基于生态系统服务的生态保护修复研究——以秦巴生物多样性生态功能区为例

吴靖瑶，李晨曦

（1.陕西省地质调查院，陕西·西安 710054；
2.陕西省矿产地质调查中心，陕西·西安 710068；
3.西部绿色建筑国家重点实验室/西安建筑科技大学，陕西·西安 710055；
4.西安建筑科技大学公共管理学院，陕西·西安 710055）

近年来，全球和区域社会经济发展迅速[1]。自然资源的非合理利用和开发严重威胁区域生态安全，导致生态用地短缺，生态功能下降。生态问题应该通过生态保护修复加以解决。生态保护修复已成为缓解生态保护与经济发展矛盾的重要桥梁，也是维护生态安全和改善人类福祉的重要保障[2]。越来越多的学者对生态保护修复进行了研究，主要包括国土空间生态修复[3-5]、山水林田湖草生态保护修复试点工程[6-7]等。而且，确定生态保护修复的重点区域成为上述研究的重要内容。

长期以来，我国高度重视生态保护工作，随着全国生态修复工程的实施，对生态修复实施理论与实践的影响和思考鲜有研究。联合国发布的千年生态系统评估是第一个对全球生态系统的多层次综合评估，并提出了生态系统评估的框架体系、指标系统和方法，为生态评估提供了方法和思路[8-9]。

秦巴生物多样性生态功能区是《全国主体功能区规划》25 个国家重点生态功能区之一，同时也是《全国生态功能区划（修编版）》63 个重要生态功能区中的秦岭—大巴山生物多样性保护与水源涵养重要区，具有重要的生物多样性维护和水源涵养功能。本文以秦巴生物多样性生态功能区的陕西省镇安县为例，探讨生态系统服务价值评价在区域生态保护修复中的应用研究。

镇安县位于秦岭南麓东段，商洛市西南隅，陕西省东南部，汉江支流乾佑河与旬河中游，隶属于陕西省商洛市管辖。东与山阳、湖北省郧西县接壤，西与宁陕相连，南与旬阳毗邻，北与柞水交界，地理坐标为东经108°34′16″～109°36′55″、北纬33°07′35″～33°42′02″，东西长 97.5 km，南北宽 64.2 km，总面积3487.41 km2。镇安县位于南北气温 0℃分界线和 800 mm 降水线上，属于北亚热带和暖温带过度气候带，冬春多旱、夏秋多雨，温暖湿润。受地形垂直变化的影响，气候垂直差异较大，具典型山地立体气候特点，区域内气候条件差异明显，分布极不均衡。镇安县地处南秦岭造山带，长期的地质构造演化，造就了复杂多样的地形地貌特征。县域地势西北高、东南低，总体由北西向南东倾斜，呈三山两谷一川特征，境内最高点为木王镇鹰嘴石，海拔 2601.6 m，最低点是青铜关镇旬河村河谷，海拔344 m，高低落差2257.6 m。境内山势纵横交错，浸蚀河流众多，形成山川相接、谷峰相间、纵横迭峦的掌状地貌，素有“九山半水半分田”之称。研究区示意图见图1。

图1 研究区示意图Fig.1 Schematic diagram of the research area

研究数据来源于2011—2020 年镇安县土地利用变更调查数据（选取其中2011 年、2014 年、2017 年、2020年数据进行研究），《镇安县统计公报》以及山水林田湖草生态保护修复项目规划数据，根据《第二次全国土地调查土地分类》以及《第三次全国国土调查工作分类》，结合镇安县生态系统服务类型以及当地实际情况，将生态系统按地类归并为耕地、园地、林地、草地、湿地、未利用地、水域、建设用地8 类。

本文采用千年生态系统评估（The Millennium Ecosystem Assessment）的方法，该方法定义了四类可以对人类福利做出贡献的生态系统服务，分别为供给服务、调节服务、支持服务和文化服务4 大类，又进一步细分为11 种服务功能[8]。

基于单位面积生态系统服务价值当量表[11]，结合镇安县实际情况选择与归并地类。其中，耕地采用农田中旱地的价值当量，林地采用森林各二级分类价值当量的平均值，草地采用草地各二级分类价值当量的平均值，园地采用草地与林地价值当量的平均值，湿地对应原来湿地的价值当量，水域对应水系的价值当量，未利用地采用荒漠各二级分类价值当量的平均值，建设用地参照相关研究来确定价值当量[12-13]。得到镇安县单位面积生态系统服务价值当量，见表1。

表1 镇安县单位面积生态系统服务价值当量Table 1 Equivalent value of ecosystem services per unit area in Zhen’an County

其中，1 个标准当量因子的生态系统服务价值量参考谢高地等[11]的计算公式：

其中，D表示1 个标准当量因子的生态系统服务价值量（元/hm2）；
Sr、Sw和Sc分别表示稻谷、小麦以及玉米的播种面积占三种作物播种总面积的比重（%）；
Fr、Fw和Fc分别表示全国稻谷、小麦以及玉米单位面积的平均净利润（元/hm2）。

本文选取2011、2014、2017 和2020 年稻谷、小麦和玉米播种总面积，单位面积平均净利润进行计算[7]。数据来源于2012、2015、2018 和2021 年的《中国统计年鉴》以及《全国农产品成本收益资料汇编》，根据公式（1），得到平均生态系统服务价值量值为1535.69 元/hm2。计算得到镇安县单位面积生态系统服务价值，见表2。

表2 镇安县单位面积生态系统服务价值（元/hm2）Table 2 Unit area ecosystem service value of Zhen’an County (yuan/hm2)

生态系统服务价值评价方法，采用谢高地[11]单位面积当量法进行评价，生态系统服务价值计算公式如下:

式中，Mj为j 类生态系统面积( hm2) ;Nrj为j 种生态系统r 种生态服务功能单位面积生态系统服务价值。

生态系统服务评价在生态修复中的应用包括，通过生态系统服务评价识别生态环境问题，确定生态修复的目标以及利用修复前后生态系统服务价值的变化，判断生态修复的成效。

3 生态问题的识别

3.1 生态系统服务价值研究

生态问题和修复的方向利用生态系统服务价值进行识别[7]。根据公式（1）和镇安县2011—2020 年土地利用现状和变更调查数据，计算出镇安县二级生态功能的生态系统服务价值其年均变化率，见表3。

表3 镇安县二级生态功能的生态服务价值及其年均变化率Table 3 Ecological service value and annual average change rate of secondary ecological functions in Zhen’an County

为提高生态系统服务价值时空分异分析精度和效果，将研究区划分为250 m×250 m 大小网格单元[14-16]，计算2011—2020年间各网格单元生态系统服务价值的平均值，并将其赋值到网格矢量文件，建立生态系统服务价值平均分布格局图，见图2。

图2 镇安县生态系统服务价值平均分布格局Fig.2 Average distribution pattern of ecosystem service value in Zhen’an County

从生态系统服务价值变化总量来看，2011—2020 年间镇安县各土地类型二级生态功能生态服务价值逐渐降低，由977421.45 万元减少到940187.72 万元，减少了37233.73 万元。在此期间，食物生产、原料生产、水资源供给、气体调节、土壤保持、维持养分循环等 6 项生态服务价值都出现不同程度的下降，10 年间生态环境服务价值变化率绝对值最大的是土壤保持功能，为60.05%。表明镇安县生态系统持续遭到破坏。

从生态系统服务价值年际变化量分析，2011—2014年、2014—2017 年、2017—2020 年，镇安县年生态服务价值年均变化量绝对值最大量分别是663.27、 981.36、27384.90，全部为水文调节功能。研究表明，近年来镇安县生态环境保护修复需要重点关注水文调节生态系统功能。

从生态系统服务价值年际变化率看，生态系统服务价值总量年际变化率最高的为2017—2020 年，变化率绝对值为3.44%。2011—2020 年，水资源供给这一生态服务功能的生态服务价值均下降最快，变化率分别为2.58%、3.06%、32.40%。研究表明，镇安县在未来的生态保护修复工作中应重点关注水资源供给问题。

从图2 生态系统服务价值的平均分布格局上看，镇安县生态系统服务价值与地形地貌特征密切相关，高值区主要分布在西北部，主要是由于该区域海拔较高，林地面积较大；
西南部为生态系统服务价值低值区。

3.2 生态环境问题

通过镇安县生态服务价值的定量化计算及定性分析，得到镇安县的食物生产、水资源供给、水文调节等生态服务功能的价值变化较大。

3.2.1 水源涵养与生态保护修复形势严峻

镇安县以山地丘陵为主，地质环境较为复杂，受各类气象灾害影响会出现新的地质灾害点，是陕西省地质灾害多发县区之一，主要地质灾害类型有滑坡、泥石流、山体崩塌、地面塌陷等，全县地质灾害点共计319 处。镇安县地质灾害绝大部分发生在农村地区，应对自然灾害的能力较弱，基层缺机构，缺技术，缺人才，缺经费的问题比较突出，群众的识灾，防灾和主动避险的意识不强，对于政府的依赖性较强，加大了地质灾害的风险程度。局部土壤侵蚀强度在降低，人居环境和生产生活条件得到改善，总体呈现向好的趋势。但新形成的水土流失问题依然存在，新增水土流失区域依然存在小规模增加，全县水土综合治理的任务依然艰巨，水土保持投入机制有待完善，公众水土保持意识仍有待提高。

在自然和人为因素的双重作用下，森林面积存在一定的破碎化程度，质量欠佳， 整体生态功能质量略有下降。生态空间有被蚕食的现象，补充林木树种较为单一，且部分地区缺少大型斑块森林，缺乏有效的生态安全屏障保护。农药化肥等污染和城镇生活点状污染产生的污染问题导致浮游生物多样性有降低趋势，湿地生态系统抵御外界干扰能力收到削弱，生态系统结构趋于不稳定状态。镇安县森林生态服务价值处于中低水平，价值高的生态系统分布较少。森林生态服务功能需要进一步提高和改善，需要加大对森林生态系统的保护与管护，以达到生态系统的持续稳定发展。

3.2.2 矿区生态环境破坏严重（1）植被破坏及环境污染问题

在自然和人为因素的双重作用下，森林面积存在一定的破碎化程度，质量欠佳，整体生态功能质量略有下降。生态空间有被蚕食的现象，补充林木树种较为单一，且部分地区缺少大型斑块森林，缺乏有效的生态安全屏障保护。

镇安县产业结构的逐步优化与提升，三废治理等工作的深入推进，使得全县综合环境质量逐渐改善。但由于污染物种类与数量仍在不断增加，镇安县在未来发展过程中仍需密切关注水环境保护、土壤环境保护、大气环境保护问题。城镇空间仍存在工业点源污染、城镇生活源污染和集中式处理设施污水排放问题，因工业“三废”及城市生活污染物的排放，污染物会在土壤逐渐累积，部分城镇周边、交通沿线、工矿业集聚区会存在土壤重金属污染问题。镇安县现有53 个具有采矿山企业中，有2 个为大型矿山开采企业，5 个为中型矿山开采企业，其余均为小型及零星分散的矿山开采企业，整体实力不强；
矿产品以原矿和初级产品为主，深加工产品少；
小型矿山企业经营水平参差不齐，大多技术装备落后，采选工艺水平低，矿产品科技含量低，且大矿小开、重复建设问题比较突出。矿产资源的长期开发利用不仅造成区内各类采矿场大量占用各种土地，而且也造成了弃渣堆放、尾矿库等占用破坏土地，造成地面塌陷、滑坡、泥石流等种地质灾害及环境污染。

（2）占压破坏和损毁土地资源问题

在矿山开采过程中，矿山企业受经济利益驱使，只片面追求经济效益，缺乏环境保护意识，有的甚至设法逃避治理恢复责任，不仅增加了监管难度，而且使治理恢复责任难以落实到位。对于尾矿置之不理， 造成长期对土地压占与损毁，影响周围生态环境系统的平衡，造成生态系统不平衡。由于众多小型矿山的存在，加之开采技术比较滞后，会对生态环境造成一定的影响。在矿山开发利用过程中，爆破，破碎，储运等重点环节的粉尘对矿山周边环境易造成粉尘污染，露天矿山开挖形成的杂乱坡面，高低不平的宕底，堆料场的杂乱无章易形成视觉污染，采矿前的砍伐，形成小范围的植被连续性的破坏，进而阻断了生物的连续性，且地下开采易形成塌陷区等等。矿山主要集中在中部地区，西部和东部也有分布，月河、永乐、青铜关、米粮、高峰镇等地的矿山开采最为密度集中。随着乡村振兴的进一步推进，现代农业不断规模化、专业化，城乡融合的广度和深度不断加强，农村人居环境质量不断改善，乡村建设对用地空间的需求将不断增加，对建设用地利用水平的要求也将不断提高，亟需采取相关措施对乡村地区的用地矛盾进行改善。

4.1 镇安县生态保护修复方向与目标

4.1.1 农业空间综合整治

因镇安县地形地貌多样，各种原因的土地调整与城乡建设的占用，导致其耕地呈现出破碎化程度比较高，综合判定农业空间采取综合整治的措施来整理和开发农地空间。旨在优化农业农村发展格局，提升各类资源价值，引导城乡研究要素有序流动， 促进农业农村发展，助推乡村振兴。

4.1.2 城镇空间综合整治

镇安县存在土地利用方式不合理，存在部分低效用地，城镇内部空间存在挖掘潜力，公共服务设施不够完善，城镇空间存在废弃用地，因此判定城镇空间综合整治为综合提升型。旨在促进城市有机更新，提高国土资源利用效率，提高人居品质，引导经济高质量发展，增强城市竞争力。

4.1.3 生态空间生态修复

因森林生态服务功能整体还比较欠缺，矿山开采会扰动当地生态系统的平衡性， 以及每年会发生的地质灾害，对当地生态空间会造成不小的影响，所以判定镇安生态空间为生态修复方向，对生态功能低的地区进行人工干预的生态修复。进行生态修复旨在维护生态安全格局，修复受损的生态环境系统，保护生物多样性，提供多样化生态产品。

4.2 镇安县生态保护修复布局与安排

4.2.1 总体布局

利用 ArcGIS 软件，将镇安县水土保持，水源涵养，生物多样性和生态用地叠加分析，识别出镇安县生态修复需要区，分为一般需求区和高度需求区。生态空间具有维护生物多样性，水源涵养，水土保持，提供生态产品的特殊功能， 对矿山分布区域进行缓冲区分析，以500 m 作为缓冲区域，确定矿山修复区域为重点修复区域，结合生态红线划定的范围划定生态重点修复区，其余河流流域区域未收到大的污染及破坏，处于一般修复区（图3）。

图3 总体布局图Fig.3 Overall layout

4.2.2 统筹安排

（1）重点修复区

根据镇安县生态红线划定成果，结合当地自然本底基础和生态环境条件，确定生态保护红线范围、自然保护区、水源地保护区和矿山修复区域为重点修复区。

（2）一般修复区

一般修复是去除生态保护红线范围、自然保护区、水源地保护区和矿山修复区域， 剩余空间为一般生态修复区。通过生态修复，形成“三绿心，两清水廊道，三流域区的生态安全格局”（图4）。三绿心是西部生态绿心，以木王国家森林公园为核心，东南部生态绿心，北部生态绿心，以生态红线集中区域为核心辐射；
两清水廊道是以旬河和乾佑河两大主要河道为核心廊道，向周围区域扩展；
三流域区为东北流域区，西南流域区和西北流域区，以河网密集区域为核心，向四周辐射的格局。

图4 镇安县生态安全格局Fig.4 Ecological security pattern of Zhen’an County

本文以镇安县生态保护修复工程为例探究了生态系统服务评价成果在区域生态保护修复中的应用，以期为其他区域生态保护修复提供参考。

（1）本文采用千年生态系统评估方法，通过改进单位面积生态系统服务价值当量表，计算了2011—2020 年镇安县二级生态功能的生态服务价值及其年均变化率，研究结果表明，镇安县各土地类型二级生态功能生态服务价值逐渐降低。

（2）生态系统服务价值变化总量分析结果显示，食物生产、原料生产、水资源供给、气体调节、土壤保持、维持养分循环等6 项生态服务价值都出现不同程度的下降，2011—2020 年间生态环境服务价值变化率绝对值最大的是土壤保持功能；
生态系统服务价值年际变化量分析结果表明，镇安县生态环境保护修复需要重点关注水文调节生态系统功能；
从生态系统服务价值年际变化率看，镇安县在未来的生态保护修复工作中还应重点关注水资源供给问题。

（3）根据镇安县生态保护修复工程为例探究了生态系统服务评价成果，本文提出以农业空间综合整治、城镇空间综合整治以及生态空间生态修复为方向与目标的生态保护修复工程方案。

（4）根据镇安县生态红线划定成果，本文确定了确定生态保护红线范围、自然保护区、水源地保护区和矿山修复区域为重点修复区的总体布局。通过生态修复，形成“三绿心，两清水廊道，三流域区的生态安全格局”。

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