基于“重要性-脆弱性-服务价值”的国土空间生态保护与修复管控

韦宝婧，胡希军，张亚丽，汤　佳，康　鹏，李芮芝，刘路云

基于“重要性-脆弱性-服务价值”的国土空间生态保护与修复管控

韦宝婧1,2,3,4，胡希军1,2,3※，张亚丽1,2,3，汤佳1,2,3，康鹏4,5，李芮芝1,2,3，刘路云1,2,3

（1. 中南林业科技大学风景园林学院，长沙 410004； 2.中南林业科技大学城乡景观生态研究所，长沙 410004； 3. 湖南省自然保护地风景资源大数据工程技术研究中心，长沙 410004； 4. 南方林业生态应用技术国家工程实验室，长沙 410004； 5. 中南林业科技大学生命科学与技术学院，长沙 410004）

国土空间生态保护修复是维护国家生态安全格局的重要保障，科学划定与管控保护修复关键区对维持区域生态系统功能与可持续发展具有重要意义。该研究以福建上杭县作为典型研究案例区，在综合生态系统完整性、系统性与生态效益的基础上，构建了“重要性-脆弱性-服务价值”（I-F-V）的多维生态系统测度框架，进而分析了区域生态系统的多维特征、测度因子间的权衡与协同关系，运用空间聚类（分组分析）划定了生态保护与修复空间，并基于各分区的空间分异性及生态系统结构特征，提出分区管控措施。结果表明：1）上杭县生态系统具有较强的空间异质性，整体上呈现重要性较高、脆弱性程度低、服务价值较高的空间分异格局；2）上杭县各生态系统测度因子间协同与权衡关系并存，综合重要性、脆弱性和服务价值之间均为协同关系，生态系统保护与修复区域可能存在高度重叠；3）上杭县可划分为III-I-V（中等重要-一般脆弱-极高价值）、III-III-V（中等重要-中等脆弱-极高价值）、III-II-V（中等重要-较为脆弱-极高价值）、III-III-IV（中等重要-中等脆弱-较高价值）、II-III-I（较为重要-中等脆弱-低价值）和IV-I-I（高度重要- 一般脆弱-低价值）6个分区，其中，III-I-V和III-II-V两个分区面积较大，是区域发展的生态系统功能基底，各分区所在的土地覆被类型构成也存在明显的空间异质性，林地、灌丛、耕地和园地属于优势土地覆被类型；4）依据生态保护与修复措施将研究区进一步划分为生态保护区（生态保育区、绿色发展区、适度开发区）和生态修复区（生态修复区、保护修复统筹发展区）。研究结果可为区域国土空间生态保护修复规划与建设、生态安全格局维护提供较为科学、全面的研究思路和实践借鉴。

国土空间；生态保护修复与管控；生态系统测度；空间分区；上杭县

0 引 言

快速城镇化建设导致区域生态环境恶化、景观破碎化和生态系统功能退化，一定程度上限制了生态-经济-社会的可持续发展[1-2]。生态保护修复已被视为有效缓解城镇化建设对生态环境负面影响的重要途径[3-4]。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》和国家发展改革委、自然资源部均提出了“统筹山水林田湖草一体化保护和修复，合理划定国土空间生态修复区域，提升生态系统质量和稳定性”的生态修复指导思想与战略方针，国土空间生态保护修复已成为一项国家战略工程[5]。山水林田湖草作为相互依存的生态系统，如何从生态系统整体性、均衡性出发，识别并合理划定生态保护修复空间、构建国土空间生态保护修复格局是当前国土生态保护修复规划的首要任务[6]，也是区域实现可持续发展战略的重要基石[7]。

近年来，国内外学者们在基于国土空间生态保护修复与管控研究方面取得了一定的进展，如李红举等[8]结合中国山水林田湖草生态保护修复试点工程实践，以生态问题和修复工程为重点，研究建立了统一的山水林田湖草生态保护修复标准体系；宇振荣等[9]则在该标准体系的基础上，在河南省南太行山地区开展了基于矿山、水环境、土地整治与污染、科技创新工程等综合性生态修复研究与实践，体现了生态修复的系统性和整体性；王志芳等[10]的研究更进一步，基于“山水林田湖草生命共同体”从自然地位、修复途径、预期功能3个角度为国土空间生态保护修复的“整体保护、系统修复、综合治理”提供理论与方法指导；王文静等[11]在北京市开展了基于生态系统服务评估、生态系统质量评估和生态问题评估的国土空间生态保护与修复，进而构建系统的生态保护与修复空间识别方法，探索了国土空间系统修复和整体保护路径。虽然部分学者开展了生态保护与修复空间识别及分区管控研究，但多基于生态安全[12]、生态风险[13]和生态系统服务[14]等识别生态保护与修复分区，且多集中在单一维度[15]，并未综合考虑生态系统的全局系统性、结构完整性和生态效益，导致对区域生态环境改善和全域生态修复管控成效并不显著[7,16]。国土空间具有显著的多生态系统集成的特征，首先，准确定位不同区域内生态功能及其相关的重要生态系统功能有助于在确定优先级的基础上统筹生态保护修复[17]；其次，推动与落实生态保护修复工作也需要有机整合生态补偿[18]、科学评估保护及修复成本和统筹社会经济-生态环境需求等[19]相关工作，评估区域生态系统服务价值是很有必要的；再者，生态受损可能会导致多种生态系统功能退化及生态系统服务价值的衰退[20]。因此亟需构建综合重要生态系统、生态受损及生态效益的多维生态系统测度体系对生态保护修复进行科学指导和合理管控。

科学划定生态保护与修复区、准确识别每个区的生态问题是实现国土空间生态保护与修复的关键问题[21]。目前研究多利用生态系统的空间分布特征来确定关键问题或优先保护修复区域[22-23]，生态保护红线的划定代表了这一理念的应用[24]。在空间分区阈值的依据上多运用自然断点法、经验赋值法、K-means空间聚类等[25]方法，多仅聚焦在数值的聚类与分类上，未考虑各因子的空间分布情况，部分学者基于系统性和连续性保护的原则运用多因子空间叠加、相交等[12, 26]方式划定生态保护修复空间，虽关注了生态系统重要性、生态问题突出的聚集区域空间分布问题，但其边界确定多为主观判定，缺乏客观依据。而空间聚类中的分组分析（Grouping Analysis）则利用非监督机器学习方法来确定数据的自然分组，根据要素属性和可选的空间或时态约束对要素进行分组，可确保各组紧凑、连续或邻近[27]，弥补了K-means等算法未关注栅格空间邻近、紧凑等缺陷，有利于在生态保护修复建设实践中各分区的成片建设与管理。此外，了解多种生态系统测度因子之间的相互关系及其驱动机制将提高生态系统管理能力[28]，有利于制定土地利用、空间规划和生态保护修复管理政策[29]。

综上，国土空间生态保护与修复空间识别研究主要基于生态系统重要性、生态系统脆弱性或生态问题单一或两个维度进行分析，并未关注生态系统的生态效益，故本研究以生态系统重要性、脆弱性和生态系统服务价值为切入点，识别国土空间生态保护与修复空间，对维护区域生态安全、国土空间管控与优化提供新的视角和有益的尝试。福建省上杭县是国家级商品粮基地，被划入福建省重要水源涵养与生态保育区，近年来城镇化建设、农业生产及矿山开采等活动使上杭县生态系统功能退化、自然灾害易发、频发，迫切需要开展国土空间生态保护与修复工作。本文基于研究区重要生态系统、生态受损区和生态效益，从生态系统“重要性-脆弱性-服务价值”3个维度建立了生态系统多维测度框架，识别了测度因子、维度间的权衡与协同关系，明确了生态保护与修复空间分区，并针对空间格局与内部结构特征提出了管控措施。以期为确定生态系统优先保护与修复顺序和合理利用区域土地资源等国土空间生态保护修复规划工作提供科学参考。

1 研究区与研究方法

1.1 研究区概况

上杭县隶属福建省龙岩市（116°15′50″～116°56′47″E，24°46′02″～25°27′47″N，图1），位于福建省西南部，龙岩市区中西部，总面积约2 879 km2。境内多山地，丘陵起伏，高丘低山，以高丘为主，水网密度，气候温暖湿润，雨量充沛，降水相对集中，洪涝灾害、滑坡等灾害频发。境内原生植被为中亚热带常绿阔叶林，森林覆盖率高达75.1%，梅花山国家自然保护区被誉为“回归荒漠带上的绿色翡翠”“动植物资源基因库”，是境内相对保存较好的成片原生植被。上杭县历史悠久，传统村落、文物古迹保存完好，历史文化旅游资源丰富。

图1 上杭县地形地貌

1.2 研究方法

1.2.1 “I-F-V”多维生态系统测度

综合考虑重要生态系统、生态系统受损和整合生态系统服务效益等方面因素，本研究从生态系统重要性、脆弱性和服务价值3个维度（I-F-V）对研究区生态系统进行了多维测度（图2）。综合上杭县生态系统实际和特征，生态系统重要性选取水源涵养、土壤保持、生物多样性和文化多样性评价指标，生态系统脆弱性选取土壤侵蚀、水质污染、洪涝灾害和地质灾害评价指标，生态系统服务价值则基于土地利用情况、粮食价格等计算各生态系统的单位面积价值当量，具体计算方法见表1。将综合生态系统重要性、综合脆弱性和综合服务价值等权叠加，并运用自然断点法划分为I、II、III、IV、V五个等级。此外，生态系统重要性和脆弱性评估主要基于2019年数据进行测度。

图2 “I-F-V”多维生态系统测度框架

表1 生态系统测度因子计算方法

1.2.2 测度因子相关性

生态系统测度因子间和各维度间的权衡与协同关系对国土空间生态保护修复与管控提供理论依据和决策支持。借助R Studio平台，基于皮尔森（Pearson）双变量相关性[29]分别计算各维度内测度因子和各维度两两之间的相关系数，分析其权衡与协同关系。

1.2.3 空间分组分析

基于综合生态系统重要性、脆弱性和服务价值结果，借助ArcGIS平台的Mapping Clusters工具箱的Grouping Analysis工具进行分组分析。该方法需主观确定分区数量，而最佳分区数量直接影响生态保护与修复的实施、成本控制、管理协调等，故本研究借鉴前人研究，拟将研究区分为2-15个区，借助Fragstats软件在landscape级别上分别计算14分区结果的蔓延度指数（CONTAG）和斑块结合度指数（COHESION），进而确定最佳聚类分区数[38]。其中，COHESION常被用来衡量斑块类型间的连通性，CONTAG描述的是景观中不同斑块类型的团聚程度或延展趋势。

1.3 数据来源及处理

本研究土地覆被数据基于Landsat数据在Google Earth Engine（GEE）平台运用随机森林分类法[39-40]将上杭县土地覆被解译为林地、耕地、园地、灌丛、水域、人造地表、裸露地表7类，解译总体精度均在0.90以上，满足研究需求；归一化植被指数（NDVI）数据在GEE平台基于Landsat遥感数据计算；气象数据通过ArcGIS平台与上杭县DEM数据进行协同克里金插值（地形校正）方法获得30 m空间分辨率数据集；土壤类型和植被蒸散发数据均重采样为30 m分辨率。交通、水系、地质数据上杭县国土与自然资源局。社会经济数据，《上杭县统计年鉴》《全国农产品成本收益资料汇编》。

2 结果与分析

2.1 多维生态系统测度评价

2.1.1 生态系统重要性分析

由图3可知，上杭县水源涵养和土壤保持功能重要性不突出，水源涵养高度、极为重要区面积仅占县域总面积的0.03%；土壤保持高度、极为重要区多沿河流呈带状分布，在城区分布较为密集。上杭县森林覆盖率高，生态基底较好，生物多样性极为重要区占县域总面积88.21%，生物多样性较低区域多为人造地表和耕地，受城镇化建设影响较大，生境退化程度高。上杭县文化多样性组团特征明显，整体上形成了“两核五心”的空间分布格局。

图3 上杭县生态系统重要性测度因子空间分布

由图4可知，上杭县生态系统功能极为重要区面积占比较少，仅占县域总面积2.86%，主要分布在白砂、南阳、古田、中都和县城等区域；高度重要区呈“岛屿式”分布，形成7个非连续片区，主要涉及十多个乡镇，中等重要区多分布在高度重要岛屿外围并相互联系，面积占县域总面积15.62%。

图4 上杭县生态系统综合重要性空间分布

2.1.2 生态系统脆弱性分析

由图5可知，土壤侵蚀以一般脆弱为主，占县域总面积99.98%，高度、极为脆弱区零星分布在县城、庐丰、蓝溪和旧县等地。上杭县水质污染风险相对较低，以一般风险为主，占全县总面积91.69%，风险水区多集中在各乡镇居民点、厂矿等区域，主要受地形、降雨、居民生活和生产开发等综合因素影响，水质污染严重。紫金山矿山2010年铜酸水泄露事件给汀江下游生态环境、饮用水安全等造成了严重影响。洪涝灾害极为风险区主要集中分布在汀江和黄潭河中下游，占县域总面积1.86%。上杭县地质灾害频发，中等、高度和极为危险区占县域总面积42.51%，其中高度、极为危险区呈局部集中、团状分散式分布，与区域山地丘陵、矿产开采等因素密切相关。由图6可知，上杭县生态系统脆弱程度整体较低，一般、较为脆弱区占县域总面积81.9%，多为林地、灌丛；高度、极为脆弱区分别占全县总面积1.34%、3.55%，是生态修复关注的重点，呈两条带状空间，其中一条分布在汀江中游（湖洋-临城-庐丰），另一条则分布在黄潭河下游区（稔田-蓝溪），紫金山矿山也为极为脆弱区。中等脆弱区主要分布在城镇用地、耕地和矿山开采区，不加节制地开发建设和矿山开采活动带来的潜在生态环境恶化须得到关注和重视。

图5 上杭县生态系统脆弱性测度因子空间分布

图6 上杭县生态系统综合脆弱性空间分布

2.1.3生态系统服务价值

上杭县2000－2019年生态系统服务总价值呈持续增加趋势，从2000年的554.4亿元增加到了2019年的2 217.56亿元（表3）；2000－2019年间林地生态系统的价值始终最高，其次是灌丛，水域面积虽小，但其服务价值相对较高，说明需重点关注林地、灌丛和水域等自然生态系统。整体来看（图7），较高、极高价值区占县域总面积63.91%，而低、较低价值占全县面积26.64%，主要分布在汀江和黄潭河滨水带，临城镇面积最大、分布最广，多为人造地表和耕地。

图7 上杭县综合生态系统服务价值空间分布

2.1.4 生态系统测度相关性分析

由图8可知，各生态系统重要性评估因子之间协同与权衡并存，其中生物多样性与土壤保持、水源涵养和文化多样性均为权衡关系，与水源涵养权衡关系最强，相关系数为0.3，主要原因为生物多样性高的区域多为林地和灌丛，而其余功能较高区域多分布在城镇、水域周边，与上杭县山地丘陵地貌特征相吻合，可能会导致未来生态保护修复空间识别存在空间分异，有必要进行针对性地识别和管控；水源涵养与土壤保持、文化多样性，土壤保持与文化多样性均为协同效应，但相关性不强。各生态系统脆弱性评估因子之间主要为协同关系，但相关性均不高，地质灾害与水质污染、洪涝灾害相关性较高，表明在未来生态风险管理中需对地质灾害多加关注，实施协同管理对策。整体上，综合生态系统重要性、脆弱性和服务价值两两之间均为正相关，说明研究区生态系统重要、生态效益较高的区域也正在经历较多的生态损害；其中重要性维度与脆弱性维度相关系数较高，表明研究区生态系统保护与修复区域可能存在重叠。

表3 上杭县不同生态系统的生态系统服务价值

图8 生态系统测度因子及维度相关性分析

2.2 生态保护修复空间分区

2.2.1 生态保护修复空间分区划定

根据不同分组分析结果的CONTAG和COHESION指数计算结果（图9）可知，当分区数为6或7组时两指数相交，是研究区生态系统格局变化的重要转折点，表明在该分区下研究区各分区间的团聚程度和连通性最强，有利于生态系统稳定、健康发展。便于生态保护修复成规模、片区实施管理，最佳分区数确定为6。

图9 不同分区数下的景观指数对比

统计各分区内不同程度的生态系统重要性、脆弱性和服务价值的面积占研究区总面积的比例（单位%），并绘制为分区聚类玫瑰图，表现各分区生态系统测度在各维度的强弱情况，也指示了各分区的主导生态系统特征（图10）。各维度下面积占比最大的类型为主导生态系统特征，各分区以重要性I、脆弱性F和服务价值V维度的主导特征命名，因此，上杭县划分为III-I-V（中等重要-一般脆弱-极高价值）、III-III-V（中等重要-中等脆弱-极高价值）、III-II-V（中等重要-较为脆弱-极高价值）、III-III-IV（中等重要-中等脆弱-较高价值）、II-III-I（较为重要-中等脆弱-低价值）和IV-I-I（高度重要-一般脆弱-低价值）六个生态保护修复空间。

图10 各分区“重要性-脆弱性-服务价值”(I-F-V)生态系统测度结构

2.2.2 生态保护修复分区特征

根据各分区面积、空间分布及土地覆被类型构成进行生态保护修复分区特征分析。在所有分区中，III-I-V、III-II-V面积较大，分别占县域总面积32.15%和43.55%，是区域发展的生态系统功能基底。各分区在空间上呈现明显的集聚、组团布局，不同生态保护修复分区所在的土地覆被类型构成也存在明显的空间异质性，但整体来看，林地、灌丛、耕地和园地在各分区均为优势地类（表4）。结合上杭县其他各地理要素分布，各区特征如下：

1）III-I-V。中等重要性、一般脆弱和极高价值面积占比最大，分别占县域总面积17.75%、16.47%和9.39%，土地覆被类型主要为林地和灌丛，其次为园地，受人类活动干扰较少。值得注意的是，该区域分布着县域24.74%的人造地表，说明该区域城镇化建设对生态系统功能的负面影响相对不显著。

2）III-III-V。中等重要、中等脆弱和极高价值面积占比最大，分别占县域总面积3.09%、4.54%和4.3%，基本为林地，说明该区域林地生态功能较好，但存在一定的生态环境问题，如山地多滑坡、泥石流等地质灾害。此外，该区内的采矿活动导致该区域生态系统较为脆弱。

3）III-II-V。中等重要、较为脆弱和极高价值面积占比最大，分别占县域总面积29.17%、22.8%和38.86%，主要土地覆被类型为林地，是研究区内重要的生态系统功能区。作为研究区的生态基底，形成了三条组团条带，即南阳-通贤-才溪组团、步云-古田-蛟洋-白砂-临城组团和溪口-太拔-蓝溪-中都组团。

4）III-III-IV。中等重要、中等脆弱和高价值面积占比最大，分别占县域总面积1.26%、1.74%和0.91%。该区域林地、灌丛和园地面积相对占比较多，处于自然与人工生态系统交错带区，受人为干扰相对较大。

5）II-III-I。较为重要、中等脆弱和低价值面积占比最大，分别占县域总面积3.69%、6.3%和7.43%。以耕地、灌丛和人造地表为主，其中人造地表面积占研究区总面积的56.84%，是研究区内受城镇开发建设和人类生产活动影响最大的区域，也是生态修复关注的重要区域。

6）IV-I-I。高度重要、一般脆弱和低价值面积占比最大，分别占县域总面积2.35%、3.08%和2.46%。主要分布在城镇周边的耕地、园地和灌丛区域，这些区域属于人-地交错带地区，文化与生物多样性较高，又多分布在低山丘陵地区，生态风险较低，但因靠近城镇，服务价值不高，同时其生态系统结构不稳定，但又处于生态流交换的重要区域，是保护修复的关键区域。

表4 上杭县各分区土地覆被类型面积占比

2.3 生态保护与修复分区管控

根据上杭县“十四五”规划和2035纲要规划目标，结合上杭县生态系统重要性、脆弱性和服务价值空间分布特征，有必要针对各生态保护修复分区特征及空间分布（图11）采取差异化的生态、经济管理政策和环境保护、修复措施，并根据保护与修复措施将研究区进一步划分为生态保护区（生态保育区、绿色发展区、适度开发区）和生态修复区（生态修复区、保护修复统筹发展区），具体管控策略与措施如下：

2.3.1 生态保护分区管控

1）“生态保育”型

III-I-V和III-III-V区几乎均分布在山地地区，该区域生态基底良好、生物多样性高、生态系统服务价值高，管控措施应以生态保育为主。作为区域发展的生态屏障，应当加强山体与林地的保育，严格限制破坏性建设活动，禁止在重要林地、山体空间（西普陀、摩陀寨、双髻山等）开发建设，必要时可在局部地区实施封山育林等生态恢复工程；上杭县在山地地区开发了较多的梯田和经济林（以柑橘和茶园为主），山体滑坡、泥石流等地质灾害频发，应重点关注居民点周边的裸露山体和灾害易发区域，实施生态固坡、护坡护沟等工程措施；梅花山国家自然保护区、上杭国家森林公园等重要自然保护地均分布在该区域内，这些区域应以自然恢复为主要生态保育措施，合理规划、建设生态缓冲区，协同发展生态旅游，实现生态保护与经济发展的可持续发展目标。

2）“绿色发展”型

III-II-V区生境质量较高、生态系统服务价值极高、地形相对较缓，适合一定的城镇开发建设和生产活动开展，生态系统较为脆弱，管控措施应以绿色发展为主。该区为广袤的山林，但基础设施建设、采矿及农业生产活动对生态环境破坏相对比较严重，须严格控制基础设施建设对生态环境的破坏，秉持“低影响”开发建设理念，制定生态评估与可行性分析策略，提升区域生态效益及环境承载力；该区面积占比最大，作为生态基质应关注其景观连通性，划定源地、生态-经济廊道，加强林地与水体间的连通性，形成更加复合的区域蓝绿空间，实现区域物质、能量交换的流通性；此外，该区多分布在城镇居民点周边，发挥着生态交错带安全屏障的作用，须加强控制城镇发展建设边界等措施，确保实现区域绿色发展。

3）“保护本底，适度开发”型

IV-I-I区生态本底较好，生态脆弱性一般，但其生态系统服务价值不高，具备一定的生态潜力，管控措施主要以“保护本底，适度开发”为主。在保护生态本底的基础上，充分利用区域自然资源适度开发建设基础设施，开展丘陵特色生态农业观光，提高区域生态系统服务价值；该区文化多样性较高，应发挥其旅游资源优势，以“古田会议”、“蛟洋暴动”、“才溪调查”、“星星之火可以燎原”等红色文化为主线，将自然与历史文化景区串联起来，打造区域生态旅游经济圈，提升区域生态系统文化服务价值。

图11 上杭县生态保护与修复管控分区

2.3.2 生态修复分区管控

1）“生态修复”型

III-III-IV区是面积最小的分区，该区生态系统稳定性较差，易受外界自然和人为干扰影响，管控措施应以生态修复为主。严格控制挖山伐林、林地复垦等活动，并积极推进林下经济，将裸露的园地地表进行覆盖，增强其水土保持能力；灌丛区域多为城镇与林地之间的过渡带，可增加城镇与自然山林之间的防护绿化带，提升区域生态系统稳定性和生态系统服务能力。

2）“生态保护与修复，统筹发展”型

II-III-I区几乎均分布在汀江和黄潭河流经的城镇及其周边区域，城镇化程度高，是人类生产、生活活动最活跃的区域，管控措施应以“生态保护修复，统筹发展”为主。该区处于河谷地带，洪涝灾害、水质污染等生态环境问题较为突出，在保护自然生态系统的基础上“见缝插绿”合理规划防洪缓冲带等以提高生态系统的抵抗力和净化能力；积极推行清洁生产、发展绿色循环经济，对区域内可能造成环境污染的企业、工厂进行综合治理，统筹环境与经济协同发展，典型案例即对上杭县最大的矿区（紫金山金矿）采取矿山修复、矿山复绿等生态修复措施，践行“金山银山”与“绿水青山”的绿色发展观；该区分布着县域62.2%的耕地，是重要的粮食生产区，未来应继续大力推广生态农业，减少化肥、农药等使用量，降低农业污染；同时，切实保护基本农田，加强农田整治、防护林建设等生态工程，建立复合农田生态系统；此外，须严格控制城镇发展规模、人口规模、产业布局，减少生活和生产污染，以保障区域生态安全。

3 结论与讨论

3.1 讨 论

基于多维生态系统综合测度框架识别生态保护与修复分区是维护国土空间生态保护修复的关键步骤。“I-F-V”的多维生态系统测度旨在识别区域重要生态系统、生态系统受损区以及整合生态系统服务效益，在综合考虑了生态系统的整体性和系统性的同时，还强调了生态系统的生态效益和发展机会的统筹，有效地评估了生态系统的恢复力和可持续性以及它们所支持的经济活动和人类福祉[41]，可广泛应用于生态系统测度与生态保护修复研究与实践中。空间聚类分组是多维生态系统测度因子的组合，能够有效地表征多种生态系统测度因子的空间集聚特征和区域主导测度因子，同时通过分析其内部生态系统结构及与其他地理信息的关系可揭示不同分区测度因子的组合规律[38]，为开展国土空间规划、生态修复、山水林田湖草沙综合治理等工作提供理论与基础方法，同时对开展生态保护修复与建设管理具有重要指导意义。

在分组分析中，分区数量需人为设定，具有较强的主观性。本研究为避免这一不足，依据景观生态学原理，选取了CONTAG和CONHESION指数客观划定了研究区最佳聚类分区数量。同时，分组分析弥补了K-means等聚类方法对空间邻近关系分析的缺陷，确保在空间属性和空间分布上均能得到更好地聚类和分组。综合景观生态学原理和分组分析的方法可为今后分区划定研究提供一定的方法借鉴。

本研究探讨了各生态系统测度因子之间的协同与权衡关系，对于区域生态系统管理具有一定的指导意义，但由于生态保护修复分区空间异质性较高，故在生态保护修复分区管控中未能全面考虑权衡与协同关系对生态系统的影响，也是本研究的不足之处。此外，本研究属于静态研究，缺乏动态演变特征以及对内在驱动的挖掘，在今后的研究中，有待进一步深入探讨长时间序列多维生态系统测度及生态保护修复时空分异规律。

3.2 结 论

1）上杭县生态系统具有较强的空间异质性，整体上生态系统重要性较高、脆弱程度较低，具有较高的生态系统服务价值。空间分布上，高度重要区域形成了七个“岛屿式”组团，是生态保护的重要区域；生态系统较脆弱区呈两条带状空间，是生态修复重点关注区域；生态系统服务价值较低区多为乡镇居民点、道路等人造地表、裸露地表和耕地。

2）上杭县各生态系统测度因子间协同与权衡关系并存，但各维度间均为协同关系。生物多样性与其他重要性因子权衡关系十分显著，各脆弱性因子之间均为协同关系，但相关性不高，这均与上杭县典型山地丘陵区的地貌特征有关。

3）上杭县可划分为III-I-V（中等重要-一般脆弱-极高价值）、III-III-V（中等重要-中等脆弱-极高价值）、III-II-V（中等重要-较为脆弱-极高价值）、III-III-IV（中等重要-中等脆弱-较高价值）、II-III-I（较为重要-中等脆弱-低价值）和IV-I-I（高度重要-一般脆弱-低价值）6个生态保护修复空间，其空间布局与内部结构分异明显；针对各分区特征及与其他要素的关系提出相应的开发建设和生态保护修复管控措施，进一步将研究区划分为生态保护区（生态保育区、绿色发展区、适度开发区）和生态修复区（生态修复区、保护修复统筹发展区）。

[1] Peng J, Liu Y, Corstanje R, et al. Promoting sustainable landscape pattern for landscape sustainability[J]. Landscape Ecology, 2021, 36(7): 1839-1844.

[2] Fisher J C, Bicknell J E, Irvine K N, et al. Exploring how urban nature is associated with human wellbeing in a neotropical city[J]. Landscape and Urban Planning, 2021, 212: 104119.

[3] Dong J, Jiang H, Gu T, et al. Sustainable landscape pattern: A landscape approach to serving spatial planning[J]. Landscape Ecology, 2021,37: 1-12.

[4] Aronson J, Goodwin N, Orlando L, et al. A world of possibilities: six restoration strategies to support the United Nation's Decade on Ecosystem Restoration[J]. Restoration Ecology, 2020, 28(4): 730-736.

[5] 韦宝婧，苏杰，胡希军，等.基于“HY-LM”的生态廊道与生态节点综合识别研究[J].生态学报，2022，42(7)：2995-3009.

Wei Baojing, Su Jie, Hu Xijun, et al. Comprehensive identification of eco-corridors and eco-nodes based on principle of hydrological analysis and Linkage Mapper[J]. Acta Ecologica Sinica, 2022, 42(7): 2995-3009.(in Chinese with English abstract)

[6] Turkelboom F, Leone M, Jacobs S, et al. When we cannot have it all: Ecosystem services trade-offs in the context of spatial planning[J]. Ecosystem Services, 2018, 29: 566-578.

[7] Zhang C, Fang S. Identifying and zoning key areas of ecological restoration for territory in resource-based cities: A case study of huangshi city, china[J]. Sustainability, 2021, 13(7): 3931.

[8] 李红举，宇振荣，梁军，等. 统一山水林田湖草生态保护修复标准体系研究[J]. 生态学报，2019，39(23)：8771-8779.

Li Hongju, Yu Zhenrong, Liang jun, et al. Study on the unified standard system of ecological protection and rehabilitation of mountain-river-forest-farmland-lake-grass[J]. Acta Ecologica Sinica, 2019, 39(23): 8771-8779. (in Chinese with English abstract)

[9] 宇振荣，杨新民，陈雅杰. 河南省南太行地区山水林田湖草生态保护与修复[J]. 生态学报，2019，39(23)：8886-8895.

Yu Zhenrong, Yang Xinmin, Chen Yajie. Ecological protection and restoration of mountains-rivers-forests- farmlands-lakes-grasslands in Nantaihang area, Henan Province: Integrated landscape management[J]. Acta Ecologica Sinica, 2019, 39(23): 8886-8895. (in Chinese with English abstract)

[10] 王志芳，高世昌，苗利梅，等.国土空间生态保护修复范式研究[J].中国土地科学，2020，34(3)：1-8.

Wang Zhifang, Gao Shichang, Miao Limei, et al. Paradigm research for territorial ecological protection and restoration[J]. China Land Science, 2020,34(3):1-8. (in Chinese with English abstract)

[11] 王文静，逯非，欧阳志云.国土空间生态修复与保护空间识别：以北京市为例[J].生态学报，2022，42(6)：2074-2085.

Wang Wenjing, Lu Fei, Ouyang Zhiyun. Spatial identification of territory space ecological conservation and restoration: A case study of Beijing[J]. Acta Ecologica Sinica,2022,42(6):2074-2085. (in Chinese with English abstract)

[12] Gao L, Ma C, Wang Q, et al. Sustainable use zoning of land resources considering ecological and geological problems in Pearl River Delta Economic Zone, China[J]. Scientific Reports, 2019, 9(1): 1-14.

[13] Gong J, Cao E, Xie Y, et al. Integrating ecosystem services and landscape ecological risk into adaptive management: Insights from a western mountain-basin area, China[J]. Journal of Environmental Management, 2021, 281: 111817.

[14] 刘林，雷冬梅，冉玉菊，等.基于生态系统服务功能的滇池流域关键性生态用地识别[J].农业工程学报，2021，37(11)：277-284.

Liu Lin, Lei Dongmei, Ran Yuju, et al. Identification of critical ecological land in Dianchi Watershed based on the perspective of ecosystem service function[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(11): 277-284. (in Chinese with English abstract)

[15] Luan C, Liu R, Peng S, et al. Improving integrated environmental zoning from the perspective of logic scoring of preference and comparative advantage: A case study of Liangjiang New Area, China[J]. Journal of Cleaner Production, 2021, 325: 129350.

[16] 田雅楠，张梦晗，许荡飞，等.基于“源-汇”理论的生态型市域景观生态安全格局构建[J].生态学报，2019，39(7)：2311-2321.

Tian Yanan, Zhang Menghan, Xu Dangfei, et al. Landscape ecological security patterns in an ecological city, based on source-sink theory[J]. Acta Ecologica Sinica, 2019, 39(7): 2311-2321. (in Chinese with English abstract)

[17] Liu Y, Li T, Zhao W, et al. Landscape functional zoning at a county level based on ecosystem services bundle: Methods comparison and management indication[J]. Journal of Environmental Management, 2019, 249: 109315.

[18] 李欣欣，任茜，余向克，等.生态保护红线区域的生态系统服务价值分析及生态补偿优先区域研究：以四川省生态保护红线区域为例[J].中国水土保持，2022(4)：33-37，7.

Li Xinxin, Ren Qian, Yu Xiangke, et al, Ecosystem service value in ecological protection red line area and priority areas of ecological compensation: taking the red line area of ecological protection in Sichuan province as an example[J]. Soil and Water Conservation in China, 2022(4):33-37,7. (in Chinese with English abstract)

[19] 王晨旭，刘焱序，于超月，等.国土空间生态修复布局研究进展[J].地理科学进展，2021，40(11)：1925-1941.

Wang Chenxu, Liu Yanxu, Yu Chaoyue, et al. Research progress on the arrangement of territorial ecological restoration[J]. Progress in Geography, 2021,40(11):1925-1941. (in Chinese with English abstract)

[20] Wortley L, Hero J M, Howes M. Evaluating ecological restoration success: A review of the literature[J]. Restoration Ecology, 2013, 21(5): 537-543.

[21] Wang X H, Zhang X, Mou X J, et al. Discussion on the Planning of land spatial ecological restoration[J]. Environment Protection Engineering, 2019, 47: 36-38.

[22] Licheng L I U, Chunfang L I U, Chuan W, et al. Supply and demand matching of ecosystem services in loess hilly region: A case study of Lanzhou[J]. Progress in Chemistry, 2019, 74(9): 1921.

[23] Liu L, Zhang H, Gao Y, et al. Hotspot identification and interaction analyses of the provisioning of multiple ecosystem services: Case study of Shaanxi Province, China[J]. Ecological Indicators, 2019, 107: 105566.

[24] Gao J. How China will protect one-quarter of its land[J]. Nature, 2019, 569(7755): 457-458.

[25] Yue C, Ye J. Research on improved YOLOv3 fire detection based on enlarged feature map resolution and cluster analysis[C]// Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing, 2021, 1757(1): 012094.

[26] 周子康，刘殿锋.基于多元国土空间整治情景模拟的生态系统服务功能分区[J].农业工程学报，2021，37(22)：262-270.

Zhou Zikang, Liu Dianfeng. Zoning of the ecosystem service functions under multiple land consolidation scenarios[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(22): 262-270. (in Chinese with English abstract)

[27] 湛东升，张文忠，孟斌，等.北京城市居住和就业空间类型区分析[J].地理科学，2017，37(3)：356-366.

Zhan Dongsheng, Zhang Wenzhong, Meng Bin et al. Spatial Structure of Urban Residence and Employment in Beijing[J]. Scientia Geographica Sinica, 2017, 37(3): 356-366. (in Chinese with English abstract)

[28] Darvishi A, Yousefi M, Dinan N M, et al. Assessing levels, trade-offs and synergies of landscape services in the Iranian province of Qazvin: Towards sustainable landscapes[J]. Landscape Ecology, 2022, 37(1): 305-327.

[29] Lyu R, Clarke K C, Zhang J, et al. Spatial correlations among ecosystem services and their socio-ecological driving factors: A case study in the city belt along the Yellow River in Ningxia, China[J]. Applied Geography, 2019, 108: 64-73.

[30] 包玉斌，李婷，柳辉，等.基于InVEST模型的陕北黄土高原水源涵养功能时空变化[J].地理研究，2016，35(4)：664-676.

Bao Yubin, Li Ting, Liu Hui, et al. Spatial and temporal changes of water conservation of Loess Plateau in northern Shaanxi province by InVEST model[J]. Geographical Research, 2016,35(4):664-676. (in Chinese with English abstract)

[31] 胡晓倩，李忠武，陈佳，等.南方红壤丘陵区退耕还林还草工程土壤保持效应评估[J].水土保持学报，2020，34(6)：95-100.

Hu Xiaoqian, Li Zhongwu, Chen Jia, et al. Soil conservation benefits of the Grain for Green Program in the hilly red soil region of southern China[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2020,34(6):95-100. (in Chinese with English abstract)

[32] 杨文仙，李石华，彭双云，等.顾及地形起伏的InVEST模型的生物多样性重要区识别：以云南省为例[J].应用生态学报，2021，32(12)：4339-4348.

Yang Wenxian, Li Shihua, Peng Shuangyun, et al. Identification of important biodiversity areas by InVEST model considering opographic relief: A case study of Yunan Province, China[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2021,32(12):4339-4348. (in Chinese with English abstract)

[33] 张建，雷刚，漆良华.南水北调中线水源区丹江口市域景观格局变化及氮磷净化能力[J].生态学报，2021，41(6)：2261-2271.

Zhang Jian, Lei Gang, Qi Lianghua. Change of landscape pattern and nitrogen and phosphorus removal in Danjiangkou City,the Middle Route of the South-to-North Water Diversion Project[J]. Acta Ecologica Sinica, 2021, 41(6): 2261-2271. (in Chinese with English abstract)

[34] 胡春华，周文斌，肖化云，等.鄱阳湖富营养化现状及其正态分布特征分析[J].人民长江，2010，41(19)：64-68.

Hu Chuanhua, Zhou Wenbin, Xiao Huayun, et al. Eutrophication state and normal distribution features of Poyang lake[J]. Yangtze River, 2010,41(19):64-68. (in Chinese with English abstract)

[35] 王颖，王强国.基于GIS技术的海绵城市内涝灾害数值可视化研究[J].灾害学，2020，35(2)：70-74.

Wang Ying, Wang Qiangguo. Study on numerical visualization of waterlogging disaster in sponge city based on GIS technology[J]. Journal of Catastrophology, 2020,35(2):70-74. (in Chinese with English abstract)

[36] 邓越，周廷刚，蒋卫国.都江堰市地质灾害危险性及潜在影响评估[J].灾害学，2016，31(2)：196-199，212.

Deng Yue, Zhou Tinggang, Jiang Weiguo. Assessment of geological disaster hazard and potential impact in Dujiangyan City[J]. Journal of Catastrophology, 2016,31(2):196-199,212. (in Chinese with English abstract)

[37] 安国强，黄海浩，刘沼，等.中国土地利用与生态系统服务价值评估研究进展[J].济南大学学报（自然科学版），2022，36(1)：28-37.

An Guoqiang, Huang Haihao, Liu Zhao, et al. Research progress on land use and ecosystem service value assessment in China[J]. Journal of University of Jinan (Science and Technology), 2022,36(1):28-37. (in Chinese with English abstract)

[38] 彭立，邓伟，黄佩，等.四川盆地多重生态系统服务景观指数评价与服务簇识别[J].生态学报，2021，41(23)：9328-9340.

Peng Li, Deng Wei, Huang Pei, et al. Evaluation of multiple ecosystem services landscape index and identification of ecosystem services bundles in Sichuan Basin[J]. Acta Ecologica Sinica, 2021,41(23):9328-9340. (in Chinese with English abstract)

[39] 于新洋，赵庚星，常春艳，等.随机森林遥感信息提取研究进展及应用展望[J].遥感信息，2019，34(2)：8-14.

Yu Xinyang, Zhao Gengxing, Chang Chunyan, et al. Random forest classifier in remote sensing information extraction: A review of applications and future development[J]. Remote Sensing Information, 2019,34(2):8-14. (in Chinese with English abstract)

[40] 李恒凯，王利娟，肖松松. 基于多源数据的南方丘陵山地土地利用随机森林分类[J]. 农业工程学报，2021，37(7)：244-251.

Li Hengkai, Wang Lijuan, Xiao Songsong. Random forest classification of land use in hilly and mountainous areas of southern China using multi-source remote sensing data[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(7): 244-251. (in Chinese with English abstract)

[41] Ouyang Z, Song C, Zheng H, et al. Using gross ecosystem product (GEP) to value nature in decision making[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020, 117(25): 14593-14601.

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

韦宝婧，胡希军，张亚丽，等. 基于“重要性-脆弱性-服务价值”的国土空间生态保护与修复管控[J]. 农业工程学报，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

国家自然科学基金项目（31901363）；湖南省研究生科研创新项目（CX20200701）；湖南省高校“双一流”建设项目（湘教通[2018]469号）

韦宝婧，博士，研究方向为景观生态规划、生态保护与修复。Email：984319667@qq.com

胡希军，博士，教授，博士生导师，研究方向为景观生态规划、大地景观修复与生态规划。Email：120795043@qq.com