干旱區(qū)縣域土地覆被變化特征及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)
——以內(nèi)蒙古自治區(qū)翁牛特旗為例

肖 濤, 韓 廣, 韓華瑞

(1.湖南師范大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 湖南 長(zhǎng)沙 410081; 2.武漢大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 湖北 武漢 430000)

干旱區(qū)縣域土地覆被變化特征及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)
——以內(nèi)蒙古自治區(qū)翁牛特旗為例

肖 濤1, 韓 廣1, 韓華瑞2

(1.湖南師范大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 湖南 長(zhǎng)沙 410081; 2.武漢大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 湖北 武漢 430000)

[目的] 研究翁牛特旗的土地利用變化特征及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，為該地區(qū)生態(tài)環(huán)境重建提供支持。[方法] 選取2006及2015年8月Landsat衛(wèi)星影像，通過(guò)ENVI 5.1提取出翁牛特旗土地利用數(shù)據(jù)，進(jìn)而利用土地利用動(dòng)態(tài)度、土地利用類型的空間轉(zhuǎn)移矩陣，以及生物豐度指數(shù)、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和敏感性指數(shù)，分別對(duì)翁牛特旗土地利用結(jié)構(gòu)的時(shí)空演化特征和生態(tài)環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行分析。 [結(jié)果] (1) 翁牛特旗主要土地利用類型為耕地、林地、草地和沙地，近10 a來(lái)該旗的土地利用變化呈現(xiàn)為耕地、草地、建設(shè)用地增加，林地、沙地和水體面積減少的態(tài)勢(shì)。 (2) 10 a間生物豐度指數(shù)從2006年的43.47下降為2015年的42.69，降低1.79%，表明區(qū)域的生物量減少，不利于生物多樣性發(fā)展； 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值從2006年的102.31億元下降至2015年的98.47億元，減少了3.84億元，下降了3.75%，生態(tài)環(huán)境基本維持著平衡，總體上呈現(xiàn)出微弱的退化。 (3) 各種土地利用類型的敏感性指數(shù)(CS)均小于1，表明研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值對(duì)于生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)不敏感、缺乏彈性。 [結(jié)論] 研究區(qū)林地、水體面積的減少，建設(shè)用地面積的增加是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值減少的主要原因。研究區(qū)土地利用變化引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和生物豐度的減少，加劇了當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的脆弱性。關(guān)鍵詞： 翁牛特旗; 土地利用變化; 生態(tài)服務(wù)價(jià)值; 敏感性指數(shù)

地利用/土地覆被變化(LUCC)是全球變化在地球上留下的最直接、最重要遺跡的主要表現(xiàn)形式[1-2]。隨著研究工作的深入，研究的重點(diǎn)已逐漸轉(zhuǎn)向?qū)ζ渖鷳B(tài)環(huán)境效應(yīng)的影響，以及根據(jù)土地利用變化特征評(píng)價(jià)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化的研究方面，在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估模型的構(gòu)建、土地系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)耦合關(guān)系等方面取得了明顯進(jìn)展[3-6]。

翁牛特旗位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東部的赤峰市，是中國(guó)典型的農(nóng)牧交錯(cuò)帶，近年來(lái)實(shí)施了一系列的生態(tài)工程，土地利用類型及結(jié)構(gòu)隨之發(fā)生了較大的變化，并對(duì)該旗的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了較為明顯的影響。2000年科爾沁地區(qū)實(shí)施退耕還草工程以來(lái)，已有學(xué)者[7-8]以退耕還草為背景，對(duì)科爾沁沙地個(gè)別旗縣的土地利用變化生態(tài)效應(yīng)、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化等進(jìn)行了定性、定量研究。綜合當(dāng)前對(duì)科爾沁地區(qū)在該領(lǐng)域的研究成果，旗縣尺度的研究多集中于奈曼旗、左翼后旗、左翼中旗等旗縣，翁牛特旗是當(dāng)前科爾沁區(qū)域流動(dòng)性沙丘面積分布最大的旗，而對(duì)翁牛特旗的相關(guān)研究較少。本研究在退牧還草的大背景下，選取2006和2015年的遙感影像，以及生態(tài)意義明確的生態(tài)特征指數(shù)，研究翁牛特旗的土地利用變化特征及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，對(duì)于該旗的生態(tài)環(huán)境的治理和恢復(fù)，治沙工程的科學(xué)管理，促進(jìn)土地資源的可持續(xù)利用等具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究區(qū)概況

該旗地處大興安嶺西南段與七老圖北端山脈結(jié)合地帶，科爾沁沙地西緣，介于42°26′—43°25′N，117°49′—117°49′E之間。東西長(zhǎng)約250 km，南北寬約84 km，全旗面積約1.18×104km2。地勢(shì)西高東低，海拔高度從2 025 m逐漸下降到286 m，地貌自西向東依次為西部中山臺(tái)地、中部低山丘陵、東部平原沙丘3個(gè)類型區(qū)，是內(nèi)蒙古高原向東北平原過(guò)渡帶，燕山山脈向松遼平原過(guò)渡帶，渾善達(dá)克沙地向科爾沁沙地過(guò)渡帶[9]。翁旗屬于典型的中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，風(fēng)蝕沙化嚴(yán)重(沙地沙化面積占總面積的46%)，水土流失嚴(yán)重(水土流失面積占總面積的48%)，影響氣候的主要因素為地理環(huán)境和大氣環(huán)流。年均溫為4.4～7.7 ℃，年降雨量少(310～470 mm)，變率大，十年九旱?！?0 ℃活動(dòng)積溫大多在2 200～3 250 ℃之間，西部高寒山區(qū)低于1 500 ℃。植被主要為灌木和草本植物，旱生和沙生植被分布廣泛。土壤類型主要為棕壤、黑鈣土和栗鈣土，沙土分布面積廣。翁牛特旗先后被列為“三北”防護(hù)林二、三期工程建設(shè)重點(diǎn)旗、國(guó)家防沙治沙重點(diǎn)旗?！笆濉敝螅膛Ｌ仄鞂?shí)施了京津風(fēng)沙源治理、退耕還林、生態(tài)建設(shè)與保護(hù)、重點(diǎn)生態(tài)公益林等工程與項(xiàng)目，在國(guó)家的支持下較早開展了治沙工程。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

采用翁牛特旗2006年8月Landsat 5TM影像及2015年8月Landsat8 ETM+影像，對(duì)影像分別進(jìn)行幾何糾正和大氣校正，用1∶400萬(wàn)翁牛特旗的矢量行政邊界進(jìn)行裁剪。在野外觀測(cè)與調(diào)查的基礎(chǔ)上，進(jìn)行人機(jī)交互解譯。運(yùn)用ENVI 5.1軟件對(duì)Landsat5影像和Landsat8影像進(jìn)行不同波段組合，準(zhǔn)確提取各類地物信息。利用監(jiān)督分類中的最大似然比法進(jìn)行分類，依據(jù)2007年頒布的《土地利用現(xiàn)狀分類》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以及翁牛特旗的土地資源特點(diǎn)，將翁旗的土地利用類型分為耕地、林地、草地、建設(shè)用地、水體、沙地等6種類型。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行卷積運(yùn)算以便去除“椒鹽斑點(diǎn)”，通過(guò)檢驗(yàn)樣本利用混淆矩陣法進(jìn)行精度驗(yàn)證，Kappa系數(shù)為82.35%，分類結(jié)果符合相關(guān)要求。獲取并統(tǒng)計(jì)土地利用現(xiàn)狀及變化數(shù)據(jù)后，運(yùn)用ArcGIS 10.0地理信息系統(tǒng)軟件形成二期土地利用現(xiàn)狀圖。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用動(dòng)態(tài)度 土地利用動(dòng)態(tài)度包括單一土地利用動(dòng)態(tài)度和綜合土地利用動(dòng)態(tài)度。對(duì)土地利用動(dòng)態(tài)度的研究，不僅可以定量的描述區(qū)域土地利用變化的速度和區(qū)域差異，對(duì)未來(lái)的土地利用變化趨勢(shì)具有預(yù)測(cè)作用[10]。單一土地利用動(dòng)態(tài)度表達(dá)的意義是,某研究區(qū)一定時(shí)間范圍內(nèi)某種土地利用類型的數(shù)量變化情況。其表達(dá)式為:

(1)

式中：K——研究時(shí)段內(nèi)某一土地利用類型動(dòng)態(tài)度；Ua,Ub——研究初期及研究末期某一土地利用類型的面積; T——研究時(shí)段長(zhǎng)，將T的時(shí)段設(shè)定為年，即K表示研究區(qū)土地利用類型的年變化率。下同。

綜合土地利用動(dòng)態(tài)度反映區(qū)域土地利用整體變化劇烈程度，便于在不同空間尺度上找出土地利用變化的熱點(diǎn)區(qū)域。其表達(dá)式為：

(2)

式中：LUi——研究初期第i類土地利用類型面積；ΔLUi-j——研究時(shí)段內(nèi)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(duì)值； T——研究時(shí)段長(zhǎng)(a)，即LC表示研究區(qū)該時(shí)間段內(nèi)土地利用的年綜合變化率。

2.2.2 生物豐度指數(shù) 生物豐度指數(shù)指通過(guò)單位面積上不同生態(tài)系統(tǒng)類型在生物物種數(shù)量上的差異，間接地反映被評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)生物豐度的豐貧程度。

生物豐度指數(shù)=(BI+HQ)/2

(3)

(4)

式中：BI——生物多樣性指數(shù);HQ——生境質(zhì)量指

數(shù);Abio——生境質(zhì)量指數(shù)的歸一化系數(shù)，ai(i=1…，6)——對(duì)應(yīng)的土地利用類型，本文中依次為林地、草地、水域、耕地、建設(shè)用地和未利用地。當(dāng)生物多樣性指數(shù)沒(méi)有動(dòng)態(tài)更新數(shù)據(jù)時(shí)，生物豐度指數(shù)變化等于生境質(zhì)量指數(shù)的變化。生境質(zhì)量指數(shù)通過(guò)對(duì)不同生境類型分別賦予不同權(quán)重值，將生境質(zhì)量指數(shù)的歸一化系數(shù)Abio=511.264 213 106 7代入計(jì)算得出[11]。

2.2.3 土地利用生態(tài)環(huán)境效應(yīng)模型 目前國(guó)內(nèi)外對(duì)土地利用生態(tài)效應(yīng)的研究，較為普遍的方法是，采用生態(tài)服務(wù)價(jià)值估算值對(duì)生態(tài)效益進(jìn)行評(píng)估。謝高地等[12]在對(duì)中國(guó)200位生態(tài)學(xué)者的問(wèn)卷調(diào)查的基礎(chǔ)上，制定出中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值表，評(píng)價(jià)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能經(jīng)濟(jì)價(jià)值。該方法比以往方法更全面、更適用于中國(guó)實(shí)際情況，在喀斯特地區(qū)、沙漠綠洲、黃土高原等地區(qū)的研究中取得了不少成果[13]。本文同時(shí)參考相關(guān)文獻(xiàn)[14]，制定出翁牛特旗的生態(tài)系統(tǒng)類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值表(表1)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的數(shù)學(xué)公式為[15]：

(5)

式中:ESV——研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值(元)；Vij——單位面積上土地利用類型i的第j種生態(tài)服務(wù)價(jià)值(元/hm2·a)；Ai——研究區(qū)內(nèi)土地利用類型i的分布面積(hm2)。

表1 中國(guó)不同陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值 元/(hm2·a)

2.2.4 敏感性分析 敏感性指數(shù)(coefficient of sensitivity， CS) 是指生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值系數(shù)變動(dòng)1%而引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化情況。如果CS>1，表明ESV相對(duì)于V是富有彈性的，如果CS<1，ESV被認(rèn)為是缺乏彈性的，比值越大表明生態(tài)服務(wù)價(jià)值功能指數(shù)的準(zhǔn)確性越是關(guān)鍵[16-17]。通過(guò)敏感性指數(shù)的計(jì)算，便于確定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值隨時(shí)間的變化對(duì)于生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值指數(shù)的依賴程度。計(jì)算公式為：

(6)

式中:CS——敏感性指數(shù)；ESV——總生態(tài)服務(wù)價(jià)值量； V——價(jià)值系數(shù)； i，j——初始生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值指數(shù)調(diào)整后價(jià)值； k——土地利用類型[18]。

3 土地利用動(dòng)態(tài)分析

3.1 土地利用的時(shí)空變化特征

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷發(fā)展，人類活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境的干擾強(qiáng)度日益增加，該旗土地利用方式出現(xiàn)明顯的變化。由2006—2015年翁牛特旗土地利用變化情況看，草地、耕地和建設(shè)用地的面積呈增加趨勢(shì)，而沙地、林地和水體則呈現(xiàn)減少趨勢(shì)(表2)。2006年研究區(qū)域內(nèi)土地利用類型中的耕地面積最大，為3 865.56km2，接近翁牛特旗總面積的1/3。到2015年時(shí)，這一比例達(dá)到36.2%，面積比2006年增加了470.58km2，變化率為12.17%，單一土地動(dòng)態(tài)度為1.35(表2)。在空間上，耕地的變化主要位于該旗南部的東莊頭營(yíng)子鄉(xiāng)、梧桐花鄉(xiāng)、山咀子鄉(xiāng)、頭牌子鄉(xiāng)，東部的大興鄉(xiāng)、白音套海蘇木和新蘇莫蘇木。經(jīng)濟(jì)落后、生產(chǎn)力水平低的地區(qū)，普遍存在耕地面積擴(kuò)張的現(xiàn)象[19]，翁牛特旗的耕地?cái)U(kuò)張正是這種現(xiàn)象。且該區(qū)域的人口外遷率較低，農(nóng)業(yè)仍是人民賴以生存的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。從表2可以看出，近10a來(lái)草地面積增加326.12km2，增加比率為15.16%，單一動(dòng)態(tài)度為1.68，是土地利用變化類型中增加幅度最大的地類。草地變化主要在格日僧蘇木、阿什罕蘇木、海拉蘇鎮(zhèn)、高日蘇蘇木和布力彥蘇木的沙地邊緣地帶，該區(qū)域的草地面積顯著增加。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、人口的增加，旗政府對(duì)城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入逐步增加，研究區(qū)建設(shè)用地也呈現(xiàn)擴(kuò)張趨勢(shì)，面積從

2006年的75.41km2增加到2015年的85.35km2，變化率為13.18%。建設(shè)用地主要分布于烏丹鎮(zhèn)、其他鎮(zhèn)、鄉(xiāng)或蘇木的核心區(qū)域。林地是該旗第2大土地利用類型，2006年林地面積是翁牛特旗總面積的25.98%，到2015年，林地所占比例下降到22.52%，面積減少了411.05km2，變化率為-13.33%，單一土地動(dòng)態(tài)度為-1.48。林地的變化主要發(fā)生在翁牛特旗西部的毛山東鄉(xiāng)、頭分地鄉(xiāng)和廣德公鄉(xiāng)，南部的解放營(yíng)子鄉(xiāng)和橋頭鎮(zhèn)。沙地主要分布在該旗中部和東部的布力彥蘇木、朝格溫都蘇木、巴嘎塔拉蘇木、高日蘇蘇木、阿什罕蘇木、海拉蘇鎮(zhèn)、格日僧蘇木、高日罕蘇木，新蘇莫蘇木和白音套海蘇木的南部，面積廣闊。2006年時(shí)沙地面積為2 577.14km2，約占該旗總面積的1/5，到2015年，面積減少363.20km2，近10a內(nèi)的變化率為-14.09%，該區(qū)域沙漠化治理取得了明顯成果，土地沙化出現(xiàn)好轉(zhuǎn)。由于翁牛特旗位于我國(guó)干旱半干旱區(qū)，水資源匱乏，同時(shí)隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增加，用水量需求增加，且東部沙地區(qū)域植樹造林涵養(yǎng)大量地下水，河流與湖泊的補(bǔ)給削弱，水域面積從2006年的120.47km2減少到2015年的88.08km2，減少26.89%，在土地利用類型中減幅最大。2006—2015年，翁牛特旗的土地利用總體動(dòng)態(tài)度為0.02，在研究時(shí)段翁牛特旗的土地利用類型整體變化幅度不大。只有水域面積變化達(dá)到了-26.89%，其他5種土地利用類型的面積變化幅度在12.17%～15.16%之間。

表2 翁牛特旗2006—2015年土地利用變化

3.2 土地利用結(jié)構(gòu)變化特征

翁牛特旗的耕地、林地和建設(shè)用地主要分布于該旗的中西部地區(qū)，沙地和草地主要位于該旗的東部地區(qū)(圖1)。從翁牛特旗2006—2015年土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣(表3)可以看出，研究區(qū)的6種土地利用類型發(fā)生了結(jié)構(gòu)性的轉(zhuǎn)移。翁牛特旗的土地利用類型主要為耕地、林地、草地和沙地，四種土地利用類型的總面積占翁旗總面積約98%，因此土地利用結(jié)構(gòu)的變化主要發(fā)生在這四種類型之間，而建設(shè)用地(包括居民點(diǎn)、道路)和水體同期也發(fā)生了變化。

面積變化最大的地類是耕地，近10a來(lái)耕地主要轉(zhuǎn)出方向是林地和草地，其次是沙地，分別占耕地轉(zhuǎn)出總面積的42.98%，34.30%和4.55%；而耕地面積的增加主要來(lái)源于林地、草地和沙地，分別占轉(zhuǎn)入耕地總面積的61.34%，32.06%和4.00%。林地的主要轉(zhuǎn)出方向?yàn)楦?、草地和沙地，轉(zhuǎn)出面積為741.33，199.15和63.22km2，而林地面積的增加主要來(lái)源于草地、耕地和沙地的轉(zhuǎn)入。

圖1 翁牛特旗2006和2015年土地利用類型分布圖

草地主要轉(zhuǎn)出方向是耕地、林地和沙地，分別是387.49，228.11和184.96km2，轉(zhuǎn)入草地的利用類型中沙地最多，為567.84km2，表明當(dāng)?shù)氐纳衬厔?shì)有所遏制。然則，有184.96km2的草地、63.22km2的林地和33.61km2的耕地轉(zhuǎn)為沙地，沙漠化趨勢(shì)的減弱只是區(qū)域性的。

土地利用結(jié)構(gòu)的變化的驅(qū)動(dòng)力主要是社會(huì)經(jīng)濟(jì)和國(guó)家政策因子。近年來(lái)，該旗調(diào)整三大產(chǎn)業(yè)的比例，第二、三產(chǎn)業(yè)逐步發(fā)展，第二產(chǎn)業(yè)比重超過(guò)第一產(chǎn)業(yè)。相繼實(shí)施了退耕退牧還草還林政策，且大力支持農(nóng)業(yè)的發(fā)展。一系列的社會(huì)因子驅(qū)動(dòng)土地利用結(jié)構(gòu)的劇烈變化。

4 土地利用變化的生態(tài)效應(yīng)

土地利用方式與生態(tài)環(huán)境之間是相互影響的關(guān)系，土地利用類型的時(shí)空變化、結(jié)構(gòu)變化，必然會(huì)驅(qū)動(dòng)區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的變化。單一的使用一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，難以全面客觀的反映出土地利用變化的生態(tài)效應(yīng)，需要利用多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析。

4.1 生物豐度指數(shù)變化

由公式(3)—(4)計(jì)算得出，2006年研究區(qū)生物豐度指數(shù)為43.47,2015年為42.69。10a來(lái)翁旗生物豐度指數(shù)減少了0.78，下降了1.79%，全旗的生物量呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，生態(tài)環(huán)境在整體上呈現(xiàn)一定程度的退化態(tài)勢(shì)。生物豐度指數(shù)與植被覆蓋度指數(shù)具有極大的相似性，計(jì)算二者的相關(guān)性系數(shù)可知，其相關(guān)性可達(dá)0.963 12[20],因此生物豐度指數(shù)的下降也可表明植被覆蓋度指數(shù)的下降，植被覆蓋度降低，植被數(shù)量呈減少趨勢(shì)。主要原因在于，一方面，氣候變暖，降水量減少，干旱加劇[21]，致使生態(tài)環(huán)境退化；另一方面，中西部的林地面積減少13.33%，水域面積大幅減少26.89%，從影響生物豐度指數(shù)的權(quán)重值中可以看出林地和水體對(duì)生物豐度指數(shù)的權(quán)重值最大。

表3 翁牛特旗2006—2015年土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣 km2

4.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化

2006年翁牛特旗的總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)服務(wù)價(jià)值為102.31億元，林地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值貢獻(xiàn)率最大，為59.63億元，占該年份生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的58.28%。其次是耕地，為23.04億元，所占比例為22.52%。草地為13.78億元，占生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的13.47%。水體為4.90億元，占生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的比例為4.79%。沙地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值最小，為0.96億元，占生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的比例為0.94%。2015年的總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值為98.47億元，總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值構(gòu)成與2006年大體一致，林地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)服務(wù)價(jià)值貢獻(xiàn)率最大，其次是耕地、草地、水體和沙地(表4)。林地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量為51.69億元，比率為52.49%，耕地的價(jià)值量為26.51億元，比率為26.92%。水體和沙地的貢獻(xiàn)率都較小，分別為3.64%和0.84%。

表4 2006—2015年翁牛特旗生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化

2006—2015年期間，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值減少3.84億元，減少幅度為3.75%，年均減少0.43億元，減幅為-0.41%。其中，林地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值數(shù)量變化最大，為-7.94億元，減幅為-13.31%，年變化率為-1.48%。水體的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值減少幅度最大，價(jià)值量減少1.26億元，變化率為-25.71%。沙地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值貢獻(xiàn)率是最小的，從2006年的0.96億元下降到2015年的0.84億元，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。耕地、草地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈增加趨勢(shì)，價(jià)值變化率分別是15.06%和15.17%。宏觀上看，翁旗屬于科爾沁沙地一部分，而科爾沁沙地生態(tài)脆弱，沙漠化治理難度大，植被恢復(fù)周期長(zhǎng)，林地、水體對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)尤為重要。翁旗林地和水域面積的減少，直接驅(qū)動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的明顯變化。近幾十年來(lái)，該區(qū)域的氣候較為穩(wěn)定，生態(tài)環(huán)境的變化受自然因子影響較小，而受人文社會(huì)因素影響明顯，因此生態(tài)修復(fù)和環(huán)境改善需要科學(xué)政策的引導(dǎo)。利用區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)生態(tài)效應(yīng)的方法，將不同的土地利用類型的生態(tài)效應(yīng)進(jìn)行量化，可以直觀的反映出生態(tài)環(huán)境對(duì)土地利用變化的響應(yīng)，進(jìn)而從生態(tài)學(xué)角度評(píng)價(jià)土地利用變化的質(zhì)量，在近年來(lái)得以廣泛應(yīng)用。由于中國(guó)疆域廣闊，所跨經(jīng)緯度大，全國(guó)地理和人文環(huán)境差異明顯，對(duì)于謝高地等人制定出的全國(guó)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表，不能直接應(yīng)用于全國(guó)所有區(qū)域。如水體在我國(guó)西北、北方地區(qū)的生態(tài)價(jià)值應(yīng)高于其他地區(qū)，在中部、東部地區(qū)幾乎沒(méi)有沙地，就不需要用到沙地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值等。對(duì)于謝高地等人制定的全國(guó)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表，應(yīng)因地而異的選取和修改指標(biāo)。

4.3 生態(tài)服務(wù)價(jià)值敏感性評(píng)價(jià)

利用公式(6)，把生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值系數(shù)分別上下調(diào)整50%，計(jì)算了研究區(qū)域的2006和2015年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值敏感性指數(shù)(表5)。由表5可知，在2006—2015年耕地、草地的敏感性指數(shù)呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，林地、沙地和水體的敏感性指數(shù)呈減少趨勢(shì)。表明耕地和草地的生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值系數(shù)(V)變化對(duì)翁牛特旗生態(tài)服務(wù)總價(jià)值產(chǎn)生放大作用，林地、沙地和水體的生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值系數(shù)(V)變化對(duì)翁牛特旗的生態(tài)服務(wù)總價(jià)值產(chǎn)生了縮小的作用。沙地的敏感性指數(shù)(CS)在0.008～0.009之間，表明沙地的價(jià)值系數(shù)(V)變化對(duì)翁牛特旗的生態(tài)服務(wù)總價(jià)值的變化影響不大。敏感性指數(shù)(CS)的最大值是林地，為0.525～0.583之間，說(shuō)明林地對(duì)生態(tài)系統(tǒng)總價(jià)值的貢獻(xiàn)率最大，當(dāng)林地的生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值系數(shù)增加1%時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增加0.525%～0.583%。從總體上看，土地利用類型的敏感性指數(shù)都小于1，表明研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值對(duì)所采用的生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)缺乏彈性。

表5 翁牛特旗生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的敏感性指數(shù)

5 結(jié) 論

(1) 2006—2015年翁牛特旗的主要土地利用類型為林地、耕地、沙地和草地，土地利用變化趨勢(shì)為耕地、草地和建設(shè)用地面積增加，水體、沙地和林地的面積減少；耕地的面積變化最大，建設(shè)用地的面積變化最小。這些變化主要得益于翁牛特旗所實(shí)施的京津風(fēng)沙源治理、退牧還草、重點(diǎn)生態(tài)公益林等工程與項(xiàng)目，在很大程度上遏制了土地沙化趨勢(shì)，直接影響了草地、沙地等土地利用類型的變化。

(2) 2006—2015年期間翁牛特旗生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值主要是由林地、耕地和草地貢獻(xiàn)，3種土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值占總價(jià)值的94.27%以上，但趨勢(shì)上生態(tài)價(jià)值總量是在減少，主要原因是林地和水體面積的大量減少；敏感性指數(shù)變化表明，研究區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值對(duì)于生態(tài)價(jià)值系數(shù)是缺乏彈性的，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)的敏感程度均小于1。

(3) 土地利用類型總體較為穩(wěn)定，然而內(nèi)部變化較大，驅(qū)動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能發(fā)生改變，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值受到影響，打破了生態(tài)系統(tǒng)原有的平衡。因此，對(duì)于翁牛特旗而言，在有步驟地實(shí)施土地沙漠化治理、生態(tài)脆弱區(qū)退耕退牧還草還林工程，維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的完整性的基礎(chǔ)上，更應(yīng)該注意到土地利用結(jié)構(gòu)的合理化，各土地利用類型之間的比例的協(xié)調(diào)性，土地資源利用和生態(tài)發(fā)展的可持續(xù)性。

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County-scaled Change of Land Cover in Arid Region and Its Ecological Environmental Effects —A Case Study in Wengniute Banner, Inner Mongolia

XIAO Tao1, HAN Guang1, HAN Huarui2

(1.CollegeofResourcesandEnvironment,HunanNormalUniversity,Changsha，Hu’nan410081,China; 2.CollegeofResourcesandEnvironment,WuhanUniversity,Wuhan,Hubei430000,China)

[Objective] The characteristics of land use change and the comprehensive effects on eco-environment were assessed to provide a support for ecological reconstruction of the study area.[Methods] Based on the Landsat images of August 2006 and 2015, land use data of Wengniute Banner was extracted with ENVI 5.1.Indicators as land use dynamic degree, and land use type of spatial transfer matrix, and biological richness index, ecosystem service value and sensitivity index, spatial-temporal evolution characteristics and ecological environment effects of Wengniute Banner, Inner Mongolia were used. [Results] (1) The main land use types of Wengniute Banner were farmland, woodland, grassland and sandy land. In recent 10 years, farmland, grassland, construction land increased remarkably; while woodland, sandy land and water area manifested a decreasing trend. (2) Biological abundance index decreased from 43.47 in 2006 to 42.69 in 2015, reduced 1.97%. This is not beneficial to the development of bio-diversity; The total value of ecosystem services declined from 1.023 1×1010yuan to 9.847 0 × 109yuan during 2006 to 2015, decreased amount and rate were 3.84 × 108yuan and 3.75%, respectively. Generally, the ecological environment maintains largely a balance, but with a slight degradation; (3) The sensitivity coefficients of various land use types were less than 1, indicating that the ecosystem service value is not sensitive to the coefficient, lacking flexibility. [Conclusion] In the study area, the sharp decrease of ecosystem service value can be attributed to the decrease of woodland and water area, and the increase of construction land. The decreased ecosystem service value and biological abundance resulted from land use change will exacerbate the vulnerability of local ecological environment.

Wengniute Banner; land use change; ecological service value; coefficient of sensitivity

2016-04-15

2016-05-25

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“西遼河平原河岸沙丘帶形成演化模式的研究”(41271025); 湖南省重點(diǎn)學(xué)科(地理學(xué))建設(shè)項(xiàng)目(2012001)

肖濤(1990—),男(漢族),湖北省十堰市人,碩士研究生,研究方向?yàn)樯鷳B(tài)遙感應(yīng)用。E-mail:13787027306@163.com。

韓廣(1964—)，男(漢族),內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市人，博士，教授，主要從事風(fēng)沙地貌、植物生態(tài)學(xué)研究。E-mail:hanguang@hunnu.edu.cn。

10.13961/j.cnki.stbctb.2016.06.040

A

1000-288X(2016)06-0240-07

F301.2, X171.1

文獻(xiàn)參數(shù)： 肖濤, 韓廣, 韓華瑞. 干旱區(qū)縣域土地覆被變化特征及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)[J].水土保持通報(bào)，2016,36(6)：240-246.