DOI: 10.12357/cjea.20230010
孟凡迪, 周智, 张贵军, 焦翠丽, 阚瑶川, 赵丽. 基于生态系统服务供需与生态恢复力的国土空间生态修复分区 ?以京
津冀为例[J]. 中国生态农业学报 (中英文), 2023, 31(9): 1496?1510
MENG F D, ZHOU Z, ZHANG G J, JIAO C L, KAN Y C, ZHAO L. Land space ecological restoration zoning based on ecosystem
service supply and demand and ecological resilience: a case study in the Beijing-Tianjin-Hebei region[J]. Chinese Journal of Eco-Ag-
riculture, 2023, 31(9): 1496?1510
基于生态系统服务供需与生态恢复力的国土空间生态
修复分区
?以京津冀为例
孟凡迪1, 周 智1,2, 张贵军1, 焦翠丽3, 阚瑶川1, 赵 丽1
(1. 河北农业大学国土资源学院 保定 071000; 2. 河北省农田生态环境重点实验室 保定 071000; 3. 中央农业广播学校保定
分校 保定 071000)
摘 要: 探究生态系统服务供需匹配特征与生态恢复力属性的耦合关系, 科学划分国土空间生态修复分区, 对生态
安全与区域可持续发展具有重要意义。本研究以京津冀区县为研究单元, 基于多源数据, 运用食物产量模型、In-
VEST模型、CSLE模型等方法测算食物供给、产水、碳固持、土壤保持、休闲游憩等5项生态系统服务的供需
量, 构建生态恢复力评价指标体系测算县(区)生态恢复力; 基于“生态系统服务供需+生态恢复力”划定生态修复分
区, 并根据分区内部自然和社会经济现状及发展特征提出相应优化策略。结果表明: 1)京津冀生态系统服务供给高
值区主要分布在承德市北部、秦皇岛市和唐山市区县, 中部县(区)有零星分布; 需求高值区主要集中在发展较好的
京津冀中部及东南部城市, 而北部山区及高原生态系统服务需求较低; 研究区供需关系表现为空间负相关。2)各区
县生态恢复力区域性差异明显, 高值区主要聚集在京津冀的东北部。3)研究区生态系统服务综合供需无高度盈余
区域, 赤字区域占总面积的42.26%, 主要原因为城市与工业的发展导致系统功能衰退, 生态服务需求难以得到满足。
4)结合生态系统服务供需匹配特征和生态恢复力空间分布格局, 将研究区划分为高供给-高需求-高恢复力区
(13.68%)、低供给-高需求-低恢复力区(0.51%)、低供给-高需求-高恢复力区(10.54%)、低供给-低需求-低恢复力
区(12.07%)、低供给-低需求-高恢复力区(20.22%)、高供给-低需求-高恢复力区(42.98%) 6类, 同时针对不同分区
提出差异化的生态修复策略, 为生态修复工程的系统布局提供指引, 为国土空间综合整理方案的科学编制提供方法
参考。
关键词: 生态系统服务供需; 生态恢复力; 生态修复分区; 京津冀
中图分类号: TU982.2; X171.4开放科学码(资源服务)标识码(OSID):
Land space ecological restoration zoning based on ecosystem service supply and de-
mand and ecological resilience: a case study in the Beijing-Tianjin-Hebei region
MENG Fandi1, ZHOU Zhi1,2, ZHANG Guijun1, JIAO Cuili3, KAN Yaochuan1, ZHAO Li1
(1. Land and Resources College, Hebei Agricultural University, Baoding 071000, China; 2. Hebei Provincial Key Laboratory of Farmland
Ecological Environment, Baoding 071000, China; 3. Baoding Branch of Central Agricultural Broadcasting School, Baoding 071000, China)
河北省社会科学发展研究课题(20210201298)资助
通信作者: 周智, 主要从事土地整治工程与土地利用规划研究。E-mail: zhouzhi797825@163.com
孟凡迪, 主要从事国土空间综合整治与生态修复研究。E-mail: mfd1997@foxmail.com
收稿日期: 2023-01-05 接受日期: 2023-05-11
The study was supported by Hebei Social Science Development Research Project (20210201298).
Corresponding author, E-mail: zhouzhi797825@163.com
Received Jan. 5, 2023; accepted May 11, 2023
中国生态农业学报 (中英文) ?2023年9月 ?第?31?卷 ?第?9?期
Chinese?Journal?of?Eco-Agriculture,?Sep.?2023,?31(9):?1496?1510
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Abstract: It is important to explore the coupling relationship between the supply and demand characteristics of ecosystem services
and the attributes of ecological resilience, and to scientifically delineate the ecological restoration zones in the national land space for
ecological security and regional sustainable development. This study took districts and counties of Beijing, Tianjin, and Hebei as the
study unit. Based on multi-source data, the food production model, InVEST model, CSLE model, and other methods were used to
measure the supply and demand of five ecosystem services, including food supply, water yield, carbon storage, soil conservation, and
recreation supply. An ecological resilience evaluation index system was constructed to measure the ecological resilience of counties
(districts). Based on the ecosystem service supply and demand as well as ecological resilience, the ecological restoration zones were
delineated, and the corresponding optimization strategies were proposed according to the natural and socio-economic status and de-
velopment characteristics within the zones. The results showed that: 1) the high-value areas of the ecosystem service supply in the
Beijing-Tianjin-Hebei region were mainly distributed in the northern part of Chengde City, Qinhuangdao City, and Tangshan City,
and scattered in the central counties (districts) of the region. The high-value areas of ecosystem service demand were mainly concen-
trated in the well-developed cities in the central and southeastern Beijing-Tianjin-Hebei region, whereas the demand for ecosystem
services in the mountainous areas and plateaus in the northern Beijing-Tianjin-Hebei region was low. The supply and demand of eco-
system services in the study area were spatially negatively correlated. 2) The ecological resilience of each district and county had no-
ticeable regional differences, and the high-value areas were mainly concentrated in the northeast of the Beijing-Tianjin-Hebei region.
3) There was no high surplus area in the comprehensive supply and demand of ecosystem services in the study area. The deficit area
accounted for 42.26% of the total area, mainly resulting from the decline in system function caused by urban and industrial develop-
ment, and the demand for ecological services was challenging to meet. 4) Based on the matching characteristics of the supply and de-
mand of ecosystem services and the spatial distribution pattern of ecological resilience, the study area was divided into high supply-
high demand-high resilience (13.68%), low supply-high demand-low resilience (0.51%), low supply-high demand-high resilience
(10.54%), low supply-low demand-low resilience (12.07%), low supply-low demand-high resilience (20.22%), and high supply-low
demand-high resilience (42.98%) areas. At the same time, different ecological restoration strategies were proposed for different areas.
This study provides guidance for the systematic layout of ecological restoration projects and a methodological reference for the sci-
entific preparation of comprehensive land space consolidation plans.
Keywords: Supply and demand of ecosystem services; Ecological resilience; Ecological restoration zoning; Beijing-Tianjin-Hebei re-
gion
人类对自然资源的过度消耗, 带来了不可逆转
的环境问题, 制约着经济发展[1-2]。十九届五中全会
中明确提出, 坚持和完善生态文明制度是建设新时
代中国特色社会主义的重点任务。生态文明是社会
文明发展的新形态, 国土空间生态修复是生态文明
建设的核心任务之一[3]。
新时代国土空间生态修复在研究思路上强调“山
水林田湖草是一个生命共同体”, 生态修复的重点也
逐渐从单一的要素修复转向山水林田湖草等多要素
协同治理[4-5]。目前对于山水林田湖草进行生态修复
分区还没有形成比较系统和完善的方法, 现有研究
主要从以下4种研究视角展开: 1)依托生态安全格
局提出生态修复分区方法, 此类方法已形成了一套
较为成熟的研究范式, 大多通过提取源地节点与识
别修复区域路径构造安全格局, 结合生态障碍区形
成修复分区[6-8], 如倪庆琳等[8]应用生态安全格局范
式将生态源地、障碍区和生态阻力面进行空间叠加,
将徐州贾汪区划分为生态保育区、生态提升区、生
态修复区、生态控制区4个生态修复分区; 2)运用
综合诊断评价, 将“社会系统-生态系统”存在的冲突
关系应用于国土空间分区评价指标体系的构建, 以
保障整体性为先, 分析多个诊断因子之间的相互作
用并形成最终空间分区[9-10], 如范余敏等[9]构建矿山
生态环境承载力评价指标体系, 绘制矿山生态环境
承载力分区图, 提出相应的分区保护修复建议; 3)关
注区域主导功能, 在整体定位和整体功能的视角下,
根据同构理论与协同发展、区域分工的原则, 利用
比较优势的方法来探索不同空间单元在整体功能中
的主导要素, 从而耦合土地空间分异性形成多级分
区[11-13], 如蔡海生等[11]通过分析区域国土、生态、经
济等主导功能的分区定位与内涵特征, 基于“自上而
下”和“自下而上”相结合, 提出了基于主导功能型区
划的国土空间生态修复分区的思路与方法, 完成一
级生态功能基础分区、二级生态修复格局分区和三
级生态修复模式分区; 4)基于生态系统服务关系进
行分区, 在注重人类的需求意向的同时关注生态系
统提供服务的能力[14-18], 如岳文泽等[15]以乡镇为尺度
单元量化区域生态系统服务供给量和需求量, 构建
供需匹配与协调关系将固原市划分为生态重点修复
区、生态潜在修复区、生态经济重整改造区、特色
农业发展区、生态核心保护区和生态产业提质建设
区6类。
第 9 期 孟凡迪等 : 基于生态系统服务供需与生态恢复力的国土空间生态修复分区 1497
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生态系统恢复力是指在受到外部环境的影响而
导致自身条件偏离平衡时, 生态系统表现出的自我
重建、自我调节、抵御各种外部环境的压力和扰动
的能力[19]。一个生态系统必须维持其结构与功能的
完整, 并且能够抵御外界的扰动与及时复原, 才能持
续为人类社会提供服务。生态系统恢复力水平可以
在一定程度上反映生态系统自然修复能力[20], 生态系
统服务供需水平可以反映人类需求与自然资源利用
之间的矛盾; 在生态修复过程中通过人为修复手段
缓解供需矛盾, 减少对生态系统的负面影响, 可以达
到全面增进生态系统服务功能, 维护山水林田湖草
生命共同体的最终目的。
自2014年提出京津冀协同发展以来, 北京市、
天津市与河北省在资源流动、生态空间连通方面作
为一个完整的开放性板块, 《北方防沙带生态保护
和修复重大工程建设规划(2021 ?2035年)》明确提
出要实施京津冀协同发展生态保护和修复等重点工
程, 优化形成京津冀生态保护修复板块, 构建北方防
沙带空间保护格局。因此, 摸清京津冀生态环境整
体质量, 合理划定国土空间生态修复分区显得极为
重要。
不同于以往单一模式下的修复分区, 本文将生
态系统恢复力水平作为评价生态系统自然修复能力
的手段, 从生态与社会要素耦合角度构建供给-需求-
恢复力框架, 多层次基于“生态系统服务供需+生态
恢复力”识别国土空间生态修复分区。以期指导科
学编制国土空间生态修复规划, 依据不同区域的生
态环境问题提出不同的修复模式和手段, 从而提升
整个国土空间生态系统的稳定性和健康性。
1 研究区域概况及数据来源
1.1 研究区域概况
京津冀地区(河北省以及北京市、天津市)位于
我国地势第三阶梯的华北平原北部, 北靠燕山山脉,
东临渤海海域, 南面是华北平原, 西侧是太行山脉。
土 地 总 面 积 约2.18×105 km2。 区 域 共 计200个 县
(区)级行政单位, 地形种类复杂多样, 主要包括平原、
山地、丘陵、高原、盆地。京津冀平均海拔高度
510 m左右, 地形整体分布大致为西北高、东南低,
由燕山-太行山山脉山系构造向东南逐步过渡为平原。
研究区隶属温带季风气候, 6 ?9月受太平洋水汽影
响, 高温多雨; 11 ?1月受蒙古-西伯利亚寒流的影响,
寒冷干燥, 年平均气温15~16 ℃。京津冀植物种类繁
多, 生态资源丰富; 北部城镇化水平低, 但生态破坏
严重, 中部城市化水平高, 大气污染和水污染严重。
1.2 数据来源
本研究采用的土地利用数据(2020年)来源于中
国科学院资源环境科学与数据中心数据平台(http://
www.resdc.cn/), 空间分辨率为30 m, 分为耕地、林地、
草地、水域、建设用地和未利用地6类; 数字高程
数据模型(Digital Elevation Model, DEM)数据来源于
地理空间数据云平台(http://www.Gscloud.cn/), 空间
分辨率30 m; 各县(区)各类农林牧渔产量来自《河
北农村经济统计年鉴》(2020年)、《北京统计年鉴》
(2020年)及《天津统计年鉴》(2020年); 植被归一
化指数(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)
数据来源于MOD13Q1数据集(https://ladsweb.modaps.
eosdis.nasa.gov/), 空间分辨率为500 m; 净初级生产
力(Net Primary Productivity, NPP)数据来源于MOD-
IS网站, 空间分辨率为250 m; 京津冀区域土壤数据
来源于世界土壤数据库(http://westdc.Westgis.ac.cn/);
年气温、年降水量等气象数据来源于中国地面气候
资料日值数据集(V3.0)气象站点, 并利用ArcGIS软
件进行空间插值得到; 各类休闲游憩兴趣面(area of
interest, AOI)数据由百度地图开放平台获得。所有
数据在ArcGIS软件重采样为100 m空间分辨率, 投
影为Albers坐标系。
1.3 研究方法
1.3.1 生态系统服务供给计算
为准确评估京津冀生态系统的供给状态, 选取
食物供给服务、土壤保持服务、碳固持服务、产水
服务与休闲游憩服务5种服务类型[21], 计算方法如
表1所示。其中, 食物供给服务为农林牧渔食物对
应地类的生产能力[22]; 产水服务供给量借助InVEST
模型产水模块进行量化; 碳固持服务参考InVEST模
型推荐取值以及李瑾璞等[23]的研究, 确定不同地类
的碳库参数测度; 土壤保持服务参考王略等[24]选取
适用于测算中国土壤侵蚀情况的中国水土流失模型
(CSLE)对土壤保持服务进行估算; 基于土地利用现
状数据与AOI数据, 创建1000 m×1000 m网格, 休闲游
憩服务的供给量为该格网的休闲游憩用地面积[25-26]。
生态系统服务总供给由5种服务结果归一化处
理后等权重叠加获得[15-17]。基于京津冀地区县(区)
行政区划矢量数据和生态系统服务供给量栅格数据,
借助ArcGIS软件分区统计功能, 统计各县(区)服务
功能平均值。文中对生态系统服务供给、需求、恢
复力归一化处理公式如下:
X = Xi XminX
max Xmin
(1)
1498 中国生态农业学 报 (中英文 )?2023 第 31 卷
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式中: Xi为栅格i对应的供给量、需求量、恢复力指
标, Xmax为栅格数据的最大值, Xmin为栅格数据的最
小值。X数值范围为[0, 1]。
1.3.2 生态系统服务需求计算
通过对生态系统服务需求的评估, 可以有效地
反映区域内人类活动对自然生态环境的影响[27]。为
了与生态系统服务供给量纲保持一致, 将评估需求
指标与供给指标相对应, 基于人口数量和人均所需
服务量来计算食物、产水、碳固持以及休闲游憩需
求, 土壤保持服务需求采用CSLE模型进行估算。各
项生态系统服务需求计算方法如表2所示。生态系
统服务总需求由5种服务需求结果归一化处理后等
权重叠加获得, 分区统计得到各县(区)需求平均值。
1.3.3 生态系统服务供需匹配与协调程度
研究将方差标准化后的生态系统服务供给量与
需求量结果输入GeoDa软件, 借助双变量局部自相
关模块分析数量与空间上的匹配关系, 得到LISA图
并将结果用象限法表达[14]。结果分为4类: 高供给-
表 1 生态系统服务供给计算方法
Table 1 Calculation method of ecosystem service supply
生态系统服务
Ecosystem service
计算公式
Calculation formula
变量解释
Variable interpretation
食物供给
Food supply
FS=Fisum×NDVIij/NDVIsum FS为各类食物供给量 (kg?hm?2), Fisum为土地利用 i对应食物总产量 (kg), NDVIij为土地利用 i栅格 j的植被归
一化指数 , NDVIsum为 NDVI总和 。
FS is the supply of all kinds of food (kg?hm?2), Fisum is the total food supply of land use i (kg), NDVIij is the
vegetation normalization index of land use i grid j, NDVIsum is the sum of NDVI.
产水量
Water yield
Yi=(1?AETi/Pi)×Pi Yi为栅格 i的年产水量 (m3?hm?2), AETi为 i栅格年实际蒸发量 (mm), Pi为栅格 i的年平均降水量 (mm)。
Yi is the annual water yield of grid i (m3?hm?2), AETi is the actual annual evaporation of grid i (mm), Pi is the
actual annual evaporation of grid i (mm).
碳固持
Carbon storage
Ct=Ca+Cb+Cs+Cd Ct为碳存总量 (t?hm?2), Ca为地上生物碳存量 (t?hm?2), Cb为地下生物碳存量 (t?hm?2), Cs为土壤碳存量
(t?hm?2), Cd为凋落物碳存量 (t?hm?2)。
Ct is the total amount of carbon storage (t?hm?2), Ca is the aboveground biological carbon storage (t?hm?2), Cb is
the underground biological carbon storage (t?hm?2), Cs is soil carbon storage (t?hm?2), Cd is litter carbon stock
(t?hm?2).
土壤保持
Soil conservation
RKLSi=Ri×Ki×Li×Si
SEDRETi=RKLSi?CSLEi
Ri为栅格 i降雨侵蚀力因子 [MJ?mm?(hm2?h?a)?1], Ki为栅格 i土壤可蚀性因子 [t?hm2·h·(hm2?MJ·mm)?1], Li为栅
格 i坡长系数 ; Si为栅格 i坡度系数 , SEDRETi为栅格 i的土壤保持量 [t·(hm2·a)?1], RKLSi为栅格 i的土壤潜在
侵蚀量 [t·(hm2·a)?1], CSLEi为栅格 i的土壤实际侵蚀量 [t·(hm2·a)?1]。
Ri is the rainfall erosivity factor of grid i [MJ?mm?(hm2?h?a)?1], Ki is the soil erodibility factor of grid i
[t?hm2·h·(hm2?MJ·mm)?1], Li is the slope length coefficient of grid i, Si is the slope coefficient of grid i,
SEDRETi is the soil conservation of grid i [t·(hm2·a)?1], RKLSi is the potential soil erosion of grid i
[t·(hm2·a)?1], CSLEi is the actual soil erosion of grid i [t·(hm2·a)?1].
休闲游憩
Recreation supply
∑n
j=1Aij
Ai
RS=
RS为休闲游憩服务量 (m2·hm?2), Aij为 i网格中 j类休闲游憩用地面积 (m2), Ai为 i网格面积 (m2)。
RS is the amount of recreation supply services (m2·hm?2), Aij is the j type recreational land area in grid
i (m2), Ai is grid i area (m2).
表 2 生态系统服务需求计算方法
Table 2 Calculation methods of ecosystem service demand
生态系统服务
Ecosystem
service
计算公式
Calculation formula
变量解释
Variable interpretation
食物需求
Food demand
FD=479×POPi FD为食物供给服务的需求量 (kg·hm?2), 《 中国经济简报 》 中指出 2020年中国人均粮食消费量可达 479
kg; POPi为 i栅格人口密度 (persons·hm?2)。
FD is the demand for food supply services (kg·hm?2). According to China Economic Bulletin, China’s per
capita grain consumption was 479 kg in 2020. POPi is the population density of grid i (persons·hm?2).
产水需求
Water demand
WD=412×POPi WD为产水服务需求量 (m3·hm?2), 《 中国水资源公报 》 指出全国人均用水量 412 m3。
WD is the demand for water production services (m3·hm?2). According to China Water Resources
Bulletin, the national per capita water consumption is 412 m3.
碳固持
Carbon storage
Dc=Dcp×POPi Dc为碳固持服务的需求量 (t·hm?2), Dcp为人均碳排放量 (t·person?1); 京津冀能源消耗总量包括煤炭 、 石
油和天然气 , 碳排放系数参考李峰等 [28]研究 。
Dc is the demand for carbon storage services (t·hm?2), Dcp is carbon emissions per capita (t·person?1). The
total energy consumption of Beijing-Tianjin-Hebei includes coal, oil and natural gas consumption, carbon
emission coefficient reference Li et al.[28]
土壤保持
Soil conservation
CSLEi=Ri×Ki×Li×Si×Ci×Ei×Ti CSLEi为土壤保持服务需求量 [t·(hm2·a)?1], Ci为栅格 i植被覆盖度与生物措施系数 , Ei为栅格 i工程措施
系数 , Ti为栅格 i的耕作措施系数 , 其他系统说明见表 1。
CSLEi is the demand for soil conservation services [t·(hm2·a)?1], Ci is the grid i vegetation coverage and
biological measures coefficient, Ei is the grid i engineering measures coefficient, Ti is the coefficient of
tillage measures for grid i. The explaination of other variables is shown in Table 1.
休闲游憩需求
Recreation
demand
RD=60×POPi RD为休闲游憩服务需求量 (m2·hm?2)。 参考以往研究 [29], 设定每人休闲游憩用地标准 60 m2。
RD is the demand for leisure and recreation services (m2·hm?2). Referring to previous studies[29], the
standard of leisure and recreation land per person is set at 60 m2.
第 9 期 孟凡迪等 : 基于生态系统服务供需与生态恢复力的国土空间生态修复分区 1499
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高需求(Ⅰ象限)、低供给-高需求(Ⅱ象限)、低供给-
低需求(Ⅲ象限)、高供给-低需求(Ⅳ象限)。
引入生态系统服务供需比(ESDR)与综合生态
供需比(CESD)两个指标来评价京津冀地区生态系
统服务供需空间特征[30-31]。以供需比来衡量各类生
态系统服务供需状态, 整体水平则采用综合供需比
衡量。5类生态系统服务供给与需求之间的关系可
能 是 赤 字 状 态(ESDRi<0, 供 小 于 需)或 盈 余 状 态
(ESDRi>0, 供大于需)。
ESDRi = Si Di(S
max+Dmax)=2
(2)
CESDi = 1
∑
n=1
ESDRi (3)
Smax Dmax
式中: ESDRi为栅格i的生态系统服务供需比; Si为
栅格i的生态系统服务供给量; Di为栅格i的生态系
统服务需求量; 为供给的最大值; 为需求服
务的最大值; CESDi为栅格i的生态系统服务综合供
需比; β为生态系统服务的类数; n=1为食物供给服
务, n=2为产水服务, n=3为碳固持服务, n=4为土壤
保持服务, n=5为休闲游憩服务。
1.4 生态恢复力水平计算
生态恢复力高的生态系统可以保持较强的自我
维持与自我调节能力。构建综合的恢复力指标体系
是恢复力评估的前提。研究表明生态恢复力与稳定
性主要受气候、植被、生物多样性、营养因素(土
壤肥力)、生境条件与人类活动等因素影响[19]。结合
区域条件与数据可获得性, 从立地条件、土壤条件、
气候要素、植被状况、景观多样性、人类干扰6个
方面选取生态恢复力综合评价指标并计算(表3)。
地形是维持生态稳定的重要因素[32], 京津冀西北与东
南地区地形差异显著, 选取地形起伏度、坡度、坡
向3项指标反映不同地形条件下生态稳定性; 选取
土壤数据库中表层与表下层土体的pH、有机质含量
反映土壤恢复力空间差异; 京津冀气候因素年际间
差异性大, 选取多年平均降水量、多年平均气温反
映气候条件; 考虑到物种与生物量数据难以获得, 景
观多样性又可以在一定程度上反映生物多样性, 故
借助景观多样性指数与景观破碎度指数评价景观多
样性[33]; 以植被覆盖度、人均森林面积反映植被的
生长状况[34]; 考虑到人类活动对生态系统的干扰, 选
取干扰强度、生态弹性度[35]进行评价。采用归一化
方法对各评价指标数据进行无量纲化处理后, 利用
熵权TOPSIS法获得各项因素指标权重(表4)。依据
已有研究与专家经验对各项指标数据进行评估[36-38],
借助ArcGIS软件栅格计算器功能按照权重叠加, 将
结果归一化处理后获得生态恢复力水平结果。
2 结果与分析
2.1 京津冀生态系统服务供给的空间格局
采用自然断点法, 将研究区生态系统服务供给
状态[15]分为低值区、中低值区、中值区、中高值区、
高值区。京津冀地区不同类型生态系统服务的空间
格局分异明显(图1)。
食物供给中值以上区域主要分布在华北平原,
整体呈现东南高西北低的分布格局。碳固持高值及
中高值区域分布在承德市、北京市北部与张家口东
部区域, 这些区域森林覆盖率高、植被茂盛有利于
生态系统对碳的固定; 碳固持低值及中低值区域主
要分布在京津冀中部与张家口西部, 耕地所占比例
较大、植被稀少, 固碳量极少。产水服务高值及中
高值区域主要集中在唐山市与秦皇岛市; 低值区域
及中低值区域集中在张家口市西部, 主要因其降雨
量较少。土壤保持服务总体呈东高西低分布, 高值
及中高值区域主要分布在沧州市与秦皇岛市东部,
其他区域都处于均值以下。休闲游憩供给高值及中
高值区域主要分布在京津冀西部与北部, 区域自然
条件优越, 沿着林地与草地区域广泛分布。
综合来看, 京津冀生态系统服务总供给的中高
值区及高值区主要分布在承德市北部、秦皇岛市和
唐山市区县, 京津冀中部县(区)有零星分布, 上述区
域生态基底条件较好, 农业条件优越, 生态功能相对
稳定。低值区主要位于北京市、天津市、石家庄市
中心城区, 自然本底条件较差。
2.2 京津冀生态系统服务需求的空间格局
根据自然断点法将京津冀生态系统服务需求状
态分为低值区、中低值区、中值区、中高值区、高
值区(图2)。食物需求、产水需求、休闲游憩需求
与碳固持需求均由人口密度计算而来, 空间分布情
况与人口分布相关。上述4种服务需求高值区及中
高值区主要分布在各个城市的中心建成区, 并以此
为中心向外扩散, 这些区域人口密集, 对各项服务需
求相对更高, 以北京、天津、唐山、石家庄城市中
心为典型。而土壤保持需求高值区及中高值区主要
分布在京津冀西北部以及唐山市和秦皇岛区县, 此
区域年降水量多为639.4~786.1 mm, 降水冲刷侵蚀较
大, 不利于土壤稳固。
将京津冀5种生态系统服务需求进行归一化处
理后等权重叠加, 发现受人口密度影响, 生态系统服
1500 中国生态农业学 报 (中英文 )?2023 第 31 卷
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务总需求高值区与中高值区集中在北京、天津、石
家庄市主城区, 面积占比仅为2.48%; 低值区主要集
中在京津冀北部区域, 面积占比46.63%; 河北省中部
多为中值及中低值区域, 面积占比50.89%。生态系
统服务需求主要聚集在人类活动程度较高的区域。
2.3 京津冀生态系统服务供需匹配与协调程度
京津冀生态系统服务供需匹配分为4种模式
(图3): 供需同高(Ⅰ象限, 42个区县)、供低需高(Ⅱ
象限, 43个区县) 、供需同低(Ⅲ象限, 37个区县)、
供高需低(Ⅳ象限, 36个区县)。从空间上看, 供需关
表 3 生态恢复力评价指标
Table 3 Evaluation index system of ecological resilience
准则层
Criterion layer
指标层
Index layer
计算模型或方法
Calculation model or method
变量解释
Variable interpretation
立地条件
Site condition
地形起伏度
Topographic relief (m)
由 DEM数据计算获得邻域内高程最大值与最小值之差
The difference between the maximum and minimum
elevation in the neighborhood is calculated by DEM data
—
坡度
Slope (°)
由 DEM数据计算获得坡度
Slope is calculated from DEM data
—
坡向
Slope aspect
由坡度数据计算获得坡向
Slope direction is calculated from slope data
—
土壤条件
Soil condition
表层土体有机质含量
Organic matter content of surface
soil (%)
0~30 cm土层土壤有机质含量
Percentage of organic matter in 0?30 cm soil layer
—
表下层土体有机质含量
Organic matter content of
subsurface soil (%)
30~100 cm土层土壤有机质含量
Percentage of organic matter in 30?100 cm soil layer
—
表层土体 pH
Surface soil pH
0~30 cm土层土壤 pH
pH of 0?30 cm soil layer
—
表下层土体 pH
Subsurface soil pH
30~100 cm土层土壤 pH
pH of 30?100 cm soil layer
—
气候条件
Climatic
condition
多年平均气温
Perennial mean temperature (°C)
基于 2010—2019 年平均气温栅格数据计算多年平均气
温栅格数据
Based on the average temperature raster data during
2010?2019, the multi-year average temperature raster data
are calculated
—
多年平均降水
Average annual precipitation
(mm)
基于 2010—2019 年年平均降水栅格数据计算多年平均
降水栅格数据
Based on the annual average precipitation raster data
during 2010?2019, the multi-year average precipitation
raster data are calculated
—
植被状况
Vegetation
condition
植被覆盖度
Vegetation coverage (%)
Fc=(NDVI?NDVIs)/(NDVIv?NDVIs) NDVLs为裸地的 NDVI值 , NDVLv为高覆盖植被
的 NDVI值 , Fc为植被覆盖度 。
NDVLs is the NDVI of bare land, NDVLv is the
NDVI of high coverage vegetation, Fc is
vegetation coverage.
人均森林面积
Forest area per capita
(hm2·person?1)
PCF=Ai/Pi Ai为 i县森林面积 (hm2), Pi为 i县人口数量 , PCF为
人均森林面积 (hm2·person?1)。
Ai is the forest area of county i (hm2), Pi is the
population of county i, PCF is per capita forest
area (hm2·person?1).
景观多样性
Landscape
diversity
景观破碎度指数
Landscape fragmentation index
∑
C= ni/A ni为第 i类景观斑块总个数 , A为各景观总面积
(hm2), C为景观破碎度指数 。
ni is the total number of class i landscape
patches, A is the total area of each landscape
(hm2), C is landscape fragmentation index.
景观多样性指数
Landscape diversity index
∑
SHDI=? (PilnPi) Pi为景观 i数量占所有景观类型总数比例 (%),
SHDI为景观多样性指数 。
Pi is the proportion of the number of landscape i to
the total number of landscapes (%), and SHDI is
the landscape diversity index.
人类干扰
Human
disturbance
干扰强度
Disturbance intensity
Wi=Li/Si Wi为干扰强度 , Li为 i类生态系统内所有公路 、
铁路长度 , Si为 i类生态系统的总面积 。
Wi is the disturbance intensity, Li is the length of
all roads and railways in the type i ecosystem, Si is
the total area of type i ecosystem.
生态弹性度
Ecological resilience
∑ ∑
ECES=(? Si×log2Si)× Si×NPi ECES为区域生态弹性度 , Si为各地类覆盖面积
(hm2), NPi为 i地类净初级生产力 (NPP)均值 。
ECES is regional ecological elasticity, Si is the
coverage area (hm2), NPi is the mean net primary
productivy (NPP) of land type i.
第 9 期 孟凡迪等 : 基于生态系统服务供需与生态恢复力的国土空间生态修复分区 1501
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系表现为空间负相关, 供需匹配呈现出明显的区域
差异性。按生态系统服务供需关系型进行双变量局
部 自 相 关 检 验, 显 著 性 水 平 在80%以 上, 42个 县
(区)表现为非显著性。图中括号内为不同供需匹配
模式下区县个数。
对生态系统服务供需比按县(区)情况进行分区
统计, 参考张蓬涛等[31]的研究将供需情况分为6类
(图4): 高度赤字(?1, ?0.6)、中度赤字(?0.60, ?0.30)、
轻度赤字(?0.30, 0)、轻度盈余(0, 0.30)、中度盈余
(0.30, 0.60)、高度盈余(0.60, 1.00)。
5项生态系统服务供需情况空间分布存在较大
差异, 食物供给服务供需赤字区域分布在各城市的
中心建成区, 向外辐射的为中轻度赤字区域; 碳固持
服务、休闲游憩服务供需情况较差, 高度赤字区域
广泛分布在京津冀东南及中部区域, 此区域多为平
原, 绿地面积较小, 固碳与游憩服务水平较低; 产水
服务供需赤字区域分布在北京市、天津市、石家庄
市、邢台市、邯郸市中部区域, 这些区域人口密集,
需水量较高, 从而需求大于供给; 土壤保持服务供需
高度赤字区域集中在东部沿海区域, 中度赤字区域
集中在张家口西南部, 其他区域供需情况多处于盈
余状态。
生态系统服务综合供需比无高度盈余区域, 赤
字区域占总面积的42.26%, 其中高度赤字区域与中
度赤字区域面积占比分别为0.75%与5.03%, 轻度赤
字占赤字区域的86.32%, 造成赤字主要原因为城市
与工业的发展导致系统功能衰退, 使得生态服务需
求难以得到满足。
2.4 京津冀生态恢复力水平分析
京津冀总体生态恢复力数值区间为0.44~0.75,
各区县恢复力空间分布有明显差异, 主要与地理条
件、地形条件及土地利用分布情况相关。分区统计
各县区恢复力平均水平, 结合自然断点法将生态恢
复力水平分为5级(图5)。恢复力高值区域主要聚
集在京津冀的东北区域, 虽然高程相较平原区域较
高, 但具有良好的降水、土壤条件, 景观多样性指数
与生态弹性度较高, 生态系统受人类扰动小。而张
家口西北部区域水热条件较差, 生态脆弱, 恢复力水
平较低。由低到高5个级别所占面积与总面积比例
分别为: 5.44% (低值区)、11.23% (中低值区)、32.02%
表 4 生态恢复力指标权重及评判标准
Table 4 Index weight and evaluation criteria of ecological resilience
指标层
Index layer
权重
Weight
生态恢复力评判标准 (标准分值 )
Evaluation criteria for ecological resilience (standard score)
1 (弱 )
1 (Low)
2 (较弱 )
2 (Relatively low)
3 (一般 )
3 (Average)
4 (较强 )
4 (Relatively high)
5 (强 )
5 (High)
地形起伏度
Relief intensity (m) 0.020 >1000 500~1000 200~500 30~200 <30
坡度
Slope (°) 0.037 >25 15~25 6~15 2~6 <2
坡向
Slope aspect 0.007
阴坡
Shady slope
半阴坡
Semi-shady slope
半阳坡
Semi-sunny slope
阳坡
Sunny slope
平坡
Flat slope
表层土体有机质含量
Organic matter content of surface soil (%) 0.064 <0.2 0.2~0.6 0.6~1.2 1.2~2.0 >2.0
表下层土体有机质含量
Organic matter content of subsurface soil (%) 0.084
表层土体 pH
Surface soil pH 0.130 <4.5 — 4.5~5.5, 7.2~8.5 — 5.5~7.2
表下层土体 pH
Subsurface soil pH 0.130 >8.5
多年平均气温
Perennial mean temperature (°C) 0.083 <16 16~17 17~18 18~19 >19
多年平均降水
Average annual precipitation (mm) 0.118 <400 400~500 500~600 600~700 >700
植被覆盖度
Vegetation coverage (%) 0.106 <10 10~30 30~45 45~60 >60
人均森林面积
Forest area per capita (m2·person?1) 0.113 <400 400~1300 1300~2600 2600~5800 >5800
景观破碎度指数
Landscape fragmentation index 0.024 >0.76 0.30~0.76 0.14~0.30 0.06~0.14 <0.06
景观多样性指数
Landscape diversity index 0.050 <0.16 0.16~0.39 0.39~0.60 0.60~0.84 >0.84
干扰强度
Disturbance intensity 0.031 >0.8 0.6~0.8 0.4~0.6 0.1~0.4 <0.1
生态弹性度
Ecological resilience 0.003 <0.03 0.03~0.23 0.23~0.79 0.79~1.24 >1.24
1502 中国生态农业学 报 (中英文 )?2023 第 31 卷
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(中值区)、17.40% (中高值区)、33.90% (高值区), 表
明京津冀有将近半数面积的区域水土资源配置较为
优越, 但整体恢复力水平还有较大提升空间。
2.5 京津冀生态修复分区与管控
研究初步分区采用GeoDa软件进行双变量局部
自相关分析, 以生态系统服务供给与需求作为双变
食物供给
Food supply (kg?hm?2 )
土壤保持
Soil conservation [t?(hm2 ?a)?1 ]
休闲游憩
Recreation supply (m2 ?hm?2 ) 生态系统服务总供给Total supply of ecosystem services
100 km
低值区 Low value
(0~1281.89)
中低值区 Low-median value
(1281.90~3918.94)
中值区 Median value
(3918.95~6299.62)
中高值区 Median-high value
(6299.63~8094.28)
高值区 High value
(8094.29~9339.55)
低值区 Low value
(0.01~0.16)
中低值区 Low-median value
(0.17~0.19)
中值区 Median value
(0.20~0.27)
中高值区 Median-high value
(0.28~0.33)
高值区 High value
(0.34~0.53)
低值区 Low value
(10.01~107.20)
中低值区 Low-median value
(107.21~179.30)
中值区 Median value
(179.31~284.52)
中高值区 Median-high value
(284.53~447.28)
高值区 High value
(447.29~702.21)
碳固持
Carbon storage (t?hm?2 )
产水量
Water yield (m3 ?hm?2 )
N
低值区 Low value
(9.28~174.25)
中低值区 Low-median value
(174.26~416.32)
中值区 Median value
(416.33~762.09)
中高值区 Median-high value
(762.10~1207.83)
高值区 High value
(1207.84~2088.98)
低值区 Low value
(4.93~6.39)
中低值区 Low-median value
(6.40~7.40)
中值区 Median value
(7.41~8.82)
中高值区 Median-high value
(8.83~11.19)
高值区 High value
(11.20~14.21)
低值区 Low value
(2273.92~2984.63)
中低值区 Low-median value
(2984.64~3527.90)
中值区 Median value
(3527.91~3938.16)
中高值区 Median-high value
(3938.17~4411.99)
高值区 High value
(4412.00~4954.16)
图 1 京津冀生态系统服务供给空间格局
Fig. 1 Spatial patterns of ecosystem services supply in the Beijing-Tianjin-Hebei region
第 9 期 孟凡迪等 : 基于生态系统服务供需与生态恢复力的国土空间生态修复分区 1503
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量, 明晰不同区县供给与需求水平的空间聚集关系
(图3), 进行供需分区。再借助 ArcGIS软件将供需分
区与生态恢复力评估结果进行空间叠加, 进一步分
区。最终根据研究区不同区域特征, 划分6类生态
修复分区(图6)。
1) 高供给-高需求-高恢复力区域(Ⅰ-1)面积占
食物需求
Food demand (kg?hm?2 )
土壤保持需求
Soil conservation demand [t?(hm2 ?a)?1 ]
生态系统服务总需求
Total demand for ecosystem services
100 km
低值区 Low value
(0~0.02)
中低值区 Low-median value
(0.03~0.11)
中值区 Median value
(0.12~0.24)
中高值区 Median-high value
(0.25~0.41)
高值区 High value
(0.42~0.69)
低值区 Low value
(3.90~118.49)
中低值区 Low-median value
(118.50~615.05)
中值区 Median value
(615.06~1569.96)
中高值区 Median-high value
(1569.97~2906.84)
高值区 High value
(2906.85~9744.01)
低值区 Low value
(1.47~24.78)
中低值区 Low-median value
(24.79~60.50)
中值区 Median value
(60.51~107.11)
中高值区 Median-high value
(107.12~164.58)
高值区 High value
(164.59~397.59)
碳固持需求
Carbon storage demand (t?hm?2 )
产水需求
Water demand (m3 ?hm?2 )
低值区 Low value
(84.99~2579.92)
中低值区 Low-median value
(2579.93~13 391.26)
中值区 Median value
(13 391.27~34 182.30)
中高值区 Median-high value
(34 182.31~63 289.76)
高值区 High value
(63 289.77~212 153.63)
低值区 Low value
(1.65~50.25)
中低值区 Low-median value
(50.26~260.84)
中值区 Median value
(260.85~665.81)
中高值区 Median-high value
(665.82~1232.76)
高值区 High value
(1232.77~4132.35)
低值区 Low value
N
(73.11~2219.05)
中低值区 Low-median value
(2219.06~11 518.16)
中值区 Median value
(11 518.17~29 401.06)
中高值区 Median-high value
(29 401.07~54 437.12)
高值区 High value
(54 437.13~182 478.69)
Recreation demand (m2 ?hm?2 )
休闲游憩需求
图 2 京津冀生态系统服务需求空间格局
Fig. 2 Spatial pattern of ecosystem services demand in the Beijing-Tianjin-Hebei region
1504 中国生态农业学 报 (中英文 )?2023 第 31 卷
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供需空间相关性
Spatial correlation of supply and demand N
90 km
不显著 (42)
低低 (42)
Low-low (42)
低高 (40)
Low-high (40)
高低 (38)
High-low (38)
高高 (38)
High-high (38)
5
4
3
2
1
0
?2
?1
?3
?4 ?2 0 2 4
供给
Supply
需求
Demand
供需 z-score 标准化散点图
Supply and demand z-score
standardized scatter plot
Non-significant (42)
图 3 京津冀生态系统服务供需双变量局部空间自相关 [ 图例中括号内数据为县(区)数 ]
Fig. 3 Bivariate local spatial autocorrelation of supply and demand of ecosystem services in the Beijing-Tianjin-Hebei region (data
in the parenthesis is number of counties/districts)
食物供给服务
Food supply service
碳固持服务产水服务
Water yield service
N
高度赤字
High deficit
中度赤字
Moderate deficit
轻度赤字
Mild deficit
轻度盈余
Mild surplus
中度盈余
Moderate surplus
高度盈余
High surplus
100 km
土壤保持休闲游憩
Recreation service
生态系统服务综合
Carbon storage service
Soil conservation service Comprehensive of ecosystem service
图 4 京津冀生态系统服务供需比水平空间分布
Fig. 4 Spatial distribution of supply-demand ratio of ecosystem services in the Beijing-Tianjin-Hebei region
第 9 期 孟凡迪等 : 基于生态系统服务供需与生态恢复力的国土空间生态修复分区 1505
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比13.68%, 共49个区县, 分布较为零散。此类区域
多处于京津冀华北平原, 呈条带状分布, 是由多条河
流横切太行山流入华北平原形成的一片肥沃的冲积
沃土, 耕地面积占比高达75.08% (表5), 粮食产量较
高, 以农业种植空间为核心。在生态修复中, 此类区
域应对耕地设计沟渠绿化, 加强农地肥力培育与修
复, 通过绿色化、生态化的育肥和种植模式代替化
肥施用, 改善土壤结构, 增强地力。此类区域碳固持
与产水服务多处于赤字状态, 应多设置农田水利工
程、水源涵养林、农田防护林, 提高农田及周边水
源涵养与固碳能力, 防止压力增大导致生态恶化。
2) 低供给-高需求-低恢复力区域(Ⅱ-1), 面积占
比0.51%, 共13个区县, 数量较少且具有较为明显的
聚集特征。此类区域包括北京市、天津市、石家庄
市、邢台市城区中心, 建设用地面积占比55.75%, 路
网密集, 人口高度集中, 各类生态系统服务供给均难
以满足需求, 生态景观被建设用地包围, 难以形成生
态空间连接, 解决人地矛盾刻不容缓。此类区域应
严格控制城镇开发边界, 建设公园绿地、隔离绿化
带、河道防护栏; 加强道路雨洪管理, 净化河流水体;
通过建设“绿色廊道”与“蓝色廊道”, 维持城镇化区域
生态稳定性。
3) 低供给-高需求-高恢复力区域(Ⅱ-2), 面积占
100 km
低值区 Low value
(0.44~0.54)
中低值区 Low-median value
(0.55~0.59)
中值区 Median value
(0.60~0.62)
中高值区 Median-high value
(0.63~0.66)
高值区 High value
(0.67~0.75)
N
图 5 京津冀生态恢复力空间格局
Fig. 5 Spatial pattern of ecological restoration in the Beijing-
Tianjin-Hebei region
N
I-1
Ⅱ -1
Ⅱ -2
Ⅲ -1
Ⅲ -2
Ⅳ -1100 km
图 6 京津冀生态修复分区
Fig. 6 Ecological restoration zoning in the Beijing-Tianjin-
Hebei region
Ⅰ-1: 高供给-高需求-高恢复力; Ⅱ-1: 低供给-高需求-低恢复力;
Ⅱ-2: 低供给-高需求-高恢复力; Ⅲ-1: 低供给-低需求-低恢复力; Ⅲ-2:
低供给-低需求-高恢复力; Ⅳ-1: 高供给-低需求-高恢复力。Ⅰ-1: high
supply-high demand-high resilience; Ⅱ-1: low supply-high demand-low re-
silience; Ⅱ-2: low supply-high demand-high resilience; Ⅲ-1: low supply-
low demand-low resilience; Ⅲ-2: low supply-low demand-high resilience;
Ⅳ-1: high supply-low demand-high resilience.
表 5 京津冀地区不同生态修复分区内用地类型面积占比
Table 5 Proportions of land types in different ecological restoration zones in the Beijing-Tianjin-Hebei region
分区
Zone
耕地 Farmland 林地 Forestland 草地 Grassland 水域 Water 建设用地Construction land 未利用地Unused land 分区 Zone
面积
Area
(×104
hm2)
占比
Proportion
(%)
面积
Area
(×104
hm2)
占比
Proportion
(%)
面积
Area
(×104
hm2)
占比
Proportion
(%)
面积
Area
(×104
hm2)
占比
Proportion
(%)
面积
Area
(×104
hm2)
占比
Proportion
(%)
面积
Area
(×104
hm2)
占比
Proportion
(%)
面积
Area
(×104
hm2)
占比
Proportion
(%)
Ⅰ -1 224.28 75.08 3.36 1.13 3.11 1.04 6.15 2.06 61.57 20.61 0.24 0.08 298.71 13.68
Ⅱ -1 4.57 40.88 0.02 0.19 0.04 0.35 0.30 2.71 6.24 55.75 0.01 0.12 11.18 0.51
Ⅱ -2 144.20 62.65 3.93 1.71 4.17 1.81 7.11 3.09 68.94 29.95 1.82 0.79 230.17 10.54
Ⅲ -1 136.83 51.91 33.02 12.52 59.68 22.64 10.11 3.84 16.22 6.15 7.76 2.94 263.62 12.07
Ⅲ -2 149.15 33.78 121.16 27.43 115.71 26.21 9.62 2.18 45.02 10.20 0.90 0.20 441.56 20.22
Ⅳ -1 336.50 35.85 309.82 33.01 166.00 17.68 38.92 4.15 80.79 8.61 6.54 0.70 938.57 42.98
Ⅰ-1: 高供给-高需求-高恢复力; Ⅱ-1: 低供给-高需求-低恢复力; Ⅱ-2: 低供给-高需求-高恢复力; Ⅲ-1: 低供给-低需求-低恢复力; Ⅲ-2: 低供给-低需
求-高恢复力; Ⅳ-1: 高供给-低需求-高恢复力。Ⅰ-1: high supply-high demand-high resilience; Ⅱ-1: low supply-high demand-low resilience; Ⅱ-2: low
supply-high demand-high resilience; Ⅲ-1: low supply-low demand-low resilience; Ⅲ-2: low supply-low demand-high resilience; Ⅳ-1: high supply-low demand-
high resilience.
1506 中国生态农业学 报 (中英文 )?2023 第 31 卷
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比10.54%, 共46个区县, 多呈点簇状分布。此区域
包括北京市、天津市中心区域的周边县区, 保定、
廊坊、沧州市相接的中部区域以及石家庄、衡水、
邯郸市等地级市中心区域多个县(区)。区域主要由
耕地与建设用地构成, 面积比分别为62.25%与29.95%。
各项生态系统服务中只有食物供给服务为盈余, 森
林资源较少, 难以完全吸收碳排放。但区域河网水
系众多, 应以此为框架, 开展生态修复工作, 对河流
进行补水、通水、洁水工程, 河道周边建设涵养林,
改善水土流失; 周围耕地围绕河流相应实施土地平
整工程、灌溉排水工程, 减少水资源利用压力。
4) 低供给-低需求-低恢复力区域(Ⅲ-1), 面积占
比12.07%, 共13个区县, 集中在张家口市西北部区
域, 供需状况处于中高度盈余情况。该区域人口压
力相对较小, 生态系统服务多处于盈余状态; 但降水
稀少、海拔较高, 有大片林地与草地, 农牧交错分布,
食物供给、产水与碳固持服务供给量总体偏低; 其
依托自然环境虽然可以自给自足但为北京等周边城
市提供各类支持难免疲软, 受地形气候影响其生态
恢复力较低。此区域开展生态修复应调整农业结构,
发展粮草兼作的生产模式; 发展浅井汲水灌溉和拦
蓄集水, 并配套节水设施, 减少农牧用水压力; 适当
退耕、休牧, 保护现有林草, 遏制土地沙化减少水土流失。
5) 低供给-低需求-高恢复力区域(Ⅲ-2), 面积占
比20.22%, 共32个区县, 主要沿太行山走向呈带状
分布。此区域受人类扰动较小, 恢复能力较强。位
于山地丘陵部分的区县为中度盈余, 与平原接壤部
分及平原部分多为轻度盈余, 此分区内林地面积占
比为27.43%, 草地面积占比为26.21%, 林草地面积占
比超过半数, 生态本底较为良好。开展生态修复应
以减少人为干扰为核心, 减轻负荷压力, 重视对区域
的大力保护, 促进林地草地自然更新。对人类探索
较少的远山区域, 开展封育; 对浅山区域实施林草补
播; 大于25°坡地适当退耕还林还草。
6) 高供给-低需求-高恢复力区域(Ⅳ-1), 面积占
比42.98%, 共47个区县, 多位于京津冀东北部, 沧州
市与衡水市东部也有分布, 生态资源丰富, 各项生态
系统服务供给量较高。此类区域林地与耕地面积占
比较高, 分别为33.01%与35.85%。开展生态修复应
调整粮食种植结构, 增加粮食产量从而提高土地利
用率; 加强生态林与人工林的培育, 从而涵养水源、
增加碳汇; 承德市应联合北京市建立林业抚育工程,
秦皇岛市依托燕山渤海, 配合生态环境优势, 建立城
市水库及水源林提高滨海区域生态功能。
3 讨论
本研究遵循人地和谐理念, 从区域生态系统服
务供给需求关系以及区域生态恢复力着手对京津冀
国土空间生态修复分区展开讨论, 兼顾了人类社会
需求与自然资源空间上的交互关系, 进而提出针对
性、可行性更强的京津冀三地国土空间生态联合修
复措施。与以往基于供需关系进行修复分区的研究
相比, 前人在生态系统服务选择上更多关注食物供
给、碳固持、产水、土壤保持服务[15]。考虑到人民
生活水平不断提高, 对文化娱乐、休闲游憩的需求
也随之提高, 京津冀各类公园、绿地广泛分布, 因此
在计算生态系统服务供需水平时, 加入休闲游憩服
务。研究结果发现, 京津冀供需空间分布存在较大
差异, 整体空间分布格局与前人对该区域的研究结
果相似[28,31]。而生态系统恢复力在空间分布上呈现
明显的区域特征, 从地形上来看, 生态恢复力高值区
主要集中在京津冀的东北部山地丘陵区, 同时在东
部沿海经济发达地区零星分布。这与前人研究结果
不尽相同, 如张艺严等[38]从社会经济与自然生态两
个角度选取恢复力指标, 形成综合评价指标体系, 划
分社会-生态恢复力的等级, 结果表明京津冀中西部
地区恢复力水平较强。而本研究则更注重于探究生
态系统自组织自恢复能力的自然生态恢复力水平,
故而存在一定差异。本研究在借鉴现有研究基础上,
结合各县(区)生态系统服务供给、需求和生态系统
恢复力特点, 进行生态修复分区和优化, 结合供需比
模型用以清晰表述各区域5类服务赤字盈余情况,
可以更好地体现各区县具体某项生态系统服务关系,
便于结果分析与提出相应优化措施。
研究在一定程度上丰富了国土空间修复分区方
法, 但同时还存在一些局限。生态系统服务在空间
上存在流动效应[39], 本文选取的食物供给、碳固持、
产水服务均具有空间流动性, 如食物供给可以通过
区域运输流动, 产水服务的流动则分为在自然界的
径流过程与人类需求对水源的二次分配[40], 碳固持服
务可以通过大气环流与生物圈各组分碳转化进行流
动[41]。本研究在对各类服务进行测算时, 未考虑供需
之间空间流动, 可能对生态系统服务供给水平评估
具有一定影响。在未来研究中, 可以通过生态系统
服务流对生态系统服务供需水平进行修正, 获得更
加准确的区域供需关系, 使国土空间生态修复分区
划定更为精细。
4 结论
本研究以京津冀为研究区, 综合土地利用数据、
第 9 期 孟凡迪等 : 基于生态系统服务供需与生态恢复力的国土空间生态修复分区 1507
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土壤数据、气象数据等, 运用多种模型评估区域生
态系统服务供给量、需求量及其供需关系, 同时结
合区域生态恢复力结果, 划定生态修复分区, 并提出
相应优化策略, 得到如下结论:
1)京津冀食物供给量较高的区域主要位于华北
平原, 固碳、产水、休闲游憩服务高值区主要分布
在燕山太行山山脉一带, 土壤保持服务供给较高的
区域主要位于低山丘陵与滨海区域。京津冀地区地
形条件复杂, 内部各地区自然环境禀赋差异较大, 因
此生态系统服务供需空间异质性明显。
2)京津冀生态系统服务供需匹配关系分为供需
同高、供低需高、供需同低、供高需低4种类型,
呈现出明显的空间错配。京津冀地区生态系统服务
综 合 供 需 无 高 度 盈 余 区 域, 赤 字 区 域 占 总 面 积 的
42.26%, 轻度赤字占赤字区域面积的85%以上, 总体
赤字程度较轻, 且无高度盈余区域, 表明生态系统服
务供需情况还有较大提升空间。
3)耦合供需关系与自然恢复力, 将京津冀划分
为6类生态修复分区, 并提出相应的修复策略。高
供给-高需求-高恢复力区域应多开展农田水利工程,
增强地力, 改善土壤, 增加育林, 防止生态恶化。低
供给-高需求-低恢复力区域应控制城镇开发边界, 建
设“绿色廊道”与“蓝色廊道”, 减少城市生态压力。低
供给-高需求-高恢复力区域应依托现有河网水系为
框架, 开展生态修复工作。低供给-低需求-低恢复力
区域应调整农业结构, 保护现有林草, 遏制土地沙化,
减少水土流失。低供给-低需求-高恢复力区域应以
减少人为干扰为核心, 重视对区域的保护, 全面提升
太行山区各类生态容量。高供给-低需求-高恢复力
区域配合生态环境基底的优势, 以绿色发展为导向
开展生产活动。
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