基于生態系統服務供需關系的國土空間生態修復分區研究

王宇坤 王建杰 張翠青 王亞慧

摘要：以云南省為研究區，通過量化生態系統服務供給與需求水平，分析二者匹配關系，研究全省縣域尺度的生態保護與修復分區。結果表明，生態系統服務供給與需求存在空間異質性，二者空間上整體表現為互補關系。滇西北和滇西南林區是高供給區，滇東城鎮化較為發達地區是低供給區和高需求區。依據供需特征，將云南省分為4個區域，供需協調型（高供給-高需求），應重點提高除水域外其他生態用地供給水平；城鄉重構型（低供給-高需求），應重點關注城市綠地空間配置及覆蓋；重點修復型（低供給-低需求），在局部地區開展水土保持、礦山修復等修復工程；生態保育型（高供給-低需求），以生態保育為主要目標，實現森林質量的整體提升。

關鍵詞：生態系統服務供給；生態系統服務需求；生態保護與修復；分區；云南省

中圖分類號：X821；X321 ? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2023）11-0020-07

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2023.11.005 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Study on zoning for ecological remediation of territorial space based on the ecosystem services supply and demand：A case study of Yunnan Province

WANG Yu-kun1，WANG Jian-jie1，ZHANG Cui-qing1，WANG Ya-hui2

（1. Beijing Suntop Planning Consultancy Co.， Ltd./Insititute of Territorial Spatial Planning， Beijing ?100070， China； 2. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research， CAS/Key Laboratory of Ecosystem Network Observation and Modeling， Beijing ?100101， China）

Abstract： Taking Yunnan Province as the research area， the ecological protection and restoration zoning work at the county level was carried out by quantifying ecosystem service （ES） supply and demand and mapping the matching relationship between the two. The results showed that obvious spatial heterogeneity was seen in both ES supply and demand， and these two showed a complementary relationship spatially. The forest areas in the northwest and southwest Yunnan were high supply areas， while the eastern parts were low supply and high demand areas. The Yunnan Province was divided into four regions according to the characteristics of supply and demand： coordination type （high supply-high demand）， which should focus on improving the supply level of other ecological land except water areas； urban and rural remodeling type （low supply-high demand）， which should pay more attention to the spatial allocation and coverage of urban green space； key restoration type （low supply-low demand）， which should carry out soil and water conservation， mine rehabilitation and other rehabilitation projects in local areas； ecological conservation type （high supply- low demand）， which should take ecological conservation as the main goal to achieve the overall improvement of forest quality.

Key words： ecosystem service supply； ecosystem service demand； ecological protection and restoration； zoning； Yunnan Province

隨著人口增加和社會經濟的不斷發展，人類對自然資源的需求持續增加，掠奪式的開發和不合理的資源利用造成了諸如土地退化、土壤沙漠化、水土流失等一系列生態環境問題［1，2］。開展生態系統的保護和修復，系統性開展生態保育、修復、重建等，是改善受污染、受破壞生態系統的重要途徑和方法［3-5］。隨著生態環境改善的實際需求以及生態文明思想的深入人心，生態保護和修復受到各界廣泛關注，成為當前切實改善生態環境的“一把鑰匙”。聯合國環境規劃署將2021—2030年定為聯合國生態系統恢復10年，強調在兼顧社會、經濟、環境目標的前提下開展生態恢復以減緩土地退化［6］。中國先后開展了《全國生態功能區劃》《全國主體功能區劃》的制定，總體上確定了不同區域的保護重點。先后實施了退耕還林、退耕還草、天然林保護、京津風沙源治理等一系列生態保護和修復工程，有效提高了植被生物量，起到了防風固沙、水土保持等作用［7-10］。十八大以來，隨著生態文明體制的建立和完善，國土空間生態修復已成為一項重要的國家戰略工程［5］。當前，山水林田湖草一體化保護修復及基于自然的解決方案等亟待推進。

生態系統保護與修復以生態環境的整體提升、生態功能的充分發揮以及人類福祉的大力提升為主要目標。自然地理要素及人類活動方式、強度的空間差異性導致不同區域面臨的生態環境問題具有差異性和獨特性。因此，開展生態保護與修復分區是因地制宜開展生態修復的重要基礎和前提［11］。生態系統服務作為連接土地變化與人類福祉、自然系統與社會系統的中間橋梁，能夠有效反映生態保護及修復的需求及生態工程實施的效應，其相關研究能夠為生態保護與修復分區提供理論基礎［12］。生態系統服務供給反映了生態環境的本底，生態系統服務需求則反映的是人類社會發展對于各項服務的占用，通過供給和需求的匹配分析來反映區域生態系統服務的盈余或虧損是有效開展生態保護和修復區劃的一種有效方法［11，13］。

云南省是中國西南生態安全屏障，承擔著維護區域、國家乃至國際生態安全的戰略任務和重大職責，是中國重要的天然林分布區和世界生物多樣性的熱點區域［14，15］，發揮著重要的生態功能，但因自然條件復雜，存在生態環境脆弱等一系列環境問題。本研究以云南省為例，通過從生態系統服務供給與需求的空間匹配角度出發，探索劃定全省生態保護與修復分區，以期為后續因地制宜開展生態保護與修復提供理論支撐。

1 研究區概況

云南省位于中國西南邊陲（97°36′—106°12′E，21°01′—29°08′N），東鄰貴州省和廣西壯族自治區，北接四川省，面積為38.32萬km2，下轄包括8個地級市、8個自治州，共129個縣級行政區。全境地勢由西北向東南傾斜，可分為滇西北高山峽谷區、滇中湖泊區、滇東北山地河谷區、滇西南高原區以及滇東南喀斯特區。區內氣候差異明顯，滇西北氣候較寒冷；滇東、滇中氣候溫和，為溫帶型氣候；滇南緯度較低，為北熱帶氣候。

全省耕地、林地、草地面積分別占總面積的17.52%、57.38%和22.45%，是中國重要的林區，豐富的生態要素在水源涵養、土壤保持、調節氣候以及美學欣賞等生態功能方面發揮著重要作用。同時，除滇西北部分區域外，省內大部分區域位于“胡煥庸線”東南側，在有限的平原壩區內人類活動強度相對較高，對于生態系統服務具有強大的需求能力。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源與處理

本研究中的糧食播種面積、產量以及糧食價格等數據來自《2021年云南統計年鑒》和《2021年中國統計年鑒》。土地利用數據來自資源環境科學與數據中心，土地利用類型包括6個一級類型（耕地、林地、草地、水域、城鄉工礦居民用地以及未利用地）以及25個二級類型。鑒于生態系統服務價值量化方法對濕地的關注，參考Song等［16］的研究方法，本研究將水域中的永久性冰川雪地、灘地以及未利用地中的沼澤地3個二級地類合并為濕地一級類型。最終本研究中的土地利用數據包括7個一級類型。人口密度及經濟數據來源于資源環境科學與數據中心。

2.2 生態系統服務供需量化

2.2.1 生態系統服務供給 生態系統服務供給反映了生態系統的本底，是特定時間段及特定區域生態系統所能提供生態系統產品和服務的能力［17-19］。本研究將生態系統服務價值作為生態系統服務供給的指標。謝高地等［20］基于700余份問卷，構建了適用于中國的包含4個一級分類（供給、調節、文化服務）和7個二級分類的生態系統服務價值當量表，該方法也得到了廣泛的應用［21，22］。為避免生態系統服務的重復計算［23］，本研究未將支持服務計算在內。

依據研究區與全國生物量的比值對中國單位面積生態系統服務價值當量表中的系數進行修正，以增強該方法的本地適用性。修正系數計算公式如式（1）所示。

[fij=bj/Bj×Fi] ? ? ? ? （1）

式中，[fij]代表云南省的當量價值；[bj]和[Bj]分別表示云南省和全國j類生態系統的單位面積生物量；[Fi]表示中國單位面積生態系統服務價值當量表中的值。計算結果顯示，耕地、林地、草地的修正系數分別為0.89、1.20和1.58。云南省地均生態服務價值當量如表1所示。

基于訂正的價值當量表，云南省第i種土地利用類型的地均生態系統服務價值（[Ei]）計算式如式（2）所示。

[Ei=j=1nEa×fij] ? ? ? ? （2）

式中，[Ea]為自然狀態下農田生態系統的單位面積食物生產價值； j 表示不同的生態系統服務類型。

2.2.2 生態系統服務需求 土地利用開發程度、人口聚集度以及經濟發展水平共同決定人類對各項生態系統服務的需求程度，三者與生態系統服務需求水平呈正相關關系。柵格尺度生態系統服務需求可表示為式（3）。

[ESDi=lci×lg（popi）×lg（gdpi）] ? ?（3）

式中，[ESDi]表示柵格i的生態系統服務需求；[lci]表示柵格i的土地利用開發程度；[popi]表示人口密度；[gdpi]表示地均GDP。

2.3 生態系統服務供需關系分析

對生態系統服務供給和需求量進行Z-score 標準化以消除量綱的影響。以生態系統服務供給為橫坐標，需求量為縱坐標劃分4個象限，開展縣域尺度生態系統服務供給、需求匹配分析。其中，第Ⅰ象限表示高供給-高需求，第Ⅱ象限為低供給-高需求，第Ⅲ象限為低供給-低需求，第Ⅳ象限為高供給-低需求。為進一步分析二者匹配程度，開展生態系統服務供給和需求的雙變量局部空間分析。

耦合度和協調度可以表示生態系統服務供給和需求之間相互關系的影響程度，由式（4）、式（5）可計算得到。

[C=ESV×ESDESV+ESD/2] ? ?（4）

[D=C×aESV+bESD] ? ? ? ?（5）

式中，D為協調度；C為耦合度；ESV和ESD分別為生態系統服務供給和需求。

3 結果與分析

3.1 云南省生態系統服務價值空間分布特征

云南省各地級市的地均生態系統服務價值整體上介于2.84萬～3.93萬元/hm2 （圖1）。地均生態系統服務價值高于3.70萬/hm2的地級市包括云南省北部的迪慶藏族自治州（3.72萬元/hm2）、怒江傈傈族自治州（3.89萬元/hm2）和麗江市（3.83萬元/hm2），云南省西南部的普洱市（3.84萬元/hm2）和西雙版納傣族自治州（3.93萬元/hm2）。地均生態系統服務價值介于3.30萬～3.60萬元/hm2的地級市包括玉溪市（3.54萬元/hm2）、楚雄彝族自治州（3.52萬元/hm2）、德宏傣族景頗族自治州（3.48萬元/hm2）、大理白族自治州（3.46萬元/hm2）、文山壯族苗族自治州（3.42萬元/hm2）、紅河哈尼族彝族自治州（3.41萬元/hm2）。地均生態系統服務價值低值位于臨滄市（3.19萬元/hm2）、昆明市（3.13萬元/hm2）、昭通市（3.04萬元/hm2）和曲靖市（2.84萬元/hm2）。

縣域尺度云南省地均生態系統服務價值具有明顯的空間異質性（圖2），西北部及西南部地均生態系統服務價值高于其他區域，省域內西部地區整體高于東部地區。具體而言，北部的橫斷山區以及南部的普洱市分布有大面積的林地，因此具有較高的生態系統服務價值（高于35 615元/hm2）；而東部地區人類活動較為劇烈，耕地、城市建設用地比例較高，因此地均生態系統服務價值明顯較低，不足 ? ? 32 989元/hm2。

3.2 云南省縣域尺度生態系統服務需求空間分異

云南省人口密度和地均GDP呈明顯的空間異質性（圖3）。人口密度≥1 140人/km2的區域包括昆明市的五華區、盤龍區、官渡區和呈貢區（圖3a）。云南省西部的中部地區以及東部地區人口密度處于中等水平，≥90人/km2；而位于西北部和西南的大部分區域人口密度極低（<90人/km2）。與人口密度分布相似，地均GDP的高值區也集中于昆明市的五華區（28 451萬元/km2）、盤龍區（28 129萬元/km2）、官渡區（21 166萬元/km2）和呈貢區（10 497萬元/km2）；地均GDP中等水平集中于研究區東部的中部縣域，包括由北向南的宣威市—沾益區—陸良縣—彌勒市—開遠市—河口瑤族自治縣一帶以及由西向東的易門縣—安寧市—澄江市—陸良縣—羅平縣一帶，地均GDP水平≥558萬元/ km2（圖3b）。土地利用開發程度的空間差異更為明顯，昆明市的五華區、盤龍區、官渡區、呈貢區以及西山區建設用地比例較高，介于14%～36%；中等土地利用開發程度（4%～14%）的區域包括西部的大理市和瑞麗市以及圍繞高值區的部分區域（包括安寧市，昆明市的晉寧區和崇明縣，玉溪市的紅塔區、江川區和通海縣以及曲靖市的陸良縣和麒麟區）；其他縣域土地開發程度極為有限，不足4%（圖3c）。

受到人口密度、地均GDP以及土地開發利用程度的綜合影響，云南省生態系統服務需求表現為局部聚集的空間格局。以昆明市的五華區、盤龍區、官渡區和呈貢區為高需求中心，向東部及南部需求遞減；以大理市為高需求支點，向東部和北部地區需求降低（圖3d）。整體上，生態系統服務需求高值區主要位于東部經濟相對發達地區，與地均GDP空間分布具有較高的吻合性。

3.3 云南省生態系統服務供給和需求匹配分析

將云南省生態系統服務的供給和需求映射在坐標軸構成的平面內，供給和需求呈4種對應關系（圖4a）。由圖4b可知，屬于高供給-高需求的縣域有4個，分別為昆明市的西山區、玉溪市的江川區、澄江市和大理市，屬于省內城市化及經濟發展發達地區。17個縣城表現為低供給-高需求的生態系統服務對應關系，主要分布于滇中地區，包括昆明市南部的7個區縣、玉溪市的紅塔區和通海縣、曲靖市的麒麟區和陸良縣、紅河哈尼族彝族自治州的瀘西縣、個舊市和蒙自市等。位于第三象限（低供給-低需求）和第四象限（高供給-低需求）的縣域數量較多，分別為50個和58個。低供給-低需求縣域在空間上表現為局部的連片分布，主要分布于由滇東北向南至滇東南的南北向條帶狀分布（綏江縣—魯甸縣—會澤縣—彌勒市—丘北縣—文山市—馬關縣一帶），此外在滇西地區也有小范圍的連片分布，包括元謀縣—牟定縣—祿豐縣—楚雄市一帶、大理白族自治州的洱源縣—鶴慶縣—賓川縣—祥云縣—彌渡縣一帶、臨滄市大部分縣域（鳳慶縣—云縣—永德縣—臨翔區—耿馬傣族佤族自治縣）以及云南省西部邊緣的隆陽縣—施甸縣—龍陵縣—芒市—梁河縣一帶，面積為云南省總面積的35.1%。高供給-低需求縣域表現為大面積的連片分布，位于滇西北的迪慶藏族自治州、怒江傈僳族自治州以及麗江市的大部分地區、滇南的普洱市和西雙版納傣族自治州等區域，面積占云南省總面積的58.4%。

對縣域尺度的生態系統服務供給和需求開展空間相關分析，其Morans I指數為 -0.213。空間分布上，約100個縣域的生態系統服務供給與需求的空間自相關表現為非顯著性關系（P>0.05），約占云南省縣域總數的77.5%（圖5）。聚集類型與象限分析法結果一致，表明了兩種分析方法的可靠性及結果的可靠性。具體而言，表現為顯著的高供給-高需求聚集類型的地區有昆明市西山區和澄江市；顯著的低供給-高需求聚集類型圍繞在高供給-高需求聚集類型周圍；顯著的低供給-低需求聚集類型地區主要分布于滇西的臨滄市境內；顯著的高供給-低需求聚集類型地區主要分布于滇西北及滇西南的部分地區。

依據生態系統服務供給和需求的協調度（D），將其分為4個類型（圖6），分別為不協調（D < 0.3）、輕度不協調（0.3≤D<0.5）、基本協調（0.5≤D<0.6）和協調（0.6≤D<0.7）。大部分的縣域處于生態系統服務供給和需求不協調狀態（89個），36個縣處于輕度不協調狀態，基本協調狀態的縣域個數為0，供需協調的縣域有4個。

3.4 云南省生態保護及修復分區

綜合生態系統服務供給和需求的空間匹配關系以及二者協調度，可將云南省生態保護及修復分為4種類型。

1）供需協調型（高供給-高需求）。該類型包含4個縣，其供給和需求協調度表現為協調。區內分布有洱海、撫仙湖、滇池等云南省的重要湖泊，優質的水域能夠充分發揮其供給、調節和文化服務，具有較高的生態系統服務價值。同時，該區域也是經濟水平較為發達、人口分布較為稠密的城市地區，是生態系統服務的高需求區。一方面，在維持湖泊水質質量及周邊生態用地安全的同時，該區域應著重提高其他生態用地的面積及質量，充分發揮多種生態用地類型的調節、文化功能；另一方面，要注重協調經濟發展與生態環境的關系，實現經濟發展與生態環境的雙贏發展。

2）城鄉重構型（低供給-高需求）。該類型縣域均表現為輕度不協調，區內存在較高比例的成片耕地，生態用地比例較低，盡管耕地具有較高的糧食供給功能，但其調節和文化服務水平較低，因此整體的生態系統服務供給處于較低水平。人口分布密集、經濟發展較快、資源難以滿足該地區居民對生態系統服務的需求。一方面，要切實保障耕地的面積，劃定永久基本農田，提高耕地質量；另一方面，要統籌城鄉發展，劃定城鎮開發邊界，控制城市用地對耕地的侵占，提高城市內外部的生態用地類型及面積，整體提升植被覆蓋度。

3）重點修復型（低供給-低需求）。該類型主要分布于滇東及滇西的局部區域，供給和需求間協調度表現為不協調和輕度不協調。該區是耕地的主要分布區域，人類活動較頻繁，土壤侵蝕較嚴重，災害頻發。生態保護及修復過程中，應著重生態系統服務供給能力的提升。在東川、巧家、會澤等縣，積極發展生態農業，調整農業結構，提高森林的覆蓋率及森林質量，嚴格控制礦產資源的開發，開展礦山修復工程，綜合采用生物和工程技術治理土壤流失及泥石流，有效降低災害的危險性。在楚雄彝族自治州等地區，應重點加強以生態公益林為主的生態林業發展，提高區域的水源涵養功能。滇東南則應重點加強石漠化的綜合治理與預防。

4）生態保育型（高供給-低需求）。該類型分布廣泛，呈大面積的連片分布，以供給和需求不協調和輕度不協調為主。區域內滇西北地區是三江并流自然保護區的核心區，同時也是西南主要的天然林區；滇東南和滇南地區熱量充足，降水充沛，適宜于熱帶雨林的生長。該區域生境質量優良，是重要的碳匯區，具有顯著的調節氣候、涵養水源等功能。同時縱橫的山脈將地理單元分割，造就了多樣的生境及豐富的生物多樣性。區內人口密度較低，但不合理的資源開發利用破壞了地表植被，造成了嚴重的土壤流失；農業活動肥料的不合理施用造成一定的環境污染。該區域具有良好的生態本底，今后應著重于生態功能的鞏固及改良，一應實施天然林保護及森林撫育，加強植被的自然恢復，減少經濟作物對天然林的干擾；二應開展生境完整性和連通性保護，加強自然保護區的建設和管理，推動野生動植物種群恢復；三應在山地丘陵及河流兩岸開展水土流失的生物及工程治理；四應在農業較發達地區調整產業結構，合理施用化肥，減少面源污染。

4 小結

本研究在量化云南省生態系統服務供給需求的基礎上開展了縣域尺度生態保護與修復分區研究。結果顯示，云南省的生態系統服務供給與需求在空間分布上存在明顯的空間異質性。生態系統服務供給以滇西北和滇西南為高值區，而滇東地區為低值區；生態系統服務需求則以滇中和滇東城市化發達地區為高值區。依據供需匹配關系，可將云南省縣域分為4種生態保護與修復類型，其中生態系統服務供給和需求以低供給-低需求和高供給-低需求為主要類型。總體上，高供給-高需求區域應注重除水域外其他生態用地的保護；低供給-高需求區域應充分協調城鎮、耕地以及生態用地的比例，提高植被覆蓋度，提升生態系統服務供給水平；低供給-低需求區域應側重生態修復，開展生態環境的綜合治理；高供給-低需求區域應以大范圍生態保育為主，局部地區開展整治工程。

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