科研创新 | 基于生态系统服务簇时空演变的生态功能分区研究——以安徽省芜湖市为例

生态功能分区是生态系统管理的重要手段。科学合理划定生态功能分区，对区域生态文明建设和国土空间优化具有重要指导意义。为进一步提升生态功能分区的科学性，同济规划院设立院内一般课题，由同济大学刘颂教授和规划院贾晓韡所长主持开展了《基于生态系统服务权衡与协同的生态空间优化研究》（KY-2022-YB-A04）的课题研究工作。

生态系统服务簇(Ecosystem Service Bundles，以下缩写为ESB)指共现于某一时空尺度上重复出现的多种类型类生态系统服组合。ESB通过区分不同类型人地耦合复杂系统，可以识别特定簇类型的主导生态系统服务及其存在的生态系统问题，同时提出分区管理、统筹土地多功能性等策略建议，进而为整体提升区域生态系统服务提供参考。

芜湖市作为安徽省域副中心城市，也是长三角地区重要节点城市，自本世纪初进入快速城市化阶段以来，其经济快速发展的同时生态环境发生显著变化，影响生态系统功能正常运行。作为安徽省生态保护空间格局的关键节点，同时也是传统圩田农业生产的重要空间，芜湖市如何有效管理生态系统，促进包括粮食生产、生物多样性维持等多重生态系统服务可持续发展，是当前亟需解决的问题。

综上，本研究基于2000-2020年芜湖市村域生态系统服务时空分布特征，刻画并对比20年间ESB空间分布及其生态系统服务组合规律，分析村域ESB时空演变轨迹类型，识别芜湖市生态功能分区，并根据各生态功能分区主导生态系统服务特征和自然环境特点提出针对性的区域生态系统管理策略，以期为区域国土空间优化决策提供科学依据。

考虑到生态系统服务评估基础数据可获得性、芜湖市自然本底以及经济社会发展对生态系统服务需求特点，本研究选取碳固定(Carbon Sequestration,CS)、生境质量(Habitat Quality,HQ)、土壤保持(Soil Conservation,SC)、雨洪调节(Flood Mitigation,FM)和粮食生产(Food Production,FP)作为芜湖市5种关键生态系统服务。并基于多种模型方法测算2000、2010、2020年5种生态系统服务空间格局。

本研究基于python的Minisom包训练自组织特征映射网络（Self- Organizing Feature Map，SOFM），以研究范围内807个行政村单元作为样本，各村5类生态系统服务指标作为输入向量，采用粗调邻域半径和微调邻域半径两步进行训练，经过10000次迭代得到聚类成果，并参考相关文献采用的方法确定SOFM最佳聚类数。

根据2000-2020年芜湖市ESB演变特征分析结果。研究基于行政村单元ESB演变过程发现存在20年间保持同一类型服务簇特征和具有不同类型服务簇间变化特征的两类行政村。保持同一类型ESB的行政村区域反映了主导生态系统服务与其产生地理单元自然与社会经济条件的较稳定耦合关系。而处于不同类型服务簇间变化的区域反映了人地复杂耦合系统动态变化对主导生态系统服务的影响。因此，将芜湖市域分为主导生态系统服务稳定供给区（下文简称稳定供给区）和主导生态系统服务波动供给区（下文简称波动供给区）2个功能大区，并进一步依据20年间ESB变化脉络细分为7个功能区。

在芜湖市生态系统支持、调节服务簇持续萎缩背景下，本研究将稳定于丘陵生态保育簇的行政村所在区域划分为丘陵生态保育区，持续作为粮食供给簇的区域划分为生态农业维护区，稳定于长江水环境保护簇的区域划分为长江生态保护区，保持城镇生态枯竭簇以及由其它服务簇向生态枯竭簇转化的区域作为都市生态修复区。其它位于波动供给区内的行政村，以促进多重生态系统服务供给，提升区域生态质量为导向，根据其服务簇变化过程和毗邻服务簇演化关系，将其具体划分为丘陵生态恢复区，生态农业建设区和都市农业发展区，最终形成芜湖市生态功能分区空间格局。

芜湖市生态功能分区图

本研究根据不同生态功能分区空间格局及其ESB演变特征，因地制宜施行生态管控措施为区域发展建设提供支持。

①都市生态修复区：该区毗邻城市中心区是未来城市扩张的前沿，人类活动频繁，多重生态系统服务供给能力较弱。未来城市发展进程中，应坚持“生态优先原则”，在维护包括绿地、水域、农田等已有生态要素的基础上，识别生态退化区域，实施国土空间生态修复措施，扩大区域蓝绿空间，促进城绿交融。

②长江生态保护区：该区域以长江水域为主体，位于长江过境芜湖市域上游位置，是区域水生态环境保护的核心区域。未来应重点保护与修复长江水生态环境，按《长江岸线保护和开发利用总体规划》要求，依岸线保护区、保留区、控制利用区及开发利用区划分制定相应管理要求。

③生态农业维护区：该区圩田水网特色突出，圩田类型多样，是传统农业生产的主要空间。未来区域发展应延续圩田机理，保护耕地基底的同时，细化圩区单元功能特征，促进防洪、历史风貌展示等多重生态系统服务供给能力。

④丘陵生态保育区：该区域海拔较高以林地草地为主，人为活动影响低，具有优良的自然本底，是支持、调节服务的主要供给地。未来应突出本底保护并以生态保护红线范围为基础，构建生态安全网络，充分发挥区域生态安全屏障作用。

⑤生态农业建设区：该区域以粮食生产簇和生态保育保护簇演化为特征，自然基底较为优越，具备生态系统供给、调节服务能力。未来该区域应发展绿色农业，采用如“稻鸭共生”等生态种养模式，避免农药化肥使用对土壤水体的破坏，维护耕地供给能力的同时保护生态环境质量。

⑥都市农业发展区：该区域主要以粮食生产簇和城镇生态枯竭簇转化为特征，人为活动强度较高，未来该区域应推进农业与二三产业融合，发展设施农业、观光农业、农产品深加工、现代农业物流业等，实现传统种养业升级。

⑦丘陵生态恢复区：该区域毗邻丘陵生态保育区，是丘陵生态保育区与生态农业建设维护区的缓冲地带，未来该区应从生态系统完整性和系统性角度，鼓励非生态用地向生态用地转化，逐步恢复其生态系统服务能力。

本文全文刊载于《中国园林》2023年第4期

课题负责人

刘颂、贾晓韡

课题组成员

张浩鹏、陈懿慧、沈培宇、董宇翔、胡方、杨韫萍、高鹏、朱恺易、邹清华

本课题受上海同济城市规划设计研究院有限公司暨长三角城市群智能规划协同创新中心科研课题资助

课题名称“基于生态系统服务权衡与协同的生态空间优化研究”

课题编号（KY-2022-YB-A04）

供稿 | 陈涤

编辑 | 宣传办

审核 | 刘颂、肖达