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2022 , Vol. 37 >Issue 9: 2403 - 2417

DOI: https://doi.org/10.31497/zrzyxb.20220914

其他研究论文

典型喀斯特地区国土空间生态修复分区研究——以贵州猫跳河流域为例

  • 王鹏 ,
  • 赵微
展开
  • 华中农业大学公共管理学院,武汉 430070
赵微（1980- ）,男,浙江湖州人,博士,副教授,硕士生导师,研究方向为国土综合整治与国土空间生态修复。E-mail:

王鹏（1996- ）,男,湖北随州人,硕士,研究方向为国土空间生态修复。E-mail:

收稿日期: 2021-06-14

  修回日期: 2022-05-29

  网络出版日期: 2022-12-28

基金资助

中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2662022GGYJ002)

收起

Ecological restoration zoning of territorial space in typical karst region: A case study of Maotiao River Basin in Guizhou

  • WANG Peng ,
  • ZHAO Wei
Expand
  • School of Public Administration, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China

Received date: 2021-06-14

  Revised date: 2022-05-29

  Online published: 2022-12-28

Fold

摘要

国土空间生态修复是实现生态系统服务可持续供给的重要保障,明确其空间分区是开展生态修复的前提条件。针对现有生态修复分区方法的层级单一、结果针对性欠佳等问题,以典型喀斯特地区贵州猫跳河流域为研究区,构建“自然立地条件—主导生态功能—生态胁迫问题”生态修复分区框架。选取海拔、坡度、地形起伏度、植被类型等自然立地条件指标分析流域内地域分异规律,进而划定生态修复一级分区;基于水源涵养、土壤保持、生物多样性维护、粮食供给等主要生态系统服务功能评价结果识别区域主导生态功能,据此划定生态修复二级分区;结合石漠化敏感性、水土流失敏感性及生态退化度等关键生态胁迫问题指标构建生态修复分区指数识别生态修复重点区域,进而开展生态修复三级分区划分。最终,将猫跳河流域划分为3个生态修复一级分区、10个生态修复二级分区及30个生态修复三级分区,并提出了相应的生态修复策略。研究可为猫跳河流域生态修复实践提供参考,并为西南喀斯特地区生态修复分区提供理论借鉴。

关键词： 国土空间; 生态修复; 分区; 喀斯特; 猫跳河流域

本文引用格式

王鹏 , 赵微 . 典型喀斯特地区国土空间生态修复分区研究——以贵州猫跳河流域为例[J]. 自然资源学报, 2022 , 37(9) : 2403 -2417 . DOI: 10.31497/zrzyxb.20220914

Abstract

Ecological restoration of territorial space is essentially important to the sustainability of ecosystem services, and spatial zoning plays a significant role in the procedure of ecological restoration. In order to address the problems of simplified zoning level and poor applicability of zoning results, a zoning framework for ecological restoration, "natural site conditions-dominant ecological functions-ecological stress issues" was proposed in this paper. Then a case study was carried out in Maotiao River Basin, a typical karst region in Guizhou. For the first-level zone of ecological restoration, natural condition indicators were selected, such as altitude, slope, topographic relief and vegetation type, to analyze the regional differentiation. Based on ecosystem service functions including water conservation, soil conservation, food supply, and biodiversity maintenance, the dominant ecological functions were identified and the second-level zone of ecological restoration were completed. For the third-level zone of ecological restoration, key ecological stress indicators such as rocky desertification sensitivity, soil erosion sensitivity, and ecological degradation were integrated. Following that, the territorial space of Maotiao River Basin was divided into 3 first-level ecological restoration zones, 10 second-level zones, and 30 third-level zones, and corresponding ecological restoration strategies are proposed. This study can be a scientific support for the ecological restoration of the Maotiao River Basin, and also a helpful reference for the ecological restoration zoning for the southwest karst area in China.

Key words： territorial space; ecological restoration; zoning; karst; Maotiao River Basin

国土空间生态修复是指采用自然或人工辅助手段协助损害、已退化或彻底破坏的生态系统逐步改善、恢复和重建的过程[1,2]。生态修复研究起源于20世纪初的欧美国家,最初的生态修复主要强调对山地、森林和草原等自然资源的保护性利用和管理[3]。随着人类开发强度的日益加大和全球气候环境的不断恶化,生态系统的保护修复逐渐受到世界各国的普遍关注,生态保护修复的对象也逐渐覆盖了以“山水林田湖草”为代表的国土空间[4]。当前生态修复工作正处于快速推进阶段,退化生态系统的恢复成为国土空间治理的焦点[3,5]。国土空间生态修复是确保生态系统服务可持续供给的有效手段[6],而明确国土空间生态修复分区则是开展生态修复的重要前提[7]。
目前学术界关于国土空间生态修复分区的研究主要包括定量分区和定性分区两类。在定量分区上,基于生态安全格局[8,9]和生态系统服务供需匹配[10,11]的生态修复分区占据主导地位;在定性分区上,主要是以生态问题为导向开展国土空间生态修复分区研究[12,13]。此外,蔡海生等[14]将定量方法和定性方法相结合,基于主导生态功能和关键生态问题完成了江西省生态修复分区方案。综合来看,上述生态修复分区方法思路清晰、操作便利,为国土空间生态修复分区研究提供了重要参考。但也存在一定不足,主要表现在多从宏观尺度进行分区,层级较为单一,分区过程中缺少对特定环境下生态问题和人类扰动的综合考虑,导致分区结果指导性强而实施针对性较差。
精确识别生态修复重点区域是科学制定国土空间生态修复分区的关键所在[7]。理论上,国土空间生态修复分区的划定应结合区域自然立地条件、主导生态服务功能及核心生态问题等因素综合开展[14,15]。区域自然地理特征及分异规律从宏观层面上决定了主导生态服务功能在空间上的分布格局[14],而生态功能提升作为生态修复的目标,其能否顺利实现直接取决于威胁生态功能的人为干扰和生态问题能否得到有效治理[16,17]。逻辑上,自然立地条件、主导生态功能、核心生态问题依次对应生态修复的环境背景、目标导向和治理对象,自然立地条件和核心生态问题等共同决定着主导生态功能的分布状态和变化趋势。因此,基于特定的自然环境背景,系统识别人类扰动和生态敏感问题作用下的生态胁迫空间是辨识生态修复重点区域的有效途径。
我国生态脆弱区面积占比大,生态环境问题复杂多样,实施国土空间生态修复迫在眉睫[18]。西南喀斯特地区是我国最大的喀斯特地貌集中区,岩溶发育、土壤贫瘠、植被稀疏,石漠化和水土流失相互促进,加上不合理的土地利用方式,加速了自然生态环境的恶化,并制约着经济社会的发展,对西南生态安全屏障建设及喀斯特区域可持续发展带来了巨大挑战[19]。基于此,本文选取典型喀斯特地区贵州猫跳河流域作为案例区,构建“自然立地条件—主导生态功能—生态胁迫问题”框架,系统分析流域内自然环境条件、生态服务功能和生态胁迫问题基本情况,从而将国土空间划分为一、二、三级修复分区,以期为猫跳河流域生态修复实践提供参考,并为广大西南喀斯特生态脆弱区生态修复分区提供理论借鉴。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究区概况

猫跳河地处贵州省中部,位于106°00′~106°39′06″E、26°09′02″~26°56′08″N,全长约180 km,是长江二级支流,流域面积3116.10 km2,涉及西秀、长顺、平坝、清镇、花溪、观山湖、白云、修文、息烽等9个县（市、区）的49个乡镇。该地区属亚热带季风性湿润气候,夏季湿热多雨,冬季温润少雨,年均气温13.8 ℃,平均降雨量1300 mm,年均蒸发量为700~800 mm;地貌类型复杂多样,山地、丘陵、河谷、坝子、湖泊均有分布,是典型的喀斯特流域;地势南高北低,地形起伏度大,平均海拔1200~1400 m,境内最大高差达954 m;河网密集、水系发达,河水季节性涨落明显,河流天然总落差549 m,水能蕴藏量丰富,水电开发历史悠久。20世纪50年代以来,流域内人口成倍增加,由1973年不足50万人增加到2002年112万人,城镇化进程快速推进,城市外延扩张与内生增长并进,建设用地面积大幅增加,耕地空间受到强烈挤占,部分林草地遭到破坏,受石漠化、水土流失等自然灾害影响,部分天然林、成片草地逐渐退化,经济社会发展和生态环境保护矛盾突出。

1.2 数据来源

数据主要包括统计年鉴数据、规划数据、土地利用数据、DEM数据、土壤数据、植被数据、气象数据等。2018年的粮食产量数据来源于《2019贵阳统计年鉴》《2019安顺统计年鉴》《2019黔南统计年鉴》,研究区内各县（市、区）的粮食产量根据其面积占完整行政区面积的比例分配,《贵州省主体功能区规划》《贵州省生态保护红线》等规划文件来源于贵州省人民政府网站。2000年和2018年的土地利用数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心,包括16个二级类,将其合并为耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地（全部为裸地）等6个一级地类,分辨率为30 m;DEM数据来源于地理空间数据云,分辨率为30 m,并由此生成坡度和地形起伏度;土壤数据来源于中国科学院南京土壤所提供的中国1∶100万土壤数据库;植被数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心制作的中国1：100万植被类型空间分布数据,基于《贵州省主体功能区规划》成果中1∶25万森林资源分布数据对其进行修正。2018年的NDVI数据来源于地理空间数据云MOD13Q1产品,分辨率为250 m,参考李苗苗[20]的方法计算得到植被覆盖度。2014—2018年的气象数据来源于国家气象科学数据共享服务平台,选取研究区周边紧邻的黔西、安顺、罗甸、独山、贵阳、湄潭、桐梓等7个气象站（图1）,对各站点2014—2018年的年均降雨量和年均蒸发量进行克里金插值处理,得到研究区年降雨和年蒸发空间分布数据。此外,将研究中所使用的数据全部重采样为250 m×250 m栅格,并统一为WGS—1984坐标系、Albers投影。
图1 研究区地理区位

Fig. 1 Geographical location of the study area

1.3 研究方法

1.3.1 分区指标

生态修复分区指标的选取必须具有代表性和系统性,应根据区域自然立地条件、生态功能空间分异、主要生态问题等合理选取分区指标,所选指标应充分反映区域的生态环境特征和自然分异规律（表1）。
表1 猫跳河流域国土空间生态修复分区指标体系

Table 1 Zoning index for ecological restoration of territorial space in Maotiao River Basin

分区 准则层 具体指标
一级分区 自然立地条件 海拔、坡度、地形起伏度、植被类型
二级分区 主导生态功能 水源涵养、土壤保持、生物多样性维护、粮食供给
三级分区 生态胁迫问题 石漠化、水土流失、生态退化度
具体而言,一级分区重点关注区域自然本底特征,即构成生态系统的山水林田湖草等基底要素,旨在突出自然地理格局在国土空间生态修复中的基础作用。猫跳河流域作为典型的喀斯特流域,地形是当地社会经济发展和生态保护的重要限制因素;而地表植被类型是区域外在表征,也是自然演化和人类活动双重作用下生态系统的具体形态体现。因此,基于猫跳河流域的实际情况,结合蔡海生等[14]、田美荣等[21]关于生态修复分区的相关研究,选取海拔、坡度、地形起伏度和植被类型等四个指标作为生态修复的一级分区指标。
二级分区关注区域的主导生态服务功能,是实现生态系统服务功能恢复提升这一生态修复目标的基本依据。生态系统服务功能指人类从生态系统中获得的各种效用总和[22],根据贵州省主体功能区规划相关成果,猫跳河流域在区域内主要承担水土保持、生物多样性维护和粮食供给等重点功能,进一步结合喀斯特地区生态系统服务功能相关研究成果[23,24],明确选取水源涵养、土壤保持、生物多样性维护和粮食供给等四项生态系统功能作为生态修复的二级分区指标。
三级分区为生态修复的具体实施单元,重点关注生态系统自然演化形成的敏感问题以及人类扰动下产生的生态退化压力,生态修复的对象、措施等很大程度上受到上述问题影响。针对猫跳河流域喀斯特地貌发育以及人类活动强度持续加大的现实特征,选取石漠化敏感性和水土流失敏感性等两种生态敏感问题[25]及反映人类干扰活动强度的生态退化度指数[26]共同组成生态修复的三级分区指标。

1.3.2 分区方法

（1）一级分区方法。一级分区作为生态修复的基础分区,分区过程中遵循“自上而下”的方法,把握区域整体的地理格局,保障生态系统的地域完整性。地貌格局与区域生态系统格局关系紧密[14]。因此,将流域地貌类型单元作为生态修复一级分区的参考依据,猫跳河流域地貌类型划分标准（表2）参考蔡运龙[27]、赵宇鸾等[28]关于贵州省自然地理区划和地貌类型划分的相关研究确定。此外,结合流域内森林、灌丛、草地等主要植被类型空间分布特征,进一步划定具体的生态修复一级分区。最后,考虑到生态修复措施便于管理的要求,将依靠指标体系划定的生态修复一级分区界线参照各乡镇界线作临近边界融合处理,以最大限度保证一级分区和基础行政界线的一致性。
表2 猫跳河流域地貌类型划分标准

Table 2 Standard for classification of geomorphic types in Maotiao River Basin

类型 海拔/m 地形起伏度/m 坡度/(°) 组合特征
山地 700~2700 200~700 >20 垂直分层,水平绵延,山体与冲沟、洼地、台地组合
丘陵 500~2700 250~200 10~30 断续或线状绵延分布,丘体与洼地、沟谷组合
峡谷 300~2500 <200 5~25 树状或线状绵延分布,谷地与孤丘、河流组合
坝子 300~2200 <50 <5 面积一般大于10 km2,多级阶地及沟谷组合
（2）二级分区方法。二级分区属于承上启下的中观分区,分区过程中遵循“自下而上”的方法,分区上应有效衔接上位区划、规划,充分反映区域主导生态服务功能的空间分异规律,通过明确不同主导生态功能的空间格局,为实现生态系统服务功能提升这一核心目标指明方向。水源涵养功能选用水量平衡方程[29]进行计算,采用修正的通用水土流失方程（RUSLE）[30]评价土壤保持功能,生物多样性维护功能基于InVEST模型的生境质量模块完成[31],粮食供给功能的评价参考Wu等[32]的相关研究,通过构建栅格尺度粮食产量与耕地NDVI之间的线性关系来表征（表3）。对计算获得的四项生态功能指数值分别进行极差标准化处理以消除量纲差异,基于自然断点法将四项生态功能分别划分为极重要、重要、中等重要、一般重要、不重要五个等级。考虑到四项生态服务功能在流域内的重要程度相当,故对四个生态功能图层做等权重叠加处理,提取出最大等级对应的生态功能,进而结合流域生态功能区划成果,共同确定区域的主导生态功能,据此完成生态修复二级分区。此外,为保持与一级分区的联动性,基于主导生态功能的二级分区界线同样应与乡镇边界保持一致,对于主导功能图斑周边的独立微小斑块应根据实际情况做临近斑块融合处理,以保证主导生态功能分区的地域空间完整性。同时,对于同一乡镇有两种及以上主导功能的情况,可根据何种功能分布面积占比更大确定主导生态功能,也可以对该乡镇设置两种及多种主导生态功能。
表3 生态系统服务和生态胁迫问题计算方法

Table 3 Calculation methods for ecosystem services and ecological threats

生态系统服务/
生态胁迫问题		 计算模型/方法 基本原理/说明
水源涵养 水量平衡方程[29] T Q = ∑ i = 1 j ( P i - R i - E T i )。式中：TQ为水源涵养量（mm）;Pi、Ri、ETi分别为降雨量（mm）、地表径流量（mm）、蒸散发量（mm）;i和j分别为第i、j类生态系统类型和生态系统类型总数（个）
土壤保持 RUSLE模型[30] A = R × K × L S × 1 - C 。式中：A为土壤保持量 [t/(hm2·a)];R、K分别为降雨侵蚀力因子 [MJ·mm/(hm2·h·a)]、土壤可蚀性因子 [t·h/(MJ·mm)];L、S分别为坡长、坡度;C为植被覆盖度
生物多样性维护 InVEST模型
生境质量模块[31]		 将草地、林地、水域和未利用地定义为生境,并将耕地、城镇用地、农村居民点、其他建设用地定义为威胁源,相关参数设置参考专家知识和现有研究[31]确定
粮食供给 空间插值
分配法[32]		 通过计算单个耕地栅格NDVI占行政单元（县、市、区）内耕地NDVI之和的比例乘上该行政单元粮食总产量,得到栅格尺度上耕地的粮食产量
石漠化敏感性 石漠化敏感性
评价方程[33]		 S = D × P × C 3。式中：S为石漠化敏感性指数;D为碳酸岩出露面积百分比（%）;P为地形坡度
水土流失敏感性 水土流失方程[34] I = R × K × L S × C 4。式中：I为水土流失敏感性指数
生态退化度 核密度插值法[26] 通过识别生态用地变化栅格单元,提取相应单元中心点进行核密度插值,得到生态退化程度空间分布结果
（3）三级分区方法。三级分区属于实施层面的分区,遵循“自下而上”的方法,分区上同样应衔接上位区划、规划,旨在以解决石漠化、水土流失等生态敏感问题及缓解人类活动造成的生态退化压力为目标导向,其直接关系到生态修复的具体实施策略。石漠化敏感性参考肖荣波等[33]构建石漠化敏感性评价方程进行计算,水土流失敏感性采用通用水土流失方程[34]进行计算,生态退化度指数通过识别2000—2018年生态用地变化单元,进行核密度插值来表征[26]（表3）。对计算获取的石漠化敏感性、水土流失敏感性和生态退化度指数进行归一化处理,利用自然断点法将石漠化和水土流失敏感性划分为极敏感、敏感、中等敏感、一般敏感和不敏感五个等级,相应地将生态退化度划分为高度退化、中度退化、轻度退化、微度退化、未退化五个等级。参考王明明等[35]的相关研究,结合猫跳河流域的实际情况,将石漠化敏感性、水土流失敏感性和生态退化度的权重分别设置为0.5、0.4、0.1,运用图层叠加法将三个图层按对应权重做空间叠加处理构建分区指数。最后,基于分区指数采用自然断点法进行生态修复初步分区,进一步融合生态保护红线成果开展细小斑块融合和边界校核,最终将流域划分为不同类型的生态修复三级分区。有别于一级和二级分区对于行政单元完整性的要求,三级分区更加注重可实施性和差异性,在分区上除需注意融合细小斑块及进行边界校核外,不严格要求分区边界和乡镇界线保持一致。

2 结果分析

2.1 一级分区

猫跳河发源于安顺长山,流经平坝县、清镇市、修文县等地,聚水于中游红枫湖,汇水于乌江,沿途海拔先降后升、地貌类型复杂多样。参考表1地貌类型划分标准,猫跳河流域自西南至东北遍布山地、丘陵、坝子、湖泊、河谷等多种地貌类型,从猫跳河上中下游和宏观地貌分布格局的特征上看,流域地貌可划分为南北三大地貌带、东西两大典型地貌区。猫跳河上游为山地丘陵地貌带,中游为丘陵湖泊地貌带,下游为山地峡谷地貌带。流域东部为安顺—贵阳丘陵坝子地貌小区,区内人口集中、生产活动相对密集;西部为平坝—清镇—修文山地丘陵峡谷地貌小区,区内地形起伏较大、生态环境较为脆弱。根据流域上、中、下游三大地貌带及东、西部两大地貌区的空间分布格局,将猫跳河流域划分为西北山地河谷区、西南山地丘陵区、东部丘陵坝子区。进一步结合修正的贵州省1∶100万植被类型分布图及张继等[36]关于贵州省植被特征的相关研究成果,将研究区划分为西北山地峡谷森林灌丛区、西南山地丘陵草原区、东部丘陵坝子森林区三个生态修复一级分区。

2.2 二级分区

2.2.1 生态系统服务功能分析

生态系统调节功能方面,水源涵养功能重要和极重要区面积290.11 km2,占研究区总面积的9.31%,主要集中分布在修文县和清镇市境内,而流域南部水源涵养能力相对较弱（图2a）。究其原因,流域北部森林覆盖度高、植被茂盛,水源调节能力较强,而红枫湖作为流域内最大的天然湖泊,其本身具备良好的蓄水调节能力。流域南部植被主要以稀疏草地为主,且海拔相对较高、日常蒸发作用较强,区域水源涵养能力一般。土壤保持功能的空间分布和水源涵养具有较高的相似性,重要和极重要区面积236.20 km2,占研究区总面积的7.58%,主要位于流域北部的植被高度覆盖区,且在流域下游河谷沿岸的局部平原地带土壤保持能力更为突出（图2b）。此外,在花溪区和长顺县东侧植被密集覆盖的缓坡地带,土壤保持能力也相对较强;而流域西南部地形起伏度大、植被稀疏,土壤保持能力表现较差。
图2 猫跳河流域生态系统服务功能空间分布格局

Fig. 2 Spatial distribution pattern of ecosystem services in Maotiao River Basin

生态系统支持功能方面,生物多样性维护功能重要和极重要区面积770.61 km2,占研究区总面积的24.73%,主要分布于流域中部的观山湖区、清镇市及流域北部的修文县,且由北向南、由西北向东南,生物多样性维护功能逐渐减弱（图2c）。究其原因,流域北部森林、灌丛覆盖度高,林地和灌丛具有较高的生境适宜性,且流域北部建设用地、耕地等生境威胁源分布较少,区域生态空间受周边胁迫压力较小。流域南部、东南部植被主要以稀疏草地、林地为主,且分布有大量耕地和建设用地,区内人类活动密集,对周边生态用地造成较大威胁,导致生境质量整体相对较低。
生态系统供给功能方面,粮食供给功能重要和极重要区面积255.21 km2,占研究区总面积的8.19%,主要分布于流域西南方向的平坝县中部、西秀区东北部及清镇市西侧,而流域北部及中部粮食供给能力相对较弱（图2d）。分析其原因,平坝县中部和西秀区东北部主要以丘陵、坝子地貌为主,地形相对平缓,同时区内光照充足、日积温时间长,适合玉米、大豆、薯类等作物生长。流域中部虽同样地势平坦,但由于其靠近贵阳市主城区,区内以发展城郊经济农业为主,在主要粮食作物的生产上相对欠缺,而流域北部林地大量分布,地形起伏较大,河谷纵横,粮食供给能力有限。

2.2.2 主导生态功能识别及二级分区

借助ArcGIS 10.2平台将四种生态系统服务功能图层做等权重叠加处理,综合一级分区成果及四种生态功能的空间分布格局特征,提取出区域的主导生态功能,进而结合流域生态区划成果,在开展细小图斑融合及边界校核后,将西北山地峡谷森林灌丛区划分为土壤保持与水源涵养区、水源涵养与生物多样性维护区、生物多样性维护区、土壤保持与粮食供给区,将西南山地丘陵草原区划分为粮食供给与生物多样性维护区、粮食供给区,将东部丘陵坝子森林区划分为粮食供给区、粮食供给与生物多样性维护区、水源涵养区、水源涵养与土壤保持区等10个生态修复二级分区,二级分区结果反映了主导生态功能的地域分异规律。

2.3 三级分区

2.3.1 生态敏感性分析

石漠化敏感和极敏感区面积114.67 km2,占研究区总面积的3.68%,主要分布在流域西南部的西秀区和平坝县西北侧及清镇市西部地区,而流域北部石漠化敏感性程度较低（图3a）。究其原因,在西秀区和平坝县西北部区域,自西向东海拔先降后升,地貌从山地逐渐过渡到丘陵,区内地形起伏度较大,稀疏草地覆盖下的地表碳酸盐出露面积较大,多种因素共同作用导致高度石漠化敏感性。清镇市以西地区,地势由中部向北、向南形成较大坡度,且植被覆盖度低,使得区内的石漠化敏感性相对高于邻近区域。流域北部植被覆盖度高、林地广泛分布,区域土壤保持、水源涵养等能力都较强,石漠化敏感性程度低。
图3 猫跳河流域生态敏感性空间分布格局

Fig. 3 Spatial distribution pattern of ecological sensitivity in Maotiao River Basin

水土流失敏感和极敏感区面积95.66 km2,占研究区总面积的3.07%,主要分布于西秀区和平坝县西北部地区（图3b）,空间分布上和石漠化敏感和极敏感区具有较高的相似性,主要是因为水土流失是石漠化的重要成因,石漠化是水土流失末期地表形态的主要表现[25]。西秀区和平坝县西北部地区水土流失敏感性较高的原因在于,该区域内地形起伏度较大、植被覆盖度低,季节性降雨集中,且地表土壤稀薄;而流域北部因为密集的植被覆盖,水土流失敏感性程度相对较低。

2.3.2 土地利用变化及生态退化度分析

参考杨清可等[37]的相关研究,本文将林地、草地、水域和未利用地（裸地）定义为生态用地,将耕地和建设用地分别定义为生产用地和生活用地,通过构建猫跳河流域2000—2018年生态用地变化图谱（图4a）,识别生态用地变化的图谱单元。结果显示,2000—2018年猫跳河流域共有87.63 km2生态用地转变为耕地,变化图谱单元在整个流域范围内均有分布,且主要集中在观山湖区、西秀区、平坝县和清镇市等地。耕地转入来源方面,观山湖区和清镇市的耕地主要是由林地转变而来,而西秀区和平坝县的耕地主要是由草地转变而来,这与区域主要植被覆盖类型密切相关。2000—2018年流域内共有37.55 km2生态用地转变为建设用地,且主要发生在各县（市、区）核心建成区周边。建设用地转入来源方面,流域南部和北部均以林地和草地转变为建设用地为主。
图4 猫跳河流域生态退化度及生态修复分区指数空间分布格局

Fig. 4 The ecological degradation degree and zoning index of ecological restoration in Maotiao River Basin

将猫跳河流域2000—2018年生态用地变化图谱单元进行中心点提取,对提取的中心点进行核密度插值,进一步对插值结果做归一化处理及自然断点法下的分级等操作,得到生态退化度空间分布图。根据图4b的结果,生态高度退化区域主要分布在观山湖区、白云区、清镇市及平坝县的建成区,中度和轻度退化区域依次分布在高度退化区的外围,微度退化和未退化区域主要集中分布在猫跳河流域的北部及中部地区。生态退化度空间分布上的差异性说明北部森林集中分布的修文县和中部红枫湖覆盖的清镇市东南侧及平坝县东侧是人类活动干扰相对较小的区域,而城市建成区周边是生态用地退化风险较高的区域。究其原因,城市周边是人类活动相对密集的地方,人类高强度的开发建设活动是生态用地退化的直接原因;相反,集中连片的生态用地由于其生态价值、生态重要性较高,往往是人们在生态保护中的重点关注区域,该结果符合城镇扩张和生态环境保护的一般规律[17,24]。

2.3.3 分区指数构建及三级分区

将石漠化敏感性、水土流失敏感性和生态退化度指数图层按对应权重做空间叠加处理构建分区指数,并生成分区指数的空间分布图（图4c）。根据图示结果,分区指数在猫跳河流域内的分布具有明显的空间分异性,其高值区主要分布在平坝县和西秀区西北部及流域北部的东西两侧,低值区则主要位于流域中北部和东南部地区。结合生态敏感性和生态退化度的空间分布格局可以发现,生态极敏感区和生态高度退化区在观山湖区南侧与清镇市的交界处及平坝县、西秀区、清镇市中部等地具有高度重合的特征,这些地方形成了流域内分区指数的高值中心,表明这些区域受到强人类干扰和强自然退化压力的双重影响。此外,在西秀区和平坝县建成区的西北部,石漠化和水土流失的共同作用也导致了该区域具有较高的分区指数值。而流域中北部和东南部地区由于植被覆盖度高以及远离人类活动中心,使得该区域分区指数值整体较低。
根据生态修复分区指数结果,结合猫跳河流域实际情况,参考国内外生态分区相关方法[8,17,38],在保证分区差异性和连续性的原则下,采用自然断点法将研究区划分为五级分区（对应间断点分区指数值依次为0.10、0.23、0.39、0.52）,初步确定生态修复三级分区边界,进一步结合流域生态保护红线成果开展细小斑块融合及边界校核处理,明确综合生态扰动高低值区、生态功能极重要区及难以开展修复的生态极敏感区,最终将猫跳河流域划分为30个生态修复三级分区（图5）,其中优先修复区、重点修复区、预防修复区、一般保护区、重点保护区分别为5个、5个、5个、7个、8个。具体地,优先修复区为人为干扰强度和生态敏感性最高的区域,面积约为495.93 km2,占研究区总面积的15.92%;重点修复区为人为干扰强度和生态敏感性次高的区域,片区在空间上连续分布,面积相对较大,约为757.81 km2,占研究区总面积的24.32%;预防修复区为人为干扰强度和生态敏感性中等的区域,片区呈分散分布状态,面积相对较小,约为240.45 km2,占研究区总面积的7.72%;一般保护区为人为干扰强度和生态敏感性较低的区域,面积约为1042.51 km2,占研究区总面积的33.46%;重点保护区包含两类区域,一类为几乎不存在明显人为干扰和生态敏感问题的生态扰动低值区,另一类为生态保护红线涉及的重点生态功能区和生态环境敏感脆弱区,区域总面积约为579.40 km2,占研究区总面积的18.59%。
图5 猫跳河流域生态修复分区结果

Fig. 5 Results of ecological restoration zoning in Maotiao River Basin

2.4 分区修复策略

国土空间生态修复分区提供了生态修复重点区域与工程项目布局的空间指引,研究制定的自然立地条件、主导生态功能和核心生态问题三级分区准则依次明确了生态修复的环境背景、目标导向和治理对象。因此,对于猫跳河流域生态修复策略的制定,应在生态修复一级分区自然环境等要素组合的引导下,考虑生态系统服务功能之间的权衡与协同关系[23,39],明确生态修复二级分区的修复目标（表4）;进一步遵从区域自然环境背景,依据生态修复二级分区的目标定位,考虑生态修复三级分区关键胁迫问题的严重程度及其主要成因,结合《贵州省土地整治规划（2016—2020年）》《贵州省“十三五”山地特色新型城镇化规划》等相关规划成果,分区制定具体的生态修复措施。
表4 猫跳河流域国土空间生态修复目标

Table 4 Objectives of ecological restoration of territorial space in Maotiao River Basin

一级分区自然环境特征 二级分区 生态修复目标
地形起伏较大,河谷纵横分布,植被覆盖度高,物种丰富,自然本底条件好,生态恢复潜力佳 西北山地峡谷森林灌丛土壤保持与水源涵养区 提升保水固土能力
西北山地峡谷森林灌丛水源涵养与生物多样性维护区 提升水源涵养和生物多样性维护能力
西北山地峡谷森林灌丛生物多样性维护区 提升生物多样性维护能力
西北山地峡谷森林灌丛土壤保持与粮食供给区 提升土壤保持能力,稳定粮食供给
功能
海拔相对较高,山地岩溶面积广,丘陵草地面积大,农业相对发达,抗干扰能力差 西南山地丘陵草原粮食供给与生物多样性维护区 提升粮食供给能力,稳定生物多样性维护能力
西南山地丘陵草原粮食供给区 提升粮食供给能力
地势相对低平,土壤肥沃,水系发育,南部耕地连片,中部湖泊水网密集,北部人口集中,生态基础好且敏感性高 东部丘陵坝子森林粮食供给与生物多样性维护区 稳定粮食供给和生物多样性维护能力
东部丘陵坝子森林水源涵养区 提升水源涵养能力
东部丘陵坝子森林粮食供给区 提升粮食供给能力
东部丘陵坝子森林水源涵养与土壤保持区 提升保水固土能力
（1）西北山地峡谷森林灌丛区。区域内地形起伏度大,植被高度覆盖,物种丰富,自然环境条件较好,生态修复目标定位为稳定粮食供给功能,提高保水固土和生物多样性维护能力。区内优先和重点修复区应严格控制耕地面积扩张,实施退耕还林还草,加大废弃矿山复绿和生态用地恢复重建力度;预防修复区和一般保护区应加强植被保护修复,实施疏林地抚育,推进良种林木培育使用,推动天然林和水源涵养林建设;重点保护区应推进灌丛、草地等保水固土植被整体保护,建设生态廊道,增设踏脚石斑块,提高生态系统连通性,保护动植物生境,完善天然林保护工程与公益林生态效益补偿等森林管护制度,严格执行森林采伐限额和建设项目征占用林地限额制度。
（2）西南山地丘陵草原区。区域内海拔较高,岩溶广泛分布,草地集中,林地稀疏,农业基础好,自然环境条件欠佳,生态修复目标定位为提升粮食供给功能,稳定生物多样性维护能力。区内优先和重点修复区应推进土地综合整治,提升耕地质量,实施种草养畜、宜林荒山荒地造林、小型水利水保等项目建设,加强山体边坡防护,修复天然林;一般保护区应控制耕地面积扩张,实施陡坡耕地退耕还林还草,发展高效生态农业。
（3）东部丘陵坝子森林区。区域内地势低平,水好土肥,耕地、湖泊、城镇由西南向东北集中成片分布,自然环境条件好且生态敏感性较高,生态修复目标定位为提升水源涵养和土壤保持功能,稳定生物多样性维护能力,稳定及提升粮食供给能力。区内优先和重点修复区应实施土地综合整治,落实耕地和林地占优补优、占补平衡,加大人工造林力度,推进城镇低效用地再开发,充分挖掘城市建设用地内部潜力,推动城市绿化、园林化;预防修复区和一般保护区应严格保护耕地,加强人工造林植草,发展特色经林果生态农业,加强湖泊生态护岸建设,推进城市绿化进程,打造城郊生态公园;重点保护区应完善水源保护机制,加大生态绿化护岸、湖周湿地的保护力度,严格耕地数量和质量管理,加大中低产田改造和高标准农田建设力度,加强天然林草场保护和建设。

3 结论与讨论

3.1 结论

本文以典型喀斯特地区贵州猫跳河流域为例,综合生态修复分区相关理论和实践研究成果,构建了生态修复分区基础框架,选取了生态修复分区指标,制定了生态修复分区具体实施方法,完成了猫跳河流域生态修复分区方案,并提出了相应的生态修复策略。主要结论如下：
（1）分区方法。构建“自然立地条件—主导生态功能—生态胁迫问题”生态修复分区框架。选取海拔、坡度、地形起伏度、植被类型等自然立地条件指标分析猫跳河流域地域分异规律,进而划定生态修复一级分区。评价水源涵养、土壤保持、生物多样性维护、粮食供给等主要生态系统服务功能,综合识别区域主导生态功能,据此划定生态修复二级分区。整合石漠化敏感性、水土流失敏感性及生态退化度等关键生态胁迫问题指标构建生态修复分区指数识别生态修复重点区域,进而划定生态修复三级分区。
（2）分区结果。依据自然地域分异规律、主导生态功能空间分异格局、关键生态问题综合胁迫强度等特征,将猫跳河流域划分为3个生态修复一级分区、10个生态修复二级分区及30个生态修复三级分区,其中三级分区按生态胁迫问题的严重程度依次分为优先修复区、重点修复区、预防修复区、一般保护区和重点保护区等5种类型区。
（3）分区修复策略。基于猫跳河流域生态修复一级分区的自然环境特征,系统总结了生态修复二级分区下的生态修复目标,进而结合生态修复三级分区关键胁迫问题的严重程度及其主要成因和贵州省相关规划成果,制定了生态修复三级分区下的生态修复对策。

3.2 讨论

本文构建的“自然立地条件—主导生态功能—生态胁迫问题”生态修复三级分区体系,一方面解决了分区结果层级单一的问题,另一方面克服了分区过程中对生态敏感特征及人为扰动考虑不足的问题,实现了分区指导性和针对性的有效结合。制定的猫跳河流域国土空间生态修复分区方案及对应的分区修复策略,对指导区域生态保护修复工作具有重要参考价值,但也存在一定不足。如在生态胁迫问题的选择上,限于数据的可得性,仅考虑了石漠化、水土流失、人类扰动等一般性生态问题,而忽视了林草地质量退化、水体污染等一系列复合型生态问题;此外,在生态修复分区边界的确定上,也未能获取国土调查权威数据进行边界精校核。国土空间生态修复是一项系统性工程,生态修复分区划定需融合多学科的理论、方法及经验。因此,全面甄选生态环境问题、科学勘定生态修复分区边界将是值得进一步重点研究的主题。

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