通过生态系统服务流空间化人-自然系统耦合过程：理论框架与实证证据

《Habitat International》：Spatializing human-nature system coupling process through ecosystem service flows: Theoretical framework and empirical evidence

　　

摘要 人地系统耦合（HNSC）是协调人地关系的前沿议题，但如何量化和空间化耦合过程与耦合强度仍是关键挑战。本文以快速城市化与生态保护并行的山-盆地-湖泊复合区——滇中城市群为案例，构建了"国土格局—耦合过程—耦合强度—调控路径"框架，并利用生态系统服务流（ESFs）在国土和县域尺度上表征HNSC过程与强度。结果表明：（1）山-盆地-湖泊格局构成空间基底，将研究区分割为六类人地系统类型，以山地生态保育型为主体（占64.08%），外围山地供给、中部盆地需求、湖泊生态约束的空间结构明显；（2）ESFs将抽象耦合转化为可追踪的向心过程：食物生产、水源涵养和生物多样性分别形成18,816、4,576和31,284条服务流线，从外围山地和农业盆地流向中心城市盆地，而休闲娱乐服务流向相反，方向在各尺度上一致；（3）耦合强度整体偏低（国土均值0.13～0.18，部分单元达0.82～0.98），但集中于昆明周边盆地，耦合最紧密的区域是需求集中区而非供给最丰富区。本研究通过将ESFs嵌入HNSC研究，推动了人地系统研究从静态格局描述向耦合过程空间显性表达的转变。

引言 随着全球化加速和城市扩张加剧，人地系统面临资源错配、生态退化和气候变化等多重挑战。这些问题根本源于人类活动对自然生态系统的压力加剧，导致人地系统脱耦和功能失衡（Fu, 2020; Liu等, 2007, 2024; Thornton等, 2017）。近年来，未来地球（Future Earth）、全球变化研究计划（GCRP）、生物多样性与生态系统服务政府间科学政策平台（IPBES）、耦合人地系统（CHANS）项目和可持续发展目标（SDGs）等重大国际研究项目涌现，确立人地系统耦合（HNSC）为可持续性科学的国际前沿议题（Peng等, 2024; Zhao等, 2024, 2025）。随着区域连通性、人口流动和资源流增强，以"流"为载体的人地系统相互作用已成为当前及未来HNSC研究的重要方向（Jones等, 2016; Wang等, 2022）。在此背景下，生态系统服务流（ESFs）作为自然生态系统与人类福祉之间的中介，既是HNSC的过程表征，也是协调人地关系的调控机制（Feurer等, 2021; Ma等, 2020; Peng等, 2023）。因此，亟需将ESFs整合到HNSC研究中，从ESFs视角阐明HNSC的过程、强度及调控路径。

目前，HNSC研究呈现从单要素、单功能结构向多要素耦合和多功能权衡与协同发展的趋势（Cui等, 2026; Li等, 2026），研究方法从统计方法向复杂系统模拟演进。在CHANS和社会-生态系统（SES）等框架指导下，围绕水-人关系、水-能-粮纽带、遥相关和"人-地-业"耦合等主题的研究，运用系统动力学模型、综合评估模型、结构方程模型、复杂网络分析和耦合协调度模型等方法量化系统要素间的相互作用（Hao等, 2023; Liu等, 2016, 2021; Liu & Zhou, 2021; Wang等, 2023; Xue等, 2022; Zhou等, 2016）。这些研究将抽象的人地交互转化为可计算的过程，为HNSC的定量分析奠定了坚实基础。然而，这些研究多通过综合指标衡量耦合度或耦合状态，强调系统反馈和治理，耦合过程本身仍是"黑箱"：尽管该黑箱已从定性描述转向定量评估，但人地系统是非线性、动态的复杂系统，耦合过程及其强度尚未在地理空间中定位，亟需从数值结果分析向地理过程的空间显性表征推进（Dong等, 2024; Li等, 2023; Sang等, 2025）。

生态系统服务流（ESFs）为解决上述不足提供了有效途径（Zhao等, 2018）。自Bagstad等（2013）引入该概念以来，基于网络分析、SPANs模型、水文模型和断点模型的定量方案已相继发展，涵盖流量、路径和方向（Jones等, 2016; Schr?ter等, 2020; Sun等, 2026; Villamagna等, 2013）。ESFs由自然生态系统产生，沿特定路径传输，最终被人类社会系统消费，直接体现了作为空间流的人地耦合过程。近年来ESFs已被引入HNSC研究：Gao等（2024）认为ESFs通过刻画供给-流-需求过程，为揭示生态系统与社会互动提供了新视角；Han等（2025）考察了ESFs与社会经济系统间的耦合动态与反馈；Ji等（2024）通过多尺度传输网络揭示了ESFs如何连接自然与社会经济系统并驱动社会-生态互动。因此，ESFs正成为表征HNSC的重要手段。然而，现有研究多停留在供给-流-需求关系或耦合的集聚层面描述，对耦合过程和强度的空间显性表达及其空间尺度效应仍显不足。城市群长期是HNSC研究的重要对象，因人口和产业的高度集聚使人地交互尤为突出。但现有实证研究多集中于珠三角、长三角和长江中游等平原及沿海城市群（Li等, 2022; Wu等, 2023; Zhou等, 2025），对复合型国土系统的关注远不足够。特别是高原山地城市群——由山地矩阵、镶嵌盆地和集中高原湖泊构成山-盆地-湖泊系统的区域，生态敏感且供需错配更为尖锐，却研究较少。对于滇中城市群，现有研究涉及生态系统服务供需、生态安全格局、土地利用冲突和城市化-生态系统健康耦合协调度（Li等, 2025; Ran等, 2022; Wang, Zhao等, 2026），但未以ESFs为切入点表征空间中的耦合过程与强度。因此，从ESFs视角提供揭示HNSC过程、强度和调控路径的可量化、可操作框架和技术体系，是本文所解决的关键科学问题。

滇中城市群是人地关系在有限空间内高度集中交织的典型区域。作为国家重点培育城市群和面向南亚东南亚开放的前沿，该地区在占云南省29.07%的国土面积上聚集了全省47.06%的常住人口和62.04%的GDP。其国土形成独特的山-盆地-湖泊格局：山地为基底矩阵，盆地镶嵌其中，六个高原湖泊集中于中部；可开发盆地极为有限，却承载了全省大部分人口、耕地和城镇，人地活动在盆地内高度叠合。过去二十年间，区域GDP增长约12倍（从2000年的1370.89亿元增至2022年的18,642.96亿元），伴随的城市扩张触发了生态退化和土地利用冲突：当前人地冲突已覆盖7.52%的区域面积，盆地内更高达11.36%，农业与城镇争抢稀缺的平坝土地。在快速城市化和高原湖泊保护的双重压力下，人地冲突持续向有限盆地集聚，使该地区成为HNSC研究的理想案例。本研究以ESFs为主线，构建"国土格局—耦合过程—耦合强度—调控路径"框架，并在国土和县域尺度上展开。首先，在山地-盆地-湖泊自然格局上叠加实际主导功能和人地冲突，识别六类人地系统类型并明确耦合发生空间的载体；其次，测度食物生产、水源涵养、生物多样性和休闲娱乐的供需关系，通过社会-生态网络构建ESFs网络，以服务流线聚合密度表征耦合强度，从而刻画耦合过程并揭示其空间尺度效应；最后，整合格局、过程和强度分析结果，提出"点-线-面-体"调控路径，为滇中城市群及类似高原山地城市群人地系统协调与高质量发展提供决策依据。

节选部分

ESFs与HNSC的关联

HNSC是指在特定区域内人类社会系统与自然生态系统之间通过相互连接和交互作用形成的动态关系。其核心是物质和能量交换承载的两类子系统间的相互作用，具有区域性和过程性特征（Liu, 2020; Wu, 1991）。社会-生态系统（SES）等相关国际概念同样关注人地互动，但大多基于……

区域概况

滇中城市群位于中国西南部（图2），包括昆明市、曲靖市、楚雄彝族自治州、玉溪市以及红河哈尼族彝族自治州北部7个县（市）——蒙自、个旧、建水、开远、弥勒、泸西和石屏，共计49个县级单元。区域总面积11.14万km2，2023年常住人口2199万人，地区生产总值约1.86万亿元，占云南省的29.07%……

山地-盆地-湖泊地貌格局

结果表明，研究区以山地为主（图5a）。山地面积89,671.04 km2，占总量的80.47%，在西部、北部、南部及周边连续分布，分割并围合盆地。盆地面积21,141.74 km2，占18.97%，多镶嵌于山地之间呈斑块和条带状分布，较大盆地集中于沾益、陆良、宣威和麒麟。湖泊面积625.46 km2，仅占0.56%……

理论与方法探索

（1）理论探索：ESFs视角如何超越人地系统研究的传统范式。HNSC一直是地理学的核心议题，以往研究（Hao等, 2023; Liu等, 2016, 2021; Liu & Zhou, 2021; Wang等, 2023; Zhou等, 2016）运用系统动力学模型、综合评估模型、结构方程模型、复杂网络分析和耦合协调度模型来衡量两类系统间的相互作用……

结论

本研究以具有复杂山-盆地-湖泊国土系统的滇中城市群为案例，从ESFs视角在国土和县域尺度上探讨了人地系统耦合。研究区呈现山-盆地-湖泊国土格局，可划分为六类人地系统类型，四类生态系统服务流将外围山地和农业盆地的生态供给与中部城市盆地的社会需求连接起来……

CRediT作者贡献声明

Ran Yuju：原稿撰写、可视化、方法论、调查研究、正式分析、数据管理、概念构思。Zhao Xiaoqing：审阅与编辑、监督指导、经费获取。Wang Xiaobao：可视化、方法论。Nai Xinyi：资源、方法论。Wang Yuenan：资源、方法论。He Jiajia：数据管理。Wang Yanlin：可视化。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本研究受云南省科学技术计划项目［编号：202401BF070001-032］、西南联合研究生院云南省科技计划项目［编号：202302AO370007］、国家自然科学基金［编号：42471320］资助。

Ran Yuju | Zhao Xiaoqing | Wang Xiaobao | Nai Xinyi | Wang Yuenan | He Jiajia | Wang Yanlin