三川河流域生态系统健康与人类足迹耦合协调的生态功能区划研究——面向可持续景观管理的创新框架

《Landscape Ecology》：Integrating Ecosystem Health and Human Footprint in ecological function zoning: a framework for sustainable landscape management in Sanchuan River Watershed, China

本研究针对流域景观可持续性管理中人类-自然系统动态耦合机制不明确的问题，提出了一种整合生态系统健康指数(EHI)与人类足迹指数(HFI)的生态功能区划框架。通过2000-2020年三川河流域案例研究，揭示了EHI与HFI的时空耦合规律，构建了五类生态功能区并制定差异化治理策略。该框架为协调生态保护与人类活动提供了科学依据，对推进景观可持续性科学(LSS)理论与实践具有重要意义。

　　

在人类世背景下，如何协调生态系统健康与人类活动压力已成为景观可持续性管理的核心挑战。传统研究多停留在静态评估层面，难以应对复杂的人类-自然系统动态交互。三川河流域作为黄土高原水土流失重点治理区，生态本底脆弱且人类活动干扰强烈，亟需建立能够动态响应人地关系变化的景观管理框架。

研究人员创新性地将景观生态学的"格局-过程-尺度"范式与景观可持续性科学(LSS)目标相结合，构建了包含四个核心环节的分析框架：首先采用VORS（活力-组织力-恢复力-服务）模型评估生态系统健康指数(EHI)，结合直接观测法量化人类足迹指数(HFI)；继而通过引力模型和耦合协调度(CCD)模型解析EHI-HFI的时空交互特征；进而创建动态耦合协调象限分区法(DCCQZ)进行生态功能区划；最后将研究成果置于景观生态学(LE)与LSS理论框架下讨论其科学价值。

关键技术方法包括：基于遥感与GIS的EHI-HFI多时序评估体系、空间关联强度的引力模型计算、耦合协调度(CCD)量化方法、动态耦合协调象限分区法(DCCQZ)，以及整合景观格局指数与生态系统服务（产水量、土壤保持、生境质量、碳固存）的综合评估技术。研究以三川河流域4161.40km²为案例区，采用30m分辨率网格数据，时间跨度为2000-2020年。

生态系统健康结构特征

通过VORS模型解析发现：生态系统活力(EV)年均值从0.69增至0.77，增长11.59%，河岸带植被覆盖提升显著；生态系统组织力(EO)由0.27升至0.30，中部城镇景观连通性改善；生态系统恢复力(ER)呈现"中心低四周高"格局，人类活动密集区恢复力较低；生态系统服务(ES)波动上升2.27%，东部优于中西部，土壤保持量增加48.93t·hm^-2·a^-1而生境质量微降。

EHI-HFI时空演化规律

EHI均值从0.52升至0.57（增幅9.62%），高值区分布于流域边缘；HFI均值由0.21增至0.26（增幅23.81%），高值区集中于人类活动密集的中部。空间错位特征表明：77.07%区域EHI改善，7.19%区域退化；72.70%区域HFI上升，生态保护政策与城镇化进程形成空间拉锯。

EHI-HFI时空动态关联

引力模型显示：EHI高关联强度集中于中部河区、东部乡镇及西南部，HFI类似但向外扩张趋势明显。离石区城区及柳林县部分乡镇呈现V级关联强度显著变迁，反映人类活动对生态格局的重塑作用。

EHI-HFI耦合协调特征

CCD分析表明：严重/中度失调区集中于东部且逐步缩减，中度协调区沿河分布并扩展。乡镇尺度上离石区中部CCD改善而南部宁乡镇恶化，基本协调区比例增加6.96%，高级协调区增加3.14%，但协调水平整体仍待提升。

生态功能区划实践

通过DCCQZ法划分五类功能区：Z1（景观协同发展区）占17.59%，草地林地占比76.12%，CCD呈正向改善；Z2（景观退化风险区）占20.44%，建设用地压力导致CCD波动；Z3（景观生态优先区）占16.54%，生态用地占比91.37%；Z4（景观警戒退化区）占30.97%，CCD为负值；Z5（景观修复潜力区）占14.46%，具备协调提升潜力。针对各分区提出差异化治理策略，如Z1区控制建设用地扩张，Z3区建立保护地体系等。

研究结论强调：该框架通过将人类-自然系统耦合动态纳入景观设计，增强了生态管理的适应性，直接回应了LSS关于"如何将科学评估转化为空间决策"的核心议题。案例证实EHI与HFI的耦合分析能有效识别流域可持续发展瓶颈，五类功能区治理策略为国土空间规划提供了可操作路径。未来需加强野外观测数据融合及自然扰动因子纳入，以提升模型在多重压力下生态系统响应机制的刻画能力。

该成果发表于《Landscape Ecology》，为流域尺度景观可持续性管理提供了方法论创新，其"评估-耦合-分区-治理"的技术路径对全球生态脆弱区的人地关系协调具有示范意义。