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2022 , Vol. 77 >Issue 11: 2902 - 2919

DOI: https://doi.org/10.11821/dlxb202211014

气候变化与地表过程

基于生态系统空间异质性的美丽中国生态建设分区

  • 孙传谆 , 1, 2 ,
  • 李鹏 3, 4 ,
  • 邓羽 , 3, 5 ,
  • 张昌顺 3, 4
展开
  • 1.华南农业大学公共管理学院，广州 510642
  • 2.自然资源部华南热带亚热带自然资源监测重点实验室，广州 510815
  • 3.中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101
  • 4.中国科学院大学资源与环境学院，北京100049
  • 5.中国科学院区域可持续发展分析与模拟重点实验室，北京 100101
邓羽(1985-), 男, 湖北恩施人, 博士, 副研究员, 主要从事城市发展与空间管治研究。E-mail:

孙传谆(1985-), 男, 江西吉安人, 博士, 副教授, 主要从事土地利用/覆被变化的生态环境效应研究。E-mail:

收稿日期: 2021-09-07

  修回日期: 2022-04-07

  网络出版日期: 2022-12-27

基金资助

国家重点研发计划(2019YFC0507802)

国家社会科学基金项目(20CGL063)

收起

Ecological regionalization of "Beautiful China" construction based on spatial heterogeneity of ecosystems

  • SUN Chuanzhun , 1, 2 ,
  • LI Peng 3, 4 ,
  • DENG Yu , 3, 5 ,
  • ZHANG Changshun 3, 4
Expand
  • 1. College of Public Management, South China Agriculture University, Guangzhou 510642, China
  • 2. Key Laboratory of Natural Resources Monitoring in Tropical and Subtropical Area of South China, MNR, Guangzhou 510815, China
  • 3. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China
  • 4. College of Resources and Environment, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
  • 5. Key Laboratory of Regional Sustainable Development Modeling, CAS, Beijing 100101, China

Received date: 2021-09-07

  Revised date: 2022-04-07

  Online published: 2022-12-27

Supported by

National Key R&D Program of China(2019YFC0507802)

National Social Sciences Foundation of China(20CGL063)

Fold

摘要

落实“山水林田湖草生命共同体”理念，提出美丽中国生态建设优化途径已成为当前亟待解决的关键科学问题和国家生态文明建设的重大需求。因地制宜地做好美丽中国建设的生态区划，提出生态建设分区方案，是实现美丽中国愿景的重要路径。目前，生态区划对于新时期系统性生态建设内涵，以及全球气候和人类活动变化双重背景对生态系统空间异质性影响的考虑不足。本文通过构建“景观美、服务美、安全美”的三位一体美丽中国生态建设分区的理论框架，综合考虑生态系统结构、格局、质量、服务、胁迫等因素的空间异质性，建立美丽中国生态建设分区三级指标体系，以及对生态现状本底和退化程度进行评估的生态建设综合指数和生态退化综合指数。以全国第三级流域为基本单元，基于指标现状特征及生态综合评估结果，通过空间聚类分析将全国划分为5个一级生态建设区和13类22个二级生态建设区，并在二级分区的基础上选择典型区划分出三级生态建设区。分区结果为美丽中国生态建设提供应用支撑。此外，未来生态建设分区的指标构建应当更加注重指标之间的关联性和生态系统功能的多样性，并进一步耦合气候变化和人类活动对生态系统的双重干扰。

关键词： 美丽中国; 生态建设分区; 空间异质性; 生态建设综合指数; 生态退化综合指数

本文引用格式

孙传谆 , 李鹏 , 邓羽 , 张昌顺 . 基于生态系统空间异质性的美丽中国生态建设分区[J]. 地理学报, 2022 , 77(11) : 2902 -2919 . DOI: 10.11821/dlxb202211014

Abstract

Guided by the conviction that "mountains-rivers-forests-farmlands-lakes-grasslands is a life community", we should optimize the ecological construction of the "Beautiful China" vision. This is a key scientific issue, and as well as an essential resolution to meet the huge demands of the national ecological civilization. Furthermore, it is important to realize the vision of "Beautiful China" via the establishment of ecological regionalization. However, ecological regionalization studies have not considered systematic ecological construction or the spatial heterogeneity of ecosystems, which are affected by changes in global climate and human activities. In this study, a holistic "beautiful landscape, beautiful ecosystem services, and beautiful ecological security" theoretical framework of ecological construction regionalization was constructed, taking into account the spatial heterogeneity of ecosystem structure, pattern, quality, services, and pressure; then, we built three grades of ecological construction regionalization indicators, an integrated ecological construction index, and an integrated ecological degradation index for ecosystem status and assessed the ecosystem degradation. Then, spatial cluster analysis based on the national third watershed was performed and the whole country was divided into five first-grade and 22 second-grade ecological construction regions, respectively. Then, we chose one typical region and established the third-grade ecological construction region. These ecological regionalization-associated results can serve as important application supports for the ecological construction of "Beautiful China". Future ecological regionalization should emphasize the correlation between the indicators and the diversity of ecosystem functions and consider coupling the interference from changes in global climate and human activities.

Key words： Beautiful China; ecological regionalization; spatial heterogeneity; ecological construction index; ecological degradation index

1 引言

生态建设是美丽中国建设的核心内容之一[1]。习近平总书记指出山水林田湖草是生命共同体。这一理念为美丽中国生态建设提供了重要理论支持，成为美丽中国生态环境治理和集成的行动指南。现阶段中国生态建设已取得了巨大成就：林草植被得到恢复，退化土地得到治理，重要生态空间得到有效保护；山区牧区产业产值不断增加，农牧民收入不断提高，脱贫攻坚任务逐步完成；生态文明和绿色发展理念基本形成[2-3]。然而，受全球气候变化、自身资源条件以及人类活动的多重叠加影响，中国生态脆弱区生态退化问题仍未根本解决，土地退化依然严重[4]。生态建设较长时间内片面追求单一规模数量指标，忽略了系统组成和生态功能，也造成了保护目标的偏移[5]。现阶段栖息地破碎化依然严重，栖息地及其连通性保护的问题突出[6]。践行“山水林田湖草生命共同体”理念过程中，较多实践陷入“多要素简单加和”的困境。系统生态保护修复内涵尚未厘清，并未严格从“生命共同体”的整体视角出发，难以有效贯彻治理的系统性、整体性和区域差异性。因此美丽中国生态建设过程中，如何更有效落实“山水林田湖草生命共同体”的理念，提出生态建设优化途径已成为当前亟待解决的关键科学问题和国家生态文明建设的重大需求。
因地制宜地做好美丽中国建设的人地系统耦合区划，提出建设分区方案，指导分区域系统性建设，是实现美丽中国建设的人地系统耦合的重要路径之一[7]。生态建设有必要采用生物地理区划、生态功能区划的方式达成对国土空间的综合认知[8]。现有相关区划为当前美丽中国生态建设分区方案的制定奠定了坚实的理论、方法和实践基础。然而现有综合区划研究主要针对特定时期国家经济社会发展、生态环境保护等特定需求。当前已进入“山水林田湖草”系统治理和建设阶段，需要基于新理念的综合区划尤其是生态区划来满足美丽中国生态建设特定内涵和需求。
早期的生态区划以植被为主要识别要素，同时以气候作为影响植被分布的主导因子，并确立了一系列气候指标[9]。美国生态学家Bailey于1976年从生态系统的角度提出了首个真正意义上的生态区划，并按地域、区、省和地段4个等级进行划分，编制了1:750万的美国生态区域图[10]。此后，各国生态学家对生态区划原则、指标体系、等级和方法等进行了大量的研究。学者们对生态区划的影响因素也逐步考虑人类活动及其与生态环境直接的关系[11]。傅伯杰等建立的中国生态区划方案中，其在强调自然区域分异的基础上，重点突出人类活动对生态系统的胁迫[12]。同时，生态区划研究也逐步纳入生态资产、生态系统服务功能以及生态脆弱性和敏感性等因素[13⇓⇓⇓-17]。生态区划逐步由特征区划转向功能和服务区划[18]。
尽管对生态区划理论和应用有大量研究，生态区划指标也日趋完善，但是对于新时期系统性生态建设需求，以及全球气候和人类活动变化双重背景对生态系统空间异质性的影响，现有区划的指标体系对其考虑不足。生态区划纳入气候和社会经济指标作为外部变量，构建基于干扰导致生态系统退化程度、基于生物地理属性的生物多样性保育、基于生态系统服务的生态功能提升多维度指标体系是提高国土空间系统性综合认知的重要路径[18]。随着各类全球空间数据的陆续发布，以及各类生态系统评估模型的广泛应用，可以用于表征生态系统特征的指标众多。常见的生态指标，例如温度、降水、高程、土壤、植被等能够直接反映到生态系统质量、服务乃至胁迫等集成指标上。这对于气候和人类活动等因素的考量更为综合。与此同时，经过多次全国范围的生态系统综合评估实践之后，中国生态系统评估已基本形成基于生态系统的“格局—质量—服务—问题—胁迫”的评估框架[19]。该框架对于系统性获取不同尺度的生态系统基本信息，现势评估和掌握国家生态系统的综合状况起着非常重要的作用。
本文基于生态建设、生态区划理论以及生态系统综合评估框架，构建“景观美、服务美、安全美”三位一体的美丽中国生态建设分区理论框架及三级分区指标体系。一级分区指标重点考虑生物地理因素。二级和三级区考虑结构、格局、质量、服务、胁迫等生态系统及其服务的空间异质性。并结合生态建设现状评估，以全国第三级流域为基本单元，通过空间聚类方法实现三级生态建设分区。本文还探索不同分区内在影响机制，进而提出分区生态建设重点。

2 生态建设内涵及其分区理论框架

2.1 基本内涵

生态建设是人类理性行为参与下积极的生态恢复与重建过程[20]。其包括退化因素得到控制或消除以后的自然恢复，以及人为对受损生态系统和景观的结构、功能和过程进行调控并使之达到健康的状态。此前开展的一些生态保护修复实践大多聚焦于水、土、林等单一生态要素，或水土流失等单一自然过程，导致治标不治本的问题较为突出。因此，强调系统性、整体性、综合性的“山水林田湖草生命共同体”的保护修复理念的提出，为美丽中国生态建设提供了系统性保护修复、人地和谐共生等新内涵[21]。

2.2 理论基础

美丽中国生态建设的理论基础是以人地协调理论、系统性理论为支撑，基于景观生态学、生态系统服务等理论共同诠释“山水林田湖草生命共同体”的人与自然环境的耦合机制。在此基础上，通过生态区划理论体现生态系统及其服务的空间异质性，指导区域生态建设。
（1）人地协调理论与系统理论
人地关系矛盾的协调过程是地理学研究的核心主题[22]。生态建设是寻求人类与环境和谐共处的最佳手段之一[23]。生态建设作为实现中国生态安全格局优化、生态系统过程稳定、生态系统功能提升的重要途径，其通过对流域受损生态系统进行整体、全面的保护修复，为国家生态安全和可持续发展夯实了基础[24-25]。生态建设的最终目的是要实现人与自然生态系统的交互渗透的正向演替与协调发展，从而打造生产、生活、生态空间有机融合的新型国土生态安全格局，促进人与自然和谐共生[26]。
生态建设同时也需要系统理论作为支撑。生态系统内部各要素之间、要素与外部环境之间，彼此相互联系、相互作用。若仅对某一特定类型生态系统进行管控，或仅对全域系统各组成部分进行单独治理，都将难以实现全局的既定目标，甚至可能适得其反[27]。任何一个简单或极端的生态修复行为均可能存在潜在的生态安全风险[28]。因此，生态要素系统“优化”与“调理”是保障国土空间生态安全的基础支撑之一[29]。
（2）生态系统服务理论与景观生态学理论
生态系统服务是人类从生态系统中所获得的各种惠益[30]。提供优质生态产品、提升区域生态系统服务水平和民生福祉，也是国土空间生态保护修复的重要使命[8]。生态系统服务是人类活动与生态系统相互作用响应的结果，其生态系统结构—格局—过程—功能—人类惠益（服务）相互关联作用的理论是国土空间生态保护修复理论基础之一[29,31]。
国土空间生态修复的首要目标是将具有一定景观生态关联的受损生态系统在人为干预下实现系统的自我演替与更新[32]。即要实现景观格局与生态过程良性交互演替。景观生态学作为研究空间格局与生态学过程相互作用关系的理论，其强调景观格局与生态系统内物质、能量、信息的流动和迁移过程之间的相互作用关系，直接影响到生态系统服务功能的发挥与人类福祉的裨益[33]。
（3）生态区划理论
生态区划是对生态区域和生态单元的划分或合并研究[11]。是生态建设分区的核心理论基础。在生态保护修复过程中，应同时考虑尺度的空间嵌套和属性的层次递进，因此有必要采用生态区划的方式达成对国土空间的综合认知[8]。传统生物地理区划由于忽视气候变化和人类活动的生态影响，未能体现人类从生态系统中获得的效益[18]。生态功能区划在一定程度上弥补了这些不足，因而越来越受到重视。生态功能区划的核心是对生态系统服务的空间表达，因而生态系统服务理论是生态功能区划的重要理论基础。同时，生态区划理论也包含了景观生态学中的等级理论、尺度效益理论。
总体而言，美丽中国生态建设是以人地和谐为总目标，服务于天蓝地绿、山清水秀、强大富裕的美丽中国总体建设，助力景观过程完整性、生态系统服务可持续性以及防止生态系统退化的国土空间生态安全目标，提升民生福祉。其理论基础突出体现了美丽中国生态建设“景观美、服务美、安全美”三位一体目标的统一。论文实证部分立足三位一体的指标体系，基于尺度和属性检测出生态系统及其服务的区域现状与空间差异，进而划分生态建设分区。这也是论文的总体研究框架（图1）。
图1 美丽中国生态建设分区研究框架

Fig. 1 Research framework of ecological regionalization of "Beautiful China" construction

3 研究方法与数据来源

3.1 分区原则

本文的生态建设分区原则遵循生态综合区划的一般原则，即区域分异原则、区域内结构的相似性与差异性原则、综合分析与主导因素相结合的原则、人类与生态环境不可分割原则。同时也遵循生态系统集成表征以及流域完整性原则。

3.2 分区方案

本文采用三级分区方法，分别为一级、二级和三级生态建设区。一级生态建设区主要考虑地貌、气候和人类活动因素。二级生态建设区主要考虑生态系统结构、格局、质量、服务、胁迫的现状特征。三级生态建设区主要考虑生态系统退化及人类胁迫因子的变化特征。生态系统能够在流域尺度形成相互联系相对完整的单元。本文选择全国第三级流域作为生态建设分区的基本单元。

3.3 分区指标体系

（1）一级分区指标体系
根据刘国华和傅伯杰对于生态区划指标确定原则，一级区划主要考虑地形地貌、气候和人类活动因素[11]。其中气候是大尺度生态系统的主要决定因素，而地貌和地形对水热因子的分布起重要的作用，因此，它们往往在区划的过程中被确定为主要指标之一[34]。人类活动主要指资源开发利用的程度。本文选用一级指标如下表（表1）。
表1 一级分区指标体系

Tab. 1 Indicators of first grade ecological regionalization

因素 指标 数据来源
地形地貌 地形起伏度 封志明等[35]；封志明等[36]
海拔
气候 气候类型 柯本气候分区数据(Beck等[37])
人类活动 人口密度 World POP (https://www.worldpop.org/)
建设用地范围 中国科学院资源环境科学数据中心(2020年)
农田范围
（2）二级分区指标体系
本文二级分区主要体现景观美、服务美、安全美的生态建设目标，由生态系统结构、格局、质量、服务、胁迫等方面指标体系来反映（表2）。首先，从生态系统结构、质量、服务构建生态建设现状评估指标体系，评估结果具有空间针对性，能较好反映区域生态系统动态本底状况，是形成分区生态保护与修复策略的重要前提[38-39]。其次，山水林田湖草要素之间在景观尺度上是高度关联的[40]。保持自然景观连通性和多样性是保护和自然修复优先的重要体现[41]。因此从景观格局角度评估生态本底特征能够充分体现山水林田湖草生命共同体以及自然修复为主的生态保护修复理念。再次，人类活动给自然资源和生态系统构成巨大胁迫，人类活动对于生态系统动态演替扮演着极为重要的角色[13]。生态区划需要充分考虑人类活动强度。
表2 二级分区指标体系

Tab. 2 Indicators of second grade ecological regionalization

目标 指标 数据来源
服务美 食物供给重要性 中国科学院资源环境科学数据中心(2015年)[42]
气候调节重要性
土壤保持重要性
环境净化重要性
水文调节重要性
营养维持重要性
生物多样性保护重要性
景观美 自然景观连通度 使用中国科学院资源环境科学数据中心的土地利用/覆被数据，通过景观软件计算获取(2020年)
景观破碎度
自然景观多样性
安全美 植被质量(植被净初级生产力多年平均值，NPP) NASA's Earth Observing System Data and Information System(EOSDIS) (https://lpdaac.usgs.gov/products/mod17a3hv006)(2009—2019年)
自然生态系统宏观结构质量 中国科学院资源环境科学数据中心生态系统结构数据(2015年)，计算方法参考邵全琴等的计算方法[43]
栖息地质量 Xu等[44]
露天采矿场密度 全国生态环境十年变化(2000—2010年)遥感调查与评估项目的采矿用地空间数据
人类活动强度(夜间灯光指数) 中国科学院资源环境科学数据中心(2013年)
（3）三级分区指标体系
三级区主要面向近年生态系统以及人类胁迫强度的变化特征，反映生态系统本身所面临的问题。在二级分区指标的基础上，本文选取能够较好反映变化特征的指标，包含生态系统结构、生态系统质量、景观破碎度和人类活动胁迫性变化4个方面的9个指标（表3）。本文仅考虑基本单元内部生态退化部分的特征，暂不考虑生态系统提升和不变部分。其中NPP指标值由多年变化斜率的负值区域的值表示。三级区指标的变化时间段为2010—2020年。少数指标因数据获取问题，年份选择会有一定程度的偏差。
表3 三级分区指标体系

Tab. 3 Indicators of third grade ecological regionalization

因素 指标 数据来源
生态系统结构 生态系统宏观结构质量变化 中国科学院资源环境科学数据中心(2005—2015年)
生态系统质量 植被净初级生产力多年变化斜率 NASA's Earth Observing System Data and Information System (EOSDIS) (2009—2019年)
景观特征 栖息地质量变化 Xu等[44](2005—2015年)
景观破碎度变化 使用中国科学院资源环境科学数据中心的土地利用/覆被数据，通过景观软件计算获取(2010—2020年)
自然景观多样性变化
人类活动胁迫性 夜间灯光指数变化 中国科学院资源环境科学数据中心(夜间灯光指数为2000—2013年，建设用地和农田比例数据年份为2010—2020年)、全国生态环境十年变化(2000—2010年)遥感调查与评估项目的采矿用地数据
建设用地比例变化
农田比例变化
采矿场密度变化

3.4 生态建设综合评价

本文采用线性加权法分别构建二级和三级生态建设分区的生态建设指数和生态退化指数。生态建设指数主要评估生态系统本底状况。将其与二级分区指标结合，利用空间聚类方法，分析全国生态系统差异化特征，形成二级生态建设分区。分区结果偏重于差异化保护目标。生态退化指数主要评估二级分区内部生态退化问题。将其与三级分区指标结合，利用空间聚类方法，分析生态系统退化空间差异性，形成三级生态建设分区。分区结果偏重于生态系统修复目标。
（1）生态建设指数
参考宋伟等构建的生态修复指数[45]，本文构建生态建设指数。首先是采用极值法对指标无量纲和同趋势化处理。其次是利用指标标准化数据，采用熵权法确定各指标的权重。最后，基于指标标准值和权重，构建线性加权的生态建设指数（ECI）。该指数反映了区域生态本底质量综合状况。ECI越大，代表区域生态质量越好，越是生态安全重点保护区域。ECI测算公式如下：
E C I = ∑ i = 1 n W i E i ( i = 1,2 , … , 15 )
式中： E i为第i项生态建设指标在评价单元内的标准化后平均值； W i为第i项生态建设指标的权重。ECI完整地体现了生态安全内涵的3个基本方面，即景观过程完整性、生态系统服务可持续性以及防止生态系统退化[46]。相关指标原始值主要来源于生态函数和模型运算结果（表2）。因而该指数本质上是“景观、服务、安全”三位一体的生态系统现状集成综合评估模型。
（2）生态退化指数
将退化指标标准化后图层进行叠加分析，得出评估时期内生态系统质量变化特征。选取各指标下降或退化区域的平均值反映评价单元的指标平均退化程度，构建线性加权生态退化指数（EDI）。该指数反映区域生态系统综合退化程度。EDI越小，退化程度越大，越需要加强生态修复。EDI测算公式如下：
E D I = ∑ i = 1 n W i E D i ( i = 1,2 , … , 9 )
式中： E D i为第i项生态退化指标在评价单元内的平均退化程度； W i为第i项生态退化指标的权重，权重由第三级指标退化值的熵权确定。

3.5 分类分区方法

以209个全国第三级流域作为评价的基础单元。利用ArcGIS空间聚类分析工具，基于各流域二、三级指标的数值分别进行空间聚类分析。其中二级和三级生态建设分区聚类时分别纳入生态建设指数（ECI）和生态退化指数（EDI）。分区数的确定首先以Arcgis空间聚类分析（分组分析工具）结果的伪F变量为参考。F值越大，分组效果越优。而后将较大F值的分组结果与地形地貌、气候带分布等基础地理数据进行空间叠置分析，选择空间吻合度较高的分组作为较优分区。

3.6 分区命名

一级建设区由“区域名称+气候特征+生态建设区”构成，例如：西北干旱荒漠寒冷生态建设区；
二级建设区由“流域名称+主导美丽因素+保护（或胁迫控制）区”构成，例如：蚌洪区间南岸等15流域水文调节与食物供给保护区；
三级建设区由“流域名称+生态系统问题（或胁迫因素）+生态修复（控制、提升）区”，例如：闽南诸河生态系统结构质量提升区。

4 分区结果

4.1 生态建设一级区

生态建设一级区是由地形地貌、气候和人类活动分异决定的生态区划单元。包含5个生态建设区：西北干旱寒冷生态建设区（Ⅰ）、青藏高原冻原生态建设区（Ⅱ）、东中部温暖湿润半湿润生态建设区（Ⅲ）、西南高山温暖湿润生态建设区（Ⅳ）、南部温暖湿润生态建设区（Ⅴ）（图2）。各分区具有以下特征（表4）：
图2 中国生态建设一级区

注：基于国家自然资源部标准地图服务网站GS(2020)4619号地图绘制，底图边界无修改。

Fig. 2 First grade ecological regionalization

表4 生态建设一级区相关指数特征

Tab. 4 Features of the indicators of first grade ecological regionalization

分区代码 平均地形起伏度 平均海拔(m) 平均人口密度(人/km2) 平均建设用地占比(%) 平均农田占比(%)
Ⅰ 2.16 1869.50 15.01 0.82 7.65
Ⅱ 4.71 3993.26 19.34 0.40 3.91
Ⅲ 0.69 607.60 237.33 8.05 42.96
Ⅳ 2.31 1683.36 117.65 1.15 20.16
Ⅴ 0.52 318.67 454.19 7.50 31.36
西北干旱寒冷生态建设区包含30个子流域，以干旱寒冷气候为主，其中地表以荒漠和戈壁为主，平均海拔1869.50 m，平均地形起伏度为2.16。人口密度较低，平均人口密度为15.01 人/km2，平均农田比例为7.65%，平均建设用地比例为0.81%。
青藏高原冻原生态建设区包含21个子流域，以冻原、干旱草原气候为主，平均海拔为3993.26 m，平均地形起伏度为4.71。人口密度为19.34 人/km2，建设用地比例和农田比例在5个分区中最低。
东中部温暖湿润半湿润生态建设区包含87个子流域，为典型温带季风气候。地形起伏度和海拔均较低，人口密度为237.33 人/km2，处于较高水平。建设用地和农田比例在5个分区中最高，人类活动范围较广。
西南高山温暖湿润生态建设区包含11个子流域。气候以冬季干旱、夏季温暖为主要特征，地形起伏和平均海拔与西北干旱荒漠寒冷生态建设区类似，地表呈现典型喀斯特地貌特征，人口、建设用地和农田比例远高于前者。
南部温暖湿润生态建设区包含63个子流域。以季风气候为主，降雨充沛，气候温暖湿润，平均海拔和地形起伏度较小，建设用地和农田比例较高，人口密度在5个分区中最高，为454.19 人/km2。

4.2 生态建设二级区

综合各指标因素，测算各流域生态建设指数（图3）。结果表明，各流域生态建设综合指数介于0.05~0.30之间。总体而言，各流域生态建设指数分异明显，反映出生态本底优势差异明显。空间上呈现出南高北低，西高东低的分异特征。其中华北平原、东北平原以及黄土高原的生态系统综合质量相对较低。
图3 中国生态建设指数(ECI)空间分布特征

注：基于国家自然资源部标准地图服务网站GS(2020)4619号地图绘制，底图边界无修改。

Fig. 3 Spatial features of the ecological construction index

空间聚类与空间叠置分析结果显示，可以将全国分为13类空间上连续的生态建设二级区（表5）。根据主导生态优势因素原则，参照较大幅度高于平均水平的指标类型，将13个类型区命名为：生态系统质量综合保护区、土壤保持与自然景观多样性保护区、生态系统支持功能保护区、水文调节与食物供给保护区、生态系统胁迫控制区、生态系统胁迫控制与采矿复垦区、土壤保持与生态系统综合保护区、自然景观连通性保护区、食物供给与采矿用地复垦区、生态系统支持功能保护与胁迫控制区、食物供给维持和生态系统胁迫控制区、生态系统质量综合保护区、生物多样性保护与生态系统胁迫控制区等。其中第1、7、12类型区ECI值较高，生态系统总体质量较高。第3、4、7、10、12类型区具有较多生态系统正向指标值高于全国平均水平。第3、5、6、9、10、11、13类型区的一些负向指标值高于全国平均水平，如景观破碎度、灯光指数、采矿用地密度等。由于生态建设二级区与一级区是自上而下的关系。因此本文将生态建设一级区作为空间约束因素，与以上13个类型区进行空间叠加。叠加后生态建设二级区变为22个（图4）。
表5 生态建设二级区及其特征

Tab. 5 Second grade ecological regionalization and its related features

区域类型 类型名称 二级区代码及流域名称 生态建设指数 较大幅度高于平均水平指标
1 生态系统结构与连通性保护区 Ⅰ2(石羊河)
Ⅱ2(湟水等6流域)
Ⅲ6(丹江口以上等4流域)		 0.176 ECI、生态系统结构质量、自然景观连通性
2 土壤保持与自然景观多样性保护区 Ⅲ9(涪江等4流域)
Ⅳ2(思南以上)
Ⅴ1(赤水河等3流域)		 0.139 土壤保持、自然景观多样性
3 生物多样性与生态系统支持功能保护区 Ⅲ4(额尔古纳干流区间等17
流域)		 0.158 气候调节、生态系统结构质量、生物多样性、净化功能、自然景观多样性、景观破碎度、栖息地质量
4 水文调节与食物供给保护区 Ⅴ2(蚌洪区间南岸等15流域) 0.127 水文调节、营养维持、食物供给、净化功能、土壤保持
5 人类胁迫控制与水文调节保护区 Ⅴ4(杭嘉湖区等4流域) 0.067 灯光指数、水文调节、食物供给
6 生态系统胁迫控制与采矿复垦区 Ⅲ5(吴堡以上右岸等2流域) 0.109 景观破碎度、自然景观多样性、栖息地质量、采矿用地密度
7 土壤保持与生态系统综合保护区 Ⅱ3(沘江口以上等9流域) 0.247 ECI、生态系统结构质量、自然景观连通性、土壤保持、栖息地质量
8 自然景观连通性保护区 Ⅰ1(阿克苏河等29流域)
Ⅱ1(藏西诸河等5流域)
Ⅲ1(内蒙古高原东部等4流域)		 0.163 自然景观连通性
9 食物供给保护与采矿用地复垦区 Ⅲ3(东辽河等8流域) 0.078 食物供给、采矿用地密度
10 生态系统支持功能保护与人类胁迫控制区 Ⅴ6(东江秋香江口以下等4流域) 0.146 植被净初级生产力、营养维持、气候调节、生物多样性、净化、水文调节、土壤保持、自然景观多样性灯光指数、景观破碎度
11 食物供给保护与人类胁迫控制区 Ⅲ7(蚌洪区间北岸等25流域)
Ⅴ3(里下河区)		 0.070 食物供给、灯光指数
12 生态系统质量综合保护区 Ⅲ8(青衣江和岷江干流)
Ⅳ1(北盘江等9流域)
Ⅴ5(北江大坑口以上等35流域)		 0.214 ECI、植被净初级生产力、营养维持、气候调节、生态系统结构质量、生物多样性、净化、水文调节、土壤保持、自然景观多样性、栖息地质量
13 生物多样性保护与人类胁迫控制区 Ⅲ2(北洛河状头以上等22流域) 0.131 气候调节、生物多样性、土壤保持、自然景观多样性、灯光指数、景观破碎度
图4 中国生态建设二级区

注：基于国家自然资源部标准地图服务网站GS(2020)4619号地图绘制，底图边界无修改。

Fig. 4 Second grade ecological regionalization

4.3 生态建设三级区

综合各生态退化指标因素，测算各流域生态退化指数（图5）。结果表明，各流域生态退化综合指数介于-0.11~0.00之间。总体而言，各流域生态退化指数分异明显，呈现出自西向东退化程度逐步增强的空间分异特征，且与人类活动强度有较强的吻合度。其中，长江中下游、华北平原以及珠江流域下游的退化程度相对较高。
图5 中国生态退化指数(EDI)空间分布特征

注：基于国家自然资源部标准地图服务网站GS(2020)4619号地图绘制，底图边界无修改。

Fig. 5 Spatial features of the ecological degradation index

由于生态建设三级指标是二级相关指标的延伸，三级指标主要体现生态系统退化特征，因此三级分区需要在二级分区内部进行。本文以二级指标变异程度较大且与全国总体水平较为一致的V5区为典型区，进行生态建设三级分区。空间聚类与叠置分析结果显示，V5区可划分为空间上连续的9个三级区（图6、表6）。根据主导退化因素（表6），分区类型命名为生态系统综合修复区、栖息地质量提升区、生态系统综合修复与胁迫控制区、生态系统保护区、生态系统结构质量提升区、栖息地质量与景观连通度提升区、自然景观多样性提升区、生态系统胁迫控制区、采矿复垦区等。其中有4个区域EDI指数较低，退化程度较高。尤其第3区（V5003闽南诸河）各指标均显示出较高程度的退化，需要进行全方位生态修复。
图6 典型区的生态建设三级区

Fig. 6 Third grade ecological regionalization in typical regions

表6 典型区的生态建设三级区

Tab. 6 Features of the third grade ecological regionalization in typical regions

类型编号 类型名称 三级区代码及名称 生态退化指数 退化程度 退化程度较大幅度高于平均水平指标
1 生态系统综合修复区 V5001(富春江水库以上等2流域) -0.023 高 EDI、栖息地质量、景观破碎度、夜间灯光指数、建设用地密度、生态系统结构质量
2 栖息地质量提升区 V5002
(台湾岛)		 -0.053 高 EDI、栖息地质量、植被净初级生产力
3 生态系统综合修复与胁迫控制区 V5003(闽南诸河) -0.028 高 EDI、栖息地质量、景观破碎度、采矿用地密度、自然景观多样性、夜间灯光指数、建设用地密度、生态系统结构质量
4 生态系统综合保护区 V5004(红水河等9流域) -0.014 低 无
5 生态系统结构质量提升区 V5005(赣江峡江以下等10流域) -0.025 高 EDI、植被净初级生产力、建设用地密度、生态系统结构质量
6 栖息地质量与景观连通度提升区 V5006(瓯江温溪以上) -0.012 低 栖息地质量、景观破碎度、建设用地密度、生态系统结构质量
7 自然景观多样性提升区 V5007(饶河) -0.010 低 自然景观多样性
8 生态系统胁迫控制区 V5008(北江大坑口以下等3流域) -0.018 中 景观破碎度、采矿用地密度、自然景观多样性、夜间灯光指数
9 采矿复垦区 V5009(北江大坑口以上等8流域) -0.014 低 采矿用地密度

5 讨论

5.1 分区生态建设重点与分区方案应用

（1）分区生态建设重点
生态建设二级区主要通过优势较为突出的指标类型进行分类分区，因此生态建设二级区的建设重点为保护现有生态优势本底。不同类型分区的生态建设重点则是依照其较大幅度高于平均水平的指标，保护和提升核心正向指标的水平，控制负向指标尤其是人类活动的强度（表5）。分区内所有生态建设措施的最终目的是为实现分区名称所体现的核心目标。例如生态系统结构与连通性保护目标（类型区1，分区Ⅰ2、Ⅱ2、Ⅲ6），生态系统胁迫控制与采矿用地复垦目标（类型区6，分区Ⅲ5）等。生态建设三级区是基于指标退化进行的分类分区。因此生态建设三级区的建设重点为加强退化指标的生态修复或控制人类活动的胁迫强度的进一步提升。具体为针对分区内部退化程度较大幅度高于平均水平的指标类型，进行各类型区的生态修复与管理（表6）。
（2）分区方案应用
本分区方案的应用主要表现在以下两个方面：一是与现有生态保护修复工程区或行政区结合使用。将生态保护修复工程范围或行政边界与本分区进行叠加。通过范围或行政边界内指标值与分区的指标对比，分析工程区目前的优势和短板，针对短板进一步加强治理，以实现分区生态建设的上述核心目标。二是与现有生物地理区划结合使用。进一步明确聚焦关键生态问题，提出改善方案，实现分区生态建设核心目标。
以赣州市山水林田湖草生态保护修复工程为例。该工程区域与赣江栋背以上这一流域的边界大致重合。工程区是中国生态安全战略格局中“两屏三带”的重要组成部分。其生态功能定位是重点加强植被修复和水土流失防治，提升水源涵养功能，加强森林生态系统和生物多样性保护。工程区当前面临矿山开发、水质量环境差、森林类型单一以及水土流失严重等生态问题。
① 与工程区或行政区结合使用
工程区所处流域属于二级区的第12类型区的V5区，即生态系统质量综合保护区。该流域相关指标值与V5区比较而言，生态系统质量综合指数ECI高13.36%。表明工程区在二级分区内总体处于较优的生态系统质量水平。就指标类型而言，安全类指标和景观类指标绝大多数都高于分区平均水平。这与本区域作为“两屏三带”生态屏障的重要一环的生态本底特征相符。也是未来生态屏障建设的重要保障。但服务类指标值大多数低于所处分区的平均水平。表明较好的生态本底未能发挥较高生态系统服务水平。工程区未来要重点提升生物多样性、水质净化、土壤保持、水文调节、营养维持等支持和调节服务水平，以补齐短板，服务于所处分区的生态系统质量综合提升的核心目标。与此同时，工程区所处流域亦属于三级区第9类型区的V50009区。与之相较，生态系统退化指数EDI低7.55%。生态退化总体程度低于所处三级分区。但其自然景观破碎度水平在区内较高，人类活动范围和强度也相对较高，矿产开发问题依然严重。这几项指标是未来生态修复和管控的重点。
② 与生物地理区划结合使用
本分区主要体现了生态系统及其服务功能特征。与其他生态区划相比较，在二级和三区缺少植被、地形等要素的表征。因此，本分区方案可以与现有生物地理区划结合使用。同样以赣州市山水林田湖草生态保护修复工程为例。该工程区在中国生态功能区划中属于南岭山地丘陵常绿阔叶林生态区。受地形及海拔高度的影响，该生态区气温和降雨降水空间分布不均。地带性土壤以红壤、黄壤为主。土壤保持和森林多样性维持的需求较高。结合前文对生态建设短板的分析，该区未来可以更进一步聚焦于做好水土保持治理，提升自然景观多样性。尤其针对森林生态系统，要加强植被多样性建设，改善目前以马尾松为主导的单一森林植被特征，提高森林生态系统的生物多样性水平和植被净初级生产力水平，从根本上提升工程区的生态系统质量和服务水平。

5.2 分区指标体系完善

除了选择集成性较强的指标以外，未来指标构建过程中应当更加注重指标之间的关联性和生态系统功能的多样性。生态区划可以更多关注功能之间的关联，明确功能类型及其空间上的权衡与协同关系。从而使得区划的差异化更为科学。指标选择可以纳入分区基本单元内部各项生态系统服务的权衡与协同系数。与此同时，未来指标的构建还需要更加深入考虑气候变化与人类活动的双重扰动对生态系统的影响。本文指标体系仅纳入气候变化和人类活动因素，但尚未能考虑气候变化和人类活动对生态系统的内在影响。要体现二者的影响，未来指标体系构建可以通过暴露、压力等准则单独表征，也可以通过生态系统对于气候变化和人类活动的敏感性评价来体现。
此外，本文对于生态系统退化及其面临问题的表征，主要通过生态系统相关指标的变化来体现。表征指标具有与上级指标一致性较好、数据易计算和获取等优势，但也存在时间尺度难以准确把握的问题。例如气候变化需要较长时间来反映，而人类活动强度的增强可以在较短时间内体现出来。因此，如果能够采用生态环境问题评估数据作为表征指标，将进一步提升分区的科学性。这些评估数据可以包含且不仅限于以下几个方面：人类压力指数、水土流失强度、风蚀强度、土地沙化强度、石漠化强度、放牧强度、水资源开发强度、农药化肥施用强度等。

5.3 与其他生态区划的异同性

本文一级区划与传统生态区划考虑的因素基本一致。主要为地形地貌、气候和人类活动因素。这方面傅伯杰等[12]以及谢高地等[16]所构建的生态区划具有代表性。与之相比较，本文生态一级区划分为5个分区。与以上学者的分区数量较为接近。分区所反映的分异特征基本上一致，即南北温度差异和东西干湿和地形差异。不同的是，本文在一级区中较大程度考虑了人类活动范围因素，包含人口密度、建设用地范围和农田范围。因此传统分区中的西北干旱、半干旱区的东部被划分到本文的东中部温暖湿润半湿润生态建设区。同时由于西南地区地形地貌和气候类型多样、人类活动较为剧烈等特征，西南地区在本文中被划分为一个单独生态建设区。
本文二级区主要体现美丽中国生态现状特征。由于二级区的功能指标是常见的生态要素的计算结果。其已经涵盖了水分、温度、植被、高程等特征要素。因此二级区与现有生态要素区划（例如中国气候区划、中国植被区划）或生态要素本身（例如等降水线，等积温线等）的空间分布特征具有较高的吻合度。加上依据以上区划和生态要素对分组结果作了进一步修正，因此也增强了这种吻合度。本文三级区主要基于近十余年各单元的生态退化特征。由于短期内气候波动较大、人类活动随机性也相对较强，对于分区精度有一定程度的影响。这有待于通过上节提到的生态问题评估指标体系的建立来进一步提升第三级分区的规律性。

6 结论

本文通过构建“景观美、服务美、安全美”的三位一体美丽中国生态建设分区的理论框架，综合考虑生态系统结构、格局、质量、服务、胁迫等因素的空间异质性，建立美丽中国生态建设分区三级指标体系，以及生态建设综合指数和生态退化综合指数。以流域为基本单元进行空间聚类和叠置分析，从而划分三级生态建设分区。研究主要得到以下结论：
（1）可将全国分为5个一级生态建设区和13类22个二级生态建设区。以二级分区指标变异程度较大且与全国总体水平较为一致的二级区V5为典型区，可将V5区划分为空间上连续的9个三级生态建设区。
（2）生态建设综合评价结果显示，各流域生态建设指数分异明显，反映出生态本底优势差异明显。空间上呈现出南高北低，西高东低的分异特征。与此同时，各流域生态退化指数也具有明显的差异，空间上呈现出自西向东退化程度逐步增强的空间分异特征，且与人类活动强度有较强的吻合度。
（3）未来指标构建过程中应当更加注重指标之间的关联性和生态系统功能的多样性，同时也需要进一步耦合气候变化与人类活动的双重扰动对生态系统的影响。生态退化或生态环境问题的体现，应进一步采用生态环境问题评估数据作为表征指标。

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