郑州轻工业大学发文!基于脱钩视角的生态重要区土地利用强度与生态系统服务权衡关系及其政策启示

• SCI期刊： Ecological Indicators

• 英文题目： Trade-offs between land use intensity and ecosystem services in ecologically critical areas from a decoupling perspective and their policy implications

• 中文题目： 基于脱钩视角的生态重要区土地利用强度与生态系统服务权衡关系及其政策启示

• 发表时间： 2025年12月11日

• 文章链接： https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2025.114505

🌍 研究背景

生态系统服务是人类生存与发展的基础，而土地利用/覆盖变化通过改变生态系统结构直接影响服务供给。随着中国城市化加速，土地利用强度持续增加，对生态重要区（如大别山区）的生态系统服务造成巨大压力。这类区域既是生态安全屏障，又面临经济发展与生态保护的双重挑战。如何科学评估两者关系、识别协调发展路径，成为可持续发展研究的核心命题。

🎯 研究意义

本研究以国家级重点生态功能区——大别山区为案例，首次引入脱钩分析框架，系统揭示2000–2020年土地利用强度与六类生态系统服务（粮食生产、水源涵养、土壤保持、碳储量、生境质量、景观美学）的动态权衡关系。研究成果不仅为大别山区提供了分区精准管控策略，也为全球类似生态脆弱区协调“保护与发展”矛盾提供了可借鉴的方法论。

📌 研究目的

1. 量化大别山区2000–2020年土地利用强度与六类生态系统服务的时空演变特征；

2. 运用脱钩模型识别不同时期、不同区域的土地利用强度与生态系统服务的脱钩状态；

3. 结合自然与社会经济因素，解析脱钩类型的形成机理；

4. 提出基于分区差异的生态保护与可持续发展政策建议。

📋 研究内容

研究以鄂豫皖三省交界的大别山区为对象，基于2000、2010、2020年三期土地利用数据，通过能量折算法、InVEST模型、核密度分析等方法，评估了粮食生产（GPC）、水源涵养（WY）、土壤保持（SC）、碳储量（CS）、生境质量（HQ）、景观美学（LA）六类生态系统服务价值。同时，采用土地利用强度分级赋值法计算LUI。在此基础上，运用Tapio脱钩模型分析LUI与各ESV的脱钩状态，并结合NDVI、夜间灯光、GDP、人口等因子揭示驱动机制，最终提出差异化管控策略。

🗺️ 研究区概况

大别山区位于安徽、湖北、河南三省交界处，总面积约380km×175km，包含40余个县区。该区是国家级重点生态功能区，也是著名的革命老区和连片贫困区，承担着水源涵养、土壤保持、生物多样性保护等重要生态功能，同时面临粮食生产和城镇化发展的压力。地形以中低山为主，气候属北亚热带季风区，生态系统类型多样。

📊 数据概况

• 土地利用数据：30m分辨率（2000、2010、2020年），来自资源环境科学与数据中心，分为耕地、林地、草地、水域、建设用地、未利用地6类。

• 生态系统服务数据：

• 粮食生产：基于统计年鉴产量和能量转换系数，结合土地利用栅格化；

• 水源涵养、碳储量、土壤保持、生境质量：InVEST模型模拟；

• 景观美学：A级景区和公园点位核密度分析。

• 驱动因子数据：NDVI（500m）、夜间灯光（1km）、GDP（1km）、人口密度（1km）等，统一重采样至1km分辨率，共70548个网格。

⚙️ 研究方法

1. 土地利用强度（LUI）：将地类分为4级（未利用地=1，林地/草地/水域=2，耕地=3，建设用地=4），按面积比例加权计算。

2. 生态系统服务评估：

• GPC：能量折算法（单位面积粮食能量×面积）；

• WY、CS、SC、HQ：InVEST模型；

• LA：核密度分析；

• 总ESV：熵权法加权六类服务。

3. 脱钩分析：构建Tapio脱钩指数

4. 驱动分析：将主要脱钩类型分布与NDVI变化、夜间灯光变化、GDP变化等因子进行空间对比。

📈 研究结果

1. 土地利用变化：

• 耕地始终占主导（2020年占54.6%），建设用地持续扩张（20年增长76.2%），未利用地锐减（-87.8%）；

• 地类转换主要发生在耕地、林地、水域之间，2000–2010年退耕还林明显，2010–2020年建设用地侵占耕地加剧；

• LUI空间呈“平原高、山区低”，但山区LUI因旅游开发逐渐上升。

2. 生态系统服务时空格局：

• 除GPC和LA外，其余服务及总价值均呈“中心高、外围低”格局；

• 2000–2010年WY“南增北减”，2010–2020年北部显著改善；GPC集中于北部平原且持续增长；总价值2010–2020年在西南部出现退化。

3. 脱钩关系：

• 2000–2010年：各服务以“强负脱钩”为主（占比33%–43%），集中于中部生态优先区，表明LUI下降伴随ESV提升；WY、SC、GPC的“扩张负脱钩”次之（22%），分布于山区过渡带。

• 2010–2020年：WY和SC转为“扩张负脱钩”主导（41%和39%），主要在中部和西北部；总ESV以“强脱钩”为主（36%），即LUI上升而ESV下降，集中在南部城市化区。

• CS始终对LUI敏感（强负相关），但恢复滞后；HQ与LUI呈强负相关；GPC呈非线性阈值效应。

4. 驱动机制：

• 强负脱钩区：NDVI上升，人类活动强度低（夜间灯光、GDP增长慢）；

• 扩张负脱钩区（2000–2010）：NDVI下降，但GDP、人口、建设用地增长快，与工业化/生态廊道建设有关（如宿松县）；

• 扩张负脱钩区（2010–2020）：NDVI下降、粮食增产显著，与现代农业示范区和特色农业（如光山县油茶）相关；

• 强脱钩区：NDVI上升但GDP增长快，反映经济增长对生态的挤压。

💬 主要讨论

• 分区差异：

• 北部农业区：以强脱钩和扩张负脱钩为主，需引导生态农业（如油茶、茶叶），限制农药化肥；

• 中部生态区：以强脱钩、弱脱钩为主，需严守生态红线，发展低影响旅游，推广生态治污模式（如金寨县）；

• 南部城市化区：以弱负脱钩、衰退脱钩为主，需划定城市边界，优化产业结构，发展绿色工业（如蕲春县蕲艾产业）。

• 脱钩类型的政策含义：

• 强负脱钩是最优状态，应维持低强度干预；

• 扩张负脱钩可实现“双赢”，需总结推广（如宿松、光山经验）；

• 强脱钩是预警信号，需严格管控建设用地扩张。

• 与全球研究的共鸣：大别山区“中心高、外围低”的ESV格局与埃塞俄比亚高地、贵州赤水河等生态区一致，验证了生态核心区的普遍重要性。

✨ 创新点

1. 理论创新：首次将脱钩模型引入生态重要区土地利用与生态系统服务关系研究，揭示了不同服务对LUI的非线性响应和阶段演化规律。

2. 方法创新：

• 多源数据融合（遥感+统计+POI）评估六类服务，熵权法客观赋权；

• Tapio脱钩框架结合空间分析，识别8种脱钩类型的空间集聚特征；

• 引入NDVI、夜间灯光等因子，解构脱钩类型的驱动机制。

3. 实践创新：基于脱钩结果将大别山区划分为三大功能区，提出“北农-中生态-南城”差异化策略，并提炼出宿松工业强县、光山油茶、金寨生态治污、蕲春蕲艾等本土化案例，为同类地区提供可复制的“双赢”路径。

4. 政策启示：直接服务于《大别山革命老区高质量发展实施方案》，为2027年乡村振兴和2035年现代化目标提供科学支撑。

⚠️ 不足与展望

• 主要关注土地利用单一驱动，未充分纳入气候变化、政策变迁等因素；

• 脱钩分析基于两期变化，可能掩盖年内波动；

• 生态系统服务评估依赖模型参数，存在一定不确定性；

• 未来可引入情景模拟（如FLUS模型）预测不同政策下的脱钩演变，并考虑多尺度耦合机制。

✅ 总结

本研究以脱钩视角系统揭示了大别山区2000–2020年土地利用强度与六类生态系统服务的时空权衡关系。主要发现：研究期前期以“强负脱钩”为主（LUI↓、ESV↑），后期WY、SC转为“扩张负脱钩”（双增），但总ESV在南部城市化区呈“强脱钩”（LUI↑、ESV↓）。碳储量和生境质量对LUI最敏感，粮食生产存在非线性阈值。基于分区差异提出“北部生态农业、中部生态优先、南部绿色工业”的管控策略，并提炼出多个本土化成功案例。研究为生态重要区平衡保护与发展提供了科学依据和实践参考。