广西壮族自治区（简称广西）地处中国地势第二阶梯的云贵高原东南缘, 地形复杂多样, 地势大致呈西北向东南倾斜, 四周为山地和高原环绕, 山岭连绵、岭谷相间、交错纵横, 中部和南部多为丘陵土坡和盆地, 是典型的山岭丘陵盆地地貌^{[19, 20]}。广西属于亚热带季风气候区, 气候温暖、雨水丰沛, 夏季日照充足、高温多雨、雨热同期, 冬季温凉少雨, 年平均气温21.1 ℃, 年平均降水量1600 mm左右。同时, 植物种类繁多, 森林覆盖率高。总体上看, 广西拥有峰林、山地、丘陵、洼地、盆地、平原、河谷、石山、水库湖泊等多种地貌景观, 山多地少、喀斯特山区面积广泛, 石漠化问题突出^{[19, 20]}。

1.2.1 国土生态修复与生态系统服务

国土生态修复是在区域或国家宏观尺度上, 通过国土要素及其空间结构的调整与优化、生态功能修复与提升或者生态系统自我调节与恢复, 实现生态系统及其服务的良性健康发展与区域景观生态安全^{[5, 11]}。国土生态修复和生态系统服务两者密切相关、相互影响^{[12, 13]}（图1）。国土生态修复活动通过保护、改良、引导、优化、重塑等方式开展国土空间的生态保育、培育、恢复、治理或重建, 不仅改变了生态系统的要素（如植被、土壤、水分、小气候等）、结构及土地利用组合方式与空间格局, 而且影响着区域生态系统服务损益及其价值供给的可持续性^{[13, 14]}。生态系统服务损益与供需平衡变化必然会引起不同利益相关者在土地管理上进行权衡评估、调整与管控^[21], 即人们在获得各项生态系统服务过程中, 根据社会需求、土地整治修复目标和当前生态系统服务供需状况, 对生态系统服务进行权衡和优化, 进而潜移默化地影响着国土生态修复的方向、目标、规划设计和分区布局^{[9, 10, 14]}。可见, 当前生态系统服务空间分异特征、供需匹配及其分区, 是构建区域国土生态修复模式与途径的基础^{[8, 9, 10, 11, 14]}, 也是土地资源可持续利用的前提条件。

图1

Fig. 1

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	图1 国土生态修复与生态系统服务关联框架Fig. 1 Relationship between land ecological consolidation and ecosystem services

在当前山水林田湖草生命共同体的生态文明建设理念下^[11], 从生态系统服务角度开展国土生态修复空间分区的方法路径（图2）, 国土生态修复过程应在系统工程学、景观生态学、恢复生态学和人地关系理论指导下, 分析和清晰生态系统服务空间分异特征、供需匹配及其分区^{[11, 22, 23]}, 明确国土空间生态修复与生态系统服务之间相互作用机制, 进而提出基于生态系统服务的国土生态修复模式及实施策略与措施, 构建国土空间生态安全, 实现生态系统服务提升和区域可持续发展^{[5, 11]}。首先, 要了解区域环境本底信息, 定量分析和评价生态系统服务供给和需求状况, 明晰其空间格局与分异特征^[9]。然后, 以空间化的视角分析和识别生态系统服务供需匹配与空间关联特征, 并分析和探讨其影响因子与作用机制。最后, 结合研究区地形、气候、植被、土壤等地理特征差异, 根据国土生态修复的时空维度与修复目标、内容和手段, 分析和确定国土生态修复主导方向、分区过程及管控措施^{[17, 24]}。其中, 生态系统服务供给是指在一定的时间和区域范围内生态系统为人类和社会发展提供的相关产品和服务的能力^{[24, 25, 26]}, 是国土生态修复及其分区的目标, 也是保障区域社会发展的生态基础。生态系统服务需求是指人类社会耗费使用或者希望获得各种服务^{[26, 27]}, 是社会发展和土地整治的潜在动力和方向。但在国土生态修复过程中, 人们对生态系统服务的需求往往未能得到有效计算^[28], 且生态系统服务供需在区域空间上存在明显差异性和错位^{[27, 28]}。

图2

Fig. 2

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	图2 基于生态系统服务的国土生态修复研究路径Fig. 2 Research path of land ecological consolidation

1.2.2 生态系统服务供需测算

生态系统服务供给测算主要是结合Costanza的生态系统服务价值理论和谢高地等^{[29, 30, 31]}提出的中国陆地生态系统服务价值当量因子表及标准生态系统生态服务经济价值计算方法^{[30, 31, 32]}, 并利用广西生物量与全国生物量的比值修订生态系统服务当量因子系数表来消除采用全国参数表征区域特征的误差^{[30, 31, 32]}。即在利用2015年广西壮族自治区单位面积粮食产量和全国单位面积粮食产量的比值来修订单位面积农田生态系统服务当量经济价值（约为3148.5元/hm²）基础上, 结合各种土地利用类型面积及其服务价值, 计算广西壮族自治区不同县域生态系统服务总价值 [式（1）]^{[29, 30, 31]}。

综合考虑影响生态系统服务变化的驱动因子及各数据的可获得性^{[26, 27]}, 分别选取人口密度、土地利用综合程度和地均GDP三个指标^[26]来反映生态系统服务需求的数量（广度）、消耗强度和潜在深度, 借助统计学中取自然对数的方法综合表征区域生态系统服务总需求 [式（2）]^{[26, 27]}。

ESV=∑Ak×VCk（1）

X=lg(X₁)+lg(X₂)+lg(X₃) （2）

式中：ESV为生态系统服务价值（元）; A_k为第k种生态系统类型的面积（hm²）; VC_k为第k种生态系统类型的单位面积生态系统服务价值（元/hm²）; X代表评价单元生态系统服务需求; X₁、X₂、X₃分别代表评价单元的土地利用综合程度、人口密度、地均GDP。

1.2.3 生态系统服务供需匹配分析

在计算获得生态系统服务供给量和需求量后利用方差进行z-score标准化^{[10, 26, 27]}, 并将标准化后的结果通过划分象限进行供需匹配分析, 以x轴表示生态系统服务标准化的供给量、y轴表示标准化的需求量）^{[10, 27]}, 划分出四种供需匹配状态象限：高供给— 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）^{[10, 26, 27]}。然后, 利用双变量局部空间自相关模型（LISA）和生态系统服务供需协调度（K）^{[33, 34]}分析和探讨区域生态系统服务供需空间聚集程度、匹配特征及协调关联性^{[17, 33]}。在此基础上, 结合广西地理环境条件和生态功能区划, 利用GIS空间分析技术讨论和划分广西土地生态修复空间分区^[35]。

LISAi=(xi-x̅)∑(xi-x̅)2n∑wij(xj-x̅)（3）

K=C×αS供+βD需（4）

C=S供×D供∏(S供+D供)/2（5）

式中：LISA_i为双变量局部空间自相关指数; w_ij为空间权重矩阵; i表示第i个单元县; j表示毗邻的第j个单元县; x_i和x_j是变量x在相邻配对空间单元（或栅格细胞）的取值（属性）; x̅为属性值的平均值; n为广西壮族自治区各县市单元的总数; D是协调度指数; C是耦合度; S_供和D_需分布代表生态系统服务供给和需求; α 和β 为系数。

土地利用数据主要通过Landsat OLI 8遥感影像解译获取, 影像来源于国家地球系统科学数据共享平台。在参考全国土地利用数据分类标准基础上, 利用ENVI 5.3软件解译和提取广西壮族自治区耕地（水田、旱地等）、林地（含有林地、疏林地、灌木丛等）、草地（包括天然草地草甸和人工草地等）、水域（包括湖泊、水库、河流、坑塘、滩涂等）、建设用地（主要是城镇、农村居民点、交通用地和工矿用地等）和未利用地（主要是裸岩、裸地、沙地等）等6种土地利用类型^[36]。同时, 采用随机抽样统计验证法, 结合野外实地调查、土地变更数据库、Google高清晰地图进行精度检验, 影像解译整体精度约为82%, 满足精度要求^{[27, 35]}。统计资料数据主要来自《广西壮族自治区统计年鉴》《广西农村统计年鉴》《中国统计年鉴》以及各个地级市的统计年鉴等。

广西生态系统服务以调节服务为主, 支持服务次之。2015年广西生态系统调节服务价值量约90.84亿元（占68.48%）, 其中水文调节服务最大, 气候调节服务次之。支持服务价值量约28.86亿元（占21.76%）, 主要是土壤保持服务和维护生物多样性服务。在空间上, 生态系统调节服务和支持服务分布格局相似, 主要集中在四个片区：广西东部的梧州和贺州市的各县区, 南部的上思县、防城区、横县、钦州和博白县, 广西西部的田林县、隆林县、右江区、天峨县、环江县、大化县等, 北部的龙胜县、融安县、融水县、灵川县、全州县等。供给服务（主要是食物供给和原材料供给服务）和文化服务（景观美学服务）相对较少, 两者的价值量分别占5.40%和4.36%。空间分布上, 广西生态系统供给服务主要分布在农业种植大县或果园、茶园、人工林木面积规模较大的县市, 如广西中南部的灵山县、宾阳县、武宣县、兴宾区、合浦县和贵港市、钦州市、桂林市、贺州市等县市。生态系统文化服务则主要集中在桂林市、贺州市、玉林市、河池市和百色市等旅游资源丰富或乡村旅游较发达的区域。总体上, 2015年广西生态系统服务供给量存在明显的空间格局差异, 生态系统服务价值供给量较高的区域主要是森林覆盖较高县区, 其生态系统服务价值都超过61882元/hm²（如昭平县）, 大致分布在四个区域：一是广西北部桂林市和三江县、融安县、融水县等, 二是广西西部的隆林县、田林县、天峨县、乐业县、右江区、大化县、巴马县等地区, 三是昭平县、八步区、苍梧县、金秀县、蒙山县、藤县、岑溪市、容县等广西东部地区, 四是上思县、防城区、宁明县、横县、博白县、浦北县等南部地区（图3）。生态系统服务供给低值区主要分布在城区（如柳州市区、北海市区）和桂中南平原缓丘地区（图3）, 不足47367元/hm², 最低是北海市区仅为28309元/hm², 总量最少的是合山市（26.3亿元）。

图3

Fig. 3

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	图3 广西各县生态系统服务供给价值量Fig. 3 Ecosystem services supply at county level in Guangxi

由图4可知, 广西人口密度和地均GDP空间分布差异明显, 东南部的县区较高, 西北山区相对较低。其中, 柳州市区人口密度和地均GDP最高, 分别为2450人/km²和16604万元/km²; 百色和河池两市人口密度较低（平均仅为102人/km²）, 且百色市西林县地均GDP最低值（79万元/km²）。其次, 广西土地开发利用程度中等, 平均土地利用综合程度指数约为229, 土地开发利用程度较高的地区主要集中在广西中部、南部地区, 以北海市区最高, 其土地利用综合程度指数约为306, 建设用地开发利用率（所占比例）也超过21%。整体上, 根据各县域人口密度、地均GDP和土地利用综合程度情况计算获得生态系统服务总需求, 发现生态系服务需求高值区主要集中在工农业相对发达的广西中部和东南部地区, 尤其是各城市区, 例如柳州市区、桂林市区、北海市区、玉林市区和南宁市区等。而广西西北部山区各县市的生态系统服务需求相对较低, 均低于16（图4）。

图4

Fig. 4

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	图4 广西各县生态系统服务需求分布Fig. 4 Spatial distribution of ecosystem service demand at county level

基于象限分布的生态系统服务供需空间匹配格局如图5所示, 广西生态系统服务供需匹配关系存在一定的区域差异性, 大致可分为四种匹配类型：高供给— 高需求的空间匹配型（高高型Ⅰ , 15个县市）、低供给— 高需求的空间错位型（低高型Ⅱ , 28个县市）、低供给— 低需求的空间匹配型（低低型Ⅲ , 22个县市）、高供给— 低需求的空间错位型（高低型Ⅳ , 29个县市）（图5）。从生态系统服务供给和需求空间关联性上看, 皮尔逊相关系数分析广西生态系统服务供需相关性显示, 生态系统供需服务总体呈现负相关。同时, 在进行生态系统服务供需双变量局部空间自相关分析时, 其Moran's I指数值为-0.247, 并在95%的置信度下大多数县市单元表现为非显著性（69个县市）, 即大多数县区生态系统服务供需无明显的聚合现象（图6）。其中表现为高高聚集型的是贵港市区、横县、钦州市和武鸣县等4个县市, 低低聚集型的是凌云县、巴马县、凤山县等3个县, 高低聚集型的是融水、乐业、田林、天峨、宜州、隆林等6个县市, 低高聚集型的是南市区、宾阳县、玉州区、兴业县、陆川县、北流市、容县等7个县市, 表明生态系统服务供给高的区域, 其需求量往往较小, 各县市生态系统服务供需匹配空间自相关以高— 低或低— 高的空间聚集为主（图6）。

图5

Fig. 5

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	图5 广西生态系统服务供给与需求分区及其空间分布Fig. 5 Zones and spatial pattern of ecological services supply and demands at the county level in Guangxi

图6

Fig. 6

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	图6 广西生态系统服务供需双变量局部空间自相关Fig. 6 Local spatial agglomeration of ecosystem service supply of Guangxi

按自然断点法将生态系统服务供需协调度划分为三大类7小类, 即重度失调（0~0.045）、中度失调（0.045~0.383）、轻度失调（0.383~0.486）、基本平衡（0.486~0.539）、初级协调（0.539~0.592）、中级协调（0.592~0.663）、高度协调（0.663~0.775）。2015年广西生态系统服务供需协调度平均值为0.531（基本平衡）, 表明广西生态系统服务实际供给与人类需求关系基本良好, 生态系统服务可持续。在空间分布上, 生态系统服务供需协调度整体呈现桂西北地区较低、东南地区较高（图7）。其中, 生态系统服务供需协调度较好的区域（> 0.539）, 面积约占57.21%, 集中分布在桂林— 柳州— 南宁— 凭祥一线的广西中东部地区, 且以郁江盆地、贺州盆地、来宾平原等工农业较好的盆地缓丘区最高, 反映出区域生态系统服务供需关系之间处于良性过程、可持续能力较好。生态系统服务供需协调度基本平衡的区域（0.486~0.539）, 面积占19.43%, 主要是上林县、隆安县、右江区、马山县、武宣县、象州县、罗城县、阳朔县等20个县市。生态系统服务供需协调度较低的区域（< 0.486）, 面积约占23.36%, 主要分布在人口密集、社会经济发展好的城市区（需求量远远高于供给量）或者地广人稀的山林区和生态功能区（需求量远低于供给量）, 如桂林市区、柳州市区、北海市区、合山市、南宁市区等城市和田林县、金秀县等县域。

图7

Fig. 7

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	图7 广西生态系统服务供需协调度空间分布Fig. 7 Spatial distribution of ecosystem service supply and demands coordination degree of Guangxi

根据广西生态系统服务供给和需求的空间分布特征和匹配类型、供需协调程度状况, 结合广西地理环境与气候差异性、社会经济发展和《广西壮族自治区生态功能区划》, 按照区域发展相关理论、主导型和综合性原则, 以县级行政区划为基本单位, 从土地整治与生态修复管控的角度将广西划分为4个大区10个国土生态修复分区：高高型Ⅰ 1和Ⅰ 2, 低高型Ⅱ 1和Ⅱ 2, 低低型Ⅲ 1、Ⅲ 2和Ⅲ 3, 高低型Ⅳ 1、Ⅳ 2和Ⅳ 3, 同时针对不同分区提出差异化管控措施（图8）。

图8

Fig. 8

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	图8 基于生态系统服务供需的广西国土生态修复分区Fig. 8 Land ecological remediation zoning based on ecosystem service supply and demands

（1）桂中— 桂东盆地平原区（Ⅰ 1）和沿海台地丘陵区（Ⅰ 2）：这两个区域生态系统服务都是“ 高供给— 高需求” 的空间匹配格局, 其供需协调度均表现为高度协调和中度协调。区内地理条件较好, 水、土、光、热等自然条件优越, 生态本底较好、森林覆盖率高、河流水库面积大; 同时人口密度较大、农业生产活动频繁、农林产业发达、社会经济发展水平和城镇化建设较高或中等, 是生态系统服务高供给区（尤其是供给服务和调节服务）, 也是生态系统服务高需求区（平均生态系统服务需求量为17.71）。因此, 该区域主要是保护和维护好当前生态系统及其服务供需状况。一方面应积极发挥良好的经济与生态优势, 重视基本农地保护和高标准农田建设, 加强农业生产功能和农地产出效益, 如建设以蔗糖、亚热带林果和用材林为主的桂南丘陵农林生态功能区, 以水稻— 蔗糖— 蔬菜— 特色水果为核心的郁江— 浔江平原农业生态功能区等。另一方面, 不断完善水利、路网等基础设施, 重视水库建设与流域管理; 加快土地平整与综合整治, 优化土地利用结构、增加农林用地面积, 同时保护生境和改善生态环境。

（2）桂中— 桂南工农业发达区（Ⅱ 1）：区域内生态系统服务呈现“ 低供给— 高需求” 空间格局, 主要分布在地势平坦、水土条件好、工农业发达、人口稠密的县区, 是广西重点开发区域。区内自然资源相对较少, 生态系统服务供给能力难以满足自身需求, 生态系统服务供需关系紧张。该区国土生态修复过程要侧重生态系统服务改良, 提高低值地类的利用效益。一方面合理统筹城乡建设用地, 开展农村重构和土地整理^[37]。另一方面, 切实保护和维护好基本农田, 改善低效耕地, 发展现代化农业与乡村旅游。

（3）城市辖区（Ⅱ 2）：区域内生态系统服务呈现“ 低供给— 高需求” 空间格局, 主要分布在南宁市区、北海市区、桂林市区、柳州市区、梧州市区、凭祥市、合山市、东兴市等市区。区域内人口多、人类活动频繁、土地利用程度和城镇化水平较高, 生态系统服务供给远远满足不了人们的需求, 供需协调度呈现失调状况, 人地矛盾突出。因此, 该区应以生态改良为主, 重视生态修复及生态系统服务功能提升, 应坚持节约用地和集约发展, 在城区不断完善城市绿色基础设施、廊道景观, 增加公园与休闲绿地面积, 提高植被覆盖率^[17], 扩大生态用地空间（如休闲绿地、公园）, 综合权衡生态文明建设与经济发展。

（4）桂西南喀斯特山地丘陵区（Ⅲ 1）：主要分布在崇左和百色两市内, 区域内水、土、光、热等自然条件优越, 拥有弄岗国家级自然保护区和老虎跳、西大明山、下雷、恩城、龙虎山、古龙山等多个自然保护区^[37], 但农业垦殖、开矿、林木开发等人类生产生活活动频繁。生态系统服务在空间呈现低供给— 低需求格局, 其供需协调度以轻度协调和基本平衡为主。因此, 生态修复过程应以改良或重构生态系统服务为主, 提升生态系统服务供给, 促使区域发展成为南亚热带农林畜牧产业重要区。因此, 该区发展措施, 一方面严格实施封山育林和退耕还林, 推广畜牧圈养方式, 加快水土保持林和水源涵养林等生态公益林的建设与恢复, 加强石漠化综合治理与干旱等自然灾害的防控^[37]。另一方面, 加强自然保护区建设和管护, 构建生态廊道、保障生境连通性, 保护自然生态系统与重要物种栖息地^[37], 防治外来物种入侵与河道藻化。

（5）桂东北岩溶孤峰谷地区（Ⅲ 2）：分布在广西东北部喀斯特谷地残丘的土岭石山带, 包括有恭城县、灌阳县、富川县、钟山县（图7）。区内自然资源有限, 农业生产活动较强, 经济果木林较多, 产业结构优化和城镇化水平相对不高, 经济发展较缓慢, 属于生态系统服务低供给— 低需求类型, 其供需协调度处于轻度协调和基本平衡水平。今后, 该区应侧重于生态改良或重构, 一是应加强自然植被恢复, 提高森林覆盖率, 保护生态系统的完整性。二是开展坡耕地水土流失治理、滑坡泥石流灾害防治、封山育林和土地整治工程^[37]。三是努力调整该地区的产业结构与生产布局, 着重发展康养产业、生态旅游、壮族和瑶族民族保健与医药文化产业, 因地制宜适度开发后备耕地资源, 发展绿色食品^[37]。

（6）桂西北滇黔桂石漠化生态重建区（Ⅲ 3）：分布在巴马县、凤山县、东兰县、金城江区西南部、大化县、都安县西北部和西南部、马山县东北部和西部、上林县西北部等区域（图5）, 是广西喀斯特石漠化核心区和连片集中贫困山区, 石漠化面积大, 贫困深度高, 属于生态系统服务低供给— 低需求类型, 其供需协调度以失调为主, 区域生态系统服务供给能力满足不了地方需求。因此, 在国土生态修复中, 应侧重于加强基质生态修复与生态重建。一是全面实施石漠化综合治理^[37], 通过封山育林、天保林工程、退耕还林还草工程、坡改梯等工程治理、农村厨灶革命和能源建设、生态移民以及改变耕作方式和畜牧圈养方式等措施, 恢复乔木灌草等自然植被, 促进生态功能的修复。二是实施乡村土地整治工程、易地生态移民搬迁工程等, 促进区域内村屯结构重构、脱贫致富与地方经济发展。三是加强生态保护的宣传和教育。利用科普基地、高校、研究院所和多媒体等采用多种手段和方式积极普及生态环境保护教育, 宣传广西青山绿水金不换的理念, 调动当地群众参与环境保护与监督管理。

（7）桂东和桂西南的中低土山林区（Ⅳ 1）。生态系统服务整体呈现“ 高供给— 低需求” 的空间匹配格局, 主要分布在宁明县和上思、昭平县、蒙山县、苍梧县、金秀县等, 是十万大山、桂江中上游山地重要林区和大瑶山自然保护区。由于区域内林区和保护区较多, 生态系统服务供给量较高, 但部分县区人类活动频繁, 生态系统服务需求量大。未来区内发展措施应以保育生态系统服务为主。一是加强保护天然林和水源涵养林、继续恢复自然植被和封山育林、退耕还林还草等, 努力降低开矿、林木采伐等人类活动对自然生态系统的各种破坏和干扰。二是在农村广泛开展农村生态能源建设、严禁陡坡垦荒和过度放牧, 并防范和控制人工桉树林面积的扩大。三是合理开发旅游资源和动植物资源, 积极发展生态旅游和经济林果绿色食品产业。

（8）桂西北— 桂北喀斯特峰丛洼地区（Ⅳ 2）：生态系统服务呈现“ 高供给— 低需求” 的匹配状态, 各县域生态系统服务供需协调多为中度或轻度失调, 少数为基本平衡。该区域生态环境本底较好, 植被覆盖率高, 是广西重要的水源涵养地和生物多样性重要保护区, 也是西江流域上中游地区重要的生态屏障^[37]。同时区内人口密度和城镇化率较低, 生态系统服务需求量少。因此, 该区域应以保育和维护生态系统服务功能为主, 加强水源涵养林的保护和恢复、森林自然保护区建设和管理, 构建生物廊道加强生境连通性^[37], 提高森林质量, 防止区域大规模开发和石漠化。

（9）喀斯特河谷平原与谷地区（Ⅳ 3）：生态系统服务整体呈现“ 高供给— 低需求” 的空间匹配格局, 各县域生态系统服务供需耦合趋向于中度和轻度协调。该区域主要分布在广西西南部的右江河谷和湘桂走廊的桂北喀斯特谷地— 缓丘— 河谷平原区, 是广西农林产品重要供给区和水土保持重点区。该区域国土生态修复过程应以生态系统服务培育为主, 综合保护生态系统服务高值地类, 提升投入产出效益, 同时又注意生态环境保护^[17]。一方面, 合理开发和综合利用区域旅游资源、动植物资源、水力资源, 重点发展生态旅游、乡村旅游、亚热带特色林果食品、有机食品加工等生态产业^[37]。另一方面, 开展废弃矿山、采石场等工矿用地治理与管理, 以及水土流失和石漠化的防治工程等。