中国太行山脉生态保护优先区层级识别框架与方法：基于生态系统服务权衡协同的多目标优化研究

本研究针对山地生态系统脆弱性与人类活动压力加剧的矛盾，构建了基于生态系统服务(ES)评估与多目标优化的生态保护优先区(ECPA)层级识别框架。以中国太行山脉为案例，通过量化2000-2020年水源涵养(WC)、土壤保持(SR)、碳储存(CS)、生境质量(HQ)和景观美学(LA)等ES的时空演变规律及权衡协同关系，结合空间聚类算法识别不同保护目标与尺度下的ECPA。结果显示：高值ES区呈现海拔梯度分异，协同关系区域占比提升19.54%，整合方案可覆盖19,571.33 km2 保护范围，为山地生态管理提供决策工具。

　　

在全球进入人类世（Anthropocene）的背景下，山地生态系统正面临前所未有的挑战。作为占地球陆地面积25%的关键生态屏障，山地不仅承载着丰富的生物多样性，更为全球半数人口提供水源涵养、气候调节等至关重要的生态系统服务（ES）。然而，快速城镇化、矿产资源开发与气候变化的多重压力，导致山地生态系统服务出现显著退化。中国太行山脉作为华北平原的生态安全屏障，近20年虽实施退耕还林等重大工程，但土壤保持量仍减少2.85×10⁵
t，碳储存下降1.10×10⁵
t，凸显生态保护与发展的深层矛盾。如何在有限资源下科学划定生态保护优先区（ECPA），实现生态系统服务效益最大化，成为当前生态学与地理学交叉领域的研究热点。

中国某高校研究团队在《Journal of Environmental Management》发表的研究，创新性地构建了"目标-尺度"双维度的ECPA层级识别框架。研究采用InVEST模型评估2000-2020年5类ES时空格局，运用Moran's I指数分析ES空间集聚特征，通过Spearman相关性与局部空间自相关（LISA）量化权衡协同关系，最终结合NSGA-II多目标遗传算法优化保护方案。

研究区域特征
太行山脉横跨4省市，面积1.36×10⁵
km²
，海拔梯度显著（3061-12 m）。研究区包含21个地级市，其中60%为资源型城市，矿产开发历史导致生态脆弱性突出。

生态系统服务时空演变
2000-2020年间，水源涵养量（WC）增加2.93×10⁷
m³
，但土壤保持（SR）、碳储存（CS）分别减少2.85×10⁵
t和1.10×10⁵
t，生境质量（HQ）下降0.03。空间上，WC和SR高值区仅占7.8%且集中在中部，CS、HQ和LA高值区则呈南北连续分布。海拔梯度分析显示，ES供给强度在>800m区域波动显著，印证地形因子对生态过程的调控作用。

权衡协同关系动态
ES间76.3%呈显著协同关系，高-高协同区（Hot spots）面积占比从2000年18.7%增至2020年22.1%，空间集聚性增强（Moran's I>0.42）。值得注意的是，WC与SR在低海拔区（<500m）存在权衡，这与农业扩张导致的水土流失加剧直接相关。

生态保护优先区识别
研究创新性地提出三级保护框架：（1）核心区（6,853 km²
）覆盖87.6%的ES Hot spots；（2）扩展区（12,718 km²
）纳入边际效益>1.5的过渡带；（3）优化区（19,571 km²
）整合多目标方案。结果显示，该框架可实现单项ES保护率≥19.54%，综合ES保护效率达22.9%，且空间连通性较传统方法提升34%。

讨论与启示
该研究首次在太行山脉尺度实现ES多维度协同保护的空间优化，其方法论突破体现在三方面：一是构建"评估-关联-优化"的技术链条，克服传统研究忽视空间邻接成本的局限；二是揭示海拔梯度对ES权衡关系的调控机制，为垂直带谱保护提供依据；三是提出保护效率边际递减规律（1.5阈值），为分期实施保护计划提供量化标准。实践层面，建议将ECPA与现有自然保护区网络整合，重点管控800m以上生态敏感带，这对实现联合国可持续发展目标（SDGs）中的山地生态保护承诺具有示范价值。未来研究可结合生态产品价值核算，进一步优化保护-发展协同路径。