第一章广东省主要生态系统服务评价和生态安全格局研判
近年来，随着高速城市化下的人口增加和社会经济发展，人类活动对自然生态系统的负面影响逐渐扩大，资源约束趋紧、环境污染严重、生态系统退化等问题制约了我国社会经济的可持续发展（王军和钟莉娜，2019）。2018年习近平在全国生态环境保护大会上指出“山水林田湖草是生命共同体，要统筹兼顾、整体施策、多措并举，全方位、全地域、全过程开展生态文明建设”。生态修复由此逐渐发展为国土空间生态修复，修复手段从末端修复、结构调控走向源头治理、过程耦合、空间集成（彭建等，2020a），进一步强调了生态修复的系统性。国土空间生态修复是生态文明建设和经济社会可持续发展的内在需求（易行等，2020），其稳步推进需要新的理论与实践支撑。
为了提升对广东省生态本底特征的有效认知，本章基于广东省山水林田湖海等要素，面向水安全保护、自然灾害缓解、生物多样性保护及固碳能力提升等多项生态目标，对多类生态系统服务进行了评估，对多类关键生态空间进行了识别，进而为广东省整体生态安全格局的构建提供了科学参考。同时，本章针对广东省生态系统面临的多重压力，从生态脆弱性、三类空间冲突、海平面上升、极端天气侵袭、生态系统功能退化、生物多样性受损、水安全、水资源分配不均及城市内涝等方面，识别了广东省的各类生态风险，为广东省生态风险的认知和预防提供了决策依据。此外，本章从社会和生态两个维度出发探索了广东省生态系统的恢复力水平和空间格局，为广东省生态修复的重点方向和着眼点提供了生态指引。
第一节生态系统服务和生态安全格局概述
一、生态系统服务
生态系统服务立足于生态系统的整体性和系统性，与山水林田湖草生命共同体修复的系统性相契合，为人类认知生态系统功能提供了一种定量评价框架，提升生态系统服务成为生态保护与修复的目标和导向（刘世梁等，2019），生态系统服务研究对科学指导国土空间生态修复和实现区域可持续发展具有重要的理论意义和现实意义。生态系统服务指人类从生态系统中直接或间接得到的所有惠益（Daily，1997；Costanza et al.，1998），包括供给服务、调节服务、文化服务和支持服务四大类（MEA，2005）。作为将自然过程与人类活动联系起来的桥梁和纽带，生态系统服务潜在供给的增长是人类生态福祉提升的基础，为社会-生态系统可持续发展提供基础保障（彭建等，2020b）。已有研究通过评估生态系统水源涵养、土壤保持、防风固沙、洪水调蓄以及保护生物多样性等功能，认识了生态系统自然条件状态，识别出区域主要的生态环境问题和主导生态系统功能（李潇等，2019；孔令桥等，2019）；结合社会经济要素，分析生态系统服务长时间序列的演变趋势及驱动因素，识别重点受损的生态空间以及生态系统退化程度（刘世梁等，2019）；从自然本底约束和社会经济发展出发，制定生态修复需求，进行国土空间生态修复分区，科学布局重大修复工程（田野等，2019）。生态系统服务为山水林田湖草生命共同体系统修复的框架和途径提供了关键抓手，进而更有效地实现生态系统格局优化、系统稳定、功能提升的生态保护修复目标（李潇等，2019）。
二、生态安全格局
生态安全格局是景观生态学的一项重要理论，是准确识别国土空间生态修复重点区域、有效调控特定生态过程以及保障生态系统服务稳定供给的重要空间途径（彭建等，2017；苏冲等，2019），已广泛应用于城市增长边界划定（周锐等，2014）、生态功能区规划（贾良清等，2005）、生态红线划定（杨姗姗等，2016）等工作，为国土空间开发保护工作提供了底线保障，也为生态修复工程的落地实施提供了科学依据。在国土空间生态修复规划语境下，生态安全格局的内涵应该进一步明确，主要概括为以下几个方面。
（1）规划目标的人本性。国土空间生态修复规划编制遵循“以人为本”的规划宗旨。对人类而言，生态系统的价值取决于能从中获取的生态系统服务的质量，健康稳定的生态系统是支撑人类高质量发展以及高品质生活的基础。生态安全格局的构建应充分考虑人类需求与自然生态过程之间的联系，通过识别生态源地、廊道、战略点等关键生态要素构建生态安全格局，实现生态系统功能最大化，满足人民群众对优质生态产品的需求（王晓玉等，2019；陈利顶等，2021）。
（2）规划主体的系统性。省级国土空间生态修复规划是承上启下的协调性规划，需要分析不同层级系统之间的内在联系以及系统内部要素的相互作用。因此，在省级尺度上构建生态安全格局，既要考虑不同流域或区域之间的自然本底条件、生态系统现状以及经济适应能力的差异，基于协同视角明确区域发展定位，又要关注同一系统内部功能空间的结构差异，引导市（县）级行政单元在三条控制线划定的基础上进一步优化生态、生产和生活空间布局，实现生态-社会-经济三方面效益的系统性提升。
（3）规划实施的整体性。生态系统是由自然要素和社会经济要素耦合形成的复杂系统，基于全域、全要素、全过程的治理思路已经得到了广泛共识（王夏晖等，2018）。分析和判断区域性重大生态问题和生态风险是国土空间生态修复规划编制的基础性工作，生态安全格局的构建应全面考虑水安全、粮食安全、生境退化、自然灾害以及城市扩张等生态风险，基于整体视角提出应对措施，解决区域关键生态问题（马克明等，2004）。
三、评估方法
（一）生态系统服务评估
1.生境质量评估
利用InVEST模型中的生境质量模块（habitat quality model）将不同土地利用类型与威胁源建立联系，利用研究区土地利用类型数据，划定不同威胁源对各生境类型的影响程度，并评估退化情况和生境分布特征（Sharp et al.，2020）。生境质量越好，区域生物多样性保育能力越高，生态系统越稳定，生境退化度的计算公式为
式中，为胁迫因子；为威胁图层的栅格数量；为胁迫因子所占单个栅格数；为归一化胁迫因子的权重；为用来判断栅格的胁迫因子值；为栅格的胁迫因子值对生境栅格之间的距离函数；表示栅格的可接近水平，其为0～1之间的小数，越接近1表示可接近水平越高；为生境类型对胁迫因子的敏感性；为每个栅格与之间的直线距离；为生境胁迫因子的最大影响距离。
生境质量的计算公式为
式中，为土地利用类型中栅格的生境质量指数；为土地利用类型中栅格的生境退化度；为半饱和常数；为土地利用类型中的生境适宜度；为模型默认参数。
选择受人类活动影响较大的耕地、建设用地和未利用地作为威胁源，参考已有研究，设置各威胁源的最大影响距离和权重，并设置各用地类型对威胁源的敏感性参数（表1-1和表1-2），范围为0～1，越接近1说明生境类型对威胁源的敏感性越高，抗干扰能力越差。
表1-1威胁源的最大影响距离和权重
2.水源涵养服务
区域水量平衡法在区域尺度上的估算应用较为广泛（王保盛等，2020）。基于InVEST模型的Water Yield模块估算区域的产水量，进而考虑土壤厚度、渗透性、地形指数、流速系数等因素，估算水源涵养服务。计算公式为
式中，为栅格x的年均产水量；为实际蒸散量；为年降水量。基于产水量，通过栅格运算得到水源涵养服务的供给量：
式中，为水源涵养量，mm；为土壤的饱和导水率，cm/d；velocity为流速系数；为地形指数；为产水量。
3.水质净化服务
水质净化服务指生态系统通过减轻水环境非点源污染保护水环境安全。根据InVEST模型的Sediment Delivery Ratio模块计算水质净化能力，其定义为一定区域内的生态系统基于自身结构、功能及其生态过程对外界输入氮负荷的实际固定量（刘怡娜等，2019）：
式中，为栅格x的修正污染负荷值；为栅格x的污染流出系数；为栅格x的水文敏感度。
式中，为研究区域中平均径流指数；为栅格x的径流指数。
4.土壤保持服务
土壤侵蚀指侵蚀力对土壤颗粒的分离和运输过程，即将土壤颗粒从土壤表面剥离和沉积的两个过程。采用RUSLE模型计算土壤保持量，用潜在土壤侵蚀量减去实际土壤侵蚀量来计算（黄麟等，2021）。该模型的基本概念是，栅格图内每个像元的土壤保持量与该像元的地形起伏度、土壤耐蚀性、降雨侵蚀力以及该像元的植被覆盖程度和所具备的人为水土保持措施有关。具体计算公式为
式中，A为土壤保持量，t/(hm2 a)；R为降雨侵蚀力因子，(MJ mm)/(hm2 h a)；K为土壤可蚀性因子，(t hm2 h)/(MJ mm hm2)；LS为坡长坡度因子（无量纲）；C为植被覆盖管理因子（无量纲）；P为土壤侵蚀控制措施因子（无量纲）。
其中，降雨侵蚀力因子R反映了降雨条件下雨水对土壤剥离、搬移、冲刷，导致土壤流失的潜在能力，采用Wischmeier提出的经验公式：
式中，为一年12个月内各月平均降雨量，mm；为年平均降雨量，mm。
土壤可蚀性因子K反映土壤在雨滴和地表水冲击下土壤被剥离的难易程度，影响土壤侵蚀的因素是土壤机械组成和土壤有机质含量。具体计算公式为
式中，为砂砾的质量百分数；为粉砾的质量百分数；CLA为黏砾的质量百分数；为有机碳含量；SN1为除砂砾外其他成分的质量百分数。
坡长坡度因子LS是与地表坡长坡度有关的函数，代表地形条件变化产生土壤侵蚀的主要因素。具体计算公式为
植被覆盖管理因子C中，耕地为0.33，林地为0.002，草地为0.06，水体为0，建设用地为0.1，裸地为1；土壤侵蚀控制措施因子P中，耕地为0.35，其余为1。
5.洪水调控服务
洪水调控服务采用InVEST模型的Urban Flood Risk Mitigation model计算（Sharp et al.，2020）。自然基础设施主要通过减少径流、减缓地表流动和为水创造空间（在洪泛区或盆地）来评估洪水调控能力。洪水调控能力主要由径流减少量（与暴雨量相比，每个像素所保留的径流量）表征。具体计算公式为
式中，H为暴雨深度，mm；为潜在的截流量，mm；为雨量径流阈值。为曲线数CN的函数，CN是一个依赖土地利用和土壤特征的经验参数：
6.沿海灾害缓解服务
根据土地利用类型、归一化植被指数（normalized difference vegetation index，NDVI）、坡度和土壤质地四个影响因素，量化沿海灾害缓解服务（赵明月，2019）。风蚀研究结果表明，土壤粒径对降低风速有积极促进的作用。土壤质地作为土壤的物理性质之一，指土壤中不同大小直径的矿物颗粒的组合。本方法根据寒区旱区科学数据中心提供的世界土壤数据库（HWSD）中的中国土壤数据集（v1.1），对质地进行分级（表1-3和表1-4）。
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