干旱生態(tài)脆弱區(qū)土地利用轉(zhuǎn)化的土壤保持服務(wù)供需匹配研究

關(guān)鍵詞干旱生態(tài)脆弱區(qū)；土壤保持；供需匹配；InVEST模型

中圖分類號S157文獻標(biāo)識碼A

文章編號 0517-6611（2025）08-0035-07

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.08.009

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

AbstractLandussaethpatialexprsftesafotusenddevelopetofidustralcturedohe spatialcaforasfoaiossrfotiototoltalitustree functionofologicacseirisfoudatioforostructioofuadomuitydndologicallfrile areas，thereisighpresueonsoilerosiocoloicalprotetioundermultiplesousofiskandvarabledisturbacesoaceehg qualitydeveloptdoltdabilityiisucialtolatdsobsoflseaie functions.TisarticleusesthIVEodeltoudythesolonsevationfuctioupplyanddmandmatcingndrissofduee aridzoneofcentralingxiafro2otoThersussowthat：Intheast 2Oyeas，terasbenasigificantexpansiofostuction lnd，minlyeofiedlddseblse totalsupplyanddmandforsoilonsevationarethonthiseithncreaseieaswheresupplyfalssortfdemand.Thandfor soilconseratioioginoutygiputrtdHnouteasidrdofplndatisin whilethespatialatetwnsplndndierallyeasingoespectieofsuplydandskeisf supplyaddndofiloseatiosvsisailtribtdinogaotictHanotyorartofcout andthenorthwstofogxinountyicascreasdfrotutthristillrskpressure.ereforeetrolses fromtheaspectsfsuplydmandndiskaageentareproosdtoprovidediblebasisndathefereeforimprovingtevalueof land use and soil conservation services in arid and ecologically fragile areas.

Key WordsArid and ecologically fragile areas；Soil conservation；Matching supply and demand；InVEST model

生態(tài)安全是國家安全的基礎(chǔ)，直接關(guān)系生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能和經(jīng)濟社會發(fā)展的質(zhì)量，“十四五\"規(guī)劃及黨的二十大指出生態(tài)文明建設(shè)的重要地位，要提升生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量和穩(wěn)定性。生態(tài)脆弱區(qū)是指處于兩個不同生態(tài)系統(tǒng)之間的過渡地帶，在多源風(fēng)險和多變擾動下引起內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，對外界干擾具有很強的敏感性，存在諸如土壤侵蝕加劇、荒漠化加劇、生物多樣性急劇減少、環(huán)境容量不斷降低等多維問題[1-2]。我國中度以上生態(tài)脆弱區(qū)面積約占陸地總面積的5 5 % ，主要分布在北方干旱半干旱區(qū)、青藏高原、南部丘陵、西南山區(qū)、東部沿海水陸交接地帶[3-5]。

土地利用是連接人類活動和自然生態(tài)過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[6]，不同的土地利用方式轉(zhuǎn)換，會對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不同的作用，從而對生態(tài)安全產(chǎn)生重要影響。因此，基于生態(tài)系統(tǒng)和人類福祉的土地利用變化及其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值響應(yīng)機制，資源稟賦條件下土地的空間管控與生態(tài)治理，經(jīng)濟社會效益與生態(tài)效益的統(tǒng)一是現(xiàn)階段人地關(guān)系研究的焦點，也是人地共同體建設(shè)需要解決的首要問題。

土壤保持服務(wù)是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)中一項重要的調(diào)節(jié)服務(wù)，在攔截泥沙和控制侵蝕方面具有重要作用，是防止區(qū)域土地退化的重要保障[7]。隨著城鎮(zhèn)化的快速推進以及經(jīng)濟社會的急速發(fā)展，土地利用強度增大、需求增加，因此帶來土壤保持質(zhì)量的需求提升，如對糧食、清潔能源的土地匹配需求[8-9]，同時土壤保持服務(wù)的供給壓力加大，如建設(shè)用地擴張對耕地的擠壓、水資源枯竭以及環(huán)境污染帶來土壤質(zhì)量的下降等問題[0]，區(qū)域土壤保持服務(wù)供需風(fēng)險隨著人地矛盾加劇，即土壤保持服務(wù)供給大于需求[11]。因此，如何系統(tǒng)提升生態(tài)系統(tǒng)土壤保持服務(wù)功能，提供發(fā)展的良好供容能力，成為學(xué)者研究的焦點[1]，學(xué)者們從不同區(qū)域、不同尺度利用不同的方法對土壤保持的時空演變、影響因素等進行探討[12-16]，但對其供需風(fēng)險變化的研究較少[14]，尤其是干旱生態(tài)脆弱區(qū)的變化機理與趨勢研究具有緊迫性。

寧夏位于我國北方農(nóng)牧交錯帶，是我國典型的生態(tài)脆弱地區(qū)，自然環(huán)境較為惡劣，自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，生態(tài)風(fēng)險壓力大。同時作為西北地區(qū)和黃河上游重要的生態(tài)安全屏障、黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展的先行示范區(qū)，承擔(dān)著維護西北乃至全國生態(tài)安全、生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展示范核心任務(wù)[17]。自1980年以來，40年生態(tài)移民是經(jīng)濟建設(shè)與生態(tài)價值提升、人地關(guān)系協(xié)同之路，也是我國干旱生態(tài)脆弱區(qū)生態(tài)文明建設(shè)重要戰(zhàn)場，其土地利用轉(zhuǎn)化評價及生態(tài)價值及韌性

提升具有全局意義。

1研究區(qū)域

寧夏中部干旱區(qū)（ （位于西部內(nèi)陸干旱區(qū)中心，東臨毛烏素沙漠，南部為寧南黃土丘陵山區(qū)，西部為騰格里大沙漠，地勢平坦（平均海拔 [18]。土地面積2.94萬 ，占全區(qū)總面積的4 4 . 3 % ，境內(nèi)全年干旱少雨蒸發(fā)強且風(fēng)沙大、溫差大；干旱、冰雹、沙塵、霜凍等災(zāi)害性頻發(fā)；土質(zhì)疏松肥力低、生態(tài)極其脆弱。包括紅寺堡區(qū)、中寧縣、海原縣、鹽池縣、同心縣與原州區(qū)北部、西吉縣西部、沙坡頭山區(qū)[19]，基于解譯處理的規(guī)范性，該研究擬選取管轄全境在中部干旱帶的紅寺堡區(qū)、鹽池縣、同心縣與海原縣4縣（區(qū)）進行分析，土地面積為 （圖1）。

2數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源 研究涉及大量土壤與水分?jǐn)?shù)據(jù)，土地利用數(shù)

據(jù)來自LandsatTM遙感影像解譯，其他數(shù)據(jù)見表1。

2.2 研究方法

2.2.1土壤保持服務(wù)供給與需求趨勢。土壤保持服務(wù)供需趨勢能夠反映區(qū)域水土保持服務(wù)供需總量的絕對變化，當(dāng)其差異大于0時，說明土壤保持服務(wù)供需關(guān)系在持續(xù)增長；若差異為0，說明在這一時期內(nèi)，對土壤保持服務(wù)的供求關(guān)系不會發(fā)生變化；當(dāng)差異小于0時，說明在這一期間，土壤保有服務(wù)的供求關(guān)系呈現(xiàn)遞減的趨勢。公式如下：

式中， 和 分別為第 和第 n 年土壤保持服務(wù)供給和需求差值， 和 分別為 年和 n 年土壤保持服務(wù)供給量， 和 分別為 年和 n 年土壤保持服務(wù)需求量[18]

2.2.2土壤保持服務(wù)供需風(fēng)險評估。土壤保持供需與土地利用類型變化有密切關(guān)系，因此分別以2000、2010、2020年土地利用類型為基期報告期，基于生態(tài)系統(tǒng)和土壤保持服務(wù)的

視角，借鑒Maron等[10，16]的研究，構(gòu)建土壤保持供需風(fēng)險評估框架（圖2）。

注： R . 供給量與需求量的比值；S.供給量； D . 需求量； S q s .供給量差值； m n . 始、末時間； D q s 需求量的差值； R q s 供需比差值；-.空值。

3結(jié)果與分析

3.1土地利用變化特征

3.1.1空間分布。草地、耕地是研究區(qū)主要的土地利用類型（圖3），占土地面積的 9 0 % 以上，構(gòu)成了區(qū)域的景觀基態(tài)。20年來草地面積呈下降趨勢，下降了 ，是數(shù)量流失最顯著的土地利用類型（表2）。耕地面積增加、林地和

Fig.3Spatial distribution of land use types in the arid zone of central Ningxia from 2ooo to 2020水域呈先減后增的特點，建設(shè)用地呈持續(xù)上升狀態(tài)，2000—2010年和2010—2020年分別增加了 ，整體擴張明顯。未利用地面積相對穩(wěn)定，所占比重變化不大。

3.1.2轉(zhuǎn)化趨勢特征。2010—2020年轉(zhuǎn)化強度大，轉(zhuǎn)化方向上草地轉(zhuǎn)出最高，轉(zhuǎn)出大于轉(zhuǎn)入，且是耕地、建設(shè)用地以及林地擴大的主要來源；耕地轉(zhuǎn)出量次之，轉(zhuǎn)入大于轉(zhuǎn)出，轉(zhuǎn)為建設(shè)用地和林地；建設(shè)用地呈轉(zhuǎn)人增長趨勢，轉(zhuǎn)入大于轉(zhuǎn)出，說明中部干旱帶4縣（區(qū)）土地利用中建設(shè)用地的擴張轉(zhuǎn)化較高，一方面是公共服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施的完善，另一方面是城鎮(zhèn)化建設(shè)對土地需求的增加。

3.2寧夏中部干旱帶土壤保持供需時空差異土地利用變化主要包括土地利用類型和土地利用空間格局的變化，與地表物質(zhì)循環(huán)和生命過程息息相關(guān)，被認(rèn)為是影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重要因素。寧夏中部干旱帶4縣（區(qū)）農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展不均衡，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與糧食安全對土地的要求引起土地利用轉(zhuǎn)化。

3.2.1土壤保持供給與需求量。利用InVEST模型SDR評估，將得出的實際的土壤侵蝕量作為土壤保持服務(wù)的需求量，土壤保持量作為供給量。當(dāng)需求不完全滿足或者土壤保持服務(wù)不能夠充分利用時，就會形成供需空間差異[20]

土壤保持模塊又稱為泥沙輸移比模塊，根據(jù)InVEST模型中土壤保持模塊的計算原理，土壤保持是地塊的植被能有效減少水土流失，同時能對上游沖擊的泥沙起到攔截作用，前者以潛在侵蝕與實際侵蝕的差表示；后者以攔沙量與泥沙持留效率的乘積表示，計算公式如下：

式中， 為柵格 x 的土壤保持量（t）， T 和 分別為柵格 x 上的實際和潛在侵蝕量（t）， U 為柵格 x 土壤持留量， 為柵格x 的持留率， 為上坡柵格 y 產(chǎn)生的泥沙量， 為上坡柵格的泥沙持留量， 和 分別是柵格的降雨侵蝕力、王壤可蝕性、坡長因子、地表覆蓋管理因子和土壤保持管理因子， c 因子和 P 因子均是無量綱參數(shù)。

3.2.2土壤保持服務(wù)供給時空演變特征。20年間寧夏中部干旱帶4縣（區(qū)）土壤保持服務(wù)供給呈上升趨勢，供給的空間格局基本穩(wěn)定，呈西南高東北低的狀態(tài)（圖4），2000—2010年土壤保持服務(wù)供給水平上升 34 % ；2010—2020年上升了4 8 % ，上升速度保持較高水平。

20年來，4縣（區(qū)）土壤保持供給水平均呈現(xiàn)上升狀態(tài)且空間差異明顯，2000—2010年土壤保持服務(wù)供給水平依次是海原縣 ？ gt; 同心縣 ？ gt; 鹽池縣 ？ gt; 紅寺堡區(qū)，其中鹽池縣土壤保持水平增長速度較快；2010—2020年供給量和供給水平較高的有海原縣、鹽池縣和同心縣。

3.2.3土壤保持服務(wù)需求時空演變特征。寧夏中部干旱帶4縣（區(qū)）土壤保持服務(wù)需求呈上升趨勢，2010—2020年增幅小于2000—2010年，但空間差異明顯；空間上土壤保持服務(wù)需求較高的區(qū)域主要在海原縣北部以及同心縣與紅寺堡區(qū)交界區(qū)，其中同心縣、海原縣以及鹽池縣有明顯增加趨勢，同心縣對土壤保持需求量最大，其次是鹽池縣和海原縣、紅寺堡區(qū)，說明同心縣發(fā)展特色產(chǎn)業(yè)的土地質(zhì)量需求提升。

3.3寧夏中部干旱帶土壤保持服務(wù)供需匹配分析

3.3.1土壤保持服務(wù)供需比。土壤保持服務(wù)供給與需求的比值（即供需比）能夠表征特定時間和空間上的供求關(guān)系，供需比的變化可反映一定時空內(nèi)的土壤保持服務(wù)的相對變化。若比值 ，則無法提供土壤保持服務(wù)；若供需比在0＼～1，則土壤保持服務(wù)供應(yīng)不能滿足需求；若供需比 ？ 1 ，則土壤保持服務(wù)供給滿足需求[21]

3.3.2土壤保持服務(wù)供需比趨勢。根據(jù)不同年份的土壤保持服務(wù)供需比較，如果供需比趨勢 ，則土壤保持服務(wù)供需比在該時段內(nèi)呈上升趨勢；如果供需比趨勢 = 0 ，則說明土壤保持服務(wù)供需比在該時段內(nèi)保持不變；如果供需比趨勢 lt; 0 則說明土壤保持服務(wù)供需比在該時間段內(nèi)呈下降趨勢[20] 。

式中， T 為土壤保持服務(wù)供需比值， 為供需比的差值， 和 分別為第 年和第 n 年土壤保持服務(wù)的供需比。

3.3.3供需匹配結(jié)構(gòu)分析。從土壤保持供需比分析，20 年來寧夏中部干旱帶4縣（區(qū)）土壤保持服務(wù)的供求關(guān)系呈現(xiàn)出明顯的空間匹配特征（圖6）。4縣（區(qū)）均有地方比值 lt; 0 ，表明該區(qū)土壤保持供應(yīng)不足，存在明顯的供需矛盾，同時，這些區(qū)域均以未利用地為土地利用方式，土質(zhì)松散，地表裸露，植被覆蓋度低，是土壤侵蝕的易發(fā)區(qū)。供需比值在0＼～0.2的中值區(qū)范圍擴大，這些區(qū)域以耕地為主，主要用作生產(chǎn)生活，土壤保持服務(wù)基本保持平衡，供給略大于需求。供需比高值區(qū)分布廣泛，這些區(qū)域以草地為主，植被覆蓋度高，土壤保持服務(wù)供過于求。

從寧夏中部干旱帶4縣（區(qū)）土壤保持服務(wù)供需比變化趨勢來看（圖7）。2000—2010年土壤保持服務(wù)供需比小的區(qū)域占比較低，2010—2020年逐漸上升。供需比差值減少的區(qū)域占比較少且主要分布在紅寺堡區(qū)，源于移民區(qū)土地利用的合理規(guī)劃與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整；供需比差值增加的區(qū)域占大部分且主要分布在海原縣、鹽池縣和同心縣南部，供需比差值增加的高值主要分布在鹽池縣。

3.4寧夏中部干旱帶土壤保持服務(wù)供需風(fēng)險分析基于土地利用需求的增加，供需差加大，帶來土地和生態(tài)的雙重風(fēng)險。應(yīng)確定是否面臨生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給不足的風(fēng)險、風(fēng)險程度、演變趨勢，以加強風(fēng)險管理管控。該研究以寧夏中部4縣（區(qū)）土壤保持服務(wù)供求關(guān)系為研究對象，綜合考慮供需雙方的需求，基于風(fēng)險視角，構(gòu)建土壤保持服務(wù)供需風(fēng)險分級體系，強化風(fēng)險的辨識和識別，為土壤保持服務(wù)管理提供方法和思路。

3.4.1土壤保持服務(wù)供需風(fēng)險等級劃分。根據(jù)土壤保持服務(wù)需求與供給趨勢、供需比及供需比趨勢4個指標(biāo)構(gòu)建土壤保持服務(wù)供需風(fēng)險指標(biāo)體系并劃分土壤保持服務(wù)供需風(fēng)險等級[20]。借鑒Maron等[10]分類標(biāo)準(zhǔn)，將土壤保持服務(wù)供需風(fēng)險劃分6個等級（圖8）。高風(fēng)險等級代碼為I＼～IV分別對應(yīng)極度瀕危、瀕危、危險、供給不足；低風(fēng)險等級代碼為V和VI，分別對應(yīng)脆弱和安全。

3.4.2供需風(fēng)險識別與轉(zhuǎn)化?？臻g上，寧夏中部干旱帶土壤保持供需風(fēng)險等級主要以 和VI級為主，主要是由于供給不足造成的（圖8）。高風(fēng)險（I＼～IV）區(qū)域占區(qū)域總面積的比例較低，占比為 9 . 1 0 % ，區(qū)域內(nèi)的未利用地和建設(shè)用地是主要分布區(qū)，土壤侵蝕狀況較嚴(yán)重，地區(qū)集中在紅寺堡區(qū)、海原縣、鹽池縣北部和同心縣西北部，分布較為集中。低風(fēng)險等級（V和VI）占區(qū)域的比值是 9 1 . 9 0 % ，分布廣泛，低風(fēng)險等級區(qū)域內(nèi)需求水平小于供給水平。第V級分布范圍最廣，主要集中在各區(qū)域的林草分布區(qū)，該區(qū)域土壤保持服務(wù)供給能力能滿足當(dāng)?shù)匦枨?，且供需比不斷提高，服?wù)供需呈安全狀態(tài)；第VI級分布耕地居多，占寧夏中部干旱帶4縣（區(qū)）總面積的 2 3 . 9 5 % ，該區(qū)域雖然土壤保持服務(wù)能滿足需求，但供需比降低，有供給不足的潛在危險。

將2000—2010、2010—2020、2000—2020 年寧夏中部干旱帶4縣（區(qū)）土壤保持服務(wù)供需比、供需比趨勢、供給趨勢和需求趨勢進行風(fēng)險合并，對供需風(fēng)險等級進行劃分得到：20年間年寧夏中部干旱帶土壤保持服務(wù)供需矛盾突出，高風(fēng)險等級由2000—2010年的 6 . 0 2 % 增加到2010—2010年的9 . 7 8 % ，土壤保持服務(wù)風(fēng)險轉(zhuǎn)化幅度增加（圖9），具體表現(xiàn)為V級轉(zhuǎn)換為V級，V級轉(zhuǎn)換為II級，土壤保持服務(wù)供需風(fēng)險有所升高。

4基于土壤保持服務(wù)供需風(fēng)險的優(yōu)化策略

（1）供給方面。首先，建立和完善土地利用與管理保護制度，保證耕地紅線及質(zhì)量，加強科技投入推廣應(yīng)用，提高土地生產(chǎn)效率；其次，科學(xué)合理地規(guī)劃利用土地、合理配置資源、提高土地利用效率；最后，因地制宜，建設(shè)高質(zhì)量農(nóng)田、發(fā)展特色產(chǎn)業(yè)，充分發(fā)揮生態(tài)優(yōu)勢，生態(tài)旅游等產(chǎn)業(yè)，形成經(jīng)濟-生態(tài)協(xié)同高質(zhì)量發(fā)展新格局。

（2）需求方面。未來建設(shè)應(yīng)以生態(tài)經(jīng)濟為導(dǎo)向，在實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)空間結(jié)構(gòu)調(diào)整的同時，保證區(qū)域社會經(jīng)濟的良性發(fā)展前提下，以多種形式推進生態(tài)空間優(yōu)化，提高自然生態(tài)系統(tǒng)功能。從經(jīng)濟發(fā)展角度，調(diào)整經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和人口結(jié)構(gòu)以改變需求結(jié)構(gòu)，保證耕地的面積和質(zhì)量，確保糧食安全，從生態(tài)建設(shè)的角度加強建設(shè)和治理，提高建設(shè)用地空間利用效率。

（3）風(fēng)險管理方面。樹立土地利用的風(fēng)險意識和認(rèn)知，完善風(fēng)險預(yù)警管理機制與政策，加強對人類行為的管控。在瀕危ⅡI區(qū)，應(yīng)高度重視土壤保持供需風(fēng)險問題，降低人類活動對生態(tài)環(huán)境的擾動，加強對區(qū)域內(nèi)耕地、未利用地和退化草地的管理；在危險III區(qū)，其供需協(xié)同關(guān)系不協(xié)調(diào)，需要重點構(gòu)建生態(tài)體系和價值功能，以產(chǎn)業(yè)的生態(tài)化引導(dǎo)，開展生態(tài)修復(fù)和生態(tài)重建等綜合措施，增強抵御風(fēng)險的能力；在供給不足IV區(qū)，要加強對森林的管理，把重點放在林草恢復(fù)和提高植被覆蓋率上，建設(shè)生態(tài)廊道，加強生物多樣性的保護，保證棲息地的連通，提高環(huán)境容量；對于V型脆弱地區(qū)，人口密集地區(qū)的供求關(guān)系比較緊張，要強化土地集約利用，提升低價值用地的使用效率，并建設(shè)水土資源協(xié)同治理、康養(yǎng)生態(tài)宜居等環(huán)境保護工程；在安全VI區(qū)，根據(jù)自身的生態(tài)承載力，對土地使用結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高生態(tài)經(jīng)濟效益，對已有的資源進行合理的保護和利用，防止水土環(huán)境出現(xiàn)供需失衡的情況。

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