奈曼旗土地利用動(dòng)態(tài)及其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能

烏義漢,秦富倉(cāng),郭月峰,李 龍,劉艷琦

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 沙漠治理學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019;2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018)

土地利用方式將直接影響生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能與價(jià)值，合理的土地利用會(huì)提高服務(wù)功能，改善生境質(zhì)量；不合理的土地利用會(huì)使生態(tài)系統(tǒng)失去平衡，降低服務(wù)功能與服務(wù)價(jià)值。自1993年對(duì)土地利用與生態(tài)系統(tǒng)的研究被列入“全球地圈與生物圈計(jì)劃和全球環(huán)境變化人文計(jì)劃”[1-3]之后，一直作為全球環(huán)境領(lǐng)域的核心內(nèi)容被國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者所研究，國(guó)外包括Yan等[4]人以中國(guó)三江平原地區(qū)為研究區(qū)，分析60年間土地覆被變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響發(fā)現(xiàn)，濕地轉(zhuǎn)為耕地后服務(wù)價(jià)值也產(chǎn)生變動(dòng)。Wang等[5-6]對(duì)中國(guó)橫斷山區(qū)近10 a的研究也發(fā)現(xiàn)還林還草政策會(huì)使生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值明顯提高。國(guó)內(nèi)對(duì)土地利用及生態(tài)系統(tǒng)的研究始于20世紀(jì)90年代，包括運(yùn)用遙感技術(shù)對(duì)土地利用/覆被進(jìn)行監(jiān)測(cè)、建立模型、數(shù)據(jù)庫(kù)，分析土地利用對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和生態(tài)效應(yīng)的影響。因生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是人類從生態(tài)環(huán)境中獲得的直接和間接利益，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的研究有助于推進(jìn)當(dāng)?shù)氐目沙掷m(xù)發(fā)展[7]，對(duì)制定生態(tài)治理政策[8]、合理配置資源等[9]工作提供科學(xué)依據(jù)。而目前對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究主要以Costanza等國(guó)外學(xué)者[10]及謝高地[11]等國(guó)內(nèi)學(xué)者為主，前者研究了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的計(jì)算方法，后者則基于前期研究成果展開(kāi)調(diào)查并修訂了中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積ESV當(dāng)量表并廣泛應(yīng)用于中國(guó)各個(gè)區(qū)域。本文基于國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究，分析中國(guó)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶典型脆弱區(qū)[12]的土地利用及生態(tài)系統(tǒng)，因該區(qū)存在生態(tài)系統(tǒng)失衡、環(huán)境退化明顯等生態(tài)特征，不合理的土地利用會(huì)促使當(dāng)?shù)鼗哪?、鹽堿化等土地退化問(wèn)題[13]。而地處北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的內(nèi)蒙古自治區(qū)奈曼旗作為典型的生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)，常年遭受科爾沁沙地等自然因素和不合理的土地利用等人為因素的雙重危害，是亟需解決的生態(tài)治理區(qū)域[14-15]。因此基于以上理念選取奈曼旗為研究區(qū)，利用2000，2010與2018年的土地利用變更數(shù)據(jù)，運(yùn)用ArcGIS，Envi Classic計(jì)算土地利用動(dòng)態(tài)度與土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，分析土地利用變化及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的演變特征。結(jié)合研究區(qū)土地利用方式及生態(tài)環(huán)境質(zhì)量對(duì)制定土地利用總體規(guī)劃、荒漠化防治政策、生態(tài)治理工程提供科學(xué)意見(jiàn)。

1 研究區(qū)概況

奈曼旗地處內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市遼西山地北部和西遼河平原南端(120°19′40″—121°35′40″E，42°14′40″—43°32′20″N)，東西寬68 km，南北長(zhǎng)140 km，全境總面積8 137.6 km2。奈曼旗是一個(gè)由蒙古族與漢族形成的44萬(wàn)人口的旗縣，轄14個(gè)蘇木鄉(xiāng)鎮(zhèn)和355個(gè)嘎查村。位于“西北—東南”方向的出海地理走廊，屬西部大開(kāi)發(fā)、振興東北老工業(yè)基地及環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈疊交區(qū)域，因地緣優(yōu)勢(shì)擁有豐富的礦產(chǎn)、林業(yè)等資源。2018年奈曼旗生產(chǎn)總值達(dá)79.16億元，其中三產(chǎn)分別達(dá)到33.61億元，15.81億元和29.74億元。受地理位置的影響，研究區(qū)屬北溫帶大陸性季風(fēng)干旱氣候，年平均降水量366.3 mm；最高氣溫39.2 ℃最低氣溫-31.6 ℃，平均氣溫6.4 ℃；年平均蒸發(fā)量1 935 mm，降水量的5.28倍，蒸發(fā)量遠(yuǎn)高于降水量。又因位于北方典型的農(nóng)牧交錯(cuò)帶地區(qū)呈由南向北“山地—?jiǎng)兾g風(fēng)積傾斜平原—風(fēng)積沖積波狀平原與風(fēng)積沖積河谷平原”的地貌特征，加上長(zhǎng)期的過(guò)度放牧和開(kāi)墾草場(chǎng)等不合理的土地利用行為導(dǎo)致土地退化嚴(yán)重，至2018年土地沙化面積達(dá)到了8.011 35 hm2。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

2.1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源 研究區(qū)土地利用變更數(shù)據(jù)源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)30 m×30 m分辨率的遙感影像。為滿足數(shù)據(jù)的可比性分別選取Landsat 4-5TM數(shù)字產(chǎn)品的2000年9月15日、2010年8月10日無(wú)云影像和Landsat 8OLI_TIRS數(shù)字產(chǎn)品的2018年3月25日無(wú)云影像，并對(duì)影像元數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射定標(biāo)和FLAASH大氣校正提高影像精度。生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)資源數(shù)據(jù)來(lái)源于2000—2018年的《奈曼旗統(tǒng)計(jì)年鑒》。

2.1.2 數(shù)據(jù)處理 運(yùn)用ArcGIS和Envi Classic對(duì)定標(biāo)校正的影像進(jìn)行拼接鑲嵌、波段組合、圖像增強(qiáng)等影像預(yù)處理工作，并通過(guò)目視解譯和監(jiān)督分類法結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況分為林地、草地、水域、沙地和其他5種地類。因奈曼旗是科爾沁沙地主體部分，其土地類型以沙地為主，為此把沙地分為流動(dòng)沙丘、半流動(dòng)沙丘和固定沙丘3種類型。再根據(jù)土地利用類型在ArcGIS繪制土地利用專題圖制作土地利用動(dòng)態(tài)表和土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，分析土地利用時(shí)空變化。并基于土地利用專題圖對(duì)其屬性表獲取唯一值，運(yùn)用字段計(jì)算器對(duì)生態(tài)服務(wù)賦值，進(jìn)行各類土地的面積和對(duì)應(yīng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)值相乘工作，分析地類面積變化產(chǎn)生的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變動(dòng)。最終根據(jù)分值制作2000—2018年ESV空間分布圖，并根據(jù)演變的情況在Origin Lab 9.0軟件的spline connected功能模塊對(duì)服務(wù)功能的空間變化進(jìn)行定量分析。

2.2 研究方法與內(nèi)容

2.2.1 土地利用動(dòng)態(tài) 土地利用動(dòng)態(tài)是指一定時(shí)間段內(nèi)發(fā)生的土地利用數(shù)量變化[16]，土地利用單一動(dòng)態(tài)度可定量描述其變化的速度[17]，揭示土地利用結(jié)構(gòu)在時(shí)間上的變化。

(1)

式中：L為土地利用動(dòng)態(tài)度(%)；T為時(shí)間(a)；Ua，Ub為研究區(qū)初期與末期各類土地面積(hm2)。

2.2.2 土地利用轉(zhuǎn)移 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣揭示人文/自然因素引起的土地利用類型轉(zhuǎn)移的內(nèi)在規(guī)律，對(duì)空間變化進(jìn)行定量描述[18]。

(2)

式中：A為轉(zhuǎn)移面積(hm2)；T為轉(zhuǎn)移時(shí)間(a)；T1為轉(zhuǎn)移前的時(shí)間(a)；T2為轉(zhuǎn)移后的時(shí)間(a)；i，j(i，j=1，2，…，n)為轉(zhuǎn)移前后土地利用類型；Aij為T1時(shí)點(diǎn)的土地類型i在T2時(shí)點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)橥恋仡愋蚸的面積(hm2)。

2.2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù) 通過(guò)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)計(jì)算公式進(jìn)行系統(tǒng)的核算，可以量化土地利用結(jié)構(gòu)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生的影響。文中采用謝高地等人的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)系數(shù)[19]，對(duì)應(yīng)研究區(qū)各類土地面積面算出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。

(3)

式中：ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值；Vj為j類土地面積(hm2)；Ej為j類土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)系數(shù)〔元/(hm2·a)〕。

2.2.4 土地利用導(dǎo)致的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化 土地利用/覆被變化作為地球表層系統(tǒng)中最突出的景觀標(biāo)志對(duì)自然現(xiàn)象和生態(tài)過(guò)程的各個(gè)方面都產(chǎn)生著顯著的影響，包括對(duì)氣候、水文、土壤、生物及整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。正面影響對(duì)區(qū)域的水土資源、生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)及人文社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展起到促進(jìn)作用，負(fù)面影響則會(huì)帶來(lái)沙漠化、鹽堿化等土地退化、自然災(zāi)害、能源缺乏、經(jīng)濟(jì)危機(jī)等一系列生態(tài)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。而降低土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的不良影響，必須全面了解土地利用變化的驅(qū)動(dòng)因素，研究土地利用變化的過(guò)程，產(chǎn)生的生態(tài)效應(yīng)和土地利用變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，為區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化和生境質(zhì)量的改善提供科學(xué)依據(jù)(見(jiàn)圖1)。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用動(dòng)態(tài)

自20世紀(jì)90年代土地覆被相關(guān)的研究被列入“全球地圈與生物圈計(jì)劃和全球環(huán)境變化人文計(jì)劃”之后關(guān)于土地覆被—生態(tài)系統(tǒng)—驅(qū)動(dòng)因素的研究一直是全球環(huán)境領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。因作為生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)的奈曼旗是展開(kāi)生態(tài)治理研究的典型區(qū)域，為此結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究以及實(shí)施的生態(tài)治理政策《奈曼旗規(guī)劃區(qū)原有生態(tài)環(huán)境總體情況及保護(hù)措施(2010—2020年)》和兩期《奈曼旗土地利用總體規(guī)劃(2000—2010年，2010—2020年)》將其分為上期規(guī)劃(2000—2010年)和最新規(guī)劃(2010—2018年)兩階段對(duì)土地覆被演變情況進(jìn)行對(duì)比分析。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示(見(jiàn)表1)奈曼旗土地利用覆被變化總體趨勢(shì)為“兩增四減”，即林草地增加，流動(dòng)、半流動(dòng)、固定沙丘的減少。2000—2010年的土地覆被結(jié)構(gòu)則主要以草地和沙地為主，占比分別為26.88%和24.47%，水域和林地的占比則為3.88%所占比分為沙地的1/6，且相比2000年，2010年的林草地和水域面積減少了1.41×105hm2；說(shuō)明生態(tài)治理效果欠佳。相比前10 a，2010—2018年土地覆被結(jié)構(gòu)已明顯優(yōu)化，林草地面積有所增加、沙地則大幅減少。其中林地增加4.34×105hm2，占總土地的32.86%；沙地占比降至5.46%，近2/3的沙地被綠化特別是半流動(dòng)沙丘和固定沙丘分別減少6.47×104hm2，5.75×104hm2。其他地類如濕地、耕地、城鄉(xiāng)居民用地、鹽堿地、未利用地等在總體上持平衡的狀態(tài)。土地覆被信息顯示相比前10 a，2010—2018年植被覆蓋度顯著提升、沙地面積及比例大幅減少、生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量顯著提升，說(shuō)明人們的土地利用方式、土地利用規(guī)劃及生態(tài)治理等工作具有科學(xué)性和合理性，達(dá)到了優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)的目的。

3.2 土地利用轉(zhuǎn)移

為探究土地利用結(jié)構(gòu)在空間上的變化，以2000—2018年土地覆被信息為數(shù)據(jù)源借助Envi Classic計(jì)算土地利用動(dòng)態(tài)與轉(zhuǎn)移矩陣，數(shù)據(jù)化表達(dá)土地利用變化特征(見(jiàn)封3，附圖7)。

基于土地利用空間變化和轉(zhuǎn)移矩陣計(jì)算的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示(見(jiàn)表2)，草地和林地面積顯著提升、沙地面積大幅減少，而林草地的增幅是由沙地轉(zhuǎn)化而來(lái)。2000—2018年草地凈增278 182.08 hm2，而134 864.37 hm2量的草地維持不變，其中固定、半流動(dòng)及流動(dòng)沙丘的轉(zhuǎn)入面積分別為18 599.04，2 226.33和158.76 hm2，即20 984.13 hm2沙地已被草地覆蓋。林地面積增加47 066.31 hm2，通過(guò)封沙育林，打造經(jīng)濟(jì)林等活動(dòng)在沙地進(jìn)行大型種植工作使林地替代了固定沙丘、半流動(dòng)沙丘和流動(dòng)沙丘，其轉(zhuǎn)換量分別為4 674.78，376.38和21.15 hm2。水域是研究區(qū)相對(duì)穩(wěn)定的土地利用類型，草地和林地是水域減少的主要原因，其中3 825.18 hm2面積量的水源轉(zhuǎn)為林地，1 504.98 hm2轉(zhuǎn)為草地，轉(zhuǎn)出面積共計(jì)5 330.16 hm2。而沙地呈“固定沙丘向半流動(dòng)沙丘，半流動(dòng)沙丘向流動(dòng)沙丘轉(zhuǎn)換”的趨勢(shì)，2000—2018年15 127.29 hm2固定沙丘轉(zhuǎn)為半流動(dòng)沙丘，8 483.22 hm2半流動(dòng)沙丘則轉(zhuǎn)為流動(dòng)沙丘。即2000—2018年采取的《內(nèi)蒙古自治區(qū)林地保護(hù)利用規(guī)劃大綱(2010—2020年)》《內(nèi)蒙古自治區(qū)主體功能區(qū)規(guī)劃(2009—2020年)》《奈曼旗土地利用總體規(guī)劃(2006—2020年)》等生態(tài)治理政策以及土地利用方式、土地利用總體規(guī)劃導(dǎo)致沙地面積大量減少，沙化問(wèn)題得到一定的控制。除此之外林草地的增加，植被覆蓋度的提高導(dǎo)致了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量提升，降低了生態(tài)環(huán)境的脆弱程度。

表2 奈曼旗2000-2018年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 hm2

3.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)

3.3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值 奈曼旗因地理特征及人文/自然因素的影響，目前已屬典型的生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)，即生態(tài)系統(tǒng)失調(diào)，荒漠化嚴(yán)重，生態(tài)服務(wù)價(jià)值減少等問(wèn)題。而位于科爾沁沙地腹地的奈曼旗正是國(guó)家三北防護(hù)林體系建設(shè)工程重點(diǎn)項(xiàng)目區(qū)。為此在研究過(guò)程中參考有關(guān)部門之間制定的《奈曼旗規(guī)劃區(qū)原有生態(tài)環(huán)境總體情況及保護(hù)措施(2010—2020年)》和“四期(2001—2010年)和五期(2011—2020年)三北防護(hù)林建設(shè)工程”將研究數(shù)據(jù)分為2000—2010年和2010—2018年兩階段，對(duì)應(yīng)每期的治理工程和治理政策，并利用謝高地等人的研究成果制作研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值數(shù)據(jù)運(yùn)用Origin Lab處理平臺(tái)對(duì)不同時(shí)期的區(qū)域總體生態(tài)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行對(duì)比。因生態(tài)系統(tǒng)是指對(duì)人文社會(huì)帶來(lái)的效益，其價(jià)值的高低直接決定產(chǎn)生的效益程度，對(duì)典型脆弱環(huán)境而言區(qū)域生態(tài)安全的底線，科學(xué)評(píng)估價(jià)值變化是合理規(guī)劃區(qū)域土地利用、構(gòu)建生態(tài)安全格局的重要基礎(chǔ)。研究顯示(見(jiàn)圖2)，2000—2018年奈曼旗生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化呈“一減一增”的趨勢(shì)，即從2000—2010年服務(wù)值由最初的3 050.7萬(wàn)元減少至1 991.58萬(wàn)元再增至2018年的4 728.55萬(wàn)元服務(wù)值。結(jié)合2000—2018年各類土地覆被與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化數(shù)據(jù)得知，2010—2018年林地面積的增加促進(jìn)了林地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，使奈曼旗在2018年生態(tài)服務(wù)最佳，2010年林地和水域面積的減少則導(dǎo)致生態(tài)服務(wù)價(jià)值減少、生態(tài)環(huán)境達(dá)不到理想的狀態(tài)。

圖2 奈曼旗2000-2018年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化

明晰生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的演變特征，有助于針對(duì)性的提出區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提升決策，對(duì)于維持和改善人類福祉以及生態(tài)環(huán)境質(zhì)量具有重要意義。本文基于2000—2018年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化數(shù)據(jù)在ArcGIS遙感系統(tǒng)上對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總值進(jìn)行重分類，將研究區(qū)分為高值區(qū)、中值區(qū)和低值區(qū)。而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間分布3期影像顯示(見(jiàn)圖3)，相比最初的低值區(qū)占大比例，到2018年的高值區(qū)占最大比例，且中值區(qū)已被高值區(qū)替代，而數(shù)量上也是高值區(qū)大幅增長(zhǎng)，其變化緣由則為不同土地覆被結(jié)構(gòu)的生態(tài)服務(wù)值上升導(dǎo)致。研究結(jié)果顯示，2000—2018年林地和水域生態(tài)指數(shù)明顯上升，特別是林地從413.53萬(wàn)元增至3835.71萬(wàn)元，相比2010年總體生態(tài)服務(wù)中的比值增加60.36%，導(dǎo)致2018年林地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值達(dá)到最高值并使總體生態(tài)服務(wù)最佳；而草地與荒漠的生態(tài)價(jià)值呈輕微幅度的下降趨勢(shì)，共計(jì)752.99萬(wàn)元。即土地覆被結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變對(duì)生態(tài)環(huán)境以及產(chǎn)生的服務(wù)價(jià)值起到正面作用。結(jié)果說(shuō)明，實(shí)施生態(tài)保護(hù)措施、實(shí)行退耕還林政策，擴(kuò)大林草面積等生態(tài)治理工作是提高生態(tài)質(zhì)量及服務(wù)價(jià)值的關(guān)鍵。

圖3 奈曼旗2000-2018年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分區(qū)變化

為此本文基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總值及不同分值區(qū)的分布特征，建立了不同的人文/自然—土地—生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展模式。①模式A：生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)低值區(qū)。即服務(wù)價(jià)值與服務(wù)功能較弱，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較差，是沙化土地集中分布區(qū)域；此類地區(qū)以環(huán)境保護(hù)為先，適合發(fā)展種植業(yè)打造生態(tài)效益。②模式B：生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)中值區(qū)。即服務(wù)功能與價(jià)值適中，生態(tài)系統(tǒng)基本維持協(xié)調(diào)功能，環(huán)境承載力較高，為此可以發(fā)展保護(hù)式—開(kāi)發(fā)式兩類模式，一方面發(fā)展沙區(qū)特色產(chǎn)業(yè)，使其在發(fā)展過(guò)程中打造經(jīng)濟(jì)效益；一方面發(fā)展種植業(yè)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，平衡生態(tài)系統(tǒng)。③模式C：生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)高值區(qū)。即生態(tài)服務(wù)價(jià)值最高服務(wù)功能最強(qiáng)，環(huán)境承載力最大，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量最高地區(qū)。結(jié)合建立的協(xié)調(diào)發(fā)展模式及土地覆被、生態(tài)系統(tǒng)數(shù)據(jù)得出此類地區(qū)在維持生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)上可發(fā)展部分開(kāi)發(fā)式生態(tài)治理模式，即發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)、種植業(yè)、沙區(qū)產(chǎn)業(yè)等產(chǎn)業(yè)打造經(jīng)濟(jì)效益。

3.3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能 由生態(tài)系統(tǒng)所形成的維持人類賴以生存和發(fā)展的自然環(huán)境條件及效用即為生態(tài)服務(wù)功能，是產(chǎn)生服務(wù)價(jià)值的前提。其功能歸納為以下4個(gè)方面。①供給服務(wù)功能：包括食物供給、原料生產(chǎn)與水資源供給；②調(diào)節(jié)服務(wù)功能：氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)以及凈化環(huán)境；③支持服務(wù)功能：土壤保持、維持養(yǎng)分循環(huán)及生物多樣性；④文化服務(wù)功能即美學(xué)景觀。而土地覆被的變化導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境的每項(xiàng)功能會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。

圖4為基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值功能變化數(shù)據(jù)在Origin Lab9.0軟件上通過(guò)spline connected功能模塊繪制的4類服務(wù)功能不同時(shí)期的變化情況，總體上各類服務(wù)功能變化情況呈“先減后增”的趨勢(shì)，11類服務(wù)功能均在2018年達(dá)到最理想的狀態(tài)。而氣候調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)和土壤保持的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值超過(guò)600萬(wàn)元，特別是氣候調(diào)節(jié)功能價(jià)值近1 400萬(wàn)元；相對(duì)與其他服務(wù)功能維持養(yǎng)分循環(huán)功能的偏幅不大呈穩(wěn)中增長(zhǎng)的趨勢(shì)。

圖4 奈曼旗2000-2018年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能演變

通過(guò)分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能發(fā)展趨勢(shì)得知奈曼旗生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能均在2010年產(chǎn)生巨大的變化。2000—2010年：供給服務(wù)功能價(jià)值均下降，而供給服務(wù)功能的變化最為明顯，原料生產(chǎn)由84.59萬(wàn)元降至45.31萬(wàn)元，食物生產(chǎn)、水資源供給的下降共計(jì)33.18萬(wàn)元。調(diào)節(jié)服務(wù)功能模塊的氣候、氣體、水文和凈化環(huán)境分別下降290.14，96.24，236.4，82.39萬(wàn)元。支持服務(wù)和文化服務(wù)則降至468.26萬(wàn)元及96.58萬(wàn)元。而產(chǎn)生此類變化的原因主要為土地覆被結(jié)構(gòu)的變動(dòng)，因人為不合理的活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)負(fù)面影響，包括2000—2010年草地和水域的減少與沙地的增加導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價(jià)值降低。2010—2018年4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能則均增加，以調(diào)節(jié)服務(wù)功能變化最為典型，其服務(wù)總值已達(dá)3 085.31萬(wàn)元，相比2010年增加1 773.36萬(wàn)元，所占比例高達(dá)65.25%，導(dǎo)致整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能也隨之增加，使生態(tài)環(huán)境質(zhì)量得到改善。支持服務(wù)功能增至1 125.2萬(wàn)元，凈增量達(dá)656.94萬(wàn)元。而土壤保持服務(wù)功能和生物多樣性服務(wù)功能的提升也是服務(wù)價(jià)值提高的重要原因，兩者分別以每年21.78375萬(wàn)元與16.55萬(wàn)元的速率增至目前的289.06萬(wàn)元和228.98萬(wàn)元。對(duì)比2000—2018年4類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的演變趨勢(shì)可知，人文活動(dòng)會(huì)直接影響到土地覆被進(jìn)而影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，而每一期的生態(tài)治理政策下產(chǎn)生的效果都有所不同，2010年后制定的《奈曼旗規(guī)劃區(qū)原有生態(tài)環(huán)境總體情況及保護(hù)措施(2010—2020年)》下產(chǎn)生的服務(wù)功能遠(yuǎn)比2010年之前的效果好，4期三北防護(hù)林建設(shè)下的生態(tài)服務(wù)功能也比3期時(shí)顯著提升。為此人文因素是生態(tài)環(huán)境的服務(wù)功能產(chǎn)生變動(dòng)的間接因素，是提高生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人文社會(huì)的服務(wù)功能的前提條件。而服務(wù)功能變化結(jié)果則表示減少不合理的人為活動(dòng)，控制產(chǎn)生的負(fù)面影響，加強(qiáng)人文化活動(dòng)的合理性、科學(xué)性、有效性可達(dá)到生態(tài)服務(wù)功能穩(wěn)增的結(jié)果。

4 討論與結(jié)論

奈曼旗作為中國(guó)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶典型生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)是沙漠化最集中、擴(kuò)散最快、生態(tài)問(wèn)題最嚴(yán)重的區(qū)域。作為科爾沁沙地的核心區(qū)域，地表土質(zhì)疏松且多沙質(zhì)等自然因素加劇了該地區(qū)生態(tài)環(huán)境的脆弱程度，加上人為不合理的土地利用導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)失去平衡，這與杜子濤、任海峰[20]等人的研究結(jié)果相一致。本文基于國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究，建立土地—生態(tài)系統(tǒng)—驅(qū)動(dòng)因素響應(yīng)流程，運(yùn)用研究區(qū)2000—2018年遙感數(shù)據(jù)分析土地覆被結(jié)構(gòu)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)演變特征，結(jié)合人文因素建立了3種人文—土地—生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展模式。研究結(jié)果表明，時(shí)間上(2000—2018年)土地利用呈“草地—林地—沙地”主導(dǎo)的地域演變特征，其占比高達(dá)54.65%，特別是林地，至2018年林地面積凈增312 100 hm2；沙地則減少了142 100 hm2。說(shuō)明基于《奈曼旗土地利用總體規(guī)劃(2009—2020年)》的人為活動(dòng)如發(fā)展沙區(qū)特色產(chǎn)業(yè)、種植沙生植物等土地利用方式，基于《奈曼旗規(guī)劃區(qū)原有生態(tài)環(huán)境總體情況及保護(hù)措施(2010—2020年)》實(shí)施的生態(tài)恢復(fù)治理工程對(duì)土地覆被結(jié)構(gòu)的優(yōu)化及土地利用效率、生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了正面作用。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)數(shù)據(jù)顯示，ESV總值最初的3 050.7萬(wàn)元增至2018年的4 728.55萬(wàn)元，而氣候調(diào)節(jié)服務(wù)的變化是服務(wù)價(jià)值上升的主要原因，其價(jià)值由2000年的801.64萬(wàn)元增至1349.85萬(wàn)元。因此類功能的改善對(duì)于農(nóng)林牧的發(fā)展起到?jīng)Q定性作用，對(duì)于長(zhǎng)期受沙漠影響的干旱地區(qū)而言凈化環(huán)境功能的提升對(duì)減輕風(fēng)沙危害以及整體生態(tài)環(huán)境的改善提供有力的條件。而生態(tài)環(huán)境的改善會(huì)提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。進(jìn)而影響到農(nóng)牧民以及整個(gè)地區(qū)的生產(chǎn)和生活。

本文建立的模型及體系將會(huì)為后期的土地利用總體規(guī)劃制定，生態(tài)治理政策編制，土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的提高提供科學(xué)意見(jiàn)。