基于生态系统服务供需关系的国土空间生态修复分区研究

王宇坤 王建杰 张翠青 王亚慧

摘要：以云南省为研究区，通过量化生态系统服务供给与需求水平，分析二者匹配关系，研究全省县域尺度的生态保护与修复分区。结果表明，生态系统服务供给与需求存在空间异质性，二者空间上整体表现为互补关系。滇西北和滇西南林区是高供给区，滇东城镇化较为发达地区是低供给区和高需求区。依据供需特征，将云南省分为4个区域，供需协调型（高供给-高需求），应重点提高除水域外其他生态用地供给水平；城乡重构型（低供给-高需求），应重点关注城市绿地空间配置及覆盖；重点修复型（低供给-低需求），在局部地区开展水土保持、矿山修复等修复工程；生态保育型（高供给-低需求），以生态保育为主要目标，实现森林质量的整体提升。

关键词：生态系统服务供给；生态系统服务需求；生态保护与修复；分区；云南省

中图分类号：X821；X321         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2023）11-0020-07

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2023.11.005 开放科学（资源服务）标识码（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

隨着人口增加和社会经济的不断发展，人类对自然资源的需求持续增加，掠夺式的开发和不合理的资源利用造成了诸如土地退化、土壤沙漠化、水土流失等一系列生态环境问题［1，2］。开展生态系统的保护和修复，系统性开展生态保育、修复、重建等，是改善受污染、受破坏生态系统的重要途径和方法［3-5］。随着生态环境改善的实际需求以及生态文明思想的深入人心，生态保护和修复受到各界广泛关注，成为当前切实改善生态环境的“一把钥匙”。联合国环境规划署将2021—2030年定为联合国生态系统恢复10年，强调在兼顾社会、经济、环境目标的前提下开展生态恢复以减缓土地退化［6］。中国先后开展了《全国生态功能区划》《全国主体功能区划》的制定，总体上确定了不同区域的保护重点。先后实施了退耕还林、退耕还草、天然林保护、京津风沙源治理等一系列生态保护和修复工程，有效提高了植被生物量，起到了防风固沙、水土保持等作用［7-10］。十八大以来，随着生态文明体制的建立和完善，国土空间生态修复已成为一项重要的国家战略工程［5］。当前，山水林田湖草一体化保护修复及基于自然的解决方案等亟待推进。

生态系统保护与修复以生态环境的整体提升、生态功能的充分发挥以及人类福祉的大力提升为主要目标。自然地理要素及人类活动方式、强度的空间差异性导致不同区域面临的生态环境问题具有差异性和独特性。因此，开展生态保护与修复分区是因地制宜开展生态修复的重要基础和前提［11］。生态系统服务作为连接土地变化与人类福祉、自然系统与社会系统的中间桥梁，能够有效反映生态保护及修复的需求及生态工程实施的效应，其相关研究能够为生态保护与修复分区提供理论基础［12］。生态系统服务供给反映了生态环境的本底，生态系统服务需求则反映的是人类社会发展对于各项服务的占用，通过供给和需求的匹配分析来反映区域生态系统服务的盈余或亏损是有效开展生态保护和修复区划的一种有效方法［11，13］。

云南省是中国西南生态安全屏障，承担着维护区域、国家乃至国际生态安全的战略任务和重大职责，是中国重要的天然林分布区和世界生物多样性的热点区域［14，15］，发挥着重要的生态功能，但因自然条件复杂，存在生态环境脆弱等一系列环境问题。本研究以云南省为例，通过从生态系统服务供给与需求的空间匹配角度出发，探索划定全省生态保护与修复分区，以期为后续因地制宜开展生态保护与修复提供理论支撑。

1 研究区概况

云南省位于中国西南边陲（97°36′—106°12′E，21°01′—29°08′N），东邻贵州省和广西壮族自治区，北接四川省，面积为38.32万km2，下辖包括8个地级市、8个自治州，共129个县级行政区。全境地势由西北向东南倾斜，可分为滇西北高山峡谷区、滇中湖泊区、滇东北山地河谷区、滇西南高原区以及滇东南喀斯特区。区内气候差异明显，滇西北气候较寒冷；滇东、滇中气候温和，为温带型气候；滇南纬度较低，为北热带气候。

全省耕地、林地、草地面积分别占总面积的17.52%、57.38%和22.45%，是中国重要的林区，丰富的生态要素在水源涵养、土壤保持、调节气候以及美学欣赏等生态功能方面发挥着重要作用。同时，除滇西北部分区域外，省内大部分区域位于“胡焕庸线”东南侧，在有限的平原坝区内人类活动强度相对较高，对于生态系统服务具有强大的需求能力。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源与处理

本研究中的粮食播种面积、产量以及粮食价格等数据来自《2021年云南统计年鉴》和《2021年中国统计年鉴》。土地利用数据来自资源环境科学与数据中心，土地利用类型包括6个一级类型（耕地、林地、草地、水域、城乡工矿居民用地以及未利用地）以及25个二级类型。鉴于生态系统服务价值量化方法对湿地的关注，参考Song等［16］的研究方法，本研究将水域中的永久性冰川雪地、滩地以及未利用地中的沼泽地3个二级地类合并为湿地一级类型。最终本研究中的土地利用数据包括7个一级类型。人口密度及经济数据来源于资源环境科学与数据中心。

2.2 生态系统服务供需量化

2.2.1 生态系统服务供给 生态系统服务供给反映了生態系统的本底，是特定时间段及特定区域生态系统所能提供生态系统产品和服务的能力［17-19］。本研究将生态系统服务价值作为生态系统服务供给的指标。谢高地等［20］基于700余份问卷，构建了适用于中国的包含4个一级分类（供给、调节、文化服务）和7个二级分类的生态系统服务价值当量表，该方法也得到了广泛的应用［21，22］。为避免生态系统服务的重复计算［23］，本研究未将支持服务计算在内。

依据研究区与全国生物量的比值对中国单位面积生态系统服务价值当量表中的系数进行修正，以增强该方法的本地适用性。修正系数计算公式如式（1）所示。

[fij=bj/Bj×Fi]         （1）

式中，[fij]代表云南省的当量价值；[bj]和[Bj]分别表示云南省和全国j类生态系统的单位面积生物量；[Fi]表示中国单位面积生态系统服务价值当量表中的值。计算结果显示，耕地、林地、草地的修正系数分别为0.89、1.20和1.58。云南省地均生态服务价值当量如表1所示。

基于订正的价值当量表，云南省第i种土地利用类型的地均生态系统服务价值（[Ei]）计算式如式（2）所示。

[Ei=j=1nEa×fij]         （2）

式中，[Ea]为自然状态下农田生态系统的单位面积食物生产价值； j 表示不同的生态系统服务类型。

2.2.2 生态系统服务需求 土地利用开发程度、人口聚集度以及经济发展水平共同决定人类对各项生态系统服务的需求程度，三者与生态系统服务需求水平呈正相关关系。栅格尺度生态系统服务需求可表示为式（3）。

[ESDi=lci×lg（popi）×lg（gdpi）]    （3）

式中，[ESDi]表示栅格i的生态系统服务需求；[lci]表示栅格i的土地利用开发程度；[popi]表示人口密度；[gdpi]表示地均GDP。

2.3 生态系统服务供需关系分析

对生态系统服务供给和需求量进行Z-score 标准化以消除量纲的影响。以生态系统服务供给为横坐标，需求量为纵坐标划分4个象限，开展县域尺度生态系统服务供给、需求匹配分析。其中，第Ⅰ象限表示高供给-高需求，第Ⅱ象限为低供给-高需求，第Ⅲ象限为低供给-低需求，第Ⅳ象限为高供给-低需求。为进一步分析二者匹配程度，开展生态系统服务供给和需求的双变量局部空间分析。

耦合度和协调度可以表示生态系统服务供给和需求之间相互关系的影响程度，由式（4）、式（5）可计算得到。

[C=ESV×ESDESV+ESD/2]    （4）

[D=C×aESV+bESD]        （5）

式中，D为协调度；C为耦合度；ESV和ESD分别为生态系统服务供给和需求。

3 结果与分析

3.1 云南省生态系统服务价值空间分布特征

云南省各地级市的地均生态系统服务价值整体上介于2.84万～3.93万元/hm2 （图1）。地均生态系统服务价值高于3.70万/hm2的地级市包括云南省北部的迪庆藏族自治州（3.72万元/hm2）、怒江傈傈族自治州（3.89万元/hm2）和丽江市（3.83万元/hm2），云南省西南部的普洱市（3.84万元/hm2）和西双版纳傣族自治州（3.93万元/hm2）。地均生态系统服务价值介于3.30万～3.60万元/hm2的地级市包括玉溪市（3.54万元/hm2）、楚雄彝族自治州（3.52万元/hm2）、德宏傣族景颇族自治州（3.48万元/hm2）、大理白族自治州（3.46萬元/hm2）、文山壮族苗族自治州（3.42万元/hm2）、红河哈尼族彝族自治州（3.41万元/hm2）。地均生态系统服务价值低值位于临沧市（3.19万元/hm2）、昆明市（3.13万元/hm2）、昭通市（3.04万元/hm2）和曲靖市（2.84万元/hm2）。

县域尺度云南省地均生态系统服务价值具有明显的空间异质性（图2），西北部及西南部地均生态系统服务价值高于其他区域，省域内西部地区整体高于东部地区。具体而言，北部的横断山区以及南部的普洱市分布有大面积的林地，因此具有较高的生态系统服务价值（高于35 615元/hm2）；而东部地区人类活动较为剧烈，耕地、城市建设用地比例较高，因此地均生态系统服务价值明显较低，不足     32 989元/hm2。

3.2 云南省县域尺度生态系统服务需求空间分异

云南省人口密度和地均GDP呈明显的空间异质性（图3）。人口密度≥1 140人/km2的区域包括昆明市的五华区、盘龙区、官渡区和呈贡区（图3a）。云南省西部的中部地区以及东部地区人口密度处于中等水平，≥90人/km2；而位于西北部和西南的大部分区域人口密度极低（<90人/km2）。与人口密度分布相似，地均GDP的高值区也集中于昆明市的五华区（28 451万元/km2）、盘龙区（28 129万元/km2）、官渡区（21 166万元/km2）和呈贡区（10 497万元/km2）；地均GDP中等水平集中于研究区东部的中部县域，包括由北向南的宣威市—沾益区—陆良县—弥勒市—开远市—河口瑶族自治县一带以及由西向东的易门县—安宁市—澄江市—陆良县—罗平县一带，地均GDP水平≥558万元/ km2（图3b）。土地利用开发程度的空间差异更为明显，昆明市的五华区、盘龙区、官渡区、呈贡区以及西山区建设用地比例较高，介于14%～36%；中等土地利用开发程度（4%～14%）的区域包括西部的大理市和瑞丽市以及围绕高值区的部分区域（包括安宁市，昆明市的晋宁区和崇明县，玉溪市的红塔区、江川区和通海县以及曲靖市的陆良县和麒麟区）；其他县域土地开发程度极为有限，不足4%（图3c）。

受到人口密度、地均GDP以及土地开发利用程度的综合影响，云南省生态系统服务需求表现为局部聚集的空间格局。以昆明市的五华区、盘龙区、官渡区和呈贡区为高需求中心，向东部及南部需求递减；以大理市为高需求支点，向东部和北部地区需求降低（图3d）。整体上，生态系统服务需求高值区主要位于东部经济相对发达地区，与地均GDP空间分布具有较高的吻合性。

3.3 云南省生态系统服务供给和需求匹配分析

将云南省生态系统服务的供给和需求映射在坐标轴构成的平面内，供给和需求呈4种对应关系（图4a）。由图4b可知，属于高供给-高需求的县域有4个，分别为昆明市的西山区、玉溪市的江川区、澄江市和大理市，属于省内城市化及经济发展发达地区。17个县城表现为低供给-高需求的生态系统服务对应关系，主要分布于滇中地区，包括昆明市南部的7个区县、玉溪市的红塔区和通海县、曲靖市的麒麟区和陆良县、红河哈尼族彝族自治州的泸西县、个旧市和蒙自市等。位于第三象限（低供给-低需求）和第四象限（高供给-低需求）的县域数量较多，分别为50个和58个。低供给-低需求县域在空间上表现为局部的连片分布，主要分布于由滇东北向南至滇东南的南北向条带状分布（绥江县—鲁甸县—会泽县—弥勒市—丘北县—文山市—马关县一带），此外在滇西地区也有小范围的连片分布，包括元谋县—牟定县—禄丰县—楚雄市一带、大理白族自治州的洱源县—鹤庆县—宾川县—祥云县—弥渡县一带、临沧市大部分县域（凤庆县—云县—永德县—临翔区—耿马傣族佤族自治县）以及云南省西部边缘的隆阳县—施甸县—龙陵县—芒市—梁河县一带，面积为云南省总面积的35.1%。高供给-低需求县域表现为大面积的连片分布，位于滇西北的迪庆藏族自治州、怒江傈僳族自治州以及丽江市的大部分地区、滇南的普洱市和西双版纳傣族自治州等区域，面积占云南省总面积的58.4%。

对县域尺度的生态系统服务供给和需求开展空间相关分析，其Morans I指数为 -0.213。空间分布上，约100个县域的生态系统服务供给与需求的空间自相关表现为非显著性关系（P>0.05），约占云南省县域总数的77.5%（图5）。聚集类型与象限分析法结果一致，表明了两种分析方法的可靠性及结果的可靠性。具体而言，表现为显著的高供给-高需求聚集类型的地区有昆明市西山区和澄江市；显著的低供给-高需求聚集类型围绕在高供给-高需求聚集类型周围；显著的低供给-低需求聚集类型地区主要分布于滇西的临沧市境内；显著的高供给-低需求聚集类型地区主要分布于滇西北及滇西南的部分地区。

依据生态系统服务供给和需求的协调度（D），将其分为4个类型（图6），分别为不协调（D < 0.3）、轻度不协调（0.3≤D<0.5）、基本协调（0.5≤D<0.6）和协调（0.6≤D<0.7）。大部分的县域处于生态系统服务供给和需求不协调状态（89个），36个县处于轻度不协调状态，基本协调状态的县域个数为0，供需协调的县域有4个。

3.4 云南省生态保护及修复分区

综合生态系统服务供给和需求的空间匹配关系以及二者协调度，可将云南省生态保护及修复分为4种类型。

1）供需协调型（高供给-高需求）。该类型包含4个县，其供给和需求协调度表现为协调。区内分布有洱海、抚仙湖、滇池等云南省的重要湖泊，优质的水域能够充分发挥其供给、调节和文化服务，具有较高的生态系统服务价值。同时，该区域也是经济水平较为发达、人口分布较为稠密的城市地区，是生态系统服务的高需求区。一方面，在维持湖泊水质质量及周边生态用地安全的同时，该区域应着重提高其他生态用地的面积及质量，充分发挥多种生态用地类型的调节、文化功能；另一方面，要注重协调经济发展与生态环境的关系，实现经济发展与生态环境的双赢发展。

2）城乡重构型（低供给-高需求）。该类型县域均表现为轻度不协调，区内存在较高比例的成片耕地，生态用地比例较低，尽管耕地具有较高的粮食供给功能，但其调节和文化服务水平较低，因此整体的生态系统服务供给处于较低水平。人口分布密集、经济发展较快、资源难以满足该地区居民对生态系统服务的需求。一方面，要切实保障耕地的面积，划定永久基本农田，提高耕地质量；另一方面，要统筹城乡发展，划定城镇开发边界，控制城市用地对耕地的侵占，提高城市内外部的生态用地类型及面积，整体提升植被覆盖度。

3）重点修复型（低供给-低需求）。该类型主要分布于滇东及滇西的局部区域，供给和需求间协调度表现为不协调和轻度不协调。该区是耕地的主要分布区域，人类活动较频繁，土壤侵蚀较严重，灾害频发。生态保护及修复过程中，应着重生态系统服务供给能力的提升。在东川、巧家、会泽等县，积极发展生态农业，调整农业结构，提高森林的覆盖率及森林质量，严格控制矿产资源的开发，开展矿山修复工程，综合采用生物和工程技术治理土壤流失及泥石流，有效降低灾害的危险性。在楚雄彝族自治州等地区，应重点加强以生态公益林为主的生态林业发展，提高区域的水源涵养功能。滇东南则应重点加强石漠化的综合治理与预防。

4）生态保育型（高供给-低需求）。该类型分布广泛，呈大面积的连片分布，以供给和需求不协调和轻度不协调为主。区域内滇西北地区是三江并流自然保护区的核心区，同时也是西南主要的天然林区；滇东南和滇南地区热量充足，降水充沛，适宜于热带雨林的生长。该区域生境质量优良，是重要的碳汇区，具有显著的调节气候、涵养水源等功能。同时纵横的山脉将地理单元分割，造就了多样的生境及丰富的生物多样性。区内人口密度较低，但不合理的资源开发利用破坏了地表植被，造成了严重的土壤流失；农业活动肥料的不合理施用造成一定的环境污染。该区域具有良好的生态本底，今后应着重于生态功能的巩固及改良，一应实施天然林保护及森林抚育，加强植被的自然恢复，减少经济作物对天然林的干扰；二应开展生境完整性和连通性保护，加强自然保护区的建设和管理，推动野生动植物种群恢复；三应在山地丘陵及河流两岸开展水土流失的生物及工程治理；四应在农业较发达地区调整产业结构，合理施用化肥，减少面源污染。

4 小结

本研究在量化云南省生态系统服务供给需求的基础上开展了县域尺度生态保护与修复分区研究。结果显示，云南省的生态系统服务供给与需求在空间分布上存在明显的空间异质性。生态系统服务供给以滇西北和滇西南为高值区，而滇东地区为低值区；生态系统服务需求则以滇中和滇东城市化发达地区为高值区。依据供需匹配关系，可将云南省县域分为4种生态保护与修复类型，其中生态系统服务供给和需求以低供给-低需求和高供给-低需求为主要类型。总体上，高供给-高需求区域应注重除水域外其他生态用地的保护；低供给-高需求区域应充分协调城镇、耕地以及生态用地的比例，提高植被覆盖度，提升生态系统服务供给水平；低供给-低需求区域应侧重生态修复，开展生态环境的综合治理；高供给-低需求区域应以大范围生态保育为主，局部地区开展整治工程。

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