《Land Degradation & Development》：Land-Use Thresholds and Spatial Regulation Oriented Toward Ecosystem Service Supply–Demand Balance: A Case Study of Jiangxi Province
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生态系统服务（Ecosystem Services, ESs）供需失衡制约着生态治理与可持续发展。尽管供需失衡的空间格局已得到广泛研究，但关于维持生态系统服务供需平衡所需的土地利用阈值（Land-Use Thresholds）及调控机制的研究相对较少。本研究以
生态系统服务（Ecosystem Services, ESs）供需失衡制约着生态治理与可持续发展。尽管供需失衡的空间格局已得到广泛研究，但关于维持生态系统服务供需平衡所需的土地利用阈值（Land-Use Thresholds）及调控机制的研究相对较少。本研究以江西省为案例，构建了一个基于阈值的空间调控框架，整合了生态系统服务供需比（Supply–Demand Ratio, SDR）分析、关键土地利用类型识别与管理分区。研究定量分析了2003年至2023年间固碳（Carbon Sequestration, CS）、生境质量（Habitat Quality, HQ）、产水量（Water Yield, WY）和土壤保持（Soil Conservation, SC）四种生态系统服务的时空供需变化。通过结合增强回归树（Boosted Regression Tree, BRT）与分段回归（Segmented Regression），研究人员识别了影响生态系统服务平衡的关键土地利用类型及其比例阈值，并利用分段回归断点进行差异化空间分区。结果表明，尽管生态系统服务供给总体大于需求，但失衡程度随时间加剧，尤其是产水量和生境质量，并伴随显著的空间异质性。建设用地、耕地和林地是影响生态系统服务平衡的主导土地利用类型。建设用地对固碳和生境质量产生负面影响，耕地对产水量、生境质量和土壤保持产生正面影响，林地支撑固碳和产水量，水域则促进土壤保持。尽管江西省土地利用整体处于平衡阈值之内，但部分区域已接近临界点，其中产水量的平衡区域面积最小（75.39%）。基于当前土地利用结构与生态系统服务阈值，研究划定了三类生态系统服务管理分区及27个综合分区，并提出了差异化的土地利用调控策略，为面向生态系统服务的空间治理提供了科学依据。
面向生态系统服务供需平衡的土地利用阈值与空间调控研究——以江西省为例
一、研究背景与问题提出
随着人类活动强度持续增加以及全球气候系统变化的加剧，自然生态系统面临前所未有的扰动风险。生态系统服务作为连接自然系统与人类社会的重要纽带，涵盖物质生产、环境调节、文化支持等多维功能，是支撑区域生态安全与人类福祉的重要基础。然而，生态系统服务供需之间的失衡已成为人地关系协调研究的核心议题。现有研究虽已广泛探讨生态系统服务供需失衡的空间格局，但大多依赖生态系统服务与土地利用之间的线性关系，难以准确识别引发供需状态剧变的关键条件。生态系统对土地利用变化的响应并非简单的线性关系，而是表现出显著的非线性特征和阈值效应——当某一特定土地利用类型的面积或比例接近临界阈值时，微小变化可能引发生态系统服务供需状态的剧烈波动，甚至触发从供给盈余到供给赤字的非线性转变。现有研究存在以下局限：第一，多数研究仅提出增加或减少某一土地利用类型面积的定性建议，缺乏明确的关键阈值约束；第二，现有阈值研究多聚焦于单一生态系统服务、单一驱动因素或特定区域类型，缺乏对多种生态系统服务阈值响应的系统研究及其空间异质性的考量；第三，识别出的阈值很少被纳入生态分区和土地利用管理的可操作框架中，导致理论研究与治理实践脱节。江西省作为中国首批国家生态文明试验区之一，正处于生态保护与城镇化、工业化协调发展的关键阶段，建设用地扩张与生态用地收缩加剧了生态保护与土地开发之间的矛盾，是研究土地利用与生态系统服务供需平衡非线性关系及其空间异质性的理想区域。
二、研究内容与主要结论
研究人员以江西省为研究区，构建了整合非线性响应分析、阈值识别与土地利用调控分区的优化框架。研究首先分析了2003—2023年间固碳、生境质量、产水量和土壤保持四种生态系统服务的供需平衡状况；其次，识别了与生态系统服务供需平衡相关的关键土地利用阈值并划定土地利用调控分区；最后，整合多种生态系统服务的分析结果，建立综合管理分区并提出针对性的空间治理策略。研究结果表明，江西省土地利用类型以林地和耕地为主，建设用地面积从3608.14 km2扩张至7076.62 km2，增幅达96.13%，而水域面积占比从3.54%下降至2.81%。四种生态系统服务的供需比均为正值，表明区域生态系统服务供给总体能满足本地生态需求并存在一定盈余，但整体供给能力呈下降趋势，需求持续增长，供需失衡逐渐加剧。产水量表现出最严重的供需矛盾，其供需比从0.38降至0.29；固碳服务虽保持较高供需比（0.89），但供给持续减少而需求快速扩张；生境质量供需比从0.69降至0.63。空间上，生态系统服务供给高值区主要集中于林地密集分布区域，需求高值区则集中于建设用地和耕地密集分布的城镇与农业活动区域。
三、关键技术方法
研究人员采用的主要技术方法包括：土地利用转移矩阵用于定量表征区域土地利用时空演变；基于InVEST模型框架量化四种生态系统服务的供给与需求；采用供需比（SDR）作为评估生态系统服务供需平衡的指标；利用增强回归树（BRT）模型筛选影响生态系统服务平衡的关键土地利用类型，模型参数设置为树复杂度5、学习率0.01、袋分数0.5，采用10折交叉验证，最终模型解释方差R2=0.9485；采用分段线性回归模型识别土地利用比例与供需比之间的非线性响应关系及数据驱动断点，并通过Davies检验验证断点的统计显著性。数据来源包括中国科学院资源环境科学数据中心提供的30米土地利用数据、WorldPop人口密度数据、中国碳核算数据库的碳排放数据以及江西省统计年鉴等社会经济统计数据。
四、研究结果
4.1 土地利用时空演变特征
2003—2023年间，江西省林地占比从66.20%降至63.63%，耕地占比从27.97%升至29.52%，建设用地占比从2.16%升至3.99%。新增建设用地主要来源于耕地和林地的转换，林地转出方向主要为耕地和建设用地。
4.2 生态系统服务时空演变特征
固碳服务供给从13.08×10? t微降至12.74×10? t，需求从0.21×10? t增至0.71×10? t；生境质量供给从0.83降至0.81，需求从0.15增至0.18；产水量供给呈先增后减趋势，供需比降幅最大；土壤保持供给从5.15×10? t降至4.24×10? t，需求相对稳定。空间上，固碳和生境质量高值区集中于西部和南部林地主导区域，产水量高值区集中于北部和东北部大型流域及周边林地，土壤保持高值区集中于中西部以林地为主的丘陵山区。
4.3 影响生态系统服务平衡的关键土地利用类型及其阈值
增强回归树模型识别结果显示：建设用地和林地为影响固碳平衡的关键类型；建设用地和耕地为影响生境质量平衡的关键类型；耕地和林地为影响产水量平衡的关键类型；水域和耕地为影响土壤保持平衡的关键类型。分段回归分析确定的平衡阈值分别为：固碳服务要求建设用地占比≤36.23%，生境质量要求建设用地占比≤26.12%，产水量要求耕地占比≤71.91%且林地占比≥26.56%，土壤保持要求水域占比≤72.89%。当前江西省土地利用结构基本满足主要生态系统服务供需平衡要求，但部分区域已接近临界点。
4.4 土地利用阈值管理与分区调控
基于供需平衡理论阈值和数据驱动断点，研究人员将空间单元划分为生态修复区、优先保护区、一般保护区三类管理分区。固碳和生境质量整体平衡水平较高，仅2.76%和4.2%的网格未达平衡要求；产水量平衡状况较差，24.61%的网格未达平衡要求，主要分布于南昌—九江城市群、鄱阳湖周边及林地与耕地交错分布的丘陵平原区；土壤保持平衡稳定性最高，仅0.48%的网格失衡。综合四种生态系统服务的分区结果，通过空间叠加分析划定了27个综合管理分区，形成“核心保护—外围修复—边缘补偿”的三级空间格局。其中综合生态保护区占江西省面积的51.61%，是主导功能区；水源修复与保护区占12.39%，沿主要水系分布。
五、讨论与结论
土地利用结构对生态系统服务供需平衡具有深远影响。建设用地扩张对固碳和生境质量的供需平衡产生显著负面影响，江西省建设用地占比虽远低于平衡阈值，但其扩张速度与快速城市化地区相当，正处于从低强度开发下的生态盈余向快速土地扩张引发的生态压力加剧阶段的临界转型期。耕地对产水量、生境质量和土壤保持的供需比产生正面影响，这与部分研究结论相反，可能归因于研究区地形条件和耕地用水功能的差异。林地作为江西省主导土地利用类型，对固碳和产水量产生显著正面影响，当前林地占比略低于优先保护区固碳平衡的最优阈值，需严格保护林地数量与质量。水域面积减少理论上会削弱其对土壤保持的支撑作用，但耕地变化、降水变化、植被恢复和水土保持工程等因素可能部分抵消了不利影响。
分区管理是维持区域尺度生态系统服务供需平衡的关键策略。本研究提出的基于土地利用阈值的分区方法相较于传统服务聚类分区方法具有显著优势，能够将理论阈值转化为具体的空间管控标准，为差异化、精细化的生态空间治理提供科学依据。研究结论表明，江西省应将生态系统服务供需阈值纳入国土空间治理体系，通过优化各类土地利用类型的数量配置和空间格局，推动土地利用管理从单一地类面积增减向结构优化和综合生态功能提升转变，为生态安全与区域可持续发展提供战略支撑。
