《Resources, Environment and Sustainability》：Future land use intensifies trade-offs between development and conservation in the Yellow River Basin’s critical ecological areas
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本研究针对关键生态区(CEAs)未来动态预测不足的问题，通过生态系统多功能性-稳定性-完整性(MSI)框架，模拟了黄河流域2030-2050年四种土地利用情景下CEAs的时空演变。结果表明生态优先情景(EL)最能维持CEAs功能，而生态经济协调情景(EE)揭示单纯增加生态用地无法抵消建设用地快速扩张对生态系统完整性(EII)的负面影响。研究为协调流域生态保护与经济发展提供了科学依据。
在全球人口持续增长和城镇化加速的背景下，景观破碎化日益加剧，引发了生物多样性丧失和生态系统功能完整性下降的连锁效应。这些趋势不断威胁着区域生态安全和可持续发展。关键生态区(CEAs)作为具有高生态系统完整性、强自我维持和有效自我调节能力的区域，是维持陆地生态系统稳定与平衡的基础。然而，目前对CEAs未来动态的系统预测仍然有限，这制约了保护和增强现有生态功能的有效措施。同时，现有的情景分析往往未能全面整合生态和经济目标。
为了填补这些研究空白，研究人员以黄河流域(YRB)为案例，采用生态系统多功能性-稳定性-完整性(MSI)框架，评估了2030年和2050年四种土地利用情景下CEAs的未来动态：历史基线(HIS)、经济优先(EN)、生态优先(EL)和生态经济协调(EE)。研究发现，所有情景下建设用地持续扩张，加剧了生态和经济土地利用之间的权衡关系。土地利用变化通过改变生态系统多功能性(EMI)、稳定性(ESI)和完整性(EII)，重塑了CEAs的时空格局和功能特征。CEAs主要分布在三江源、黄龙、秦岭和吕梁山等区域。EL情景产生了最有利的结果，保留了最大范围的CEA保留区域(CRRs)和最小的风险区域，到2050年其CRRs比EN情景高出1.5%。虽然生态用地（如森林、草地、湿地）的扩张部分抵消了建设用地对EMI和ESI的不利影响，但EE情景表明，仅仅增加生态用地无法抵消经济用地快速增长对EII的负面影响，这凸显了保护与发展之间的持续冲突。风险区域的ESI和EII水平低于平均值，分别比CEA平均值低8.06-26.64%和16.10-23.97%。基于这些发现，研究提出了针对黄河流域的近长期和区域-流域尺度的差异化治理策略。该研究增进了对土地利用变化如何塑造CEAs的理解，并为平衡脆弱流域的生态风险防控和可持续发展提供了见解。这项重要研究成果发表在《Resources, Environment and Sustainability》期刊上。
研究团队采用了三个关键技术方法：首先使用灰色多目标优化规划(GMOP)模型与斑块生成土地利用模拟(PLUS)模型相结合，模拟了四种情景下2030年和2050年的土地利用格局；其次基于MSI框架，通过InVEST、RUSLE、RWEQ等模型评估了生态系统多功能性(EMI)，利用Fragstats软件量化了生态系统完整性(EII)，结合生态系统服务供给稳定性(ESSSI)和生态恢复力(ERI)计算了生态系统稳定性(ESI)；最后采用K均值聚类分析了CEAs内的生态系统服务簇结构，并识别了不同风险区域。
3. 结果
3.3. 不同情景下的土地利用模拟
研究表明，不同情景下的土地利用动态存在显著差异。EN情景下建设用地增长最为显著，到205年达到36,877.59 km2，主要侵占耕地、裸地和湿地。EL情景则显示生态用地显著增加，森林面积到205年比2020年增长4.90%，而建设用地增长受到明显抑制。EE情景展示了中间路径，到205年建设用地和森林面积介于EL和EN情景之间。
3.4. 未来情景下CEAs的空间分布
CEAs主要集中在黄河流域西部和南部地区，包括三江源、秦岭山脉、黄龙山脉、吕梁山脉等区域。EL情景最有效地维持了高水平的生态系统多功能性、稳定性和完整性，到205年其EMI、ESI和EII分别达到147.70、218.11和251.18。从2030年到205年，中游地区CEAs比例增加，而上游和下游地区比例减少。
3.5. 不同情景下CEAs的风险评估
高风险区域(HRAs)主要集中在三江源上游的碎片化斑块，而低风险区域(LRAs)分布在现有CEAs的边缘地带。EL情景产生的风险区域最小(17,298.00 km2)，CEA保留区域(CRRs)最大(14,761.53 km2)。风险区域的ESI比稳定CEAs低8.07-9.14%，EII低23.05-23.97%。
3.6. CEAs内的生态系统服务结构
CEAs被分为四个不同的服务簇(C1-C4)。C1区域主要支持高水平的碳固存(CS)和栖息地质量(HQ)，集中在秦岭、黄龙、六盘和吕梁山等植被茂密区。C2和C3是主要的水源供给(WY)簇，主要位于三江源地区、若尔盖湿地等区域。C4区域以防风固沙(WEP)服务为主，分布在贺兰山附近和中游的阴山山脉等地区。
4. 讨论
研究深入探讨了土地利用变化对黄河流域EMI、ESI和EII的影响，发现EMI对土地利用变化最为敏感，在所有情景下从2030年到205年均呈下降趋势。EL情景通过抑制城市侵占和促进生态修复，最有效地维持了EII。EE情景揭示了一个结构性矛盾：在建设用地快速扩张的背景下，仅仅增加生态用地的"数量"无法补偿对景观"格局"的破坏。
研究还发现，土地利用转变驱动了CEAs内生态系统服务簇的变化。上游地区从水源供给主导的C2簇向C3簇转变，反映了湿地退化和降水减少的复合效应。而下游建设用地扩张通过增加不透水表面和减少下渗，提高了产水量，使部分C3区域转向C2，但这是一种人为的水文改变而非真正的生态改善。
基于以上分析，研究提出了针对黄河流域CEAs功能提升的路径建议。上游地区应重点保护广阔的"优等"风险区域，中长期需通过空间优化缓解土地利用压力。中游地区包含超过72%的潜在改善区域(PIAs)，可通过有针对性的生态修复提高整体EMI。全流域应建立跨区域生态补偿机制，加强高、低值服务区之间的连通性。
该研究的结论强调，人类开发强度而非生态用地的数量是生态退化的关键决定因素。EL情景通过保护基线生态系统完整性和最小化景观破碎化，最有效地保护了CEAs。EE情景揭示的结构性悖论表明，未来的土地管理必须全面整合生态用地的数量、质量、空间配置和网络连通性，才能长期维持CEAs功能。这些发现为实现黄河流域保护目标和促进可持续景观管理提供了科学基础。
