土地利用變化及生態(tài)系統(tǒng)服務價值響應

朱天龍，呂 君

(1.內(nèi)蒙古師范大學 地理科學學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010022;2.內(nèi)蒙古財經(jīng)大學資源與環(huán)境經(jīng)濟學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

土地利用(land utilization)是人類為達成一定目的，而在一定的土地上投施勞力或資本，以發(fā)揮土地功用的人類活動，是人類對土地的利用方式和使用狀況［1］。人類利用土地的主要目的:一是生活資源的獲得，二是生活與生產(chǎn)基地的供應。近些年，土地利用變化研究呈現(xiàn)出綜合化和區(qū)域化的趨勢。不僅研究土地生產(chǎn)利用與規(guī)劃，還更多的偏重于土地利用的生態(tài)環(huán)境效益的影響與評價，同時區(qū)域尺度上的研究成為熱點。

生態(tài)系統(tǒng)服務(Ecosystem Services)是指人類直接或間接從生態(tài)系統(tǒng)得到的利益，主要包括向經(jīng)濟社會系統(tǒng)輸入有用物質(zhì)和能量、接受和轉(zhuǎn)化來自經(jīng)濟社會系統(tǒng)的廢棄物，以及直接向人類社會成員提供服務(如人們普遍享用潔凈空氣、水等舒適性資源)［2］。土地利用變化是影響區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和生態(tài)系統(tǒng)服務功能的重要因子。不合理的土地利用不僅會對生態(tài)環(huán)境造成了破壞，也會對生態(tài)系統(tǒng)服務功能造成明顯的損害。對土地利用的變化及其對生態(tài)系統(tǒng)功能的影響進行研究，對于了解區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化、維持生態(tài)平衡、提高土地的利用效率以及促進區(qū)域經(jīng)濟與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展均具有重要的意義［3，4］。

本文采用土地利用動態(tài)度、土地利用綜合指數(shù)這兩個定量化模型，對2003－2010年內(nèi)蒙古包頭市達爾罕茂明安聯(lián)合旗(簡稱達茂旗)的土地利用變化及由土地利用變化所引起的生態(tài)系統(tǒng)服務價值的變化進行了分析。隨著達茂旗土地利用的變化，其土地生態(tài)系統(tǒng)服務的經(jīng)濟價值也在發(fā)生相應變化，這就為達茂旗的土地可持續(xù)利用和生態(tài)環(huán)境保護提供決策支持。

一、研究區(qū)概況

達爾罕茂明安聯(lián)合旗(簡稱達茂聯(lián)合旗或達茂旗)，地處內(nèi)蒙古高原，陰山北麓，位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中北部，是包頭市唯一的邊境少數(shù)民族地區(qū)，是內(nèi)蒙古自治區(qū)19個邊境旗(市)和33個牧業(yè)旗之一。地處北緯 41°20'－42°47'，東經(jīng) 109°16'－111°25'。東與烏蘭察布市四子王旗相接，西與烏拉特中旗毗鄰，南與包頭市固陽縣、呼和浩特市武川縣相鄰，北與蒙古國接壤，國境線長88.6公里，總面積17410平方公里。全旗轄7個鎮(zhèn)、1個蘇木。有蒙古、回、滿、朝鮮、達斡爾、鄂倫春、藏、苗、土家等15個民族，其中蒙古族1.83萬，是一個以蒙古族為主體、漢族占多數(shù)、多民族聚居的邊疆少數(shù)民族地區(qū)。該旗處中溫帶半干旱大陸性氣候區(qū)，降水量少，多大風和沙塵暴，自然條件惡劣，生態(tài)環(huán)境脆弱。

截至2010年末，全旗總?cè)丝?01486人，其中城鎮(zhèn)人口44165人，城鎮(zhèn)化水平達到43.5%，人口密度為0.06人/hm2，全旗國內(nèi)生產(chǎn)總值119億元。

二、數(shù)據(jù)來源和研究方法

(一)數(shù)據(jù)來源與處理

2003－2010年達茂旗土地利用變更數(shù)據(jù)來源于達茂旗國土資源局及達茂旗統(tǒng)計年鑒，并運用spss和excel軟件進行數(shù)據(jù)處理。土地利用的分類系統(tǒng)參照國家2002年發(fā)行的《全國土地分類(試行)》標準，根據(jù)達茂旗的實際情況，將達茂旗的土地分為以下三大類7小類:(1)農(nóng)用地:包括耕地、林地和牧草地三類;(2)建設用地:包括居民點及工礦用地、交通用地;(3)未利用地和水域。

(二)研究方法

本文采用實地調(diào)查法、文獻資料法、土地利用類型動態(tài)度及生態(tài)系統(tǒng)服務價值評價等研究方法，對內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市達茂旗進行了研究，定性與定量相結合，分析了達茂旗2003－2010年土地利用類型的變化及其對達茂旗生態(tài)系統(tǒng)服務價值的影響，對達茂旗政府合理利用和調(diào)整土地利用類型提出了積極地意見。

三、達茂旗土地利用動態(tài)變化分析

(一)土地利用現(xiàn)狀結構

截至2010年末，達茂旗土地總面積為1741000hm2。農(nóng)用地總面積1633641hm2，占土地總面積的93.83%。其中:牧草地1529271hm2，占農(nóng)用地總面積的93.6%;耕地76932hm2，占農(nóng)用地總面積的4.71%;林地22254hm2，占農(nóng)用地總面積的1.36%;其它農(nóng)用地(包括畜禽養(yǎng)殖地、養(yǎng)殖水面和田坎等)面積為5184hm2，占農(nóng)用地總面積的0.32%。建設用地(包括居民點工礦用地、交通運輸用地和水利設施用地和其它建設用地)總面積8510hm2，占土地總面積的0.49%。其中:居民點工礦用地面積5481hm2，占建設用地總面積的64.4%;交通運輸用地2018hm2，占建設用地總面積的23.7%;水利設施用地面積為248hm2，占建設用地總面積的2.9%;其它建設用地包括風景名勝設施及特殊用地等，面積為763hm2，占建設用地總面積的8.97%。未利用地(包括自然保留地和沙地、鹽堿地)總面積98849hm2，占土地總面積的5.68%。

可以看出，牧草地是達茂旗的主要土地利用類型，該區(qū)域的重要基礎是以牧草地為依托的畜牧業(yè)。牧草地和耕地合占該區(qū)土地總面積的比例高達92.3%，農(nóng)牧交錯、農(nóng)牧結合為其主要經(jīng)濟特點。其他地類相比所占面積較小。達茂旗有林地面積偏小，森林覆蓋率極低，使其保護草場和農(nóng)田的生態(tài)效應難以發(fā)揮，生態(tài)環(huán)境十分脆弱。人均占有土地量大，達17.2hm2/人，人均占有耕地面積也相對大，達0.76hm2/人(中國人均耕地面積只有0.09hm2)，土地資源利用粗放，土地開發(fā)、整理的潛力也很大。

從2003年到2010年，達茂旗的農(nóng)用地面積在大體上呈現(xiàn)下降的趨勢，2010年與2003年相比，農(nóng)用地面積減少了3252hm2;與之相反，達茂旗的建設用地面積卻逐年增加，2010年比之2003年增加了1679hm2。

(二)土地利用動態(tài)度

土地利用動態(tài)度定量地描述了土地利用類型的變化速度，它對預測未來土地利用的變化趨勢有積極的作用［5］。土地利用動態(tài)度包括單一土地動態(tài)度和綜合土地利用動態(tài)度兩種。

1.單一土地利用動態(tài)度

單一土地利用動態(tài)度是用來描述在一定時間范圍內(nèi)某一區(qū)域某種土地利用類型數(shù)量的變化速度。

其計算公式為:

式中:K為T時段內(nèi)某種土地利用類型動態(tài)度;T為研究時段，當T設為年時，K為某種土地利用類型的年變化率。當K為正值時，表示該類土地的年增加率;K為負值時表示該類土地的年減少率;K的絕對值越大說明該類土地年變化率越大。Ua和Ub分別為研究初期和研究末期某種土地利用類型的數(shù)量。

2.綜合土地利用動態(tài)度

綜合土地利用動態(tài)度用于表征區(qū)域土地利用變化的速度［6］，是反映一定時間內(nèi)某一研究區(qū)綜合土地利用類型數(shù)量變化程度的指標。

其計算公式［7］為:

式中:LUi為監(jiān)測初始時間第i類土地利用類型面積;T為監(jiān)測時段，當T設定為年時，LC的值就是該研究區(qū)域土地利用年變化率;△LUi－j為監(jiān)測時段第i類土地利用類型轉(zhuǎn)為非i類土地利用類型面積的絕對值。

利用公式(1)和(2)計算出達茂旗不同土地利用類型的年變化率(表1)。由表1可看出2003－2010年達茂旗綜合土地利用動態(tài)度為43.7%，土地利用類型變化率最大的是林地，為73%;其次是水域和居民點工礦用地，分別為7.66%和2.47%;年變化率最小的是未利用地，為0.23%。值得注意的是，雖然牧草地的年變化率很小，但是他的變化面積總量大的驚人，幾乎是其它土地利用類型變化面積總和的2.7倍，這說明達茂旗草場退化嚴重，潛在的土地沙化嚴重威脅草場的質(zhì)量，進而影響當?shù)氐男竽翗I(yè)。造成各類用地變化的原因:近年來，以干旱為主的自然災害頻繁發(fā)生，尤其是沙塵暴發(fā)生的頻率加快、強度越來越大。林地面積增加劇烈，是響應國家號召退耕還林，積極建設三北防護林等一系列政治舉措而成，同時也是達茂旗人民對風沙和土地退化的一種積極地應激反應，認識到林地對生態(tài)保護的重要性;近年來，達茂旗的城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村居民點及工礦用地和交通運輸用地規(guī)模迅速擴張，這是由于當?shù)亟?jīng)濟和城鎮(zhèn)建設的持續(xù)快速發(fā)展，還有礦產(chǎn)資源的開發(fā)，建設用地的需求進一步增大所導致;關于水域面積的大幅度縮減，和人為的過量引水水灌溉和氣候惡化關系密切;耕地的變化率不是太突出，但是它的總量也是驚人的，僅次于牧草地和林地的變化，耕地減少的主要是因為土地的荒漠化、生態(tài)退耕和農(nóng)業(yè)結構的調(diào)整等。達茂旗總的土地利用變化情況是:牧草地、耕地和水域面積明顯減少;未利用土地面積略有增加;林地面積和居民點工礦用地、交通運輸用地的面積有顯著增加，它們增加的部分主要來自于牧草地和耕地面積的減少。

表1 達茂旗土地利用變化速率

(三)土地利用程度

土地利用是一個龐大復雜的系統(tǒng)，土地利用程度的高低反映了人們對土地資源開發(fā)利用的狀況。土地利用程度主要包括土地利用廣度和土地利用強度兩個方面。

土地利用類型構成的綜合反映就是土地利用程度，它可由土地利用結構狀況來測度。土地利用程度體現(xiàn)了土地系統(tǒng)中人為和自然因素的影響程度，反映了土地利用的廣度和深度。

劉紀遠［7］等從生態(tài)學角度提出的土地利用程度的綜合分析方法，將土地利用程度按照土地自然綜合體在社會因素影響下的自然平衡狀態(tài)分為4級，并賦予分級指數(shù):未利用地土地利用程度賦值為1，林草水為2，耕地為3，城鎮(zhèn)、居民點、工礦和交通用地為4，將土地利用的綜合指標在上述基礎上進行數(shù)學綜合，形成一個l00－400之間連續(xù)分布的綜合指數(shù)，其數(shù)值的大小反映了某一區(qū)域土地利用的程度。

土地利用程度綜合指數(shù)可揭示該研究區(qū)域土地利用的綜合水平，其大小可反映土地利用程度的高低。

土地利用程度變化模型的定量表達式為:

式中:L為某研究區(qū)域土地利用程度綜合指數(shù)，范圍是100－400;Ci為研究區(qū)域內(nèi)第i級土地利用類型面積百分比;Ai為研究區(qū)域第i級土地利用程度分級指數(shù);n為土地利用程度分級數(shù)。如果L值增大，則表明該區(qū)域土地利用開發(fā)活動處于發(fā)展期，如果L值減小，則表明該區(qū)域土地利用開發(fā)活動處于衰退期或者稱為恢復期。

表2 達茂旗土地利用程度綜合指數(shù)

由表1我們已經(jīng)知道，從2003年到2010年達茂旗的居民點及工礦用地和交通運輸用地是逐年增加的，本應該說明該區(qū)域的土地利用開發(fā)活動處于發(fā)展期。但由表2數(shù)據(jù)我們又可知，從2003年到2010年達茂旗的土地利用綜合指數(shù)是逐年下降的，這表明該區(qū)域土地利用開發(fā)活動處于衰退期。這是因為達茂旗地廣人稀，與全旗的面積相比，建設用地所占比例實屬很少，所以本應以建設用地的增加來劃定土地利用開發(fā)活動正處在發(fā)展期的方法就不那么有說服力了，反倒是該區(qū)域主導地位的牧草地和耕地的減少定性了土地利用開發(fā)活動處于衰退期。

四、達茂旗土地利用變化的生態(tài)系統(tǒng)服務價值分析

生態(tài)系統(tǒng)服務價值(Ecosystem Services Value，簡稱ESV)包括有形的物質(zhì)性產(chǎn)品價值和無形的生命支持系統(tǒng)服務功能價值，它是可以從貨幣價值量的角度進行定量評價的［8］。隨著生態(tài)經(jīng)濟學、環(huán)境和自然資源經(jīng)濟學的發(fā)展，生態(tài)學家和經(jīng)濟學家在評價自然資本和生態(tài)系統(tǒng)服務的變動方面做了大量研究工作。不同類型的土地利用具有不同的生態(tài)系統(tǒng)服務價值。生態(tài)系統(tǒng)服務價值研究可以讓人們了解生態(tài)系統(tǒng)給人類提供的全部價值，促進環(huán)保措施的合理實施。

美國生態(tài)經(jīng)濟學家Costanza等人(1997)關于全球生態(tài)系統(tǒng)服務價值估算的研究工作，進一步有力地推動和促進了關于生態(tài)系統(tǒng)服務的深入、系統(tǒng)和廣泛研究。他根據(jù)支付意愿來估算每種生物群落單位面積上提供的生態(tài)系統(tǒng)服務價值，然后乘以該生物群落的總面積，得到每種生物群落的服務價值總和［9］?？墒撬某晒c中國的實際有著些許的偏差，不能直接拿來用。為此，謝高地［10］等人在參考Costanza研究成果的基礎上，對國內(nèi)200多位生態(tài)學者進行問卷調(diào)查，制定出符合我國實際的中國生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子表，進而得到中國陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值表(表3)。

表3 中國不同土地利用類型單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值表 元/hm2·a

生態(tài)系統(tǒng)服務價值的計算公式為:

式中:V為研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務總價值(元);Ai為研究區(qū)內(nèi)土地利用類型i的分布面積(hm2);Pi為單位面積上土地利用類型i的生態(tài)服務總價值(元/hm2)。

以表3的數(shù)據(jù)為基準，應用到達茂旗的生態(tài)系統(tǒng)服務價值研究當中。將所涉及的7大類土地按照以下原則進行操作:耕地對應農(nóng)田，牧草地對應草地，林地對應林地，水域?qū)w，未利用地對應表中未利用土地。由于居民點工礦用地及交通用地的生態(tài)價值目前還無法進行估算，所以它們的數(shù)據(jù)空缺。根據(jù)公式(4)及達茂旗的實際情況進行修正，計算出達茂旗2003年和2010年生態(tài)系統(tǒng)服務價值量表(表4)。

表4 達茂旗生態(tài)系統(tǒng)服務經(jīng)濟價值總量

從表4可以看出，達茂旗生態(tài)系統(tǒng)服務價值主要由牧草地、水域與耕地等生態(tài)系統(tǒng)支撐。平均每年牧草地、水域和耕地的生態(tài)系統(tǒng)服務價值占總價值的97%，其中牧草地對達茂旗生態(tài)系統(tǒng)服務價值的貢獻最大。因此林地對生態(tài)系統(tǒng)服務價值具有較高的敏感性。2003－2010年，隨著土地利用結構的不斷變化，達茂旗生態(tài)系統(tǒng)服務經(jīng)濟價值總量呈現(xiàn)逐年下降的趨勢。牧草地和水域的耕地退化是導致該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務價值減少的主要原因。牧草地面積一直處于下降的趨勢，其生態(tài)系統(tǒng)服務價值也在持續(xù)的減少，2003－2010年間共減少了6億元，是達茂旗生態(tài)系統(tǒng)服務價值絕對值降低最快的土地利用類型。林地生態(tài)系統(tǒng)服務價值增長較快，7年間共增加了3.6億元，是達茂旗生態(tài)系統(tǒng)服務價值絕對值增加最快的土地利用類型。2003年和2010年達茂旗生態(tài)服務經(jīng)濟價值總量分別為115.62億元和109.81億元，2010年比2003年減少了5.81億元，年遞減率為0.72%。其中耕地的生態(tài)系統(tǒng)服務價值減少了0.56億元，主要是因為近年來耕地退化、退耕還林和建設用地不斷侵占導致的;林地的生態(tài)價值大幅上升，這和達茂旗重視環(huán)境綠化響應國家號召有直接的關系;牧草地在達茂旗生態(tài)系統(tǒng)服務經(jīng)濟價值中占據(jù)主導地位，其面積的變化會導致生態(tài)系統(tǒng)服務價值相差較大。從達茂旗統(tǒng)計年鑒可知，在研究期內(nèi)，雖然城鎮(zhèn)化水平和GDP都呈上升趨勢，但達茂旗的土地荒漠化卻日趨嚴重。一般來說，隨著經(jīng)濟發(fā)展，生態(tài)系統(tǒng)服務經(jīng)濟價值會相應的降低。因此，達茂旗在發(fā)展經(jīng)濟的同時防止草場退化和土地荒漠化是迫在眉睫的大事。

五、結論與討論

1.達茂旗在2003－2010年期間，綜合土地利用度為43.7%，說明其土地利用發(fā)生了較大變化，牧草地面積和耕地面積的顯著減少是這一時期的主要特征。建設用地面積的增加說明達茂旗處于城鎮(zhèn)化加速發(fā)展的階段。但建設用地面積的增加對達茂旗生態(tài)系統(tǒng)服務價值影響不大，對達茂旗生態(tài)系統(tǒng)服務價值影響大的是牧草地和耕地面積的減少。因此，保證牧草地和耕地總量的動態(tài)平衡，防止荒漠化擴大和脆弱的生態(tài)環(huán)境進一步惡化是這一時期的主要任務。

2.2003 －2010年達茂旗生態(tài)系統(tǒng)服務經(jīng)濟價值隨著土地利用結構的變化呈現(xiàn)下降趨勢。說明達茂旗目前的土地利用結構出現(xiàn)了問題，正嚴重影響著當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，如果放任繼續(xù)下去，生態(tài)環(huán)境的惡化反過來也會制約當?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展。所以，有關政府部門在制定土地利用規(guī)劃時應引入加強土地資源環(huán)境的經(jīng)濟核算，以生態(tài)系統(tǒng)服務價值為指標來判斷其合理性，及時調(diào)整土地利用結構，提高土地綜合利用效率，使經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護并行不悖。

3.達茂旗土地利用變化的幅度與速度可通過土地利用動態(tài)度和土地利用程度模型分析直觀地反映出來。但需要指出的是:目前，研究和實施生態(tài)經(jīng)濟價值核算的主要困難，就是生態(tài)系統(tǒng)服務價值(包括有形的物質(zhì)性產(chǎn)品價值和無形的生命支持系統(tǒng)服務功能價值)的計量問題沒有完全解決。價值量反映了人類對生態(tài)系統(tǒng)服務的支付意愿，這無疑使其結果存在主觀性。隨著人類對生態(tài)系統(tǒng)的加劇利用，生態(tài)資源的逐漸耗竭，生態(tài)系統(tǒng)為人類提供的服務的價值會愈來愈高。本文計算結果的準確性和適用性還有待進一步論證;受土地利用分類的影響，生態(tài)系統(tǒng)類型劃分還存在一定局限性;由于缺乏對居民點工礦用地及交通用地進行生態(tài)價值估算的理論依據(jù)，本文未能對達茂旗的居民點工礦用地及交通用地生態(tài)系統(tǒng)服務價值進行估算;本文沒有對達茂旗ESV變化的驅(qū)動因素進行深入的影響。以上這些是本文的不足之處和今后需要解決的問題，但仍可以為達茂旗土地利用規(guī)劃與決策提供一定的依據(jù)。

4.土地利用變化會引起區(qū)域生態(tài)環(huán)境的一系列響應。通過區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務的定量研究，能夠確切地找出區(qū)域內(nèi)各生態(tài)系統(tǒng)的重要性，發(fā)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)敏感性空間分布特征，確定優(yōu)先保護生態(tài)系統(tǒng)和優(yōu)先保護區(qū)，為生態(tài)功能區(qū)的劃分和生態(tài)建設規(guī)劃提供科學的依據(jù)。只有在確切地知道了生態(tài)系統(tǒng)給人類提供的服務功能價值的基礎上，才能科學合理地進行生態(tài)區(qū)劃和生態(tài)規(guī)劃，在時間尺度和空間尺度上實現(xiàn)資源的合理分配，保證區(qū)域內(nèi)和區(qū)域間當代人的公平性和代際間的公平性，最終實現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。

達茂旗ESV的變化情況在一定程度上反映了達茂旗生態(tài)環(huán)境正處在不斷惡化之中，也說明了達茂旗土地利用變化總體方向不盡合理。對于一個地廣人稀、氣候條件惡劣、生態(tài)脆弱、草地面積占絕對優(yōu)勢的西部少數(shù)民族旗縣來說，無論是達茂旗的土地利用的動態(tài)度、土地利用的程度，還是其生態(tài)系統(tǒng)服務價值分析都具有它的獨特性，與我國東部區(qū)域的土地利用不同，要具體問題具體分析。達茂旗的土地利用如果這樣繼續(xù)下去，土地退化、土壤沙化會擴大，進而使草原生態(tài)環(huán)境進一步惡化。沒有一個適宜人居的環(huán)境，發(fā)展也就無從談起。因此，今后達茂旗的發(fā)展一定要提高土地利用效率，注重生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，合理規(guī)劃土地利用結構，只有這樣才能實現(xiàn)土地資源可持續(xù)利用和生態(tài)、社會、經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

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