在生態環境惡化須得到關注和重視。

圖5 上杭縣生態系統脆弱性測度因子空間分布

圖6 上杭縣生態系統綜合脆弱性空間分布

2.1.3生態系統服務價值

上杭縣2000－2019年生態系統服務總價值呈持續增加趨勢，從2000年的554.4億元增加到了2019年的2 217.56億元（表3）；2000－2019年間林地生態系統的價值始終最高，其次是灌叢，水域面積雖小，但其服務價值相對較高，說明需重點關注林地、灌叢和水域等自然生態系統。整體來看（圖7），較高、極高價值區占縣域總面積63.91%，而低、較低價值占全縣面積26.64%，主要分布在汀江和黃潭河濱水帶，臨城鎮面積最大、分布最廣，多為人造地表和耕地。

圖7 上杭縣綜合生態系統服務價值空間分布

2.1.4 生態系統測度相關性分析

由圖8可知，各生態系統重要性評估因子之間協同與權衡并存，其中生物多樣性與土壤保持、水源涵養和文化多樣性均為權衡關系，與水源涵養權衡關系最強，相關系數為0.3，主要原因為生物多樣性高的區域多為林地和灌叢，而其余功能較高區域多分布在城鎮、水域周邊，與上杭縣山地丘陵地貌特征相吻合，可能會導致未來生態保護修復空間識別存在空間分異，有必要進行針對性地識別和管控；水源涵養與土壤保持、文化多樣性，土壤保持與文化多樣性均為協同效應，但相關性不強。各生態系統脆弱性評估因子之間主要為協同關系，但相關性均不高，地質災害與水質污染、洪澇災害相關性較高，表明在未來生態風險管理中需對地質災害多加關注，實施協同管理對策。整體上，綜合生態系統重要性、脆弱性和服務價值兩兩之間均為正相關，說明研究區生態系統重要、生態效益較高的區域也正在經歷較多的生態損害；其中重要性維度與脆弱性維度相關系數較高，表明研究區生態系統保護與修復區域可能存在重疊。

表3 上杭縣不同生態系統的生態系統服務價值

圖8 生態系統測度因子及維度相關性分析

2.2 生態保護修復空間分區

2.2.1 生態保護修復空間分區劃定

根據不同分組分析結果的CONTAG和COHESION指數計算結果（圖9）可知，當分區數為6或7組時兩指數相交，是研究區生態系統格局變化的重要轉折點，表明在該分區下研究區各分區間的團聚程度和連通性最強，有利于生態系統穩定、健康發展。便于生態保護修復成規模、片區實施管理，最佳分區數確定為6。

圖9 不同分區數下的景觀指數對比

統計各分區內不同程度的生態系統重要性、脆弱性和服務價值的面積占研究區總面積的比例（單位%），并繪制為分區聚類玫瑰圖，表現各分區生態系統測度在各維度的強弱情況，也指示了各分區的主導生態系統特征（圖10）。各維度下面積占比最大的類型為主導生態系統特征，各分區以重要性I、脆弱性F和服務價值V維度的主導特征命名，因此，上杭縣劃分為III-I-V（中等重要-一般脆弱-極高價值）、III-III-V（中等重要-中等脆弱-極高價值）、III-II-V（中等重要-較為脆弱-極高價值）、III-III-IV（中等重要-中等脆弱-較高價值）、II-III-I（較為重要-中等脆弱-低價值）和IV-I-I（高度重要-一般脆弱-低價值）六個生態保護修復空間。

圖10 各分區“重要性-脆弱性-服務價值”(I-F-V)生態系統測度結構

2.2.2 生態保護修復分區特征

根據各分區面積、空間分布及土地覆被類型構成進行生態保護修復分區特征分析。在所有分區中，III-I-V、III-II-V面積較大，分別占縣域總面積32.15%和43.55%，是區域發展的生態系統功能基底。各分區在空間上呈現明顯的集聚、組團布局，不同生態保護修復分區所在的土地覆被類型構成也存在明顯的空間異質性，但整體來看，林地、灌叢、耕地和園地在各分區均為優勢地類（表4）。結合上杭縣其他各地理要素分布，各區特征如下：

1）III-I-V。中等重要性、一般脆弱和極高價值面積占比最大，分別占縣域總面積17.75%、16.47%和9.39%，土地覆被類型主要為林地和灌叢，其次為園地，受人類活動干擾較少。值得注意的是，該區域分布著縣域24.74%的人造地表，說明該區域城鎮化建設對生態系統功能的負面影響相對不顯著。

2）III-III-V。中等重要、中等脆弱和極高價值面積占比最大，分別占縣域總面積3.09%、4.54%和4.3%，基本為林地，說明該區域林地生態功能較好，但存在一定的生態環境問題，如山地多滑坡、泥石流等地質災害。此外，該區內的采礦活動導致該區域生態系統較為脆弱。

3）III-II-V。中等重要、較為脆弱和極高價值面積占比最大，分別占縣域總面積29.17%、22.8%和38.86%，主要土地覆被類型為林地，是研究區內重要的生態系統功能區。作為研究區的生態基底，形成了三條組團條帶，即南陽-通賢-才溪組團、步云-古田-蛟洋-白砂-臨城組團和溪口-太拔-藍溪-中都組團。

4）III-III-IV。中等重要、中等脆弱和高價值面積占比最大，分別占縣域總面積1.26%、1.74%和0.91%。該區域林地、灌叢和園地面積相對占比較多，處于自然與人工生態系統交錯帶區，受人為干擾相對較大。

5）II-III-I。較為重要、中等脆弱和低價值面積占比最大，分別占縣域總面積3.69%、6.3%和7.43%。以耕地、灌叢和人造地表為主，其中人造地表面積占研究區總面積的56.84%，是研究區內受城鎮開發建設和人類生產活動影響最大的區域，也是生態修復關注的重要區域。

6）IV-I-I。高度重要、一般脆弱和低價值面積占比最大，分別占縣域總面積2.35%、3.08%和2.46%。主要分布在城鎮周邊的耕地、園地和灌叢區域，這些區域屬于人-地交錯帶地區，文化與生物多樣性較高，又多分布在低山丘陵地區，生態風險較低，但因靠近城鎮，服務價值不高，同時其生態系統結構不穩定，但又處于生態流交換的重要區域，是保護修復的關鍵區域。

表4 上杭縣各分區土地覆被類型面積占比

2.3 生態保護與修復分區管控

根據上杭縣“十四五”規劃和2035綱要規劃目標，結合上杭縣生態系統重要性、脆弱性和服務價值空間分布特征，有必要針對各生態保護修復分區特征及空間分布（圖11）采取差異化的生態、經濟管理政策和環境保護、修復措施，并根據保護與修復措施將研究區進一步劃分為生態保護區（生態保育區、綠色發展區、適度開發區）和生態修復區（生態修復區、保護修復統籌發展區），具體管控策略與措施如下：

2.3.1 生態保護分區管控

1）“生態保育”型

III-I-V和III-III-V區幾乎均分布在山地地區，該區域生態基底良好、生物多樣性高、生態系統服務價值高，管控措施應以生態保育為主。作為區域發展的生態屏障，應當加強山體與林地的保育，嚴格限制破壞性建設活動，禁止在重要林地、山體空間（西普陀、摩陀寨、雙髻山等）開發建設，必要時可在局部地區實施封山育林等生態恢復工程；上杭縣在山地地區開發了較多的梯田和經濟林（以柑橘和茶園為主），山體滑坡、泥石流等地質災害頻發，應重點關注居民點周邊的裸露山體和災害易發區域，實施生態固坡、護坡護溝等工程措施；梅花山國家自然保護區、上杭國家森林公園等重要自然保護地均分布在該區域內，這些區域應以自然恢復為主要生態保育措施，合理規劃、建設生態緩沖區，協同發展生態旅游，實現生態保護與經濟發展的可持續發展目標。

2）“綠色發展”型

III-II-V區生境質量較高、生態系統服務價值極高、地形相對較緩，適合一定的城鎮開發建設和生產活動開展，生態系統較為脆弱，管控措施應以綠色發展為主。該區為廣袤的山林，但基礎設施建設、采礦及農業生產活動對生態環境破壞相對比較嚴重，須嚴格控制基礎設施建設對生態環境的破壞，秉持“低影響”開發建設理念，制定生態評估與可行性分析策略，提升區域生態效益及環境承載力；該區面積占比最大，作為生態基質應關注其景觀連通性，劃定源地、生態-經濟廊道，加強林地與水體間的連通性，形成更加復合的區域藍綠空間，實現區域物質、能量交換的流通性；此外，該區多分布在城鎮居民點周邊，發揮著生態交錯帶安全屏障的作用，須加強控制城鎮發展建設邊界等措施，確保實現區域綠色發展。

3）“保護本底，適度開發”型

IV-I-I區生態本底較好，生態脆弱性一般，但其生態系統服務價值不高，具備一定的生態潛力，管控措施主要以“保護本底，適度開發”為主。在保護生態本底的基礎上，充分利用區域自然資源適度開發建設基礎設施，開展丘陵特色生態農業觀光，提高區域生態系統服務價值；該區文化多樣性較高，應發揮其旅游資源優勢，以“古田會議”、“蛟洋暴動”、“才溪調查”、“星星之火可以燎原”等紅色文化為主線，將自然與歷史文化景區串聯起來，打造區域生態旅游經濟圈，提升區域生態系統文化服務價值。

圖11 上杭縣生態保護與修復管控分區

2.3.2 生態修復分區管控

1）“生態修復”型

III-III-IV區是面積最小的分區，該區生態系統穩定性較差，易受外界自然和人為干擾影響，管控措施應以生態修復為主。嚴格控制挖山伐林、林地復墾等活動，并積極推進林下經濟，將裸露的園地地表進行覆蓋，增強其水土保持能力；灌叢區域多為城鎮與林地之間的過渡帶，可增加城鎮與自然山林之間的防護綠化帶，提升區域生態系統穩定性和生態系統服務能力。

2）“生態保護與修復，統籌發展”型

II-III-I區幾乎均分布在汀江和黃潭河流經的城鎮及其周邊區域，城鎮化程度高，是人類生產、生活活動最活躍的區域，管控措施應以“生態保護修復，統籌發展”為主。該區處于河谷地帶，洪澇災害、水質污染等生態環境問題較為突出，在保護自然生態系統的基礎上“見縫插綠”合理規劃防洪緩沖帶等以提高生態系統的抵抗力和凈化能力；積極推行清潔生產、發展綠色循環經濟，對區域內可能造成環境污染的企業、工廠進行綜合治理，統籌環境與經濟協同發展，典型案例即對上杭縣最大的礦區（紫金山金礦）采取礦山修復、礦山復綠等生態修復措施，踐行“金山銀山”與“綠水青山”的綠色發展觀；該區分布著縣域62.2%的耕地，是重要的糧食生產區，未來應繼續大力推廣生態農業，減少化肥、農藥等使用量，降低農業污染；同時，切實保護基本農田，加強農田整治、防護林建設等生態工程，建立復合農田生態系統；此外，須嚴格控制城鎮發展規模、人口規模、產業布局，減少生活和生產污染，以保障區域生態安全。

3 結論與討論

3.1 討 論

基于多維生態系統綜合測度框架識別生態保護與修復分區是維護國土空間生態保護修復的關鍵步驟。“I-F-V”的多維生態系統測度旨在識別區域重要生態系統、生態系統受損區以及整合生態系統服務效益，在綜合考慮了生態系統的整體性和系統性的同時，還強調了生態系統的生態效益和發展機會的統籌，有效地評估了生態系統的恢復力和可持續性以及它們所支持的經濟活動和人類福祉[41]，可廣泛應用于生態系統測度與生態保護修復研究與實踐中。空間聚類分組是多維生態系統測度因子的組合，能夠有效地表征多種生態系統測度因子的空間集聚特征和區域主導測度因子，同時通過分析其內部生態系統結構及與其他地理信息的關系可揭示不同分區測度因子的組合規律[38]，為開展國土空間規劃、生態修復、山水林田湖草沙綜合治理等工作提供理論與基礎方法，同時對開展生態保護修復與建設管理具有重要指導意義。

在分組分析中，分區數量需人為設定，具有較強的主觀性。本研究為避免這一不足，依據景觀生態學原理，選取了CONTAG和CONHESION指數客觀劃定了研究區最佳聚類分區數量。同時，分組分析彌補了K-means等聚類方法對空間鄰近關系分析的缺陷，確保在空間屬性和空間分布上均能得到更好地聚類和分組。綜合景觀生態學原理和分組分析的方法可為今后分區劃定研究提供一定的方法借鑒。

本研究探討了各生態系統測度因子之間的協同與權衡關系，對于區域生態系統管理具有一定的指導意義，但由于生態保護修復分區空間異質性較高，故在生態保護修復分區管控中未能全面考慮權衡與協同關系對生態系統的影響，也是本研究的不足之處。此外，本研究屬于靜態研究，缺乏動態演變特征以及對內在驅動的挖掘，在今后的研究中，有待進一步深入探討長時間序列多維生態系統測度及生態保護修復時空分異規律。

3.2 結 論

1）上杭縣生態系統具有較強的空間異質性，整體上生態系統重要性較高、脆弱程度較低，具有較高的生態系統服務價值。空間分布上，高度重要區域形成了七個“島嶼式”組團，是生態保護的重要區域；生態系統較脆弱區呈兩條帶狀空間，是生態修復重點關注區域；生態系統服務價值較低區多為鄉鎮居民點、道路等人造地表、裸露地表和耕地。

2）上杭縣各生態系統測度因子間協同與權衡關系并存，但各維度間均為協同關系。生物多樣性與其他重要性因子權衡關系十分顯著，各脆弱性因子之間均為協同關系，但相關性不高，這均與上杭縣典型山地丘陵區的地貌特征有關。

3）上杭縣可劃分為III-I-V（中等重要-一般脆弱-極高價值）、III-III-V（中等重要-中等脆弱-極高價值）、III-II-V（中等重要-較為脆弱-極高價值）、III-III-IV（中等重要-中等脆弱-較高價值）、II-III-I（較為重要-中等脆弱-低價值）和IV-I-I（高度重要-一般脆弱-低價值）6個生態保護修復空間，其空間布局與內部結構分異明顯；針對各分區特征及與其他要素的關系提出相應的開發建設和生態保護修復管控措施，進一步將研究區劃分為生態保護區（生態保育區、綠色發展區、適度開發區）和生態修復區（生態修復區、保護修復統籌發展區）。

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Ecological protection, restoration and management of territorial space using “Importance, Fragility, Ecosystem service value”

Wei Baojing1,2,3,4, Hu Xijun1,2,3※, Zhang Yali1,2,3, Tang Jia1,2,3, Kang Peng4,5, Li Ruizhi1,2,3, Liu Luyun1,2,3

(1.,,410004,; 2.,,410004,; 3.410004,; 4.,410004,; 5.,,410004,)

Ecological protection and restoration of territorial space can be one of the most important schemes to maintain the national patterns of ecological security. It is a high demand to scientifically zone and manage the key areas for the protection and restoration, particularly for the regional ecosystem function and sustainable development. Taking Shanghang County in Fujian Province of China as a typical study area, this study aims to construct a multi-dimensional ecosystem measurement framework of “Ecosystem Importance-Ecosystem Fragility-Ecosystem service value” using an integrated ecosystem integrity, system, and benefits. Multi-dimensional characteristics of the regional ecosystem were then analyzed to determine the relationship of trade-offs and synergy between the measure factors. At last, the spatial clustering method (Grouping analysis) was used to delineate the ecological protection and restoration space. The zoning management and control strategies were also proposed using the spatial heterogeneity and ecosystem structure characteristics of each zone. The results showed that: 1) There was the strong spatial heterogeneity in the ecosystem, indicating a spatial differentiation ecosystem pattern with the high importance, low fragility, and high service value. 2) There were the synergistic and tradeoff relationships among all ecosystem measure factors. All synergistic relationships were found in the comprehensive importance, fragility, and service value. As such, the high overlap was triggered between the ecosystem conservation and restoration areas. 3) An optimal number of clusters was determined as six, according to the CONTAG and COHESION indexes with different number of clusters. There were also the strongest cohesion degree and connectivity among groups, which were conducive to the stable and healthy development of the ecosystem. Six zonings were divided into: the III-I-V (Importance level III- Fragility level I-Value V), III-III-V (Importance level III- Fragility level III-Value V), III-II-V (Importance level III- Fragility level II-Value V), III-III-IV (Importance level III- Fragility level III-Value IV), II-III-I(Importance level II- Fragility level III-Value I), and IV-I-I (Importance level IV- Fragility level I-Value I). Among them, the zoning of III-I-V and III-II-V shared the large areas with the ecosystem functional bases for the regional development. The outstanding spatial heterogeneity was found in the composition of land cover types in each zoning. Particularly, the forest, shrub, cropland, and garden were the dominant land cover types. 4) A targeted and differentiated management was proposed for the environmental protection and restoration measures, according to the spatial distribution and internal structure of each zoning. After that, the study area was further divided into the ecological protection area (Ecological conservation, green development, and moderate development area), and ecological restoration area (ecological restoration, protection and restoration coordinated development area). Furthermore, the multi-dimensional ecosystem measurement “I-F-V” can be expected to identify the important ecosystems, the damaged areas of ecosystems, and integrate ecosystem services benefits. An emphasis was also made on the coordination of ecosystem protection and restoration costs, together with the development opportunities, when considering the integrity and systematism of ecosystems. Therefore, an effective assessment was achieved in the resilience and sustainability of ecosystems and economic activities, as well as the human well-being they support. Some recommendations can be also widely used in the ecosystem measurement, the ecological conservation and restoration. The findings can provide the insightful ideas and practical reference for the decision making on the protection, restoration, and ecological security pattern of territorial space.

territorial space; ecological protection, restoration and management; ecosystem measurement; spatial division; Shanghang County

10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.027

F301.2; TP79

A

1002-6819(2022)-19-0249-10

韋寶婧，胡希軍，張亞麗，等. 基于“重要性-脆弱性-服務價值”的國土空間生態保護與修復管控[J]. 農業工程學報，2022，38(19)：249-258.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.027 http://www.tcsae.org

Wei Baojing, Hu Xijun, Zhang Yali, et al. Ecological protection, restoration and management of territorial space using “Importance, Fragility, Ecosystem service value”[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2022, 38(19): 249-258. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.027 http://www.tcsae.org

2022-07-23

2022-09-27

國家自然科學基金項目（31901363）；湖南省研究生科研創新項目（CX20200701）；湖南省高校“雙一流”建設項目（湘教通[2018]469號）

韋寶婧，博士，研究方向為景觀生態規劃、生態保護與修復。Email：984319667@qq.com

胡希軍，博士，教授，博士生導師，研究方向為景觀生態規劃、大地景觀修復與生態規劃。Email：120795043@qq.com