基于土地利用的北方農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)碳固定和土壤保持時(shí)空變化

常虹，楊武，石磊，劉亞紅，邱曉，伊風(fēng)艷，孫海蓮*

（1.內(nèi)蒙古大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，呼和浩特 010021；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院，呼和浩特 010031；3.生態(tài)草業(yè)可持續(xù)發(fā)展內(nèi)蒙古自治區(qū)工程研究中心，呼和浩特 010031；4.浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，杭州 310058）

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、過程和功能直接或間接為人類提供的生命支持產(chǎn)品和服務(wù)，包括供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù)和支持服務(wù)[1]。這些服務(wù)的可持續(xù)供給是經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，為人類提供著直接福利。生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品包括農(nóng)業(yè)產(chǎn)品、工業(yè)原材料，以及支撐與維持人類生存環(huán)境的生態(tài)服務(wù)，如氣候調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)、水土保持、土壤肥力更新、養(yǎng)分循環(huán)、固碳釋氧等[2-4]。土地利用變化，如土地利用類型和方式的改變，使區(qū)域生態(tài)環(huán)境發(fā)生相應(yīng)改變，直接影響生態(tài)系統(tǒng)過程、結(jié)構(gòu)和質(zhì)量的演變，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)發(fā)生改變[5-6]。合理的土地利用方式有利于促進(jìn)生態(tài)向良性方向發(fā)展，使生態(tài)系統(tǒng)處于健康狀態(tài)，提供穩(wěn)定有序的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，反之，則會(huì)導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)惡化，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)逐漸弱化甚至消失。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不斷驅(qū)動(dòng)，土地利用類型和方式正在發(fā)生快速轉(zhuǎn)變[7-10]，土地利用格局和覆被狀況變化顯著，土地利用變化下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估成為具有重要意義的研究課題[11]。

目前，土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響已成為研究熱點(diǎn)，學(xué)術(shù)界從多個(gè)角度開展了研究，多數(shù)研究探討土地利用類型及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空演變[12-17]，還有學(xué)者從土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值影響切入開展實(shí)證研究[14-17]。近年來涌現(xiàn)出以關(guān)注重大生態(tài)工程及政策實(shí)施、城鎮(zhèn)化擴(kuò)展為主要特征的土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響研究，其中，雷金睿等[18]應(yīng)用空間自相關(guān)理論定量分析了土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的關(guān)聯(lián)模式及規(guī)律，楊清可等[7]采用“三生空間”概念分析了長江三角洲土地利用功能轉(zhuǎn)型與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空演變，孔君洽等[19]基于土地利用變化對(duì)荒漠綠洲碳儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)影響進(jìn)行評(píng)估，陳淑青[20]指出土地利用方式對(duì)區(qū)域生態(tài)安全具有重要影響，上述研究均具有代表性。但相關(guān)研究主要聚焦在城市化發(fā)展較快、土地利用變化劇烈的發(fā)達(dá)地區(qū)[12-13]，近年來也出現(xiàn)了在氣候惡劣、生態(tài)脆弱、經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的相關(guān)研究[14-17]，關(guān)注生態(tài)環(huán)境特殊且敏感的北方農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)的研究較薄弱。農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)處于半干旱地區(qū)向半濕潤地區(qū)、草原牧區(qū)向農(nóng)耕區(qū)的過渡地帶，具有草地、耕地、林地、水域、荒漠等多種土地利用類型，植被類型及生態(tài)景觀十分特殊，是陸地生態(tài)系統(tǒng)中較為敏感的地段，對(duì)區(qū)域環(huán)境變化和人為干擾反應(yīng)十分明顯[21]，且隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人類對(duì)農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)資源的過度開發(fā)利用，該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重破壞，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能嚴(yán)重受損，為人類提供的福祉也大幅減少，直接威脅到社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展[22-23]。密切關(guān)注這一區(qū)域土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響在構(gòu)筑北方生態(tài)安全屏障和支撐農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面具有重要的作用。

近年來，國家對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)實(shí)施退耕還林還草等重大生態(tài)工程，該區(qū)域土地利用類型發(fā)生了顯著變化，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生了深刻影響。達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗（簡稱達(dá)茂旗）位于北方農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)中西部，是北方農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)典型代表區(qū)域，該旗自2000年以來實(shí)施了一系列生態(tài)治理工程和保護(hù)政策，2002年實(shí)施了京津風(fēng)沙源工程，2008 年實(shí)施了禁牧政策，2011 年實(shí)施草原生態(tài)保護(hù)補(bǔ)助獎(jiǎng)勵(lì)政策。政策實(shí)施以來，達(dá)茂旗土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化，是研究土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響的典型代表。本研究以達(dá)茂旗為例，通過土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣、土地利用變化動(dòng)態(tài)計(jì)量了2000—2015 年達(dá)茂旗土地利用變化特征，選擇了區(qū)域內(nèi)最受關(guān)注且生態(tài)功能較強(qiáng)的碳固定和土壤保持2 種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分析其演變狀況，以期為農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)科學(xué)規(guī)劃管理土地資源、精準(zhǔn)實(shí)施生態(tài)恢復(fù)與保護(hù)工程提供科學(xué)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

達(dá)茂旗位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中西部，109°16′～111°25′E、41°20′～42°40′N 之間，屬于陰山北麓農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)中西部區(qū)域。總面積18 177 km2，轄7 鎮(zhèn)、2 鄉(xiāng)、3 蘇木，總?cè)丝?2萬。海拔1 050～1 730 m之間，地形南高北低，由西南向東北傾斜，丘陵、低山間盆地交錯(cuò)分布，南部為丘陵區(qū)，中西部有低山，北部為高原及臺(tái)地。屬中溫帶半干旱大陸性氣候，年平均降水量255.6 mm，且年際變化懸殊、地區(qū)分布不均，東南部大于西北部，年平均蒸發(fā)量為2 200～2 800 mm，蒸發(fā)量是降水量的10～13 倍，年均氣溫3.4 ℃。主要風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)和西北風(fēng)。土壤共分6個(gè)土類、14個(gè)亞類、144個(gè)土屬、165 個(gè)土種，主要以栗鈣土、棕鈣土為主，呈明顯地帶性分布，草甸土、潮土、鹽土、石質(zhì)土為非地帶性土壤。土地利用類型以草地、耕地為主，草地主要分布在中部和北部，面積約為1.5 萬km2，耕地主要分布在南部，面積約為0.08萬km2（圖1）。

1.2 研究方法

1.2.1 土地利用變化

土地利用動(dòng)態(tài)度模型是研究區(qū)域特定時(shí)間內(nèi)不同土地利用類型的變化幅度和速率，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[17]。

單一土地利用動(dòng)態(tài)度（K）表示某一類土地利用類型面積的年變化率，反映了該類土地變化的劇烈程度。模型表達(dá)式為：

式中：i為第i類土地利用類型；Si、Sj分別為研究期初和研究期末某一土地利用類型的面積，km2；T為研究時(shí)段長度，a。

綜合土地利用動(dòng)態(tài)度（L）表示研究區(qū)內(nèi)所有土地資源即綜合土地利用變化的年變化率。模型表達(dá)式為：

式中：dSi為研究初期第i類土地利用類型面積；ΔdSi-j表示研究時(shí)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(duì)值，km2；n為土地利用類型總數(shù)；T為研究時(shí)段長度，a。

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣是對(duì)各土地利用類型間相互轉(zhuǎn)化的數(shù)量和方向定量研究的主要方法。本研究采用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣表征土地利用變化的結(jié)構(gòu)特征和各類型間的轉(zhuǎn)移方向。利用ArcGIS 軟件將2000、2015 年土地覆被數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加，構(gòu)建區(qū)域土地利用的轉(zhuǎn)移矩陣，計(jì)算土地類型轉(zhuǎn)入/轉(zhuǎn)出貢獻(xiàn)率[15]，分析2000—2015 年的土地空間格局變化特征和驅(qū)動(dòng)機(jī)制。土地類型轉(zhuǎn)入/轉(zhuǎn)出貢獻(xiàn)率計(jì)算方法如下：

圖1 達(dá)茂旗研究區(qū)域示意圖Figure 1 Sketch map of Damao Banner

式中：為除第i類外的其他土地類型向第i類土地類型轉(zhuǎn)入的面積占土地總轉(zhuǎn)移面積的比例；Sji為第j種土地類型向第i種土地類型轉(zhuǎn)移的面積；Si為土地類型轉(zhuǎn)移的總面積；n為土地利用類型數(shù)量；Li為第i類向除第i類外的其他土地類型轉(zhuǎn)移的面積占土地總轉(zhuǎn)移面積的比例；Sij為第i種土地類型向第j種土地類型轉(zhuǎn)移的面積。

1.2.2 碳固定和土壤保持評(píng)估

達(dá)茂旗地處陰山北麓農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)，屬于干旱荒漠區(qū)，草原面積占總面積的50%以上。因此本研究選取碳固定、土壤保持2 類關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行評(píng)估[15]。

固碳量計(jì)算：生態(tài)系統(tǒng)CO2固定和O2釋放以凈第一性生產(chǎn)力和土壤呼吸損失的碳量為基礎(chǔ)，通過質(zhì)量平衡和光合作用方程，估算固碳量。根據(jù)光合作用方程，每生產(chǎn)1 kg 干物質(zhì)能釋放O21.19 kg，生態(tài)系統(tǒng)固定CO21.63 kg。

式中：QtCO2為生態(tài)系統(tǒng)固碳量，t；NPP 為生態(tài)系統(tǒng)凈初級(jí)生產(chǎn)力，t，采用改進(jìn)的CASA模型反演[24]。

土壤保持計(jì)算：運(yùn)用修正的通用土壤流失方程（RUSLE）來估算潛在土壤侵蝕量和實(shí)際土壤侵蝕量，兩者之差即為生態(tài)系統(tǒng)土壤保持量[25]。其中，實(shí)際土壤侵蝕是指當(dāng)前地表覆蓋和水土保持因素下的土壤侵蝕量，潛在土壤侵蝕量是生態(tài)系統(tǒng)在沒有植被覆蓋和水土保持措施下可能產(chǎn)生的侵蝕量（C=1，P=1），土壤保持量即為：

式中：Ac為單位面積土壤保持量，t·hm-2·a-1；R為降雨侵蝕力因子，用多年平均年降雨侵蝕力指數(shù)表示；K為土壤可蝕性因子，表示標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)降雨侵蝕力形成的單位面積上的土壤流失量；L為坡長因子；S為坡度因子；C為植被覆蓋因子；P為土壤保持措施因子。各因子的計(jì)算方法參考文獻(xiàn)[25-26]。

1.2.3 數(shù)據(jù)來源

本研究使用的數(shù)據(jù)主要包括：達(dá)茂旗2000、2015年降水量和月降水量等氣象數(shù)據(jù)，土壤機(jī)械組成，土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)據(jù)，30 m DEM 數(shù)據(jù)，2000、2015 年MODIS數(shù)據(jù)（250 m 分辨率的16 d 最大值合成植被指數(shù)MOD13Q1產(chǎn)品），2000、2015年土地利用數(shù)據(jù)，達(dá)茂旗行政邊界數(shù)據(jù)，詳見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 2000—2015年達(dá)茂旗土地利用變化

達(dá)茂旗土地利用類型包括草地、耕地、灌木林、建設(shè)用地、林地、未利用地、沙漠、水域和鹽堿地。該區(qū)域地處農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)，受氣候因素和地理?xiàng)l件的影響，草地是主要的土地利用類型，占全旗總面積的80%以上，構(gòu)成了該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的主體；其次是未利用地，占全旗總面積的8%以上；耕地面積占全旗總面積的6%以上（圖2）。

從各地類面積變化來看，2000—2015 年，建設(shè)用地、林地、草地和耕地的面積變化最明顯，其中建設(shè)用地、林地、草地面積各增加86.90、18.80、191.03 km2，分別增加了64.05%、38.90%、1.27%；而耕地面積減少314.85 km2，減幅27.83%。根據(jù)土地利用數(shù)據(jù)計(jì)算土地利用變化動(dòng)態(tài)度（表2），從單一土地利用動(dòng)態(tài)度來看，2000—2015年，建設(shè)用地和林地的增幅較大，動(dòng)態(tài)度分別為4.27%、2.59%。耕地、灌木林減幅較大，動(dòng)態(tài)度分別為-1.86%、-1.01%，轉(zhuǎn)為草地和建設(shè)用地。整體來看，綜合土地利用動(dòng)態(tài)度為0.12%，土地利用變化較平緩。

從土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析（表3）來看，2000—2015 年，土地利用類型變化主要是從耕地向草地、從草地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)入貢獻(xiàn)率最高的土地利用類型是草地，轉(zhuǎn)入面積為368.12 km2，轉(zhuǎn)入貢獻(xiàn)率為64.72%，其主要轉(zhuǎn)入來源是耕地（占草地轉(zhuǎn)入總量的95.70%）。轉(zhuǎn)入貢獻(xiàn)率僅次于草地的是建設(shè)用地，轉(zhuǎn)入面積為86.90 km2，轉(zhuǎn)入貢獻(xiàn)率為15.28%，其主要轉(zhuǎn)入來源是草地（占建設(shè)用地轉(zhuǎn)入總量的90.91%）。轉(zhuǎn)入貢獻(xiàn)率最小的為灌木林和沙漠，僅為0.05%、0.08%。轉(zhuǎn)出貢獻(xiàn)率最高的土地利用類型是耕地，轉(zhuǎn)出面積為357.06 km2，轉(zhuǎn)出貢獻(xiàn)率為62.78%，主要轉(zhuǎn)為草地。轉(zhuǎn)出貢獻(xiàn)率僅次于耕地的土地利用類型是草地，轉(zhuǎn)出面積為177.09 km2，轉(zhuǎn)出貢獻(xiàn)率為31.14%，主要轉(zhuǎn)為建設(shè)用地。轉(zhuǎn)出貢獻(xiàn)率最小的為建設(shè)用地和沙漠，均為0。

表1 數(shù)據(jù)來源表Table 1 Principal data sources

圖2 2000—2015年土地利用類型及各類型面積變化Figure 2 Land use types and area change of each type from 2000 to 2015

表2 2000—2015年達(dá)茂旗土地利用類型面積變化Table 2 Area change of different land use types in Damao Banner from 2000 to 2015

表3 2000—2015年達(dá)茂旗土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣Table 3 Land use change transfer matrix in Damao Banner from 2000 to 2015

2.2 2000—2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時(shí)空分布與變化

達(dá)茂旗碳固定（圖3）和土壤保持服務(wù)（圖4）空間分布上基本相似，南部高于北部區(qū)域。從時(shí)間上看（表4），2000—2015 年，全旗碳固定量從183.25 萬t減少到181.65 萬t，減少1.6 萬t，平均每平方千米碳固定量由102.33 t 減少到101.43 t，降低了0.87%；全旗土壤保持量從170.58 萬t 減少到107.32 萬t，減少63.26萬t，平均每平方千米土壤保持量由1 524 t 減少到959 t，降低了37.08%。從全旗范圍上看，2000—2015年，碳固定在北部區(qū)域滿都拉鎮(zhèn)、巴音花鎮(zhèn)呈增加趨勢(shì)，南部區(qū)域呈降低趨勢(shì)，而土壤保持在全旗范圍內(nèi)呈降低趨勢(shì)，只在西北部巴音花鎮(zhèn)和南部的烏克忽洞鎮(zhèn)和石寶鎮(zhèn)部分區(qū)域呈增加趨勢(shì)。

圖3 達(dá)茂旗2000—2015年碳固定服務(wù)變化Figure 3 Change of carbon sequestration service in Damao Banner from 2000 to 2015

圖4 達(dá)茂旗2000—2015年土壤保持服務(wù)變化Figure 4 Changes of soil conservation service in Damao Banner from 2000 to 2015

表4 2000—2015年達(dá)茂旗生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化Table 4 Ecosystem services changes in Damao Banner from 2000 to 2015

2.3 2000—2015年各土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化

2000—2015 年，由于受到生態(tài)保護(hù)工程和政策的實(shí)施以及城市化發(fā)展等因素的影響，達(dá)茂旗土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化，對(duì)該區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生明顯影響。同時(shí)，受降水等氣候條件和人為因素的影響，歷年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)也發(fā)生改變。

2000—2015 年不同土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化見表5。不論碳固定還是土壤保持，各土地利用類型提供的服務(wù)量均表現(xiàn)為草地＞耕地＞未利用地＞建設(shè)用地＞灌木林＞林地＞鹽堿地＞水域＞沙漠。草地作為面積占比80%以上的土地利用類型，碳固定和土壤保持服務(wù)量所占比例最大，分別占該區(qū)域的83.50%和79.54%。未利用地面積占該區(qū)域總面積的8%，但碳固定和土壤保持服務(wù)量分別僅占該區(qū)域的4%、5%。耕地面積占該區(qū)域總面積的6%，碳固定和土壤保持服務(wù)量卻分別占該區(qū)域的10.73%、14.61%，可見耕地提供相關(guān)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的能力較強(qiáng)。其余土地利用類型，如建設(shè)用地、灌木林、林地、鹽堿地、水域、沙漠，碳固定和土壤保持服務(wù)量占該區(qū)域服務(wù)量的比例較小，均不足1%，其中沙漠最小，占比為0。

就碳固定服務(wù)來看，2000—2015 年，草地、耕地、灌木林、建設(shè)用地、林地的碳固定量均不同程度減少，其中草地的碳固定量減少最多，為2.04 萬t；未利用地、鹽堿地的碳固定量有所增加。在土壤保持方面，2000—2015 年，各土地利用類型的土壤保持量均不同程度減少，其中草地的土壤保持量減少最多，為53.14 萬t，其次為耕地和未利用地，分別減少4.63 萬t和4.52萬t（表5）。

表5 2000—2015年達(dá)茂旗各地類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化Table 5 Changes in ecosystem services in Damao Banner from 2000 to 2015

3 討論

達(dá)茂旗作為農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)的典型區(qū)域，草地和耕地是其主要的土地利用方式。2000—2015 年，達(dá)茂旗各項(xiàng)生態(tài)恢復(fù)治理工程和生態(tài)保護(hù)政策的實(shí)施對(duì)該區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)變化具有重要影響，且受到城市化發(fā)展的影響，該地區(qū)土地利用發(fā)生了明顯的變化，表現(xiàn)為建設(shè)用地、林地、草地面積大幅增加，耕地面積顯著減少。且草地的主要轉(zhuǎn)入來源是耕地，建設(shè)用地的主要轉(zhuǎn)入來源是草地。土地利用動(dòng)態(tài)度表現(xiàn)為建設(shè)用地和林地的增幅較大，耕地、灌木林的減幅較大。由此可見，該旗生態(tài)恢復(fù)治理工程及政策，尤其是退耕還林、退牧還草政策取得了階段性成果，草地、林地面積逐漸增加，達(dá)茂旗土地利用結(jié)構(gòu)逐漸優(yōu)化，區(qū)域生態(tài)環(huán)境趨于改善。隨著城市化的發(fā)展，建設(shè)用地持續(xù)擴(kuò)張，雖然占研究區(qū)面積比例僅為1.24%，土地利用開發(fā)強(qiáng)度還不高，但其帶來的溢出效應(yīng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成微弱的負(fù)面影響，且建設(shè)用地的主要轉(zhuǎn)入來源為草地，可見該旗草地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地的現(xiàn)象依然嚴(yán)峻。研究結(jié)果與已有農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)相關(guān)研究相互印證[27-28]，可見達(dá)茂旗近年來土地利用變化在農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)具有代表性。

2000 年和2015 年，達(dá)茂旗全旗碳固定量分別為183.25 萬t和181.65 萬t，土壤保持量分別為170.58 萬t 和107.32 萬t。與其他地區(qū)相比[29]，農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)地處從農(nóng)區(qū)向牧區(qū)的過渡地帶，在氣候、植被、地形等方面表現(xiàn)出強(qiáng)烈的過渡特征，區(qū)域生態(tài)環(huán)境多樣且脆弱，但提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)非?？捎^，對(duì)維系當(dāng)?shù)厣a(chǎn)及人民生活起到重要作用。全旗碳固定和土壤保持服務(wù)空間分布上呈南部區(qū)域高于北部區(qū)域的態(tài)勢(shì)，這主要由于：一方面，南部區(qū)域降雨量大于北部區(qū)域；另一方面，南部區(qū)域植被覆蓋率較北部區(qū)域高，南部區(qū)域草地類型為草甸草原、典型草原、耕地，而北部區(qū)域草地類型主要是荒漠草原。

2000—2015 年，全旗碳固定量減少1.6 萬t，平均每平方千米碳固定量由102.33 t減少到101.43 t，降低了0.87%；全旗土壤保持量減少63.26 萬t，平均每平方千米土壤保持量由1 524 t 減少到959 t，降低了37.08%。經(jīng)分析可知，雖然北部部分區(qū)域碳固定和土壤保持服務(wù)呈增加趨勢(shì)，但全旗總體仍呈降低趨勢(shì)。近年來生態(tài)恢復(fù)工程及政策的實(shí)施，使得該區(qū)域生態(tài)有所恢復(fù)，但是當(dāng)?shù)鼐用駥?duì)草地和農(nóng)田掠奪式的經(jīng)營方式仍然沒有轉(zhuǎn)變，使本就脆弱的生態(tài)進(jìn)一步惡化，草地和林地的面積增加，但質(zhì)量沒有進(jìn)一步提高，總體退化的趨勢(shì)還沒有得到完全遏制，單位面積土地提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)降低。這與肖建設(shè)等[17]在黃河源區(qū)瑪多縣的研究結(jié)果一致。碳固定在北部區(qū)域滿都拉鎮(zhèn)、巴音花鎮(zhèn)呈增加趨勢(shì)，這是由于該區(qū)域土地利用類型由2000 年的未利用地轉(zhuǎn)變?yōu)?015 年的草地，植被覆蓋度增加，碳固定功能增強(qiáng)。土壤保持在全旗范圍內(nèi)呈降低趨勢(shì)，只在西北部巴音花鎮(zhèn)和南部的烏克忽洞鎮(zhèn)、石寶鎮(zhèn)部分區(qū)域呈增加趨勢(shì)，該區(qū)域分布著零星的沙漠，2000—2015 年，該區(qū)域的沙漠轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸?，土壤保持功能增加。該旗在增加草地面積的同時(shí)應(yīng)注意提高草地的質(zhì)量，并加大農(nóng)田的投入與保護(hù)。

達(dá)茂旗各土地利用類型提供的碳固定和土壤保持服務(wù)量均表現(xiàn)為草地＞耕地＞未利用地＞建設(shè)用地＞灌木林＞林地＞鹽堿地＞水域＞沙漠。草地碳固定和土壤保持服務(wù)量所占比例最大。耕地碳固定和土壤保持服務(wù)量分別占該區(qū)域的10.73%、14.61%。其余土地利用類型，如建設(shè)用地、灌木林、林地、鹽堿地、水域、沙漠，碳固定和土壤保持服務(wù)量占該區(qū)域服務(wù)量的比例均不足1%。草地和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是該旗的主體生態(tài)系統(tǒng)，也是當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧民主要依賴的生計(jì)來源。該地區(qū)為溫帶半干旱大陸性氣候，是適宜草地生長的生境。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力的提高應(yīng)考慮擴(kuò)大草地面積，保護(hù)農(nóng)田，適度利用草地、農(nóng)田等生產(chǎn)生活用地，結(jié)合當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的主導(dǎo)需求或均衡需求，科學(xué)優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)，保障生態(tài)系統(tǒng)朝著良性方向演化，使該土地利用情景下的生態(tài)服務(wù)達(dá)到最優(yōu)。

此外，本研究針對(duì)達(dá)茂旗典型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)碳固定和土壤保持進(jìn)行分析，未就生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)中的其他服務(wù)類型，如水源涵養(yǎng)、凈化空氣等功能進(jìn)行計(jì)算分析，這將是下一步研究工作的重點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)土地利用變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制等進(jìn)行深入探討。

4 結(jié)論

本研究選取農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)典型區(qū)域達(dá)茂旗為研究區(qū)，探討了2000—2015 年達(dá)茂旗土地利用變化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)演變特征，結(jié)論如下：

（1）草地是主要的土地利用類型，占全旗總面積的80%以上，其次是未利用地和耕地。16 年間，草地、建設(shè)用地、未利用地、林地面積明顯增加，而耕地面積大幅減少。

（2）建設(shè)用地和林地的土地利用動(dòng)態(tài)度分別為4.27%、2.59%，增幅較大。耕地、灌木林的土地利用動(dòng)態(tài)度分別為-1.86%、-1.01%，減幅較大。土地利用類型變化主要是從耕地向草地、從草地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)移。

（3）達(dá)茂旗碳固定和土壤保持服務(wù)空間分布表現(xiàn)為南部區(qū)域高于北部區(qū)域。2000—2015 年，全旗碳固定量減少了0.87%，土壤保持量減少了37.08%。

（4）各類土地利用類型提供的碳固定和土壤保持服務(wù)均表現(xiàn)為草地＞耕地＞未利用地＞建設(shè)用地＞灌木林＞林地＞鹽堿地＞水域＞沙漠。草地的碳固定和土壤保持服務(wù)量分別占該區(qū)域的83.50%和79.54%，耕地碳固定和土壤保持服務(wù)量分別占該區(qū)域的10.73%、14.61%。

達(dá)茂旗提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能應(yīng)在適度利用草地、農(nóng)田等生產(chǎn)生活用地的基礎(chǔ)上，注意擴(kuò)大草地面積，保護(hù)農(nóng)田，科學(xué)優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)，保障生態(tài)系統(tǒng)朝良性方向演化。