青藏高原位于我国西南部。面积约257 万km²，占我国陆地总面积的26.8%^[18]，其中森林生态系统主要分布在青藏高原东南部，占青藏高原总面积的5.36%，草地生态系统广泛分布于青藏高原，占青藏高原总面积的60.77%。青藏高原处于高海拔地区，以高寒、干旱气候为主，植物生长缓慢，生态环境敏感脆弱。在全球气候变化和人类活动的综合影响下，青藏高原土地退化、水土流失和石漠化等生态问题整体有所改善，但是局部问题仍然严重^[19]。

本研究搜集了大量的数据及相关文献资料，其中空间分布数据包括生态系统类型遥感、省级行政区划数据等数据，生态问题数据包括水土流失、沙化和石漠化等数据，生态系统特征数据包括植被覆盖度、叶面积指数等。具体数据及来源等信息，见表1。

青藏高原具有重要的生态功能，同时，生态问题也极为突出，从生态修复格局出发，选取青藏高原森林、草地生态系统的水土流失、沙化、石漠化和持续退化的生态系统等问题进行模拟，最后对各生态问题进行归一化处理。

本研究采用修正后的通用土壤流失方程（RUSLE）对青藏高原的水土流失状况进行定量评价，见式（1）：

式中：A为每年平均土壤损失，即土壤侵蚀模数，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/(hm²·MJ·mm)；L为坡长因子；S为坡度因子；C为植被覆盖因子；P为水土保持措施因子。L、S、C和P因子均为无量纲。

土地沙化使用植被状况－地表反射率－土壤湿度（NDVI-Albedo-Wet）三维数据空间沙化遥感监测模型，利用Google Earth Engine遥感大数据平台进行沙化信息提取。

石漠化被定义为一个土壤侵蚀、基岩裸露和土地生产力退化的过程。因此，植被指数被用来指示喀斯特地区植被和非植被的覆盖。此外，以往的研究也表明土壤水分和温度是影响中国石漠化的2个重要因素。

叶面积指数(leaf area index，LAI) 通常用于表征叶片的疏密程度和冠层结构，反映植被的结构参数，是衡量森林生态系统的重要指标^[20]。植被覆盖度是衡量草原生态脆弱性的一个重要指标，同时也是生态系统、水土流失和气候变化模型的重要参数^[21]。本研究使用二分像元法获取植被覆盖度数据，通过每个像元的时间序列值获得每个像元的斜率系数。用于计算斜率系数^[22]，见式（2）：

式中，Slope为依赖变化中每个像元的变化趋势，X_i为第i年的年度指标值， n为研究期间的年范围。Slope值小于零时表示植被质量持续下降。本研究提取持续下降的森林质量和草地质量进行研究。

Zonation模型是 LEHTOMÄKI et al^[23]和MOILAN-EN^[24]于 2005 年开发，是空间保护修复及优化的决策分析模型。其原理是基于修复目标的价值、连接需求和修复目标的空间特征，通过移除景观中最没有价值的栅格，同时让保护价值的边际损失达到最小化，最终可获得高连通性的景观格局分布，保留了修复目标的核心区域^[25-26]。模型目标函数，见式（3）：

式中，$ {w}_{j} $为指标j的权重（或优先级），c_i是将单元i添加到保留网络的成本。在运行分析时，程序遍历所有单元，并根据特征计算$ {\delta }_{i} $值，该特征在特定单元中具有剩余的最高加权分布比例（因此表示如果移除细胞将丢失的最高生物值）。$ {\delta }_{i} $值最低的单元将被移除。

根据已有的生态修复工程发现，生态修复的面积和生态修复效果的关系并没有线性关系，即修复优先区面积的增长并不与修复成效的显著提高呈线性关系。因此，对修复目标设置一个量化的标准至关重要。基于Zonation生成的修复优先区，按照全球生态系统优先恢复目标^[1]和爱知生物多样性目标^[27]、基于岷山山系多物种保护规划目标^[28]、以生态服务的供需为基础制定的全球性修复目标^[29]和生态保护红线目标^[30]选择生态问题关键区域。即分别以优化结果重要性的15%、30%、40%和45%为修复目标，得到修复目标下的修复优先区。

青藏高原森林、草地生态系统分别选取生态质量持续下降、石漠化、水土流失、沙化等生态问题进行模拟，结果见图1、图2，其中石漠化以轻度石漠化为主，主要分布于青藏高原东部边缘地区，云南省西北与四川省西南交界的区域，西藏自治区与四川省交界区域，水土流失较为严重的区域主要分布于青藏高原南部高山峡谷地区，沙化严重区域主要分布在南疆、西藏自治区的北部和西北部以及青海省西北部。

青藏高原森林生态系统石漠化面积1.78万km²，森林质量持续下降面积5.27万km²，水土流失面积8.02万km²。草地生态系统的石漠化面积为1.22万km²，水土流失面积约为68.94万km²，沙化面积约34.79万km²，生态质量面积为35.27万km²，见表2。

青藏高原具有重要的生态功能，然而青藏高原生态问题局部退化严重，因此，根据不同区域的主要生态问题，使用多目标空间优化方法识别青藏高原生态修复优先区域，完成青藏高原生态系统生态修复空间优化。结果显示，青藏高原森林生态系统修复优先区主要分布在三江并流区，草地生态系统修复优先区主要分布在阿里地区、那曲北部，见图3。

通过比较青藏高原森林生态系统4种修复目标，当修复目标为15%时，石漠化问题修复1.23万km²，水土流失问题修复3.65万km²，森林质量持续下降区修复1.86万km²。随着修复目标的增加，在30%的修复目标时，石漠化修复面积达到96.59%，在45%的优先修复目标时，水土流失和森林质量持续下降区修复面积达到80%以上，见表3。

基于青藏高原森林生态系统各类生态问题协同优化结果，绘制优先修复累计曲线（图4（a））。根据累计曲线，通过对比几种修复目标发现，在优先修复30%的生态问题严重区域时比较符合当前实际情况（图4（b））。此时将会治理森林生态系统96.59%的石漠化问题、71.22%的水土流失问题和61.42%的森林质量持续下降区域。

按照优先修复30%的结果对青藏高原森林生态系统进行生态修复，修复后的森林生态系统将会提升29.77%固碳服务、27.95%水源涵养服务和23.53%土壤保持服务，见表4。

通过比较青藏高原草地生态系统4种修复目标，当修复目标为15%时，石漠化问题修复0.54万km²，水土流失修复36.98万km²，草地质量持续下降修复16.02万km²，土地沙化修复17.12万km²。在修复目标为30%时，99%的沙化问题得到治理，修复目标为40%时，水土流失和草地质量持续下降区修复面积达到80%以上，沙化修复面积为94.31%，见表5。

基于青藏高原草地生态系统各类生态问题协同优化结果，绘制累计曲线，见图5（a）。根据累计曲线，通过对比几种修复目标发现，在优先修复30%的草地生态系统生态问题严重区域时比较符合当前实际情况（图5（b））。此时草地生态系统99.00%的石漠化问题、81.42%的沙化问题、75.29%的草地质量持续下降区和70.26%的水土流失将会得到治理。

按照优先修复30%的结果对青藏高原草地生态系统进行生态修复，修复后的草地生态系统将会提升21.49%土壤保持服务、20.60%水源涵养服务和11.51%固碳服务，见表6。

通过青藏高原主要生态问题空间协同优化结果与现有保护地和生态修复工程对比及空缺识别并划定青藏高原优先修复区，发现青藏高原生态保护和修复存在3处空缺，为阿里－藏北高原修复区、念青－唐古拉山修复区和三江并流修复区，见图6。

划定的青藏高原优先修复区面积约45.77万km²，其中现有自然保护区及修复工程面积为33.41万km²，补充修复区域面积为12.36万km²。按照结果对补充区域进行生态修复，修复4.81%的区域将会提升17.40%水源涵养服务、13.73%土壤保持服务和7.85%固碳服务，见表7。这一结果为区域生态修复提供依据。

青藏高原开展了山水林田湖草生态保护修复工程试点，持续推进森林和草地保护恢复、水土流失和荒漠化土地治理、西藏生态安全屏障保护与建设，以及三江源、横断山和祁连山等重点地区的生态保护与综合治理等工程建设，取得了显著的成果，有效促进了青藏高原生态系统质量和服务的稳步提升，维持了青藏高原生态安全屏障。由于青藏高原海拔高、气温低、降水少、生态系统结构简单和抵抗能力弱等特点，青藏高原表现出较强的脆弱性和敏感性，其生态问题仍然严重。因此，明确主要生态问题的空间格局至关重要，能够为有效实施生态修复提供空间范围，支持后续的生态工程和生态管理。

青藏高原已有很多研究在单独类型生态问题的保护和修复规划中发挥了重要作用，例如若尔盖土地沙化的治理^[31]、新疆维吾尔自治区水土流失治理^[32]和贵州省石漠化治理^[33]等，有效支撑了生态修复工程布局。然而在某些区域，虽然是独立的地理单元，但是面积广，气候地形多样，生态问题空间异质性强，构建生态修复的总体布局不仅需要对每一类型生态问题进行模拟和分析，也需要根据区域地形、气候特征划分不同生态修复区，根据各区内生态问题之间的关系，提出不同生态问题治理的空间协同优化方案。与单一目标或特定环境的生态修复不同，这些研究只针对某一种生态问题进行了治理，而本研究选取青藏高原水土流失、石漠化、土地沙化、生态质量持续下降区等生态问题进行协同优化，对青藏高原低差区域进行整体修复，这一结果为青藏高原地区生态修复提供借鉴。

本研究基于空间协同优化与现有保护地及生态修复工程对比和空缺识别，发现有3处空缺，分别为阿里－藏北高原修复区、念青－唐古拉山修复区和三江并流修复区，这一结果对生态工程建设和实施提供了明确的范围，为青藏高原生态安全格局构建提供更明确的依据。

研究结合生态修复相关理论和实践研究成果，通过Zonation模型，对青藏高原森林和草地生态系统的生态质量持续下降、土地沙化、石漠化和水土流失等生态问题进行修复格局空间优化，评估每类生态问题空间特征，根据不同区域的主要生态问题，使用多目标空间协同优化方法识别青藏高原生态修复优先区域，为青藏高原构建生态安全格局提供依据。

（1）青藏高原水土流失发生面积较大，主要分布在青藏高原东南高山峡谷地区。土地沙化主要发生在草地生态系统中，面积约34.79万km²，沙化强度空间分异特征显著，整体呈现“西北多东南少”趋势，严重区域主要分布在南疆、西藏自治区的北部和西北部以及青海省西北部（图2（d））。石漠化以轻度石漠化为主，主要分布于青藏高原东部边缘地区，云南省西北与四川省西南交界的区域，西藏自治区与四川省交界区域，其中森林生态系统发生石漠化面积约1.78万km²，草地生态系统发生石漠化约1.22万km²，见表2。森林质量持续下降区域主要分布在西藏自治区的中西部、林芝西南部、山南中部，四川凉山彝族自治州、阿坝藏族羌族自治州，甘肃省甘南藏族自治州和青海省海南藏族自治州，面积约5.27万km²（图1（a）），草地质量差的区域主要分布在西藏自治区的阿里、日喀则、山南中部，四川凉山彝族自治州、阿坝藏族羌族自治州，甘肃甘南藏族自治州，面积约35.27万km²（图2（a））。

（2）基于协同优化结果得到，青藏高原优先修复区位于三江并流区、阿里－藏北高原和珠穆朗玛峰附近（图3）。通过对比4种修复目标发现，在优先修复森林和草地生态系统30%的生态问题严重区域时比较符合当前实际情况。此时修复后的森林生态系统分别提升了27.95%水源涵养服务、29.77%固碳服务和23.53%土壤保持服务（表4），草地生态系统能够分别提升21.49%土壤保持服务、20.60%水源涵养服务和11.51%固碳服务（表6）。若未来持续实施生态修复可以考虑40%或45%的修复目标。

（3）通过空间协同优化结果与现有保护地及生态修复工程对比和空缺识别并划定青藏高原优先修复区体系，发现青藏高原生态保护和修复主要存在3处空缺，分别为阿里－藏北高原修复区、念青－唐古拉山修复区和三江并流修复区。在这些区域开展生态修复，修复后的区域将会提升17.40%水源涵养服务、13.73%土壤保持服务和7.85%固碳服务见表7。

青藏高原要达到生态系统协同修复，需要优先修复3处空缺，分别为三江并流修复区、念青－唐古拉山修复区和阿里－藏北高原修复区，修复优先区面积为12.36万km²，约占青藏高原总面积的4.81%。优先修复4.81%的区域将会提升17.40%水源涵养服务、13.73%土壤保持服务和7.85%固碳服务。