基于土地利用—生態(tài)系統(tǒng)耦合模型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估

蔣力+徐霞+劉穎慧+徐粒+田玉強

摘 要：土地利用是人地系統(tǒng)的重要組成部分，能夠提供巨大的生態(tài)服務(wù)功能，它的變化也會導(dǎo)致生態(tài)服務(wù)價值的改變?？紤]初級生產(chǎn)、維持CO2和O2平衡、養(yǎng)分循環(huán)、涵養(yǎng)水源、土壤侵蝕等主要服務(wù)功能，以我國北方農(nóng)牧交錯帶為研究對象，提出了一個基于土地利用生態(tài)系統(tǒng)耦合模型的土地利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值估算方法。估算結(jié)果表明，20世紀70年代—2000年我國北方農(nóng)牧交錯帶生態(tài)系統(tǒng)總服務(wù)價值呈先下降后回升趨勢，由1 434億元降低到1 296億元。土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)和空間格局對生態(tài)服務(wù)價值也有較大影響，其中耕地和草地的貢獻率最大，2000年分別達31%和44%；林地雖然所占面積小，但其生態(tài)服務(wù)價值比重也不斷上升?？傮w來看，研究區(qū)還需進一步加強生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)性保護。

關(guān)鍵詞：LUCC變化；生態(tài)服務(wù)價值；中國北方農(nóng)牧交錯帶

中圖分類號：F323.22 文獻標識碼：A DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.01.017

Evaluation of Ecosystem Service Value Based on Land Use-Terrestrial Ecosystem Coupled Model

—A Case Study From the Farming-Grazing Transitional Zone of Northern China

JIANG Li1， XU Xia1， LIU Ying-hui2， XU Li1， TIAN Yu-qiang1

（1.State Key Laboratory of Earth Surface Processes and Resource Ecology， Beijing Normal University， Beijing 100875， China； 2.College of resource science and technology， Beijing normal university， Beijing Normal University， Beijing 100875， China）

Abstract： Land use is an important part of the human-earth system， it can provide huge ecosystem services. This paper considered the primary production， the balance of CO2 and O2， nutrient cycling， water conservation， soil erosion control and other major service functions， and proposed a method based on land use - terrestrial ecosystem coupled model to estimate the land use ecosystem service value. The results show that during 1970s—2000， the total ecosystem service value of the farming-grazing transitional zone of northern China has been changed from the 143.4 billion yuan to 129.6 billion yuan RMB lower after recovering from declines in 1990s. The land use structure and spatial pattern has an impact on the value of ecosystem services. The cropland and grassland ecosystem offered the main ecosystem service value， being 31% and 44% respectively. And the proportion of the ecosystem services value in forest ecosystem has continued to rise although its small size. We should further strengthen the protection of ecological environment.

Key words： land use change； ecosystem service value； the farming-grazing transitional zone of northern China

收稿日期：2013-10-31；修訂日期：2013-11-28

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目（41030535）；國家自然科學(xué)基金項目（30900197）；國家973項目（2011CB952001）

作者簡介：蔣力（1987—），女，湖南人，在讀碩士生，主要從事土地利用變化與陸地生態(tài)系統(tǒng)研究。

通訊作者簡介：徐霞（1977—），女，湖北人，副教授，主要從事土地利用模擬模型研究。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指通過生態(tài)系統(tǒng)自身的結(jié)構(gòu)、過程和功能，直接或間接地得到生命支持產(chǎn)品以及提供服務(wù)[1-2]。根據(jù)相關(guān)研究提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能分類[3-4]，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能可以歸納為供給功能、調(diào)節(jié)功能、生命系統(tǒng)支持功能和文化娛樂功能等。其中，為人類提供食物、工業(yè)原材料等可以商品化的功能，稱為直接價值功能；而氣候條件、水源涵養(yǎng)等難以商品化的功能，稱為間接價值功能。生態(tài)服務(wù)功能的間接價值雖然不表現(xiàn)在國家的核算體制上，但它們的價值可能大大超過直接價值。Costanza在1997年最先開展了對全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的系統(tǒng)評估工作，確定了生態(tài)服務(wù)價值的評估原理和科學(xué)意義之后[1]，生態(tài)服務(wù)價值研究已成為當今生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性研究的熱點之一[4]。

土地利用變化是目前人地系統(tǒng)研究中的一個重要方面，它對環(huán)境和生態(tài)的作用在全球環(huán)境變化研究領(lǐng)域受到高度重視。土地利用的生態(tài)服務(wù)價值首先表現(xiàn)在它不僅是農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，而且還具有生物多樣性保護、涵養(yǎng)水源、防風固沙等重要生態(tài)功能[5]。同時，土地利用是人類最基本的經(jīng)濟活動，它的不斷變化也會引起生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的變化，從而導(dǎo)致生態(tài)服務(wù)價值的改變[6-7]，因此，研究土地利用變化下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值具有重要意義。目前，我國對于土地利用驅(qū)動下生態(tài)服務(wù)價值的變化做了大量的研究，主要體現(xiàn)在：歐陽志云、王偉等對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的概念、內(nèi)涵和價值評估方法進行了闡述[7-8]；謝高地等對中國自然草地和青藏高原高寒草地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行了評估，并根據(jù)Costanza提出的核算理論利用專家打分法制定了中國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當量因子表[9]。此后，以中國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當量因子表為基礎(chǔ)，結(jié)合不同研究區(qū)土地利用變化的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估大量展開[10-18]。此外，基于遙感和GIS技術(shù)研究土地利用/覆蓋變化背景下區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化的研究也逐漸增多[19-22]，并對草地、森林、流域等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行評估。這些研究主要對當年的價值進行靜態(tài)分析，且依賴于經(jīng)濟學(xué)理論，而缺乏對生態(tài)系統(tǒng)自身規(guī)律的分析。關(guān)于土地利用結(jié)構(gòu)和格局與生態(tài)服務(wù)價值的內(nèi)在聯(lián)系的定量研究較少。由于生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能與生態(tài)系統(tǒng)自身的結(jié)構(gòu)與過程有關(guān)，且極易受到不同區(qū)域地理、氣候的影響，因此，能夠進行土地利用格局變化、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、生態(tài)過程與服務(wù)功能的關(guān)系分析，可進一步為生態(tài)服務(wù)功能評價提供相對可靠的生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)，也成為目前研究的一個方向[23]。本研究基于土地利用——陸地生態(tài)系統(tǒng)耦合模型（TESim_R模型），通過對氣象、植被、土壤以及控件屬性等參數(shù)的輸入，得到不同土地利用模式下的生態(tài)過程數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上依據(jù)不同的生態(tài)服務(wù)功能，對土地利用的生態(tài)服務(wù)價值進行評估。

1 研究區(qū)概況

中國北方農(nóng)牧交錯帶是分隔我國北方東部農(nóng)區(qū)與西部天然草地牧區(qū)的生態(tài)過渡帶，斜貫東北-西南，北起大興安嶺西麓的呼倫貝爾，西至青海東部，南至寧夏南部，總面積約為72.6萬km2，包括有10省205縣（旗），總?cè)丝诩s6 000多萬[24]，在地理上具有很強的過渡性，同時該地區(qū)自然資源條件多樣和相當脆弱，使得該研究區(qū)成為我國一個重要的生態(tài)脆弱區(qū)和生態(tài)過渡帶。此外，隨著人類活動長期以來的超強度利用和干擾，該區(qū)域的土地利用強度與空間格局發(fā)生了巨大變化，嚴重影響了生態(tài)服務(wù)功能的發(fā)揮。因此，以中國北方農(nóng)牧交錯帶為研究對象，研究土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)和空間格局變化對于陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響具有重大實際意義。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

（1）土地利用數(shù)據(jù)：本文中使用的土地利用數(shù)據(jù)有4期，20世紀70年代的土地利用數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院地理與資源研究所1992年發(fā)布的1∶400萬土地利用空間分布圖，其他3期的數(shù)據(jù)來源于80年代中期，90年代初期和2000年的TM遙感影像的解譯結(jié)果。

（2）氣象、地形數(shù)據(jù)：來源于中國科學(xué)院地理科學(xué)研究所1992年發(fā)布的1∶400萬數(shù)字地圖中的中國地貌圖、中華人民共和國國家測繪局1995年編制的1∶25萬地形高程數(shù)據(jù)庫。氣候資料數(shù)據(jù)來源于中國氣象局氣象站點數(shù)據(jù)，選擇了中國北方農(nóng)牧交錯帶及其周邊地區(qū)133個站點的數(shù)據(jù)，時間范圍為1976—1999年。

（3）統(tǒng)計數(shù)據(jù)：包括1976—1999年的全國統(tǒng)計年鑒，中國北方農(nóng)牧交錯帶10省統(tǒng)計年鑒，每年林業(yè)統(tǒng)計年鑒、最近時期的調(diào)查數(shù)據(jù)。價格數(shù)據(jù)來源于中國統(tǒng)計年鑒以及實際調(diào)研數(shù)據(jù)。

2.2 土地利用——生態(tài)系統(tǒng)耦合模型

土地利用——陸地生態(tài)系統(tǒng)耦合模型（TES-LUC模型），該模型包括幾個大的模塊，土地利用動態(tài)過程模塊、凈第一性生產(chǎn)力模塊、水分運動模塊、土壤侵蝕模塊、碳氮元素循環(huán)模塊，模型的驅(qū)動因素為氣象、植被、土壤以及地理空間屬性和不同植被的相關(guān)生理參數(shù)等。利用不同的輸入?yún)?shù)，可以得到不同土地利用空間格局下的生態(tài)系統(tǒng)過程數(shù)據(jù)。針對研究區(qū)的土地利用實際情況，使用實際氣象數(shù)據(jù)資料作為驅(qū)動，各種空間屬性、植被以及土壤等相關(guān)參數(shù)，以及相關(guān)變量的初始值形成輸入文件，驅(qū)動土地利用——生態(tài)過程耦合模型TES-LUC，在模型進行多次迭代運算之后，得到4期土地利用現(xiàn)狀下研究區(qū)不同格點的凈初級生產(chǎn)力（NPP（x））、平均土壤侵蝕量（E（x））、平均土壤含水量（Q（x））以及平均土壤有機質(zhì)含量（U（x））的模擬結(jié)果，以及區(qū)域整體平均的凈初級生產(chǎn)力（NPP（x））、平均土壤侵蝕量（E（x））、平均土壤含水量（Q（x））以及平均土壤有機質(zhì)含量（U（x））的模擬結(jié)果，隨后進行各個格點以及研究區(qū)整體生態(tài)服務(wù)價值的計算。

2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評價方法

根據(jù)Costanza等人的分類方法，考慮到研究區(qū)的地理地貌特征和植被土壤類型，本文將研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值劃分為初級生產(chǎn)、氣候調(diào)節(jié)、養(yǎng)分循環(huán)、水源涵養(yǎng)、侵蝕控制五大類評價指標，以土地利用—生態(tài)系統(tǒng)耦合模型模擬的凈初級生產(chǎn)力（NPP）輸出值為基礎(chǔ)，分別計算5個類別的生態(tài)服務(wù)價值，各類別指標服務(wù)價值的評估方法如下。

2.3.1 初級生產(chǎn)價值 凈初級生產(chǎn)力（NPP）和生物量是反映有機物質(zhì)生產(chǎn)的兩個重要指標，生物量是反映物質(zhì)的儲存量，而初級生產(chǎn)力是反映某一時間段（如一年）所生產(chǎn)的有機物質(zhì)量，利用 TES-LUC模型模擬的凈初級生產(chǎn)力（NPP），根據(jù)有機物質(zhì)的單位質(zhì)量價值，換算得到研究區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)的價值，具體計算公式為：

Vn=∑∑NPP（x）×Pn（x）

式中，Vn為初級生產(chǎn)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值（元），NPP（x）為每個柵格內(nèi)的NPP模擬均值，Pn（x）為單位有機物價值。

2.3.2 氣候調(diào)節(jié)價值 在評估生態(tài)系統(tǒng)固定CO2和釋放O2兩項服務(wù)功能時，根據(jù)光合作用與呼吸作用的反應(yīng)方程式，推算每形成1 g干物質(zhì)需要的CO2的量（一般取1.62 g）和釋放O2的量（一般取1.2 g）[25]；然后利用碳稅法估算吸收CO2的功能價值，工業(yè)制氧法估算釋放O2的功能價值， 計算公式為：

Vr=∑∑1.62×NPP（x）×Pr

Vo=∑∑1.2×NPP（x）×Po

式中，NPP（x）為TES-LUC模型模擬的每個柵格內(nèi)的NPP，Pr、Po分別為碳稅法中CO2的單位質(zhì)量價值和工業(yè)制氧法中的工業(yè)制氧價格，CO2的單位質(zhì)量價值借用瑞典碳稅率0.15美元·kg-1（C）來計算，換算成吸收CO2的稅率為3.36×10-4美元·g-1（CO2）[26]； O2的工業(yè)制氧價為4×10-4元·g-1 （O2）[27]。

2.3.3 養(yǎng)分循環(huán)價值 生態(tài)系統(tǒng)中的植被在生長過程中，能夠同時固定其他養(yǎng)分物質(zhì)，這些營養(yǎng)物質(zhì)通過復(fù)雜的食物網(wǎng)而循環(huán)再生，并成為全球生物地化循環(huán)不可或缺的環(huán)節(jié)。評估生態(tài)系統(tǒng)在養(yǎng)分循環(huán)中的作用時，以TES-LUC模型模擬的NPP為基礎(chǔ)，估算其重要營養(yǎng)物質(zhì)氮、磷、鉀在生態(tài)系統(tǒng)中的年吸收量。根據(jù)統(tǒng)計資料，氮、磷、鉀肥的平均價格分別為400，350，350元·t-1；對應(yīng)的純氮、磷、鉀元素的折算率分別為79/14，506/62，174/78，即：

Vu=Vun+Vup+Vuk

Vun=∑∑NPP（x）×Rn1×Rn2×Pn

Vup=∑∑NPP（x）×Rp1×Rp2×Pp

Vuk=∑∑NPP（x）×Rk1×Rk2×Pk

式中，Vu為區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)在一時間段內(nèi)吸收的營養(yǎng)物質(zhì)價值；Vun、Vup、Vuk分別為吸收的氮、磷、鉀元素價值；Rn1、Rp1 、Rk1分別為各類生態(tài)系統(tǒng)中氮、磷、鉀元素在有機物中的分配率（表1）[28]；Rn2、Rp2、Rk2為純氮、純磷、純鉀分別折算為氮肥、磷肥、鉀肥的比例；Pn、Pp、Pk分別為區(qū)域時間段內(nèi)氮肥、磷肥、鉀肥的平均價格。

2.3.4 水源涵養(yǎng)價值 涵養(yǎng)水源是生態(tài)系統(tǒng)的一個重要功能，可以參照李金昌等[29]的研究方法來評價生態(tài)系統(tǒng)對涵養(yǎng)水源的間接經(jīng)濟價值。通過TES-LUC模型模擬水分的垂直運動得到不同土壤層的土壤體積含水量。而土壤涵養(yǎng)水源類似于水庫蓄水，因此，通過建立需水量為1 t的水庫的費用來估算涵養(yǎng)水源的價值，查閱工程造價成本可知，中國每建設(shè)1 m3庫容的平均成本花費為0.67元[25]。

Vw=∑∑Q（x）×Pw（x）×S（x）

式中，Q（x）為TES-LUC模型模擬的土壤含水量，Pw（x）為建成單位庫容的花費成本，S（x）為對應(yīng)的面積。

2.3.5 土壤侵蝕價值 根據(jù)水利部頒布的《土壤侵蝕分級分類標準》[30]，土壤侵蝕包括減少土地損失面積的價值、減少土壤肥力損失的價值和減少泥沙淤積的價值，可通過TES-LUC模型模擬的土壤侵蝕量和土壤有機質(zhì)對這一價值進行計算。

（1）土地面積減少量。主要根據(jù)土壤侵蝕量和土壤耕作層的平均厚度來計算，以我國土壤耕作層的平均厚度（0.3 m）作為土層厚度，采用土地的機會成本法估算土地面積減少的經(jīng)濟價值，計算式為：

Vss（x）=[E（x）+0.3]×OC（x）

式中，Vss（x）為每個柵格處在一段時間內(nèi)減少的土地面積損失價值，E（x）為TES-LUC模型模擬的土壤侵蝕量，OC（x）為土壤生產(chǎn)的機會成本（元·m-2）。其取值是根據(jù)不同的生態(tài)系統(tǒng)類型來確定的，如表2所示。

（2）土壤肥力損失量。保持土壤肥力主要包括減少有機質(zhì)損失，氮、磷、鉀損失，分別由以下公式計算：

Vfec（x）=E（x）×U（x）×Pfc

Vfec（x）=E（x）×N（x）×Pfn

Vfep（x）=E（x）×Cp（x）×Pfp

Vfek（x）=E（x）×Ck（x）×Pfk

Vfe（x）=Vfec（x）×Vfen（x）×Vfep（x）×Vfek（x）

式中，Vfec（x）、Vfen（x）、Vfep（x）、Vfek（x）分別為減少N、P、K損失的功能價值，E（x）為TES模型模擬的土壤侵蝕量；U（x）為TESim模型模擬的單位土壤有機質(zhì)含量；N（x）、Cp（x）、Ck（x）、分別為土壤的純N化肥當量，純P化肥當量和純K化肥當量；Pfc、Pfn、Pfp、Pfk分別為柴薪、氮肥、磷肥、鉀肥的平均價格。土壤中的氮元素、磷元素和鉀元素含量則參考研究區(qū)的文獻數(shù)據(jù)北方農(nóng)牧交錯區(qū)[5] 部分（表3）。

（3）泥沙淤積價值。通常，土壤侵蝕會導(dǎo)致部分泥沙淤積于水庫、江河、湖泊等處，并直接造成其需蓄水量的下降，從而在某種程度上加劇干旱、洪澇等災(zāi)害的發(fā)生。生態(tài)系統(tǒng)減少的這部分損失的價值可以近似根據(jù)蓄水成本來計算：

Vst（x）=E（x）×Ltr（x）×Pre（x）

式中，Vst（x）為生態(tài)系統(tǒng)在一段時間內(nèi)減少淤泥損失的價值；E（x）為TES模型模擬的土壤侵蝕量；Ltr（x）為總侵蝕量中會造成淤積的泥沙比例；Pre（x）為平均庫容工程費。

綜合上述3項因子價值，最終可得土壤侵蝕功能價值為：

Usr=Vss+Vfe+Vst

2.4 價格參數(shù)的處理

由統(tǒng)計資料不難發(fā)現(xiàn)，物價水平在1976—2000年的模擬期間，有著顯著的上升趨勢。由于生態(tài)效益評估涉及到不同年份間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的比較，根據(jù)區(qū)域生態(tài)資產(chǎn)計算的特點，且受限于價格數(shù)據(jù)的來源，因此，必須對不同年份的價格變量進行轉(zhuǎn)換和折算。本研究采用消費物價指數(shù)（Consumer price index，CPI），以1978年為貨幣基準年，近似處理不同年份得到的價格數(shù)據(jù)（圖1），從而納入統(tǒng)一的評估框架。

將所有價格數(shù)據(jù)和中間參數(shù)小結(jié)如下，表4展示了評估框架中，價格參量的數(shù)值、單位、數(shù)據(jù)來源和涵義。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)下的生態(tài)服務(wù)價值

表5給出了從20世紀70年代—2000年研究區(qū)土地利用類型數(shù)量結(jié)構(gòu)變化的統(tǒng)計結(jié)果。從表5中可以看出，我國北方農(nóng)牧交錯帶土地利用結(jié)構(gòu)以草地和耕地為主，分別占到總面積的33.26%（2000年）和41.63%（2000年），合計達到74.89%。自20世紀70年代到2000年，土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化，從總體趨勢來看，可以分為兩個階段，第一階段為20世紀70年代到20世紀80年代后期，土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)劇烈變化。其中，耕地、草地所占面積急劇增加，其中增幅最大的是草地，上升了11%；而林地所占面積則大幅下降，產(chǎn)生原因可能是由于社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和人口的急劇增加，大量的林地轉(zhuǎn)化為可用于耕種的耕地和可用于放牧的草地。另一階段是1980年代后期到2000年，土地利用變化方向產(chǎn)生一定轉(zhuǎn)變，且土地利用變化程度減緩，其中，耕地保持平穩(wěn)上升趨勢，林地經(jīng)過小幅上升后略有下降；而草地保持略微下降趨勢。表明土地利用類型逐漸由林地向耕地和草地轉(zhuǎn)化。另外，為了防風固沙、保持水土，一些防護林工程也陸續(xù)開始實施，使得1980年代后期的林地所占面積有所回升。

運用前文所述方法，對研究區(qū)生態(tài)服務(wù)價值進行計算，結(jié)果見表6。從表中可以看出，從生態(tài)服務(wù)價值總值來看，中國北方農(nóng)牧交錯帶的生態(tài)服務(wù)總價值變化，大體上可以分為兩個階段，從20世紀70年代到20世紀90年代，生態(tài)服務(wù)總價值由1 434億元下降到1 291億元，這是因為土地利用變化總體趨勢為耕地和草地大量增加，林地減少。而耕地和草地的單位生態(tài)服務(wù)功能價值指數(shù)遠遠小于林地。從20世紀90年代到2000年，生態(tài)服務(wù)總價值開始回升，這也與土地利用數(shù)量變化程度減緩和生態(tài)環(huán)境效益改善有關(guān)系。從不同土地利用類型所占的生態(tài)服務(wù)價值的數(shù)量比例來看，草地由于其面積較大，它所占的比重最高，平均每年占總生態(tài)服務(wù)價值的40%以上；林地的面積比例盡管下降，但其生態(tài)服務(wù)價值比例卻逐漸升高；而耕地的生態(tài)服務(wù)價值所占比例相對穩(wěn)定，為30%左右。不同生態(tài)系統(tǒng)所占的生態(tài)價值比例也充分體現(xiàn)了該區(qū)域土地利用以農(nóng)業(yè)和牧業(yè)用地為主的顯著特點。隨著土地利用變化的加劇，不同生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)價值也隨之變化。

3.2 不同土地利用空間格局下的生態(tài)服務(wù)價值

由前文所述方法運用GIS軟件得到中國北方農(nóng)牧交錯帶不同時期生態(tài)服務(wù)價值空間分布圖（圖2）。從圖2中可以看出，研究區(qū)生態(tài)服務(wù)價值受土地利用類型的影響相當明顯，總體上呈現(xiàn)從東北向西南遞減的趨勢，由于研究區(qū)東北部主要分布著森林植被，其生態(tài)服務(wù)價值比較高，大部分高于10 000元·hm-2左右；中部為內(nèi)蒙古高原向黃土高原過渡區(qū)，分布著較多的草地和耕地，生態(tài)服務(wù)價值約在3 000元·hm-2左右，南部為青藏高原向黃土高原過渡區(qū)，生態(tài)服務(wù)價值偏低，多低于1 000元·hm-2。從20世紀70年代—20世紀90年代期間，大量的林地向耕地和草地轉(zhuǎn)移，研究區(qū)的生態(tài)服務(wù)價值呈現(xiàn)整體降低趨勢，中西部地區(qū)尤為明顯。其中，20世紀70年代—20世紀80年代年間，生態(tài)服務(wù)價值在中西部小部分地區(qū)略有下降；20世紀80年代—20世紀90年代期間，研究區(qū)全區(qū)生態(tài)服務(wù)價值有一定程度的減弱，其中以中西部地區(qū)最為明顯，耕地和草地的生態(tài)環(huán)境進一步惡劣；20世紀90年代—2000年間，區(qū)域生態(tài)服務(wù)的空間變化趨勢減緩，從圖中較難看出明顯差異，這與之前的數(shù)量分析結(jié)果相對應(yīng)。

進一步對全區(qū)生態(tài)服務(wù)價值進行分級，并統(tǒng)計各級柵格個數(shù)（表7），可以看出，20世紀70年代研究區(qū)生態(tài)服務(wù)價值主要集中在1 000～3 000元·hm-2的區(qū)間，共占了生態(tài)服務(wù)總值的58%，生態(tài)服務(wù)功能價值較高；20世紀80年代，全區(qū)生態(tài)服務(wù)價值分布在1 000～3 000元·hm-2之間的比例基本持平，但大于4 000元·hm-2的比例顯著下降，表明高生態(tài)服務(wù)價值區(qū)逐漸減少；20世紀90年代，生態(tài)服務(wù)價值主要集中在1 000～2 000元·hm-2之間，其中低于1 000元·hm-2的面積比例明顯增大，而高于4 000元·hm-2比例繼續(xù)減少，表明區(qū)域生態(tài)服價值繼續(xù)降低；2000年，全區(qū)生態(tài)服務(wù)價值在低于1 000元·hm-2之間的分布最多，達39.01%，而高于4 000元·hm-2的比例也降至10.51%。生態(tài)服務(wù)價值兩極分化日趨嚴重。

4 結(jié)論與討論

參照前人研究成果，結(jié)合研究區(qū)實際情況，我們確定了研究區(qū)土地利用生態(tài)服務(wù)價值的計算方法。并利用土地利用——生態(tài)系統(tǒng)耦合模型的模擬數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過GIS等手段實現(xiàn)對中國北方農(nóng)牧交錯帶生態(tài)服務(wù)價值的時空格局變化的研究。本研究基于生態(tài)系統(tǒng)過程，然后將直接和間接市場價值引入生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評價體系，從而把生態(tài)系統(tǒng)過程和社會經(jīng)濟緊密聯(lián)系起來，使評價結(jié)果更加客觀和可靠。

為了驗證本文計算結(jié)果，將他人研究成果進行簡單的面積比例折算，與本研究的結(jié)果對比分析（均進行物價指數(shù)處理）。經(jīng)過文獻檢測發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)其他大尺度的自然及社會條件相近地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評價工作大部分在1990年代開展，其中包括：運用遙感技術(shù)對內(nèi)蒙古生態(tài)資產(chǎn)測量，經(jīng)過折算后結(jié)果為1 663.9億元[31]；利用直接和間接價值計算法評估青藏高原，折算到本研究面積的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值為2 658億元[9]。本文評價結(jié)果表明，中國北方農(nóng)牧交錯帶的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能平均總價值在1990年代為1 255億元，由于本研究只是不完全評估了5種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，因此可以認為，本研究與眾多其他研究的評價結(jié)果在數(shù)量上基本一致。

本研究的生態(tài)經(jīng)濟分析結(jié)果表明，不同的土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)對生態(tài)服務(wù)價值有重要影響。由于1970年代至1990年代，土地利用結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)在林地大量減少，耕地和牧草地大量增多，導(dǎo)致高生態(tài)服務(wù)價值用地向低生態(tài)服務(wù)價值用地轉(zhuǎn)化，北方農(nóng)牧交錯帶生態(tài)總價值在30年中從1 434億元降低到1 070億元。進入1990年代中后期，隨著土地利用結(jié)構(gòu)變化日趨平緩及一些政策促進生態(tài)環(huán)境的改善，北方農(nóng)牧交錯帶生態(tài)效益總價值開始逐步回升。

研究也表明，土地利用空間格局不同，其生態(tài)服務(wù)價值也有很大差異。分布著森林的東北部單位面積平均生態(tài)服務(wù)價值最高，分布著耕地的西部地區(qū)則相對最低。1970年代—1990年代中，高生態(tài)服務(wù)價值地區(qū)不斷減少，低值地區(qū)不斷增多，生態(tài)服務(wù)總價值也出現(xiàn)減少趨勢，因此，制定政策時需要關(guān)注如何提高單位面積的生態(tài)服務(wù)價值，以及擴大單位生態(tài)服務(wù)價值高的區(qū)域的面積，通過本文分析可知，保證較高的森林覆蓋率是維持生態(tài)環(huán)境的重要措施。

由于數(shù)據(jù)和資料的局限，本文只計算了2000年之前的生態(tài)服務(wù)價值，而從2000年起，研究區(qū)開始大面積實施退耕還林/草工程，此政策對土地利用模式和生態(tài)服務(wù)效益都有一定的良好影響，還有待做進一步的持續(xù)性研究。

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研究也表明，土地利用空間格局不同，其生態(tài)服務(wù)價值也有很大差異。分布著森林的東北部單位面積平均生態(tài)服務(wù)價值最高，分布著耕地的西部地區(qū)則相對最低。1970年代—1990年代中，高生態(tài)服務(wù)價值地區(qū)不斷減少，低值地區(qū)不斷增多，生態(tài)服務(wù)總價值也出現(xiàn)減少趨勢，因此，制定政策時需要關(guān)注如何提高單位面積的生態(tài)服務(wù)價值，以及擴大單位生態(tài)服務(wù)價值高的區(qū)域的面積，通過本文分析可知，保證較高的森林覆蓋率是維持生態(tài)環(huán)境的重要措施。

由于數(shù)據(jù)和資料的局限，本文只計算了2000年之前的生態(tài)服務(wù)價值，而從2000年起，研究區(qū)開始大面積實施退耕還林/草工程，此政策對土地利用模式和生態(tài)服務(wù)效益都有一定的良好影響，還有待做進一步的持續(xù)性研究。

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研究也表明，土地利用空間格局不同，其生態(tài)服務(wù)價值也有很大差異。分布著森林的東北部單位面積平均生態(tài)服務(wù)價值最高，分布著耕地的西部地區(qū)則相對最低。1970年代—1990年代中，高生態(tài)服務(wù)價值地區(qū)不斷減少，低值地區(qū)不斷增多，生態(tài)服務(wù)總價值也出現(xiàn)減少趨勢，因此，制定政策時需要關(guān)注如何提高單位面積的生態(tài)服務(wù)價值，以及擴大單位生態(tài)服務(wù)價值高的區(qū)域的面積，通過本文分析可知，保證較高的森林覆蓋率是維持生態(tài)環(huán)境的重要措施。

由于數(shù)據(jù)和資料的局限，本文只計算了2000年之前的生態(tài)服務(wù)價值，而從2000年起，研究區(qū)開始大面積實施退耕還林/草工程，此政策對土地利用模式和生態(tài)服務(wù)效益都有一定的良好影響，還有待做進一步的持續(xù)性研究。

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