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基于生态系统“受损

花匠小妙招
2024-11-07 08:40

生态空间区划的研究主要经历了基于生态功能的生态区划、基于环境功能的生态区划及国土空间规划背景下生态空间区划3个阶段[1]。国土空间规划体系是谋划空间发展与空间治理的战略性、基础性、制度性工具[2]，通过统筹布局农业、生态、城镇等功能空间，实现国土空间合理规划和利用，提升国土空间开发、保护质量和效率。新时代下，随着《全国重要生态系统保护和修复重大工程总体规划（2021—2035年）》《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》等规划部署，基于国土空间规划的生态修复成为推进生态保护修复、服务生态文明建设和加速现代化发展的重大举措，其中生态空间是人类赖以生存发展的物质基础和空间载体[3]，是生态系统维持原生状态的根本。生态空间保护与修复主要围绕现状问题识别、生态修复分区划定、修复策略制定3个方面，其中现状问题识别是基础；修复分区划定是重点与难点，其原理与方法是国土空间规划和生态修复的重要科学命题和技术问题；修复策略是落脚点，要遵循生态系统演替规律，从生态系统整体性、关联性、协同性出发，统筹山水林田湖草沙综合治理，实施具有差异化且相互衔接的分区生态保护修复策略。

目前国内外生态修复分区相关理论主要包括系统工程理论、景观生态学理论、恢复生态学理论、人地关系论等[4-6]，研究方法主要集中在基于生态安全格局、生态重要性、生态安全、生态系统恢复力评价等。如倪庆琳等[7]提出市域尺度的生态安全格局构建方法；左伟等[8-9]提出生态安全评价指标体系及生态安全时空分布格局变化分析方法；方臣等[10-12]利用生态系统服务重要性和生态敏感性评价，进行区域或流域分区研究；任海等[13-14]提出生态恢复力研究主要经历工程恢复力、生态恢复力和社会-生态系统恢复力3个阶段；Zhang等[15]提出应用于中国生态功能区恢复力评估的指标体系；同时也有学者（如王鹏等[16-18]）结合不同评价方法开展研究。从已有研究来看，多级综合评价方法较少，应用于大尺度空间的评价实践较为鲜见。

本研究以内蒙古生态空间为基础，开展生态系统受损评价，评估生态系统格局、结构、功能及保护现状；明晰生态压力、生态系统状态、气候变化、经济社会支撑能力等，开展生态系统恢复力评价和可修复潜力评价；基于多级评价成果划定生态空间修复分区，提出分区分类生态修复策略。以期丰富生态修复理论应用案例，为区域生态功能提升提供技术支撑。

1. 研究区域概况

1.1 研究区范围

以内蒙古自治区为研究区域（图1），重点研究范围为国土空间规划划定的生态空间，总面积约85.03万 km2，占区域总面积的71.9%，涉及全区12个盟（市），以“三山两带一弯多廊多点”为基本格局，其中大兴安岭、阴山山脉、贺兰山山脉是生态空间的主骨架，具有水源涵养、防风固沙和生物多样性保护等重要功能；北部草原保护带、南部农牧交错带、黄河“几”字弯及重要河流、重要湖泊为生态保护与修复重点区域。

图 1 研究区范围

注：地图底图为蒙S(2023)025号。全文同。

Figure 1. Research scope map

研究区地貌以高原为主，山地、丘陵、平原、沙漠、河流、湖泊等均有分布。重点河流包括额尔古纳河、嫩江、西辽河、滦河、永定河、黄河等。研究区气候以温带大陆性季风气候为主，属干旱半干旱地区，自东向西跨越温带湿润区、半湿润区、干旱半干旱区。生态系统具有明显的空间分异特征，森林生态系统以大兴安岭为主，自东向西依次分布着温性草甸草原、温性典型草原、温性荒漠草原、温性草原化荒漠和温性荒漠等类型，草原植被质量呈东高西低空间特征；湿地类型丰富，包括森林沼泽、灌丛沼泽、草本沼泽、永久性淡水湖泊湿地和内陆盐沼及季节性咸水沼泽等。

1.2 生态系统现状及问题

研究区生态系统退化趋势尚未根本改观，草原生态保护与农牧业发展之间的矛盾较为突出，局部地区超载过牧导致草原生态系统质量退化；森林生态系统质量与生态服务功能较低，仅大兴安岭森林质量相对较好；湿地生态系统功能受损，典型湖泊湿地周边区域植被覆盖度降低，生物多样性减少；荒漠化和沙化威胁依然存在，分布着四大沙漠、四大沙地以及阴山北部大面积严重风蚀沙化土地；农牧交错带水土流失问题突出，水力侵蚀分布区是全区农耕作业最为集中的地带，风力侵蚀分布区是草原畜牧业最集中的地带。因此，需进一步明确生态系统现状及演变趋势，识别生态系统受损区，为国土生态空间生态修复提供准确可靠的基础支撑。

生态系统良性发展的压力较大，生态系统保护与修复治理成效开始显现，但区域生态问题积累多，生态修复历史欠账多，加之区域国土开发模式相对粗放，矿产资源开发、煤化工、冶金、农牧业等产业快速发展，对生态系统产生的长期不良影响难以短期改善；已有生态修复工程实施未从山水林田湖草沙生命共同体的整体视角出发，未体现自治区生态系统类型多样、自然禀赋差异大的特点。因此，本研究需基于区域生态环境问题，明确生态系统恢复力强度，挖掘生态系统修复潜力，因地制宜提出生态系统修复策略，助力我国北方重要生态屏障建设。

2. 研究思路与方法

2.1 研究思路

坚持目标导向与问题导向相结合，分层次构建生态空间分区保护与修复研究体系（图2）。首先，构建生态系统生态受损指标和分级体系，评估生态系统受损程度，明确不同生态系统的问题特征及主要分布区。其次，基于生态修复相关理论，构建生态系统恢复力评估指标体系，开展生态系统恢复力评估，确定生态系统自然修复能力。分析未来不同气候变化情景和社会经济发展条件下生态系统变化，进行生态系统可修复潜力评估。最后，依据评估结果划定生态修复分区，提出生态系统保护和功能提升的系统化治理策略。

图 2 研究技术路线

Figure 2. Research technology roadmap

2.2 评价技术流程2.2.1 基础数据来源与处理

建立评价基础数据集，梳理研究区地形（SRTM 30 m分辨率的DEM 数据）、土壤〔土壤数据库（HWSD）〕、气象（内蒙古自治区气象局及中国气象科学数据）等基础地理数据及社会经济统计数据（内蒙古自治区及各盟市统计年鉴）、土地利用（第三次全国国土调查数据、第二次全国土地调查数据及年度土地变更调查数据）、NDVI数据（美国国家航空航天局网站MOD13Q1数据产品）等。

采用100 m×100 m栅格为基本评价单元。DEM、NDVI、土壤数据等栅格数据用双线性插值法进行重采样，统一栅格精度；降水量、蒸散量等点状矢量数据分别选用克里金插值法与样条函数法进行空间插值处理；人口总量、水资源量、GDP、节能环保支出等数据按照行政边界进行赋值，并转换为栅格数据。

2.2.2 评价指标体系构建

生态系统受损指生态系统的结构和功能在自然干扰、人为干扰（或者二者的共同作用）下发生了位移，即改变、打破了生态系统原有的平衡状态，使系统结构、功能发生变化或出现障碍，改变了生态系统的正常过程，并出现逆向演替[19]，主要与自然条件、生态系统、开发建设活动等相关。生态系统恢复力是生态系统的基本属性，是指在有限强度的扰动后，系统具有的恢复到平衡点、保持原状态和定性结构的能力，主要受到气候、植被、生物多样性、人类活动等方面的影响[20-21]。本研究以区域自然社会特征为基础，运用层次分析法（AHP）[22]，识别影响生态系统受损评价、生态系统恢复力的因素，进行评价指标的选择，按层次逐级细化，确定评价指标体系（表 1）。

表 1 评价指标体系

Table 1. Evaluation index system

目标层准则层要素层指标层权重生态系统受损评价生态系统
质量评估生态系统质量叶面积指数
相对密度0.33植被覆盖度
相对密度0.33总初级生产力
相对密度0.34植被退化评估植被覆盖度
变化程度NDVI1生态系统恢复力
评价生态压力土地利用-人口发展压力人口总量0.28夜间灯光指数0.14NDVI变化0.58水资源压力人均水资源量0.5单位面积水
资源量0.5生态系统状态水源涵养功能维护力多年平均
年降水量0.43蒸散量0.43下垫面影响系数0.14水土保持功能维护力降水侵蚀力0.40土壤可蚀性0.18坡长坡度因子0.24地表植被覆盖度0.18防风固沙功能维护力平均风力0.21土壤湿度0.08雪盖因子0.06土壤类型0.21地形起伏度0.21植被覆盖0.23生物多样性
维护力—1水土流失
敏感性降雨侵蚀力0.4土壤可蚀性0.15坡度坡长因子0.25植被覆盖度0.19沙化敏感性干燥度指数0.25风速≥6 m/s
天数0.25土壤质地0.31植被覆盖度0.19生态工程响应重大生态工程生态工程布局区1生态系统
可修复
潜力生态管理能力节能环保
支出地均节能环保
支出0.75地均GDP0.25生态系统
变化趋势气候变化趋势—1

在指标体系建立过程中，对于生态系统质量、生态系统状态、生态工程响应、生态管理能力等与生态系统保护呈现正相关的指标选取正向指标，对于植被退化、生态压力等与生态系统保护呈现负相关的指标选取负向指标，在确立指标体系的基础上，采取极差标准化法对数据进行无量纲化处理，可将正向指标、负向指标归一化到 [0，1] 。采用层次分析法确定指标权重，通过构建判断矩阵，对同一个层次的 n 个元素进行两两对比，根据其重要性进行赋值（1、3、5、7、9），数值表示相互比较的要素之间的相对重要性，通过计算几何平均值，并进行归一化处理后，获得该层次上各指标的权重（表 1）。

2.2.3 评价模型

基于区域主要特征分析，利用 ArcGIS 软件，构建生态系统评价模型，开展多级评价，具体模型见表 2。生态系统受损主要评估各类自然生态系统质量和退化情况，选取生态系统质量、植被退化等数据构建评价体系；生态系统恢复力主要基于“压力-状态-响应”（PSR）[23] 的恢复力概念框架，选择生态压力、生态系统状态、生态工程响应等数据，构建生态系统恢复力评估体系。生态系统可修复潜力在生态系统受损和恢复力评价基础上，叠加生态管理能力及生态系统变化趋势进行可修复潜力评价。

表 2 生态系统评价模型

Table 2. Ecosystem evaluation model

类型模型及参数生态系统
受损评价生态系统
质量评估生态系统质量 EQI=(LAI+FVC+GPP)/3。LAI为分区叶面积指数相对密度；
FVC为分区植被覆盖度相对密度；GPP为分区总初级生产力相对密度植被退化评估植被覆盖度变化程度 f(NDVI1,NDVI2) 生态系统
恢复力
评价生态压力土地利用-人口压力 Pi=lg(POPi)×CLPi。Pi为研究单元i在生态系统所承受的压力；
POPi为人口密度，人/km2；CLPi为建设用地面积占比水资源压力人均水资源量＝水资源总量/常住人口；地均水资源量＝水资源总量/土地面积生态系统状态水源涵养功能状态水量平衡方程水土保持功能状态修正通用水土流失方程（RUSLE）防风固沙功能状态修正风蚀方程生物多样性维护力从生态系统、物种、遗传资源等层次定性评价水土流失敏感性通用水土流失方程沙化敏感性土地沙化敏感性指数生态工程响应重大生态工程定性评价重大工程布局区生态系统变化生态系统
可修复
潜力生态管理能力地均节能环保支出地均节能环保支出=年节能环保支出/土地面积生态系统变化趋势气候变化趋势定性评价气候引起的生态系统变化

在数据预处理及指标归一化的基础上，应用 GIS 技术，按照评价模型开展单项评价和综合评价。本研究通过降低水资源压力、地均节能环保支出在综合评价中的权重，来降低由于人均水资源量、地均水资源量、地均节能环保支出等数据在空间上的较大差异对综合结果产生的影响。

依据生态系统受损综合评价，划分为轻度受损、中度受损和重度受损 3 个等级。基于生态压力-生态系统状态-生态工程响应的生态系统恢复力综合评价模型，划分恢复力高、中、低 3 个等级。基于生态系统受损评价和生态系统恢复力评价，结合生态管理评价和生态系统变化，综合分析生态系统可修复潜力评价结果，划分为高、中、低 3 个等级。

3. 结果与分析

3.1 生态系统受损水平空间分布

综合生态系统质量评价与植被退化评价，进行生态系统受损评价（图3），生态受损区东中西部均有涉及，其中西部生态受损区域面积较大，主要分布于巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠边缘、呼伦贝尔沙地、科尔沁沙地、浑善达克沙地、毛乌素沙地及盐碱地、裸土地和废弃工矿用地周边等地区，其中轻度受损面积占研究区总面积的12.48 %，中度和重度受损面积分别占4.67 %和4.02 %。

图 3 生态系统受损评价

Figure 3. Ecosystem damage evaluation

根据研究区2010年及2019年土地利用数据，进行区域生态用地转化分析，校核生态系统受损评价结果。研究区湿地、耕地、林地面积均呈上升趋势，草地面积下降趋势较为明显，局部草地转化为沙化草地和盐渍化草地，盐碱地、沙地、裸地面积也呈下降趋势。从空间分布来看，巴彦淖尔湿地面积减幅较大，呼伦贝尔林草地退化较严重，除赤峰市外，各盟（市）盐碱地、沙地、裸地等生态受损面积呈减小趋势。主要生态用地变化情况空间与生态受损情况分布基本一致。

3.2 生态系统恢复力水平空间分布

综合区域生态压力、生态系统状态及响应评价结果，开展生态系统恢复力评价（图4），取生态压力低等级、生态系统状态及响应评价高等级，作为生态系统恢复力高等级，然后依次确定中、低级别，并考虑生态系统的连通性、完整性，结合自然地理边界进行修正。其中恢复力高的区域主要分布在大兴安岭、阴山、贺兰山及其延伸的龙首山、合黎山、马鬃山等地形地貌连线以北的山地生态屏障区，黄河沿线，以及呼伦贝尔、锡林郭勒等区域，占研究区总面积的45.5 %，该区域为重点生态功能区，具有水源涵养、生物多样性维护等功能，生态系统质量较高，人类开发活动较少。恢复力中等的区域主要分布在大兴安岭丘陵、阴山北部、黄河流域等区域，占研究区总面积的28.72 %，该区域为重点生态功能区，局部生态压力较大，以农牧业等人类活动为主。恢复力低的区域主要分布在西部荒漠、主要城镇及农业发展区，该区域生态系统较脆弱，是城镇开发、矿业及农业等活动的主要区域。

图 4 生态系统恢复力评价

Figure 4. Ecosystem resilience evaluation chart

3.3 可修复潜力综合水平空间分布

依据生态系统受损评价和恢复力评价，考虑生态系统变化趋势，识别可修复潜力。可修复潜力与生态系统受损评价呈负相关，与生态系统恢复力评价呈正相关，即生态系统受损轻度、生态系统恢复力高、生态系统趋好或保持较好水平的区域，可修复潜力高，反之可修复潜力降低。

根据评价结果（图5），可修复潜力高的区域主要分布在大兴安岭、阴山、呼伦贝尔草甸草原、锡林郭勒典型草原等区域，占研究区总面积的31.39 %，应以保护保育为主导，提升水源涵养、水土保持、防风固沙等生态服务功能。潜力中等区主要包括阴山北部荒漠草原、黄河流域、阿拉善荒漠等区域，面积占比为39.32 %，应以自然恢复为主导，推进荒漠生态系统治理，加强水土流失防治力度，控制农牧交错区风蚀沙化，保护修复生态脆弱区。潜力一般区域主要包括西辽河流域、局部草原、荒漠沙地区域等，面积占比为29.29 %，应针对重点生态问题，控制区域内的人口规模和开发活动，加强水土流失及沙化荒漠化治理。

图 5 可修复潜力分析

Figure 5. Restorable potential analysis

3.4 生态修复分区划定及修复策略

科学划定研究区生态修复分区，确定可修复潜力高的区域优先采用保育保护措施；可修复潜力中的区域采用自然恢复措施；可修复潜力低的区域采用辅助修复措施或生态重塑措施，具体分区见图6，各分区生态修复策略见表3。其中大兴安岭、阴山北部荒漠草原等生态修复区以保育保护措施为主，强化生态保护，维持良好生态环境；呼伦贝尔草甸草原、嫩江哈拉哈河源头、锡林郭勒典型草原、西辽河、海河流域、阴山北部荒漠草原、黄河、阿拉善荒漠等生态修复区，以自然恢复措施为主，适度开展生态修复，提高生态功能；嫩江哈拉哈河源头、锡林郭勒典型草原、西辽河、海河流域、阴山北部荒漠草原、黄河、阿拉善荒漠等生态修复区，充分利用生态系统的自我恢复能力，辅以人工措施，通过开展系统生态修复，促进生态系统质量提升；嫩江流域及黄河流域等生态修复区，围绕修复生境、恢复植被、生物多样性重组等过程，重构生态系统并使生态系统进入良性循环。

图 6 研究区生态修复分区

Figure 6. Ecological restoration zoning map of the study area

3.5 讨论

通过以生态修复相关理论为支撑，选取“受损-恢复力-可修复潜力”模型筛选生态系统影响因子，并将各类因子进行整合统一，对生态系统质量、功能、敏感脆弱因素、变化因素，经济发展压力及对生态修复的支撑力等要素进行量化分析，实现区域从生态系统问题、恢复水平、修复模式到策略完整过程的分析评价，识别出生态受损空间，明确生态系统恢复能力及潜力强弱，从空间尺度上分析评价结果。生态系统受损评价表明，研究区西部沙漠地区、中部浑善达克沙地、巴彦淖尔周边草沙区域及东北部呼伦湖周边区域、呼伦贝尔沙地等区域生态系统质量由于气候变化和人类活动影响呈降低趋势；生态系统恢复力与可修复潜力评价结果基本呈现 “东北、中北部高，中南部、西部低”空间布局，“受损-恢复力-可修复潜力”评价结果与相关研究结果[24-28]一致，体现了生态空间的分异和聚类特征[29]，可引导研究区生态修复分区划分，模型对于内蒙古生态空间评价适宜度较高。

表 3 生态修复分区及修复策略

Table 3. Ecological restoration zoning and restoration strategies

修复分区区域范围生态特征修复策略大兴安岭水源涵养
生态修复区呼伦贝尔市区内生态轻度受损，生态本底条件良好，人为活动造成的生态压力较小宜采取保育保护、自然恢复和辅助修复相结合的生态修复策略，实施天然林和公益林保护；扭转湿地岛屿化、破碎化趋势；加强珍稀濒危植物生境的保护力度呼伦贝尔草甸草原
生态修复区呼伦贝尔市西部区内生态轻度受损，生态本底条件较好，过度放牧以及耕地开垦等人为活动对区域造成一定生态压力宜采取自然恢复和辅助修复相结合的生态修复策略，实施退牧还草、禁牧封育、休牧轮牧、草原改良、毒害草治理等措施，治理退化草原；强化呼伦湖生态补水、控源截污，恢复湿地植被嫩江哈拉哈河源头
生态修复区呼伦贝尔市东部、兴安盟东部区域区内生态轻度受损，生态本底条件较好，区内农牧业活动广泛采取自然恢复、辅助修复和生态重塑相结合的生态修复策略，实施退化林修复；治理退化草原、沙化草原、盐碱化草原；开展已垦湿地及周边退化湿地生态修复，恢复湿地原有状态；开展沙化土地封禁保护区建设；开展水土流失治理西辽河重要源流生态修复区赤峰市和通辽市区内生态中度受损，生态本底条件一般，科尔沁草原植被覆盖度降低采取自然恢复和辅助修复相结合的生态修复策略，加强次生林抚育与林分结构优化；推进科尔沁草原山水林田湖草沙系统保护和治理锡林郭勒典型草原
生态修复区锡林郭勒盟区内生态受损情况较轻，部分草原存在退化趋势以自然恢复和辅助修复为主要修复策略，控制浑善达克沙地和乌珠穆沁沙地流动扩张；开展退化、沙化草地修复治理海河流域保护
生态修复区乌兰察布市南部和锡林郭勒盟南部区内岱海、察汗淖尔等重要湿地存在植被破坏、水体面积萎缩，河湖湿地周边存在中度和重度受损情况以自然恢复和辅助修复为主要修复策略，推进水源林、护岸林与水源涵养植被保护和修复，加强源头水生态综合治理；恢复岱海、察汗淖尔湿地阴山北部荒漠草原
生态修复区包头市、巴彦淖尔市、乌兰察布市等阴山北部区域区内整体呈现生态轻度受损，局部受损程度较严重采取保育保护、自然恢复和辅助修复策略，加强阴山山地植被保护，推进天然林保护，对集中连片的次生林开展幼中龄林抚育；风蚀沙化和水土流失严重地区开展灌草补植；严重沙化耕地实施退耕还林还草黄河流域水土流失
生态修复区呼和浩特市、鄂尔多斯市、乌海市、包头市、巴彦淖尔市和乌兰察布市区内沿黄河两侧存在生态重度受损情况采取自然恢复、辅助修复和生态重塑策略，开展小流域综合治理，实施鄂尔多斯高原水土流失综合治理；开展库布齐等荒漠生态修复阿拉善荒生态修复区阿拉善盟区内生态轻度受损，生态本底条件较差，人为活动造成的生态压力较小宜采取自然恢复和辅助修复相结合的生态修复策略，加强贺兰山森林质量精准提升；强化巴丹吉林沙漠封禁管理，恢复沙漠天然灌丛植被；腾格里沙漠划定沙化土地封禁保护区；对严重沙化耕地开展退耕还林还草；开展沙漠绿洲建设，恢复居延海湿地生态系统功能

此外，本研究采用的评价方法仍需进一步改进，所选取的评价方法及因子较宏观，未来研究中生态系统受损评价可进一步分析生态与社会经济耦合关系，明确生态阻点、生态受损廊道及基质；生态系统恢复力与可修复潜力评价可融入自然和经济社会复合系统的指标及方法。且由于基础资料不足，评价因子选择有限，生物多样性维护力、重大生态工程布局区的生态系统变化、气候变化趋势等要素采取了定性评价，存在一定的主观性，结果仍需进一步验证。

4. 结论

（1）通过生态系统受损评价，明确研究区受损区集中在中西部，主要分布于沙漠沙地边缘及盐碱地、裸土地和废弃工矿用地周边等地区；根据生态系统恢复力评价，大兴安岭、阴山、贺兰山及东中部草原等区域恢复力高，大兴安岭丘陵、阴山丘陵、黄河流域等区域恢复力中等，其余城镇开发、矿业及农业等区域恢复力低；根据可修复力潜力评价，大兴安岭、阴山、贺兰山等区域可修复潜力高，呼伦贝尔草甸草原、锡林郭勒典型草原、阴山北部荒漠草原、阿拉善荒漠等区域潜力中等，西辽河流域、黄河流域、局部草原、荒漠沙地等区域潜力一般。

（2）根据综合评价结果，划定大兴安岭水源涵养生态修复区、呼伦贝尔草甸草原生态修复区、嫩江哈拉哈河源头生态修复区、西辽河重要源流生态修复区、锡林郭勒典型草原生态修复区、海河流域保护生态修复区、阴山北部荒漠草原生态修复区、黄河流域水土流失生态修复区、阿拉善荒漠生态修复区9个分区，从森林生态安全屏障功能维护、草原及重要流域生态质量提升、荒漠防风固沙功能提升等方面提出分区生态保护与修复策略。

（3）从生态系统质量、植被退化、生态系统压力-状态-响应、生态管理能力等方面，建立评价指标体系和模型，开展生态系统受损、生态系统恢复力及可修复潜力的集成评价，指导生态空间分区及确定修复方向。