多維視角下廣西喀斯特石漠化地區(qū)國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)分區(qū)

王韻秋，胡業(yè)翠,2，高夢(mèng)雯，牛 帥

多維視角下廣西喀斯特石漠化地區(qū)國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)分區(qū)

王韻秋1，胡業(yè)翠1,2※，高夢(mèng)雯1，牛 帥1

（1. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100083；2. 自然資源部土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100035）

國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)分區(qū)是確定國(guó)土整治與生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)區(qū)域和進(jìn)行工程項(xiàng)目布局的空間指導(dǎo)與前提。該研究以廣西河池為例，構(gòu)建“自然本底-主導(dǎo)生態(tài)功能-生態(tài)脅迫問(wèn)題”綜合評(píng)估框架，進(jìn)行國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)分區(qū)劃定研究。結(jié)果表明：1）河池市共劃定6個(gè)自然本底類型區(qū)，“一江兩河三山”的自然本底特征決定了分區(qū)的宏觀構(gòu)成；2）生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能呈現(xiàn)顯著區(qū)域差異，糧食生產(chǎn)功能集中分布在東北部，固碳釋氧功能集中分布在西北部，水土保持、水源涵養(yǎng)及生境質(zhì)量功能在南部較為突出；3）各項(xiàng)生態(tài)脅迫問(wèn)題嚴(yán)重程度整體呈現(xiàn)東南向西北遞減的特點(diǎn)，石漠化、生態(tài)退化問(wèn)題集中分布在東南部，水環(huán)境綜合治理與土地整治潛力在東北部尤為突出，礦山地質(zhì)災(zāi)害、水土流失在全域內(nèi)均有分布；4）綜合自然本底分區(qū)、主導(dǎo)生態(tài)功能分區(qū)、生態(tài)脅迫問(wèn)題識(shí)別，最終將河池市劃分為15個(gè)生態(tài)修復(fù)分區(qū)，并提出相應(yīng)的生態(tài)修復(fù)策略。研究可為河池市生態(tài)修復(fù)實(shí)踐提供參考，并為其他區(qū)域生態(tài)修復(fù)分區(qū)提供技術(shù)借鑒。

整治；修復(fù)；分區(qū)；主導(dǎo)生態(tài)功能；生態(tài)脅迫問(wèn)題；K-means聚類；河池市

0 引 言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加速，自然生態(tài)系統(tǒng)受到越來(lái)越多的人為干擾，因國(guó)土空間不合理開(kāi)發(fā)利用導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題日益突出，原本脆弱的生態(tài)環(huán)境更加惡化，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定和功能紊亂導(dǎo)致了生態(tài)系統(tǒng)失衡。面對(duì)日益嚴(yán)重的生態(tài)問(wèn)題，中國(guó)提出要加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)，通過(guò)國(guó)土空間規(guī)劃優(yōu)化空間治理和空間結(jié)構(gòu)，落實(shí)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境的保護(hù)[1]。其中國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)是維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)安全與平衡的重要舉措，重點(diǎn)集中在優(yōu)化生態(tài)功能區(qū)劃，構(gòu)建和完善生態(tài)安全格局，提高生態(tài)空間的系統(tǒng)性和完整性等[2]。中國(guó)先后發(fā)布的《全國(guó)重要生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和修復(fù)重大工程總體規(guī)劃（2021—2035年）》和《山水林田湖草生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程指南（試行）》，貫徹落實(shí)“山水林田湖草”生命共同體理念，為國(guó)土空間生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)修復(fù)的提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

要科學(xué)高效開(kāi)展國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)需要?jiǎng)澐稚鷳B(tài)修復(fù)分區(qū)，從而引導(dǎo)生態(tài)修復(fù)任務(wù)的落實(shí)。生態(tài)修復(fù)分區(qū)是由“生態(tài)區(qū)”的概念發(fā)展而來(lái)的。1980年，美國(guó)生態(tài)學(xué)家Bailey等首次從生態(tài)系統(tǒng)的角度提出較為完整的生態(tài)區(qū)劃方案[3]，推動(dòng)了生態(tài)分區(qū)研究的快速發(fā)展。西方學(xué)者在合理劃分生態(tài)分區(qū)的研究過(guò)程中[4-5]，針對(duì)因不節(jié)制開(kāi)發(fā)利用自然資源所導(dǎo)致的生態(tài)問(wèn)題，從河流、礦區(qū)、林地和濕地等方面開(kāi)展評(píng)估，并嘗試通過(guò)劃分風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域或土地整理分區(qū)等管理手段來(lái)解決土地退化問(wèn)題[6-7]。中國(guó)相較于西方的生態(tài)分區(qū)起步較晚，隨著生態(tài)修復(fù)研究的不斷深入，中國(guó)在國(guó)土空間規(guī)劃、主體功能區(qū)規(guī)劃和國(guó)土全域綜合整治的基礎(chǔ)上提出獨(dú)具中國(guó)特色的國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)分區(qū)，并嘗試從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的角度探討國(guó)土生態(tài)修復(fù)分區(qū)的劃定方法[8]。目前主要集中在基于生態(tài)安全格局構(gòu)建分區(qū)[9]、基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供需關(guān)系分區(qū)[10-11]、建立綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系分區(qū)[12-13]和基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)簇分區(qū)[14-15]。其中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)簇被廣泛應(yīng)用于生態(tài)功能分區(qū)，其可以反映出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的集聚特征和組合特征，指導(dǎo)區(qū)域主導(dǎo)生態(tài)服務(wù)功能的識(shí)別，最終引導(dǎo)空間分區(qū)，相比于單純的指標(biāo)評(píng)價(jià)更具有科學(xué)性。簇的識(shí)別主要采用空間聚類的方法[16]，如自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[17-19]、K-means聚類[20-22]等。國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)分區(qū)不僅要實(shí)現(xiàn)生態(tài)服務(wù)功能的提升，還要修復(fù)生態(tài)問(wèn)題、維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的健康穩(wěn)定，在分區(qū)過(guò)程中除了考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重要性，還應(yīng)將生態(tài)敏感性、脆弱性及生態(tài)退化問(wèn)題納入考量。因而可以基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)簇研究理論及模式，利用聚類分析對(duì)區(qū)域的重要生態(tài)問(wèn)題進(jìn)行識(shí)別，從而劃定綜合性的生態(tài)修復(fù)分區(qū)。

河池市是桂西北重要的生態(tài)屏障，在《南方丘陵山地帶生態(tài)保護(hù)和修復(fù)重大工程建設(shè)規(guī)劃（2021－2035年）》中屬于桂黔滇喀斯特石漠化防治生態(tài)功能區(qū)，地貌起伏大，生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜多樣，生態(tài)服務(wù)功能強(qiáng)，石漠化、水土流失等生態(tài)問(wèn)題嚴(yán)重。本文以河池市為研究區(qū)，從自然本底、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和生態(tài)脅迫問(wèn)題3方面制定生態(tài)修復(fù)分區(qū)框架，基于自然地理特征和生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)，采用K-means聚類分析方法探究主導(dǎo)生態(tài)功能與生態(tài)脅迫問(wèn)題的空間分異規(guī)律，定性定量相結(jié)合劃定生態(tài)修復(fù)分區(qū)，為實(shí)施國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)提供決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

河池地處廣西西北邊陲、云貴高原南麓，介于106°34′E～109°09′E、23°41′N～25°37′N之間。共轄9縣2區(qū)，總面積3.35萬(wàn)km2。研究區(qū)位于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年日照時(shí)數(shù)1 447～1 600 h，年平均氣溫16.9～21.5 ℃。全地區(qū)年平均降雨量1 200～1 600 mm。水文資源豐富，具有紅水河、龍江等河流及其支流。河池山多地少，巖溶廣布，喀斯特地貌面積為2.18萬(wàn)km2，占全市面積的65.74%。植物種類繁多，森林覆蓋率高?？傮w來(lái)說(shuō)，河池市擁有山地、丘陵、峰林、洼地、盆地、平原、河谷、水庫(kù)湖泊等多種地貌景觀，整體生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值高，是桂西北山地生態(tài)屏障和土壤保持重要區(qū)?？λ固氐孛蔡卣鞯湫?，水土條件較差，石漠化和水土流失問(wèn)題相對(duì)突出，屬于桂黔滇喀斯特石漠化防治生態(tài)功能區(qū)，隨著近年來(lái)經(jīng)濟(jì)建設(shè)，原本脆弱的生態(tài)環(huán)境受到干擾。

1.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及預(yù)處理

土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)來(lái)源于2020年河池市第三次國(guó)土調(diào)查土地利用變更數(shù)據(jù)，從河池市自然資源局獲?。籇EM數(shù)字高程模型來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)（http://www.gscloud.cn/），分辨率為30 m×30 m；NDVI植被指數(shù)數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心，分辨率為1 km×1 km；植被類型分布數(shù)據(jù)來(lái)源于2021年廣西森林督查暨森林資源管理“一張圖”調(diào)查；社會(huì)、經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)資料來(lái)源于2014－2018年《河池市統(tǒng)計(jì)年鑒》、2014－2018年《全國(guó)農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》；其他基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括：地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、各區(qū)縣氣象站點(diǎn)氣象資料（包括降水量與氣溫等數(shù)據(jù)）、河流水系分布圖、土壤侵蝕分布圖、自然保護(hù)區(qū)分布圖等，均源于河池市自然資源部門(mén)。

2 研究方法

國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)以系統(tǒng)解決核心生態(tài)問(wèn)題、有效提升本底生態(tài)功能為目標(biāo)，統(tǒng)籌山水林田湖草沙一體化保護(hù)修復(fù)為主線，通過(guò)合理劃定分區(qū)為修復(fù)工作的有序開(kāi)展提供指導(dǎo)。本文根據(jù)區(qū)域自然立地條件、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能、生態(tài)脅迫問(wèn)題分別選取代表性指標(biāo)，進(jìn)行系統(tǒng)分析與評(píng)估，綜合考慮生態(tài)修復(fù)分區(qū)的綜合性、系統(tǒng)性和整體性，劃定分區(qū)單元，具體研究框架如圖1所示。

2.1 自然本底分區(qū)方法

自然本底分區(qū)旨在突出自然地理格局在國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)中的基礎(chǔ)作用，從宏觀上決定了區(qū)域山水林田湖草等基底要素構(gòu)成。本文綜合地貌類型、植被覆蓋度、植被類型、河流流域4個(gè)指標(biāo)劃定自然本底分區(qū)，保證地理單元的連續(xù)性。首先，參考國(guó)家宏觀地貌分類標(biāo)準(zhǔn)及曾超[23]對(duì)山區(qū)地貌分類的研究，利用DEM數(shù)據(jù)提取地形起伏度，并在ArcGIS10.8中對(duì)海拔和地形起伏度疊加鑲嵌，得到研究區(qū)的地貌分類。其次，結(jié)合植被覆蓋指數(shù)特征和林地、灌木林、草地等主要植被類型分布，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的分布進(jìn)行可視化。

圖1 生態(tài)修復(fù)分區(qū)的研究框架

此外，單純基于自然地理特征和行政單元?jiǎng)澐值膮^(qū)劃會(huì)導(dǎo)致流域或區(qū)域綜合管理生態(tài)系統(tǒng)方面存在缺陷，有學(xué)者認(rèn)為流域是地球內(nèi)營(yíng)力作用下的基本輪廓, 保持了生態(tài)完整性[24]。所以本文參考蒙?；ǖ萚25-26]對(duì)流域分割的方法進(jìn)行子流域的劃分，從而利用子流域邊界劃定自然本底分區(qū)。

2.2 主導(dǎo)生態(tài)功能分區(qū)方法

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能指人類從生態(tài)系統(tǒng)中所能獲取的各種惠益，是評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)安全與健康的重要指標(biāo)[27-28]。同一國(guó)土空間具有多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，識(shí)別主導(dǎo)生態(tài)功能并劃分主導(dǎo)生態(tài)功能分區(qū)，將明確各功能類型區(qū)國(guó)土生態(tài)修復(fù)工程的目標(biāo)。河池市山地丘陵分布廣泛、水系眾多，土地利用狀況以林地和耕地為主，森林資源優(yōu)勢(shì)突出，國(guó)家珍稀、保護(hù)動(dòng)植物物種豐富，參考相關(guān)文獻(xiàn)[16,29-31]，選取固碳釋氧、生境質(zhì)量、水源涵養(yǎng)、水土保持、糧食生產(chǎn)5類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，構(gòu)建網(wǎng)格進(jìn)行量化評(píng)價(jià)（表1），對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果歸一化處理并基于自然間斷法將重要程度劃分為5個(gè)等級(jí)。

為了確定不同評(píng)價(jià)單元和地域的主導(dǎo)生態(tài)功能，本文基于5項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)價(jià)，利用SPSS中K-means聚類，將具有較高相似度的網(wǎng)格單元?jiǎng)澐值酵活愋椭?。為了保證試驗(yàn)結(jié)果的可行性和準(zhǔn)確性，最終設(shè)置迭代次數(shù)為100次，最佳聚類數(shù)目為5次，并利用ArcGIS可視化得到主導(dǎo)生態(tài)功能分區(qū)。

表1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)價(jià)方法

2.3 生態(tài)脅迫問(wèn)題識(shí)別方法

生態(tài)脅迫是指生態(tài)系統(tǒng)受到人為或自然外界的干擾，出現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能降低或生態(tài)退化等問(wèn)題[32]。進(jìn)行生態(tài)脅迫問(wèn)題評(píng)價(jià)可以識(shí)別主導(dǎo)生態(tài)功能區(qū)內(nèi)的生態(tài)問(wèn)題分布聚集或生態(tài)問(wèn)題關(guān)聯(lián)性大的關(guān)鍵區(qū)域，從而精準(zhǔn)提出生態(tài)修復(fù)方向與策略。

本文重點(diǎn)關(guān)注河池市生態(tài)系統(tǒng)自然演化所出現(xiàn)的敏感問(wèn)題及人類活動(dòng)作用下產(chǎn)生的生態(tài)退化問(wèn)題，參考相關(guān)研究，選取了水土流失風(fēng)險(xiǎn)[33]、石漠化風(fēng)險(xiǎn)[33]、礦山地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)[34]、生態(tài)退化程度[35-36]、水環(huán)境綜合治理潛力和土地綜合整治潛力6項(xiàng)指標(biāo)（表2）進(jìn)行生態(tài)脅迫問(wèn)題評(píng)價(jià)，對(duì)結(jié)果歸一化處理和分級(jí)，5級(jí)代表問(wèn)題最嚴(yán)重，并利用K-means聚類分析識(shí)別區(qū)域不同生態(tài)脅迫問(wèn)題的組合分布。

表2 生態(tài)脅迫問(wèn)題評(píng)價(jià)方法

3 結(jié)果分析

3.1 自然本底分區(qū)

地貌分類標(biāo)準(zhǔn)劃分了平原、臺(tái)地、丘陵和山地四種類型，河池市的地貌類型以山地、丘陵為主，平均地形起伏高度在30～70 m，整體地勢(shì)呈西北高、東南低。植被覆蓋率高，喬木林地面積最大，分布在西北、西南和東北山地；灌木林次之，主要分布在南部丘陵及東部平原區(qū)。綜合河池的地貌分類、植被分布和流域分布，采用提取的子流域邊界對(duì)河池進(jìn)行基礎(chǔ)分區(qū)，根據(jù)“一江兩河三山”的地理格局，利用鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政邊界進(jìn)行校核，將研究區(qū)劃分為九萬(wàn)山山地區(qū)、龍江平原丘陵區(qū)、鳳凰山山地區(qū)、紅水河上游山地丘陵區(qū)、都陽(yáng)山山地丘陵區(qū)和盤(pán)陽(yáng)河臺(tái)地區(qū)6個(gè)自然本底分區(qū)（圖2）。

3.2 主導(dǎo)生態(tài)功能分區(qū)

主導(dǎo)生態(tài)功能評(píng)價(jià)結(jié)果顯示（圖3）研究區(qū)固碳釋氧功能最高的地區(qū)為九萬(wàn)山山地區(qū)、盤(pán)陽(yáng)河臺(tái)地區(qū)、紅水河上游山地丘陵區(qū)及鳳凰山山地區(qū)的中南部，這些區(qū)域多山地丘陵，地形起伏大，植被覆蓋率高，碳匯服務(wù)價(jià)值高。水源涵養(yǎng)功能整體較高，且分布較為均勻，但是龍江平原丘陵區(qū)的水源涵養(yǎng)能力較低，主要由于該區(qū)域的耕地、建設(shè)用地面積較多，沿岸的植被覆蓋較低，河流岸線開(kāi)發(fā)程度較高。從生境質(zhì)量來(lái)看，紅水河上游山地丘陵區(qū)和都陽(yáng)山山地丘陵區(qū)的生境質(zhì)量較高，龍江平原丘陵區(qū)的生境質(zhì)量較差。水土保持功能較高的區(qū)域?yàn)槎缄?yáng)山山地丘陵區(qū)，該區(qū)域的灌木林種植面積廣泛，在地形起伏大的區(qū)域能夠起到保水保土、抗旱等優(yōu)點(diǎn)，相較于喬木坡面負(fù)載較低，能夠增強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性。龍江平原丘陵區(qū)糧食供給功能較高，是重要的糧食產(chǎn)區(qū)，其糧食生產(chǎn)基礎(chǔ)條件好，一方面是因?yàn)榈靥廄埥瓫_積平原，地勢(shì)相對(duì)低平且土壤肥沃，另一方面該區(qū)域的水系發(fā)達(dá)，大小河流眾多，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了充足的灌溉水源。

圖2 河池市自然本底分區(qū)

圖3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能空間分布

5種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能聚類結(jié)果顯示（圖4）。水土保持功能區(qū)除水土保持功能達(dá)到重要等級(jí)外，水源涵養(yǎng)和生境質(zhì)量功能均達(dá)到中等重要，面積總計(jì)8 919 km2，主要分布在都陽(yáng)山山地丘陵區(qū)內(nèi)。水源涵養(yǎng)功能區(qū)中除水源涵養(yǎng)功能達(dá)到中等重要以上，其余功能均未達(dá)中等重要等級(jí)，分布面積較小，共4 816 km2，集中分布在鳳凰山山地區(qū)、九萬(wàn)山山地區(qū)和龍江平原丘陵區(qū)的北部。固碳釋氧功能區(qū)中除固碳釋氧功能達(dá)到重要以上外，水源涵養(yǎng)、水土保持及生境質(zhì)量3個(gè)功能重要性也較強(qiáng)，達(dá)到了中等重要，共計(jì)14 579 km2，主要分布在河池市西北、西南和東北的山地丘陵區(qū)，這些區(qū)域植被覆蓋率高，是河池市重要生態(tài)屏障區(qū)。生態(tài)農(nóng)業(yè)區(qū)的5種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值都較低，但相較于其他4類主導(dǎo)功能分區(qū)，糧食生產(chǎn)功能體現(xiàn)出較高的價(jià)值，達(dá)到了中等重要等級(jí)，面積共計(jì)2 924 km2，主要分布于東部龍江平原丘陵區(qū)。生態(tài)功能均衡區(qū)的五類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性相差不大，處于比較均衡的狀態(tài)，基本都為中等重要，面積共3 171 km2，零散分布于各個(gè)自然分區(qū)內(nèi)。

圖4 主導(dǎo)生態(tài)功能分區(qū)

3.3 生態(tài)脅迫問(wèn)題識(shí)別

生態(tài)脅迫問(wèn)題評(píng)價(jià)結(jié)果顯示（圖5）河池市石漠化主要分布在都陽(yáng)山山地丘陵區(qū)和龍江平原丘陵區(qū)的北部，該區(qū)域喀斯特發(fā)育，山體土層淺薄，巖石裸露。

水土流失問(wèn)題除了在都陽(yáng)山山地丘陵區(qū)外，在紅水河上游山地丘陵區(qū)和九萬(wàn)山山地區(qū)也廣泛分布，此區(qū)域?yàn)榉菐r溶區(qū)，但是地形起伏度大，且水源充足，河流沖刷作用強(qiáng)，易發(fā)生水土流失。礦山地質(zhì)災(zāi)害廣泛分布在研究區(qū)各個(gè)區(qū)縣，其中九萬(wàn)山山地區(qū)、紅水河上游山地丘陵區(qū)和盤(pán)陽(yáng)河臺(tái)地區(qū)內(nèi)及附近的礦山修復(fù)潛力最高。河池市近年來(lái)城鎮(zhèn)化發(fā)展較快，各個(gè)縣區(qū)都出現(xiàn)了生態(tài)用地被侵占的現(xiàn)象，生態(tài)系統(tǒng)受損，生態(tài)退化問(wèn)題凸顯，龍江平原丘陵區(qū)和都陽(yáng)山山地丘陵區(qū)內(nèi)的城市內(nèi)部及邊緣區(qū)退化最嚴(yán)重、面積最廣泛。河池的東南部地勢(shì)相對(duì)低平，具有洪澇災(zāi)害發(fā)生條件，隨著林草生態(tài)系統(tǒng)受損，植被攔截作用下降，城市內(nèi)澇問(wèn)題頻發(fā)，同時(shí)水體自凈能力下降，水質(zhì)受到干擾，因而龍江平原丘陵區(qū)及都陽(yáng)山山地丘陵區(qū)的水環(huán)境問(wèn)題突出，水環(huán)境綜合治理潛力最大。河池市的農(nóng)業(yè)空間主要分布在東部及西南部，受城市擴(kuò)張和礦山開(kāi)采等經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的影響，龍江平原丘陵區(qū)的耕地破壞程度較高，土地綜合整治的潛力最大。

圖5 生態(tài)脅迫問(wèn)題空間分布

利用聚類分析法將河池劃分為水域生態(tài)環(huán)境提升區(qū)、綜合生態(tài)問(wèn)題修復(fù)區(qū)、全域土地綜合整治區(qū)、礦山地質(zhì)災(zāi)害防治區(qū)、水土流失與石漠化防治區(qū)5類生態(tài)脅迫問(wèn)題區(qū)（圖6）。水域生態(tài)環(huán)境提升區(qū)中以洪澇災(zāi)害、水體污染、水源涵養(yǎng)能力下降為代表的水環(huán)境問(wèn)題突出，嚴(yán)重等級(jí)達(dá)到三級(jí)，面積4 197 km2，主要分布在龍江平原丘陵區(qū)、都陽(yáng)山山地丘陵區(qū)及盤(pán)陽(yáng)河臺(tái)地區(qū)中地勢(shì)相對(duì)低平的區(qū)域。綜合生態(tài)問(wèn)題修復(fù)區(qū)中6個(gè)生態(tài)問(wèn)題指標(biāo)的評(píng)價(jià)等級(jí)分布在二級(jí)至四級(jí)區(qū)間內(nèi)，生態(tài)問(wèn)題相比其他區(qū)域更加綜合，其面積共計(jì)2 711 km2，主要分布于龍江平原丘陵區(qū)與盤(pán)陽(yáng)河臺(tái)地區(qū)部分區(qū)域。全域土地綜合整治區(qū)的土地綜合整治潛力和水環(huán)境綜合治理潛力都比較大，均達(dá)到三級(jí)以上，說(shuō)明區(qū)域內(nèi)部水土質(zhì)量均有待提高，但其面積僅1 571 km2，主要分布在龍江平原丘陵區(qū)。礦山地質(zhì)災(zāi)害防治區(qū)的礦山次生地質(zhì)災(zāi)害、水土流失和石漠化等自然地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)高，災(zāi)害嚴(yán)重性等級(jí)大于三級(jí)，面積達(dá)80 365 km2，主要分布在九萬(wàn)山山地區(qū)、鳳凰山山地區(qū)和盤(pán)陽(yáng)河臺(tái)地區(qū)。水土流失和石漠化防治區(qū)的石漠化和水土流失問(wèn)題均達(dá)到三級(jí)以上，面積最廣泛，共計(jì)17 895 km2，各個(gè)自然本底分區(qū)中均大面積分布。

圖6 生態(tài)脅迫問(wèn)題組合分布

3.4 生態(tài)修復(fù)分區(qū)

在6大自然本底分區(qū)的基礎(chǔ)上，綜合主導(dǎo)服務(wù)功能分區(qū)和生態(tài)問(wèn)題脅迫問(wèn)題，權(quán)衡生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能導(dǎo)向和問(wèn)題導(dǎo)向，劃定國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)分區(qū)。同時(shí)，考慮到生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目實(shí)施管理與流域單元完整性需求，用鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政邊界和流域邊界對(duì)生態(tài)修復(fù)分區(qū)結(jié)果進(jìn)行校正。最終將河池市劃分15個(gè)國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)單元（圖7）。

鳳凰山山地區(qū)（Ⅰ），該區(qū)喀斯特特征典型，整體生態(tài)環(huán)境良好，分布有九龍溝森林公園、拉希國(guó)家濕地自然公園，生物資源豐富；曹渡河、六硐河、吾隘河等多條河流，是河池市最重要的巖溶水源涵養(yǎng)區(qū)。未來(lái)應(yīng)以保護(hù)為主，重點(diǎn)保護(hù)生物棲息地和河流水源區(qū)，提升該區(qū)的生物多樣性和水源涵養(yǎng)功能。

九萬(wàn)山山地區(qū)（Ⅱ）整體林地覆蓋率高，生態(tài)環(huán)境良好，分布有九萬(wàn)山自然保護(hù)區(qū)和大小環(huán)江等河流，東部人為干擾程度低，生境狀況維持較好，但西部歷史遺留礦山較多，次生地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，生態(tài)修復(fù)任務(wù)重。九萬(wàn)山生物多樣性與水源保護(hù)區(qū)（Ⅱ-2）未來(lái)應(yīng)以保護(hù)為主，加強(qiáng)自然保護(hù)區(qū)及河流源頭區(qū)的保護(hù)，提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力；九萬(wàn)山礦山修復(fù)與地質(zhì)災(zāi)害防治區(qū)（Ⅱ-1）未來(lái)應(yīng)通過(guò)人工改造工程恢復(fù)生態(tài)環(huán)境，消除礦山開(kāi)采次生地質(zhì)災(zāi)害隱患。

龍江平原丘陵區(qū)（Ⅲ）整體海拔低，地形起伏度不大，森林植被覆蓋率較低，龍江上游東部區(qū)域及龍江中游的山體坡度較陡，水土保持功能不完善，水土流失問(wèn)題亟待解決。區(qū)內(nèi)耕地?cái)?shù)量較多，農(nóng)林作物種植面積廣泛，龍江上游的西部及龍江下游流域的羅城縣、宜州區(qū)是河池市的重要農(nóng)林產(chǎn)品供給區(qū)，但是受采礦活動(dòng)、城市擴(kuò)張等原因，水土污染較為嚴(yán)重，需要開(kāi)展生態(tài)修復(fù)，對(duì)全域土地綜合整治。龍江下游兩岸城鎮(zhèn)化發(fā)展快、人口密度大，建筑密集、城市綠地不足、生態(tài)廊道受損，河流沿岸多處被建設(shè)用地侵占，水體連通性受阻、水體污染嚴(yán)重，人居環(huán)境亟需改善。龍江上游流域水土保持提升區(qū)（Ⅲ-1）和龍江中游流域水源涵養(yǎng)與水土流失防治區(qū)（Ⅲ-3）未來(lái)需要通過(guò)自然恢復(fù)與人工修復(fù)相結(jié)合的方式促進(jìn)植被恢復(fù)，改善河流水源地周圍環(huán)境，提高水土保持功能和水源涵養(yǎng)功能；龍江上游流域土地綜合整治區(qū)（Ⅲ-2）和龍江下游土地綜合整治與礦山修復(fù)區(qū)（Ⅲ-4）未來(lái)應(yīng)重點(diǎn)開(kāi)展全域土地綜合整治，推進(jìn)水質(zhì)凈化工程、耕地質(zhì)量提升工程及礦山修復(fù)工程，提高耕地質(zhì)量，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件；龍江下游人居環(huán)境提升區(qū)（Ⅲ-5）應(yīng)加強(qiáng)城市公園建設(shè)，打造龍江沿岸親水空間，恢復(fù)重塑城市生態(tài)系統(tǒng)，建設(shè)生態(tài)宜居環(huán)境；龍江下游流域水環(huán)境治理與生態(tài)廊道建設(shè)區(qū)（Ⅲ-6）應(yīng)推進(jìn)水質(zhì)凈化、河流清淤等治理措施，加強(qiáng)河湖沿岸天然林保護(hù)和建設(shè)，改善河湖生態(tài)環(huán)境，增強(qiáng)城市藍(lán)綠廊道建設(shè)，提高與龍江下游人居環(huán)境提升區(qū)之間生態(tài)廊道的連通性。

圖7 河池市生態(tài)修復(fù)分區(qū)

都陽(yáng)山山地丘陵區(qū)（Ⅳ）山體土壤貧瘠淺薄，灌木林多，喬木林少，北部澄江、刁江下游的沿河工業(yè)活動(dòng)和人為活動(dòng)強(qiáng)度高，水環(huán)境污染與水土流失問(wèn)題嚴(yán)重，南部的喀斯特巖溶地貌分布廣泛，是廣西喀斯特石漠化核心區(qū)，生態(tài)修復(fù)任務(wù)重，都陽(yáng)山北部水土流失與水環(huán)境綜合治理區(qū)（Ⅳ-1）應(yīng)限制破壞性大的人為活動(dòng)，恢復(fù)受損河岸植被、恢復(fù)自然生態(tài)駁岸；都陽(yáng)山南部石漠化防治區(qū)（Ⅳ-2）應(yīng)當(dāng)實(shí)施蓄水、治土、造林綜合性石漠化治理，采用封山育林等措施恢復(fù)喬木灌草等自然植被，逐步提高固土保水能力。

盤(pán)陽(yáng)河臺(tái)地區(qū)（Ⅴ）地貌類型多樣，自然景觀豐富，森林覆蓋率高，有盤(pán)陽(yáng)河、百東河多支河流流經(jīng)，生態(tài)環(huán)境良好。但是該區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害、水土流失及石漠化問(wèn)題相對(duì)突出，部分地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)受損導(dǎo)致生態(tài)退化。未來(lái)應(yīng)以生態(tài)自然恢復(fù)手段為主，加以人工生態(tài)修復(fù)措施，對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境進(jìn)行綜合整治、修復(fù)與保護(hù)。

紅水河上游山地丘陵區(qū)（Ⅵ）整體植被覆蓋率高、固碳釋氧功能突出，區(qū)內(nèi)分布多個(gè)自然保護(hù)區(qū)、動(dòng)植物資源豐富，紅水河及支流流經(jīng)、水系發(fā)達(dá)，其中布柳河流域濕地分布眾多，生物多樣性極其豐富，應(yīng)加強(qiáng)保護(hù)力度。該區(qū)的地勢(shì)起伏較大，局部存在地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，紅水河上游流域的水土流失問(wèn)題嚴(yán)重。此外刁江上游流域受人為干擾大，河流水源臨近多處礦山，水質(zhì)受到污染，水源地環(huán)境生態(tài)修復(fù)任務(wù)急迫。因此，布柳河流域水源涵養(yǎng)與生物多樣性保護(hù)區(qū)（Ⅵ-1）應(yīng)以生態(tài)保護(hù)為重點(diǎn)，大力開(kāi)展珍稀瀕危野生動(dòng)植物及其棲息地保護(hù)，同時(shí)提高水源涵養(yǎng)和水質(zhì)凈化能力；紅水河上游流域生境質(zhì)量維護(hù)與水土流失防治區(qū)（Ⅵ-2）需采取自然恢復(fù)和人工整治措施，開(kāi)展源頭區(qū)小流域水土流失治理；刁江上游生境質(zhì)量提升與水源保護(hù)區(qū)（Ⅵ-3）需加強(qiáng)自然生態(tài)環(huán)境和河流源頭治理工作，保證水質(zhì)安全和生態(tài)環(huán)境健康。

4 結(jié) 論

1）基于自然本底空間分異規(guī)律，池市共劃定6個(gè)自然本底類型區(qū)，其中龍江平原丘陵區(qū)的地勢(shì)相對(duì)低平，而其他自然分區(qū)中山地分布面積較廣，地勢(shì)起伏大。

2）河池市主導(dǎo)生態(tài)功能和生態(tài)脅迫問(wèn)題具有明顯的區(qū)域差異。從主導(dǎo)生態(tài)功能來(lái)看，西北部固碳釋氧生態(tài)功能較強(qiáng)，南部水土保持功能較強(qiáng)，東北部地勢(shì)相對(duì)平坦的區(qū)域糧食生產(chǎn)價(jià)值高，北部河流源地及河流岸帶的水源涵養(yǎng)能力較高。從生態(tài)脅迫問(wèn)題來(lái)看，石漠化、生態(tài)退化問(wèn)題集中在南部的巖溶區(qū)域，水環(huán)境綜合治理與土地綜合整治潛力較大的區(qū)域重點(diǎn)分布在東部河流兩岸流域，水土流失和礦山地質(zhì)災(zāi)害在全市范圍內(nèi)均有分布。

3）結(jié)合自然本底分區(qū)、主導(dǎo)生態(tài)功能區(qū)和生態(tài)脅迫問(wèn)題的空間分布，河池市共劃分成15個(gè)生態(tài)修復(fù)分區(qū)，不僅反映出生態(tài)空間的脅迫問(wèn)題，同時(shí)也為農(nóng)業(yè)空間和城鎮(zhèn)空間生態(tài)修復(fù)提供直接參考，為國(guó)土空間的山水林田湖草沙系統(tǒng)治理提供思路。

本文構(gòu)建的生態(tài)修復(fù)分區(qū)評(píng)估框架，不僅能夠揭示分區(qū)單元內(nèi)部的自然生態(tài)區(qū)域相似性和差異性，而且能夠反映不同分區(qū)的主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)優(yōu)勢(shì)和面臨的主要生態(tài)環(huán)境與人類脅迫問(wèn)題，既能保證宏觀地理單元的完整性，又能從生態(tài)系統(tǒng)角度反映生態(tài)功能和生態(tài)問(wèn)題。避免了以往單一生態(tài)問(wèn)題評(píng)價(jià)造成生態(tài)保護(hù)修復(fù)要素割裂保護(hù)、單項(xiàng)修復(fù)，不能體現(xiàn)山水林田湖草整體保護(hù)、系統(tǒng)修復(fù)、綜合治理的問(wèn)題。此外，本研究在評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)脅迫問(wèn)題時(shí)，納入生態(tài)退化、水環(huán)境治理與土地綜合整治多個(gè)人類活動(dòng)指標(biāo)，充分考慮了人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)影響，相較于以往以“雙評(píng)價(jià)”結(jié)果為基礎(chǔ)、以生態(tài)安全格局構(gòu)建或生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需評(píng)估等指標(biāo)構(gòu)建方法，分區(qū)結(jié)果不僅能夠反映生態(tài)空間本身生態(tài)保護(hù)修復(fù)問(wèn)題，而且能夠反應(yīng)農(nóng)業(yè)、城鎮(zhèn)空間生態(tài)修復(fù)問(wèn)題，形成的國(guó)土空間整治與生態(tài)修復(fù)實(shí)施單元更具有可操作性。此外，未來(lái)可考慮將生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力、長(zhǎng)時(shí)間序列下生態(tài)系統(tǒng)功能及生態(tài)脅迫問(wèn)題演變等要素嵌入本文構(gòu)建的分區(qū)體系，進(jìn)一步豐富生態(tài)修復(fù)分區(qū)內(nèi)涵。

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Land-space ecological restoration zoning of karst rocky desertification areas in Guangxi from multi-dimensional perspectives

WANG Yunqiu1, HU Yecui1,2※, GAO Mengwen1, NIU Shuai1

(1. School of Land Science and Technology, China University of Geoscience, Beijing 100083, China; 2. Key Laboratory of Land Consolidation and Rehabilitation, Ministry of Natural Resources, Beijing 100035, China)

Ecological restoration zoning has been one of the most important prerequisites for the efficient ecological restoration in recent years. An accurate identification can be determined the key ecological restoration areas and developing engineering projects. Taking the Hechi areas of Guangxi Province in China as an example, this study aims to build a zoning framework of “natural conditions-dominant ecological functions-ecological stress problems” using the concept of mountains-rivers-forests-farmlands-lakes-grasses-deserts. The quantitative evaluation and qualitative zoning were combined to delineate the ecological restoration zones. Firstly, the natural regions were the basic components for the ecological restoration, the integrity of the natural elements, and the continuity of geographic pattern. The natural regions were divided according to natural conditions such as watershed distribution, geomorphological classification, fractional vegetation cover, and vegetation type distribution. Secondly, the ecological evaluation was carried out on the ecosystem in the study area, in order to determine the objectives and tasks of ecological restoration. Both ecological functions and ecological stress problems were considered during evaluation. According to the restoration needs, five indicators were selected from the ecosystem service function, including the habitat quality, water conservation, carbon storage and oxygen release, soil and water conservation, food production. Six indicators were set as the ecological stress problems, including the stony desertification, soil erosion, mine geological hazards, ecological degradation, restoration potential of water environment, and potential of comprehensive land consolidation. After that, 11 indicators were evaluated and graded to obtain the distribution pattern of dominant ecological functions and ecological stress problems using the K-means cluster analysis and ArcGIS visualization function. Finally, the comprehensive analysis was weighed via the dominant ecological functions and ecological stress problems of the natural regions. Six natural regions were divided into 15 ecological restoration subregions using sub-watershed boundaries and township administrative boundaries. The results showed that: 1) The strong functions of ecological service were observed in the mountainous and hilly ecological restoration subregions in the northwest and northeast. Ecological stress problems were mainly geological disasters, such as historical mines, soil erosion, as well as stony desertification. One suggestion was proposed that these subregions can be expected to focus on the protection and mine restoration for the disaster prevention in small watershed. 2) The weak functions of ecological service were found in the ecological restoration subregions in the Longjiang Plain and hilly region or the Panyang River mesa region. The comprehensive and relatively serious problems were posed the ecological stress on the heavy task of ecological restoration. One suggestion was addressed to carry out the comprehensive regulation of multiple ecological systems in these subregions. 3) An important karst area was found in the Duyang Mountain mountainous and hilly region in the south, with the serious problems of soil erosion and stony desertification. Correspondingly, the special ecological restoration should be carried out for the ecological restoration subregions. Quantitative ecological evaluation can provide a scientific and objective basis to delimitate the restoration zoning. By dividing and adjusting the ecological restoration zones with the boundaries of sub-watersheds and townships, the problems of separate protection and individual restoration of each element can be solved, ensuring the feasibility of restoration implementation. The finding can provide a strong reference for the comprehensive, systematic and holistic implementation unit delineation of mountains-rivers-forests-farmlands-lakes-grasses-deserts, together with the scientific basis for the delineation and implementation of key areas and key projects for the ecological restoration in Hechi of China.

consolidation; restoration; zoning; dominant ecological functions; ecological stress problems; K-means cluster; Hechi

10.11975/j.issn.1002-6819.202210065

X171.4

A

1002-6819(2023)-01-0223-09

王韻秋，胡業(yè)翠，高夢(mèng)雯，等. 多維視角下廣西喀斯特石漠化地區(qū)國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)分區(qū)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2023，39(1)：223-231.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.202210065 http://www.tcsae.org

WANG Yunqiu, HU Yecui, GAO Mengwen, et al. Land-space ecological restoration zoning of karst rocky desertification areas in Guangxi from multi-dimensional perspectives[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2023, 39(1): 223-231. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.202210065 http://www.tcsae.org

2022-10-10

2022-12-17

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41171440）

王韻秋，研究方向國(guó)土資源調(diào)查與管理。Email：15600060126@163.com

胡業(yè)翠，教授，博士生導(dǎo)師，主研究方向?yàn)閲?guó)土空間規(guī)劃。Email：huyc@163.com