《Sustainability》：Spatio-Temporal Evolution and Scenario Simulation of Ecosystem Service Value in Ecologically Fragile Hilly Region: A Case Study of Longji Mountain Area in Guangxi, China
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生态脆弱丘陵区是保障国家生态安全和推进生态文明建设的关键区域，准确评估此类区域的生态系统服务价值(ecosystem service value, ESV)并进行未来情景模拟，对优化土地利用和实现区域可持续发展至关重要。研究人员基于2013—2023年广西龙脊
生态脆弱丘陵区是保障国家生态安全和推进生态文明建设的关键区域，准确评估此类区域的生态系统服务价值(ecosystem service value, ESV)并进行未来情景模拟，对优化土地利用和实现区域可持续发展至关重要。研究人员基于2013—2023年广西龙脊山区高分辨率遥感数据，采用经本地化修正的等效因子法(equivalent factor method)，系统评估了ESV的时空演化特征，并结合空间自相关分析(spatial autocorrelation analysis)、地理建模及情景模拟，预测了生态保护、自然发展和旅游开发三种情景下2028年和2033年的ESV空间格局。结果表明：(1) 2013—2023年龙脊山区ESV总值总体呈波动变化，先升后降再微幅回升，年均增长率?0.15%；空间上呈现"林地高值集聚—梯田中值过渡—建设用地低值嵌入"的异质格局，具明显聚集特征；(2) 区域生态功能以调节服务(regulating services)和支持服务(supporting services)为主导，气候调节(climate regulation)贡献最高，供水(water supply)是唯一为负值的服务，表明存在持续未解决的水生态赤字；(3) 情景模拟显示生态保护情景下总ESV最高且空间连通性最强，三种情景下均呈现高值ESV区趋于主导、空间连通性逐步增强的一致趋势。研究表明生态导向决策是生态脆弱丘陵区持续提升生态系统服务、实现可持续发展的核心路径，可为区域生态保护与可持续发展提供科学支撑。
研究背景与意义：
现有生态系统服务价值(ecosystem service value, ESV)研究多集中于大尺度宏观区域，对生态功能独特且人地冲突强烈的生态脆弱丘陵区等典型特色区域系统性调查不足，常忽视其内部复杂空间异质性；经典Costanza等效因子法(equivalent factor method)存在明显区域依赖性，未经本地化校正难以精确反映特色区域ESV，而中国谢高地等提出的全国当量因子表假定单位面积服务值为常数，无法精细刻画小尺度土地利用特征与空间异质性；此外多数ESV评估为静态断面分析，对服务价值形成机制动态模拟、空间流动过程及供需匹配关注不足，限制了成果对国土空间优化的决策支撑。为此研究人员以中国南方典型生态脆弱丘陵区——广西龙脊山区(Longji Mountain area, Guangxi, China)为研究对象，集成高分辨率遥感数据与本地化参数改进等效因子法，精细刻画2013—2023年ESV时空演变并开展多情景未来模拟，构建人地系统耦合框架，为生态脆弱丘陵区精细化评估与可持续管理提供方法与案例参考。本文发表于《Sustainability》。
主要关键技术方法：
研究人员获取2013—2023年高分一号(GF-1)与高分二号(GF-2)高分辨率遥感影像，经辐射定标、RPC正交校正、DEM地形校正及NNDiffuse全色锐化融合至1 m分辨率，基于面向对象影像分析(object-based image analysis, OBIA)结合实地GPS与无人机验证解译出梯田、林地、交通用地、建设用地、水体及未利用地6种土地利用类型（总体精度>89.98%，平均Kappa系数82.11%）。以谢高地中国陆地生态系统单位面积服务价值当量为基础，按研究区与全国单位面积粮食产量比值计算生物量校正系数α对当量因子本地化修订，以2013年为基年用广西CPI消胀得到标准农田ESV(VC)，依公式ESV=Σ(Ai×VCi)计算总ESV及各单项服务功能值，用敏感性指数(CS)检验鲁棒性(CS<1)。采用1 ha渔网网格聚合格点ESV，Jenks自然断点分为五级，借助ArcGIS进行全局Moran's I指数与Getis–Ord General Gi*局部空间自相关分析揭示冷热 spot。未来土地利用基于2013—2023年历史数据用Markov链获取自然发展情景转移概率矩阵，Logistic回归生成适宜性图，生态保护与旅游开发情景在此基础上用多准则评价(multi-criteria evaluation, MCE)模型调整各地类转入转出约束规则，将修订后等效因子代入二次多项式拟合外推预测2028年与2033年ESV空间分布。
研究结果：
■ 3.1. The Spatiotemporal Dynamics of ESV（ESV时空动态）
─3.1.1. The Spatiotemporal Dynamics of ESV in Mountainous Areas（山区ESV时空动态）：经本地化修订求得龙脊山区平均单位面积农田ESV为1972.36 CNY/ha，校正系数α年均1.02（波动0.95–1.13）。2013—2023年总ESV呈"先升后降再缓慢回升"波动，2013年为1.9688亿元、2015年峰值2.3227亿元、2020年谷值1.6983亿元、2023年回至1.9588亿元，年均增速?0.15%，十一年均值1.9832亿元。空间上呈稳定"林地大矩阵高值—梯田过渡中值—建设用地区域性低值嵌入"碎裂镶嵌格局，全局Moran's I年均0.63(p<0.01)证实显著正空间自相关，Getis–Ord General G证实存在持续高值聚集热点（连片林地与水保山区）与低值冷点（聚落与交通廊道），梯田区多位于不显著区。十年净ESV减少99.16万元，耕地(?568.29万元)、水体(?501.46万元)、未利用地(?1.92万元)为负贡献，林地(+972.51万元)为主要增益源；分阶段看2013—2018年以连续正增益为主，2018—2023年正增益范围缩减而损失由边缘点状扩展为中心连续带状分布。
─3.1.2. Temporal and Spatial Evolution of Individual Ecosystem Service Values（单项生态系统服务价值时空演变）：本地修订当量下各服务空间分布与自然地理格局高度耦合，调节与支持服务中原材料生产、气体调节、气候调节、环境净化、土壤保持、养分循环、生物多样性维持及美学价值高值区集中分布于保存完好森林与水体具明显空间聚集，食物生产高值聚于梯田人工生态系统，水文调节(hydrological regulation)高值沿河流线状与水库散布呈独立分化特征。各服务功能全球Moran's I均为正（均值0.60），供水服务聚集度最高(I=0.70)但未通过显著性检验。2013—2023年调节与支持服务整体上升，供给与部分调节服务下降或波动；气候调节为单项最高值5690万元（占总量约28.7%），调节+支持服务合计占总ESV 91.27%，供给服务仅占约4%；供水是唯一长期负值（?285万元），但十年间负值缩小3687万元表明水生态赤字有所缓解未根本逆转。分阶段2013—2018年除供水外各功能普遍收缩，2018—2023年调节与支持服务七项明显增长，服务功能重心由"资源供给"向"功能调节"偏移。
■ 3.2. Scenario Simulation of Future Ecosystem Service Values（未来ESV情景模拟）：模拟2028年与2033年三种情景ESV空间格局。自然发展情景下低值斑块多且连通性强，高值林区沿交通与聚居地受侵蚀；生态保护情景高值区最完整连续、生态廊道增强、中值部分转高值、低值受抑；旅游开发情景景观破碎度最高、边缘效应强、森林生态空间退化。2028年总ESV：自然发展1.9477亿元＜旅游开发1.9419亿元＜生态保护2.0043亿元，生态保护情景单位面积均值与峰值最高；2033年三情景总ESV均持续增长（均值2.5527亿元），较2028年及历史均值升高，高值区连通性进一步增强，旅游开发总ESV略低于自然发展但仍高于历史均值，表明梯田—森林复合景观具较强缓冲韧性。三情景排序始终为生态保护＞自然发展＞旅游开发。
讨论与结论总结：
研究人员构建了以"人类活动—土地利用—生态系统服务—人类福祉—决策调控"为核心链条的生态脆弱丘陵区人地系统耦合框架，指出生态保护和限制建设蔓延、维护林—梯田核心资源、规范旅游开发为优化方向；探讨了等效因子法以单位粮食产量为代理变量做生物量校正的线性假设潜在不确定性，建议引入NPP等生物物理指标交叉验证，并指出情景模拟中等价因子来自历史外推未动态纳入技术变革与政策突变等因素具一定不确定性，需用未来实测数据后验校验。最终原文结论翻译如下：
本研究以中国广西龙脊山区为典型案例，系统分析了2013—2023年ESV时空演变，模拟了2028年与2033年生态保护、自然发展和旅游开发三种情景下ESV空间格局，构建了生态脆弱丘陵区人地系统耦合概念框架。(1) 总ESV呈"先增后减再后期回升"波动趋势，十一年平均1.9832亿元、年均增速?0.15%；空间呈现"林地高值集聚—梯田中值过渡—建设用地低值嵌入"异质格局。(2) 单项服务功能分化明显，调节与支持服务为主导（占比超91.27%），供给服务呈收缩趋势；供水服务长期为负但明显改善，区域水生态赤字缓解而未根本扭转。(3) ESV演变与情景模拟证实人类决策对塑造生态系统服务的关键调控作用——十年ESV损益呈"增益主导、局部负向碎裂化及条带状退化"，生态保护情景总ESV与空间结构最优，旅游开发情景最差；三情景总ESV均呈上升趋势且空间差异趋窄。(4) 构建了以"人类活动—土地利用—生态系统服务—人类福祉—决策调控"为核心的生态脆弱丘陵区人地系统耦合框架，为理解此类区域人地相互作用提供理论基础。本研究局限性在于等效因子校正隐含生态系统服务与单位粮食产量线性关系假设，未来可引入净初级生产力(net primary productivity, NPP)等进行交叉验证；未来情景模拟基于二次多项式外推，预测精度需用后续年份实际土地利用数据校验。
