国土空间生态安全研究面向区域生态安全，着眼于国土资源开发利用和国土空间配置的当下和未来。在当下，国土空间生态系统面临什么样的风险，哪些空间是维护区域生态安全的关键性空间，“三生”空间冲突对区域生态安全的影响是什么。在未来，如何解决“三生”冲突，优化国土空间格局；如何建立预警机制，提前预报国土空间开发可能对区域生态安全带来的威胁；如何模拟不同情景下国土空间生态安全格局，揭示不同政策执行下的国土空间格局调控效果。面对上述需求，《国土空间生态安全研究》着重从国土空间生态风险评估、国土空间生态红线识别、国土空间生态安全预警、国土空间生态安全调控和国土空间生态安全格局优化五个方面开展国土空间生态安全研究，引领高质量发展，构建生态保护大格局，促进人与自然和谐共生。

第1章 绪论
　　1.1 研究背景
　　生态空间是指国土空间生态基质、生态斑块、生态廊道、生态节点等生态功能区的空间组合及其发展变化状况，是影响国土空间生态安全的一个关键因素。数十年来，人类活动正在以不可持续的方式破坏和退化地球土地。人类对土地生态安全的片面认识，导致人类对国土空间进行了前所未有的改造，如砍伐森林、开垦草地，将生态空间转为建设空间，片面地追求生产空间和生活空间的扩大，而忽视了生态空间提供的调节功能、文化功能和支持功能。更有甚者，将生态空间视为取之不尽、用之不竭的“聚宝盆”，对自然资源采取掠夺式的开发利用，造成了水土流失、荒漠化、盐渍化等各种国土资源退化问题，对人类生存环境产生不利影响，严重威胁到国土空间的生态安全。
　　中国的国土空间利用问题比西方发达国家所经历和面临的更严峻和突出，这与中国在短短50年内完成工业化初级阶段的进程、中国国土本身的特点及中国人多地少的国情有很大的关系，特别是进入21世纪以来，随着中国广大中西部地区城市化、工业化进一步加深，国土开发利用强度进一步升级，以耕地、湿地、林地等生态空间为代表的绿地大范围减少和建设用地、城镇空间的无序扩张形成了鲜明对比。
　　森林、草地和湿地是重要的生态用地，但过去几十年它们遭遇了较为严重的破坏，主要表现以下几个方面。一是过度砍伐森林造成了严重的水土流失。依据2021年《中国水土保持公报》，2021年全国共有水土流失面积267.42×104km2，合40.113亿亩 ，属于世界水土流失十分严重的国家之一。1997年的严重旱灾和1998年的长江流域洪水之后，我国制定和实施了大规模的天然林保护工程（Natural Forest protection project，NEPP）和退耕还林工程（Grain for Green Program，GGP）等植被恢复措施。天然林保护工程通过禁止伐木和植树造林来保护天然林，而退耕还林工程通过向农民提供粮食和现金补贴，将陡坡上的农田转变为森林和草地。虽然天然林保护工程和退耕还林工程都通过控制水土流失增加了植被覆盖，但全国森林覆盖率仅为22.96%（据第九次全国森林资源清查），远低于全球31%的平均水平。二是过度开垦草地及放牧造成了严重的草原退化。据原农业部发布的《2016年全国草原监测报告》，我国草原牲畜超载仍较为普遍，全国有1/3左右的草原面临中度和重度退化威胁，土地沙漠化形势严峻。三是围垦湿地滩涂造成湿地面积大量减少，据第三次全国国土调查及2020年度国土变更调查结果，全国湿地总面积5634.93×104hm2，湿地面积占国土面积的比率仅为5.87%。与**次调查同口径比较，湿地面积减少了64.89×104hm2。综上，国土资源尤其是生态用地资源不合理利用对人类福祉造成的损失依然在不断增加，今后如果不彻底扭转人类对国土资源的过度利用和国土空间的不合理配置，我国国土空间生态安全所受到的压力仍将继续增加。
　　国土空间格局是特定时期和地域人地关系的集中体现。特定的人地关系决定了区域“经济-社会-生态”系统的运行状态和效率，塑造了不同的国土空间格局和开发利用模式，进而决定了区域生态安全状态。尽管我国在21世纪以来取得了突出的经济成绩，但与此同时，国土空间开发面临的资源浪费、环境污染、生态退化等问题却日益加剧。上述问题发生的根源在于不符合生态规律的人类经济活动通过改变国土资源利用方式、利用强度以及配置方式改变了生态系统结构，影响生态系统的正常运行，导致生态系统服务功能的降低。换句话说，是不合理的国土资源利用和配置方式直接引发了土地生态安全危机。
　　鉴于国土空间生态安全研究在维护区域土地生态安全、实现生态文明建设中的重要作用，本书以南方典型的山区县A县和典型的X城市群为案例，借助景观生态学理论，利用RS和GIS、空间统计学和CA建模等方法，在梳理国土空间生态安全领域国内外研究进展的基础上，测度国土空间生态风险程度及其时空演变规律，基于GIS平台从重要性生态空间和敏感性生态空间识别的角度识别区域生态保护红线空间，基于蚁群算法对现行乡村聚落空间进行优化，建立CA模型对区域未来不同政策情景下国土空间生态安全进行调控模拟，构建国土空间生态安全预警机制，提前预报城镇建设空间扩张和农业生产空间开发可能对区域生态安全带来的威胁。
　　1.2 研究意义
　　1.2.1 理论意义
　　（1）本书以区域国土空间为研究对象，聚焦国土空间当下面临的生态风险和存在的冲突，以实现区域国土空间生态安全为目标，在识别区域生态保护红线空间的基础上，开展面向生态安全的国土空间格局优化、国土空间生态安全预警以及国土空间生态安全调控研究，丰富了面向生态安全的国土空间规划研究内容。
　　（2）基于景观格局-过程理论，本书构建了从国土空间生态风险评估→国土空间生态保护红线划定→国土空间生态冲突识别→国土空间生态安全预警→国土空间生态安全调控→国土空间生态安全格局优化的国土空间生态安全研究框架，进一步完善了国土空间规划理论和景观生态安全理论，并丰富了景观生态安全理论在国土空间格局优化中的应用。
　　1.2.2 实践意义
　　生态安全已逐渐成为区域可持续发展关注的焦点，而研究包括国土空间生态安全预警、国土空间生态安全调控和国土空间生态安全优化在内的区域国土空间生态安全格局优化问题，对于区域高质量发展具有以下重要的实践意义。
　　（1）有利于科学、合理地规划和管理国土空间，缓解区域城镇空间与粮食安全、生态安全及经济增长压力之间的矛盾。有利于促进区域国土资源的充分合理利用，保障粮食安全，优化区域农业产业的要素配置和统筹规划。
　　（2）有利于保护区域关键性生态空间，通过栅格尺度上生态保护红线空间的识别，改善生态环境，保障区域重要生态系统服务功能的稳定发挥和国土资源的可持续利用，实现国土空间生态安全目标。
　　（3）通过系统地评估区域生态风险，识别生态保护红线空间，构建国土空间生态安全预警机制，模拟不同情景下的国土空间生态安全调控策略以及优化区域国土空间生态安全格局，为区域建立全面、系统的国土空间生态安全保障体系提供框架、技术和案例支撑，有利于区域构建科学、合理的生态安全格局，筑牢生态安全屏障。
　　1.3 研究目的和研究内容
　　1.3.1 研究目的
　　（1）通过系统地探讨区域国土空间生态安全研究的理论体系和主要分析方法，为区域开展面向生态安全的国土空间格局优化工作提供理论和技术支持。
　　（2）通过案例研究，分析区域国土空间面临的生态风险，探讨区域生态景观结构和动态特征的演变规律，识别区域生态重要性空间和关键性生态空间，在此基础上开展国土空间生态安全预警机制构建、国土空间生态安全调控和国土空间生态安全格局优化等国土空间生态安全格局构建工作，验证研究方法和研究思路的可行性，为其他地区开展国土空间生态安全格局构建工作提供案例支撑和经验借鉴。
　　（3）为区域国土空间生态安全保障机制设计和制定提供理论依据，促进区域人类-社会-经济-生态环境的协调发展。
　　1.3.2 研究内容
　　（1）基于景观结构和生态系统服务的国土空间生态风险评估研究。具体地，在基本判别指标的基础上，构建干扰度指数和景观脆弱度指数，建立景观格局指数与国土空间生态风险之间的定量化表达，借助空间统计学空间化变量的方法探究区域国土空间生态风险特征，构建生态系统服务指数和生态系统健康指数，对X城市群展开生态风险评价，并对风险程度进行分类。
　　（2）基于GIS的区域国土空间生态保护红线识别研究。具体地，基于区域（南方A县）生态安全面临的主要威胁，选取水源涵养、生物多样性保护、水土保持等生态重要性因子和地质灾害敏感性、洪涝敏感性等生态敏感性因子作为区域生态保护红线空间识别的主要评价因子，在分别识别区域重要生态功能区和生态敏感区的基础上，形成区域生态保护红线空间。同时，在明确区域生态系统服务供需空间格局的基础上，利用*小累积阻力（minimal cumulative resistance，MCR）模型划定X城市群生态安全格局。
　　（3）区域国土空间生态安全预警机制构建研究。在区域生态保护红线空间识别的基础上，运用CA模型模拟南方A县在自然发展情景下的国土空间格局，通过将模拟预测的国土空间格局与区域生态保护红线空间进行叠加分析，预报区域未来发展可能存在的国土空间生态安全警情。同时，构建土地保障系数和生态影响系数，运用SD模型预测X城市群不同情景下的国土空间规模。
　　（4）区域国土空间生态安全调控研究。具体地，在区域生态保护红线空间识别的基础上，综合考虑粮食安全和未来经济发展对城镇建设空间的用地需求，设置底线安全、满意安全、理想安全三种情景，构建国土空间格局演化的CA模型模拟不同安全情景下的关键性生态空间的损失量和空间形态等，揭示不同政策情景下的国土空间调控效果。同时，从城市开发和生态保护二元空间视角，运用人工神经网络（artificial neural network，ANN）耦合和CA模型提出X城市群国土空间模拟模型，揭示不同情景下国土空间的生态效益和经济效益。
　　（5）基于蚁群算法的区域国土生态安全格局优化研究。具体地，在区域生态保护红线空间识别的基础上，识别区域现状乡村聚落空间与生态保护红线空间的冲突，基于蚁群算法模拟不同安全约束条件下的乡村聚落空间优化格局。
　　（6）国土空间生态安全格局构建的对策启示。具体包括实施国土空间生态安全的分区管制、建立国土空间生态安全的预警机制、创新国土空间生态安全的补偿机制和完善国土空间生态安全的参与机制四个方面。
　　1.4 研究思路和技术路线
　　本书在充分结合土地科学、地理学和生态学理论*新成果和发展动态的基础上，力求站在国土空间生态安全研究理论和实践的前沿，探讨区域国土空间生态安全格局构建问题。本书运用景观格局分析法、空间统计学方法、模型模拟法、情景分析方法等开展了区域国土空间生态风险评估、生态保护红线空间与生态安全格局划定、国土空间生态安全预警机制构建、国土空间生态安全调控模拟和国土空间生态安全格局优化研究，技术路线如图1-1所示。
　　图1-1 技术路线图
　　DEM（digital elevation model，数字高程模型）；ANN-CA，应用人工神经网络耦合元胞自动机模型
　　第2章 国内外相关研究综述
　　2.1 国土空间生态风险评估研究
　　2.1.1 国土空间生态风险评估的概念与内涵
　　生态风险是指生态系统及其组分所承受的风险，其中，自然因素、人类生产干扰、社会经济等诸种因素都可能导致生态风险。自然因素包括极端气候、滑坡、台风、土地沙化等自然灾害；人类干扰则主要指由人类粗放的生产经营方式和不力的监督管控所引发的生态风险，如生物入侵、病虫害灾难等引发的生态风险（荆贝贝，2022）。
　　生态风险评价根植于环境影响评价，始于20世纪70年代（Calow，1998），由*初的化学污染物风险评价、人体健康评价发展为区域生态风险评价，同时与流域生态学和景观生态学结合并快速发展（许妍等，2012；刘焱序等，2015；王慧芳等，2018）。早期学者将其定义为区域在受一个或多个胁迫因素影响后，对不利于生态后果出现的可能性进行评估的一种方法，其重点是评估人类活动所引起的生态系统的不利改变及效应。毛小苓和倪晋仁（2005）认为生态风险评价的关键是调查生态系统及其组分的风险源，预测风险出现的概率及其可能的负面效果，并据此提出相应的舒缓措施。而随着风险因子数量的不断增加，学者开始关注不同尺度下的生态风险评价，并逐渐重视区域尺度的生态风险评价工作，改变了早期研究过分集中于人体健康尺度和全球环境尺度的状况（彭建等，2015）。
　　随着对风险源研究的深入，生态风险评估在土地领域的研究逐渐丰富并成为重要分支。众多研究表明，土地利用变化同生态风险之

目录
第1章 绪论1
1.1 研究背景1
1.2 研究意义2
1.3 研究目的和研究内容3
1.4 研究思路和技术路线5
第2章 国内外相关研究综述6
2.1 国土空间生态风险评估研究6
2.2 国土空间生态保护红线识别研究17
2.3 国土空间生态韧性研究23
2.4 国土空间生态安全预警研究27
2.5 国土生态安全格局优化研究37
第3章 国土空间生态安全的理论基础49
3.1 土地利用行为理论49
3.2 生态环境预警理论53
3.3 国土空间优化理论56
3.4 土地利用生态安全理论62
3.5 景观生态安全格局理论66
3.6 人地关系协调理论70
第4章 国土空间生态安全的研究方法74
4.1 景观格局分析法74
4.2 空间统计学方法81
4.3 SD方法87
4.4 多目标求解法91
4.5 神经网络算法95
4.6 复杂系统模拟方法99
第5章 国土空间生态风险评估105
5.1 引言105
5.2 数据来源和研究方法106
5.3 结果与分析114
5.4 结论与讨论120
第6章 国土空间生态红线识别122
6.1 引言122
6.2 数据来源和研究方法124
6.3 生态保护红线空间的识别结果133
6.4 生态安全格局划定结果136
6.5 结论与讨论138
第7章 国土空间生态安全预警研究142
7.1 引言142
7.2 区域国土空间生态安全预警的框架体系143
7.3 数据来源和研究方法145
7.4 A县国土空间模拟研究结果与分析155
7.5 X城市群国土空间规模预测研究结果与分析157
7.6 结论与讨论162
第8章 国土空间生态安全调控研究167
8.1 引言167
8.2 数据来源与研究方法169
8.3 A县的国土空间生态安全调控175
8.4 X城市群国土空间格局模拟177
8.5 讨论182
8.6 结论186
第9章 国土空间生态安全格局优化研究187
9.1 引言187
9.2 数据来源和研究方法189
9.3 结果分析194
9.4 结论和启示197
第10章 国土空间生态安全格局构建的对策启示199
10.1 实施国土空间的生态分区管制199
10.2 建立国土空间生态安全的预警机制200
10.3 创新国土空间生态安全的补偿机制201
10.4 完善国土空间生态安全的公众参与机制203
参考文献205