基于多维生态系统框架的兰州—西宁城市群生态脆弱区土地空间优化

为何这个脆弱区域至关重要

在中国西北部黄河上游，兰州到西宁的一串城市在干旱、多山且易受损的景观中快速发展。本研究提出了一个具有全球意义的紧迫问题：如何在这种脆弱地区扩展城市、修建道路并发展经济，同时不破坏供水、净化空气、保持土壤肥力和调节气候的自然系统？作者采用一种从多个角度综合审视生态系统的新方法，展示了自然系统在何处正在应对压力、在何处出现衰退，以及如何更明智地进行土地规划。

解读自然健康的新方法

研究者没有用单一分数来评判环境，而是采用了他们称之为“结构、弹性、活力和服务”的四维视角。结构关注森林、草地、农田与城市等地块在土地上的格局——栖息地是连通还是被分割成许多小碎片。弹性衡量生态系统抵御开发或干旱等冲击并恢复的能力。活力侧重植被的生长状况，利用卫星植被绿度影像从空间上测量。服务反映自然为人类提供的功能，例如碳储存和野生动植物栖息质量。研究团队以3公里为网格绘制这四个方面的地图，并分别对2005年、2010年、2015年和2020年进行评估，从而看出这些维度何时协同变化、何时相互脱节。

增益、损失与重心的移动

结果呈现出混合态势。总体上，兰州—西宁城市群的植被活力有所增强，许多地区的生态系统较以往更能从干扰中恢复。大规模的修复工程和自然再生扩大了高弹性与高活力区域。但与此同时，许多城市与工业区的基础景观结构恶化：建设用地扩展到约原来的一倍半，切割了栖息地并削弱了其稳定性。自然服务，如碳储存和栖息地质量，在部分地区有所改善，但在开发最密集的地带仍然有限甚至下降。更强健的生态系统现在更多集中在植被良好、河流网络发达的中部丘陵和山坡，而低分值则聚集在城市核心、工业带和快速扩张的郊区。

人为与自然力量如何驱动系统

为理解这些格局的驱动因素，作者同时考察了自然条件与人类压力。陡坡地形和密集的河流网络往往有利于四个生态维度的协调，可能是因为它们支持丰富的栖息地并限制大规模建设。相反，快速的土地城市化和某些形式的经济增长侵蚀了这种协调性，尤其在平坦、易于开发的地区。人口和道路的作用则更为复杂：在一些城市中心，更好的基础设施与管理可以部分抵消损害，但在许多外围地区，人口与道路增加意味着土地消耗更多，给本就脆弱的生态边缘带来更大压力。总体来看，自2005年以来这四个维度协同变动的程度逐步改善，格局由东部相对更协调，转变为“中高、边缘低”的配置，但仍存在一些顽固的不平衡区域。

从单一用途土地到多功能景观

超越平均得分，团队将每个网格单元按其在更大生态系统中主要扮演的角色进行分类。有些区域由单一优势主导——如结构优良、弹性高、植被活力强或生态服务突出——而有些则是两项、三项甚至四项优势并存。15年间，单一主导功能的土地份额缩小，而多个功能重叠的土地增加。到2020年，一类新的“综合高功能集群”已在该区域约6%的范围内出现，在这些地方结构、弹性、活力与服务同时强劲。这些地区多位于山地和丘陵带，充当生态枢纽，应当予以最严格的保护。作者认为，基于这些主导功能对土地进行识别与分区，可以指导何处保护、何处修复、以及何处在损害最小的前提下允许发展。

对人民与规划的意义

对非专业读者而言，主要结论是：像兰州—西宁这样的脆弱区域不能仅用简单的绿色对灰色地图来管理。那里的自然是一个分层系统：土地格局、抗压能力、植被活力与为人类提供的利益可能并不同步变化。本研究提供了一种务实且数据丰富的方法，将这些层面综合呈现，并将景观划分为需要不同政策的区域——从严格的生态保护区到谨慎管理的城市增长区。若妥善实施，这种多维规划可以把一片受压的城市与受损的山坡的碎片化景观，转变为一个更有弹性的、互相支持而非彼此竞争的人类社区与生态网络。

引用: Yu, T., Wang, M., Li, X. et al. Land spatial optimization in ecologically fragile regions of the Lanzhou Xining urban agglomeration based on a multidimensional ecosystem framework. Sci Rep 16, 8533 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38134-1

关键词: 生态系统弹性, 城市扩张, 土地利用规划, 黄河流域, 空间分区