科爾沁沙地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化研究

摘要 研究土地利用變化引起的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的改變，可定量評(píng)價(jià)土地利用活動(dòng)對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響。基于1995年和2000年的土地利用數(shù)據(jù)，應(yīng)用謝高地等人制定的中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價(jià)值表，估算了科爾沁沙地土地利用變化引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的改變。結(jié)果表明，從1995-2000年5年間，科爾沁沙地的耕地增加4.87%，林地減少2.25%，草地減少0.03%，水域減少1.32%，濕地增加0.54%，城鄉(xiāng)工礦居民用地減少3.21%，未利用地減少8.83%；研究區(qū)內(nèi)土地利用變化的區(qū)域差異性很大，表現(xiàn)為大部分旗縣仍維持著毀林毀草開荒的不合理土地利用活動(dòng)。科爾沁沙地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值從1995年的1 463.67億元增加到2000年的1 467.36億元，凈增加值為3.69億元，增幅為0.25%；其增加值并非因耕地面積增大所產(chǎn)生，而是個(gè)別旗縣的大面積沙荒地得到有效治理所致。

關(guān)鍵詞 土地利用變化；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)；生態(tài)價(jià)值；科爾沁沙地

中圖分類號(hào) F 062.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 1002-2104(2007)03-0060-06

土地是陸地自然生態(tài)系統(tǒng)的載體，是人類賴以生存和發(fā)展的最基本的自然資源^[1]。土地利用是人與自然生態(tài)系統(tǒng)交叉最為密切的環(huán)節(jié)，它在帶給人類巨大直接利用價(jià)值的同時(shí)，還兼具改變陸地表層生物地球化學(xué)循環(huán)過程的間接生態(tài)價(jià)值^[2]。由此，土地利用以及由此導(dǎo)致的土地覆蓋變化對(duì)維持自然生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與自然資源的可持續(xù)利用起著決定性的作用^[3，4]。然而，生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能大多是公益性的，尚不能直接通過市場(chǎng)反映出來(lái)。正是由于人類對(duì)這些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能認(rèn)識(shí)的局限性，長(zhǎng)期以來(lái)， 在環(huán)境演變的敏感地帶，尤其是在我國(guó)北方半干旱農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)，土地利用一直是以耗散環(huán)境的服務(wù)價(jià)值來(lái)獲得產(chǎn)品服務(wù)功能最大輸出的非持續(xù)型方式發(fā)展，這種以草地開墾、超載過牧為主體的土地利用活動(dòng)，加速了區(qū)域環(huán)境的沙漠化過程，導(dǎo)致區(qū)域經(jīng)濟(jì)、生態(tài)雙重滯后的局面。由此，量化研究農(nóng)牧交錯(cuò)生態(tài)脆弱區(qū)土地利用的生態(tài)服務(wù)價(jià)值是迫切需要的。有鑒于此，本研究以地處半干旱農(nóng)牧交錯(cuò)帶的科爾沁沙地為研究區(qū)域，估算土地利用變化引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的改變情況，定量地評(píng)價(jià)土地利用活動(dòng)對(duì)沙地生態(tài)環(huán)境的影響，旨在為研究區(qū)建立可持續(xù)發(fā)展的土地利用模式，促進(jìn)退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建的進(jìn)程以及制定區(qū)域生態(tài)安全管理決策提供基本的理論支持。

1 研究區(qū)概況及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

科爾沁沙地位于我國(guó)東北地區(qū)西部，西起燕山山系的七老圖山，東至松遼平原西部，南以努魯爾虎山為界，北接大興安嶺山地南緣。地理坐標(biāo)為42°41′～45°15′N，118°35′～123°30′E。沙地的主體處在西遼河下游干、支流沿岸的沖積平原上，北部沙地零散分布在大興安嶺山前沖積洪積臺(tái)地上^[5]。行政區(qū)域包括了內(nèi)蒙古自治區(qū)東部的17個(gè)旗（縣、區(qū)），主要分布在通遼市、赤峰市和興安盟的科右中旗，并涉及遼寧省彰武縣、康平縣的部分區(qū)域和吉林省通榆縣的部分區(qū)域，沙地總面積5.18萬(wàn)km²（1994年全國(guó)荒漠化普查數(shù)據(jù)），約占行政區(qū)域總面積（16.46萬(wàn)km²）的31.5%。

科爾沁沙地處于東北平原向內(nèi)蒙古高原的過渡地帶，氣候具有從暖溫帶向溫帶、半濕潤(rùn)區(qū)向半干旱區(qū)過渡的特點(diǎn)，年太陽(yáng)總輻射5 200～5 400MJ/m²，年日照時(shí)數(shù)2 900～3 100h，年平均氣溫5.2～6.4℃；年降水量343～500mm，降水空間分布為北部少南部多，西部少東部多，年降水的70%～75%以上集中在6、7、8三個(gè)月，冬春季降水僅占全年降水量的11%～16%；年平均風(fēng)速3.5～4.5m/s，其中1～3月平均風(fēng)速可達(dá)5.0～6.0 m/s，一年內(nèi)大風(fēng)日數(shù)平均為21～80d，冬春兩季大風(fēng)頻率可占全年的69～81%^[6]。區(qū)內(nèi)主要土壤類型有栗鈣土、黑壚土、沙土、草甸土和鹽堿土等；原生植被景觀為典型草原到森林草原的過渡類型——疏林草原，是傳統(tǒng)的宜牧地區(qū)。然而近100多年來(lái)，由于受干旱多風(fēng)等氣候因素和濫墾、過牧、過度樵采等人類不合理的土地利用活動(dòng)的影響，其原生景觀已被沙丘、沙壟和丘間低地相間分布的沙地景觀所替代。已有研究表明，該區(qū)域2000年的沙漠化土地面積為5.02km²，占全國(guó)沙漠化土地的47.5%^[6] ，是我國(guó)沙漠化危害最為嚴(yán)重的區(qū)域之一。目前，科爾沁沙地正以1.9%的速度在擴(kuò)展^[5]。

1.2 研究方法

1.2.1 土地利用數(shù)據(jù)與歸類

研究區(qū)1995年和2000年的土地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)中的全國(guó)1∶10萬(wàn)土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)。該數(shù)據(jù)為土地資源的二級(jí)分類（25類），應(yīng)用時(shí)將其合并為耕地、林地、草地、水域、濕地、城鄉(xiāng)工礦居民用地和未利用地7個(gè)類型（見表1）。

土地類型二級(jí)類型含義耕地水田、旱地指種植農(nóng)作物的土地，包括熟耕地、新開荒地、休閑地、輪歇地、草田輪作地；以種植農(nóng)作物為主的農(nóng)果、農(nóng)桑、農(nóng)林用地林地有林地、灌木林地、疏林地、其他林地指生長(zhǎng)喬木、灌木等林業(yè)用地草地草地指以生長(zhǎng)草本植物為主，覆蓋度在5%以上的各類草地，包括以牧為主的灌叢草地和郁閉度在10%以下的疏林草地水域河渠、湖泊、水庫(kù)坑塘、灘地指天然陸地水域和水利設(shè)施用地濕地沼澤地指地勢(shì)平坦低洼，排水不暢，長(zhǎng)期潮濕，季節(jié)性積水或常積水，表層生長(zhǎng)濕生植物的土地城鄉(xiāng)工礦

居民用地城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)、其他建設(shè)用地指城鄉(xiāng)居民點(diǎn)及縣鎮(zhèn)以外的工礦、交通等用地未利用地沙地、鹽堿地、裸巖石礫地目前還未利用的土地，包括難利用的土地

1.2.2 土地資源動(dòng)態(tài)度計(jì)算

土地利用類型動(dòng)態(tài)度（K）指的是某研究區(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。

式中Ua、Ub分別為研究初期及研究末期某一種土地利用類型的數(shù)量；T為研究時(shí)段。當(dāng)T的時(shí)段設(shè)定為年時(shí)，K值就是該研究區(qū)某種土地利用類型的年變化率。

1.2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算

美國(guó)學(xué)者Constanza等人采用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)，對(duì)全球生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了估算^[8]，我國(guó)學(xué)者謝高地等人總結(jié)Constanza等的研究成果及不足之處，在對(duì)我國(guó)200位生態(tài)學(xué)者進(jìn)行問卷調(diào)查的基礎(chǔ)上，制定出中國(guó)不同陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值表^[9]，用于我國(guó)區(qū)域生態(tài)資產(chǎn)價(jià)值的評(píng)估。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)許多學(xué)者應(yīng)用Constanza等人的估算方法或謝高地等人的測(cè)評(píng)體系，對(duì)全國(guó)、海河上游農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)、黑河流域、吉林省以及三江平原生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了評(píng)估^{[7，10～13]}。考慮到科爾沁沙地地處半干旱農(nóng)牧交錯(cuò)帶的具體情況，本文采用謝高地等人制定的中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值表（見表2）^[9]來(lái)計(jì)算科爾沁沙地不同土地利用類型的氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)、土壤形成與保護(hù)、廢物處理、生物多樣性維持、食物生產(chǎn)、原材料生產(chǎn)、休閑娛樂共9種生態(tài)服務(wù)功能的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的計(jì)算公式為：

式中V為研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值（元）；Pij為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）；Ai為研究區(qū)內(nèi)土地利用類型i的分布面積（hm²）。

2.1 土地利用變化及分析

從科爾沁沙地1995年和2000年的土地利用類型及面積變化動(dòng)態(tài)度（見表3）看，全研究區(qū)草地和耕地面積所占比例較高，土地利用以農(nóng)、牧業(yè)為主。5年間，科爾沁沙地的耕地和濕地面積有所增加，其余類型面積均在減少。其中耕地明顯增多，面積增加了2 007．93km²，增幅為4．87%，年變化率為0．97%；未利用地明顯減少，面積減少了1 458．74km²，減幅為8．83%，年變化率為1．77%；林地和城鄉(xiāng)工礦用地面積有所減少，年變化率分別為0．45%和0．64%；草地、水域和濕地面積變幅很小，年變化率僅為0．01%～0．26%。

從研究區(qū)各旗縣2期土地利用類型面積變化數(shù)據(jù)（見表4）看出，5年間，科爾沁沙地土地利用變化的區(qū)域差異性較大，表現(xiàn)為20個(gè)旗（縣、區(qū)）中有16個(gè)旗縣的耕地面積呈增加趨勢(shì)，其中12個(gè)旗縣的耕地增加部分主要由草地和林地轉(zhuǎn)換而來(lái)，以敖漢旗、科左后旗、翁牛特旗、奈曼旗和庫(kù)倫旗尤為突出，其耕地面積共增加了1 305．10km²，變化率為7．71%～12．59%，相應(yīng)地林地和草地面積分別減少了321．33km²和842．51km²，變化率分別為0．99%～21．42%和1．75%～9．13%；科左中旗的耕地面積增加了416．83km²，但其增加部分主要由城鄉(xiāng)工礦居民用地和未利用地轉(zhuǎn)換而來(lái)。此外，扎魯特旗（含霍林郭勒市）的草地增幅很大（變化率為11．61%），面積增加了1 050．92km²，幾乎平衡了整個(gè)科爾沁沙地喪失掉的草地面積，林地也增加了20．51km²，草地和林地的增加部分全部由未利用地轉(zhuǎn)換而來(lái)；科右中旗的濕地增幅較大（變化率為7．80%），面積增加了43．67km²，主要由草地、耕地轉(zhuǎn)換而來(lái)；康平縣、彰武縣和通榆縣的土地利用結(jié)構(gòu)則較為穩(wěn)定。

由此表明，在1995-2000年間，科爾沁沙地的主體部分僅有扎魯特旗（含霍林郭勒市）對(duì)其境內(nèi)61．64%的積沙荒地進(jìn)行了林草植被建設(shè)的有效治理，而大部分旗縣仍維持著毀林毀草開荒的不合理土地利用活動(dòng)。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化

科爾沁沙地1995年和2000年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值及其變化如表5所示。5年間，科爾沁沙地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值中草地的生態(tài)價(jià)值所占比例最高，達(dá)到34%，其次為林地，約占22%；耕地和濕地的生態(tài)價(jià)值接近，但耕地面積卻是濕地面積的近10倍；僅占總面積約3%的水域所產(chǎn)生的生態(tài)價(jià)值約為總價(jià)值的9%，而占總面積9%～10%的未利用地所產(chǎn)生的生態(tài)價(jià)值最小，僅為0.4%。

1995年科爾沁沙地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總額為1 463.67億元，2000年為1 467.36億元。5年間，沙地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增加了3.69億元，增幅為0.25%，平均每年增加了7 381萬(wàn)元，其中各種土地類型生態(tài)價(jià)值的變化幅度與土地利用類型面積的變化幅度相同。

從研究區(qū)各旗縣1995-2000年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化數(shù)據(jù)（見表6）看，5年間，科爾沁沙地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化的區(qū)域差異性亦很大，表現(xiàn)為凡是將草地、林地和濕地開墾為耕地的大部分旗縣的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值呈下降趨勢(shì)，以敖漢旗、科左后旗和翁牛特旗尤為突出。雖然這幾個(gè)旗縣因耕地面積增大后所產(chǎn)生的生態(tài)價(jià)值分別增加了2.80億元，1.51億元和1.05億元，但因林地和草地等地類面積減小導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值分別下降了2.57億元，4.08億元和1.04億元；扎魯特旗（含霍林郭勒市）則由于大面積的沙荒地得到有效治理后轉(zhuǎn)換為草地、林地、濕地和耕地，其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值顯著增大，增加了8.36億元，僅草地的生態(tài)價(jià)值就增加了6.73億元，占總增加部分的80.5%；科右中旗由于濕地面積大增，其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值增加了2.10億元；科左中旗由于大面積沙荒地和城鄉(xiāng)工礦居民用地轉(zhuǎn)換為耕地，其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值增加了1.56億元。

2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值構(gòu)成及變化

科爾沁沙地1995年和2000年的各項(xiàng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值如圖1所示。從其服務(wù)價(jià)值構(gòu)成看，研究區(qū)廢物處理、土壤形成與保護(hù)、水源涵養(yǎng)、氣候調(diào)節(jié)、生物多樣性保護(hù)、氣體調(diào)節(jié)等間接生態(tài)服務(wù)功能起主導(dǎo)作用，所產(chǎn)生的價(jià)值占總價(jià)值的88.9%，而食物生產(chǎn)和原材料等直接產(chǎn)出價(jià)值僅占總價(jià)值的7.3%，娛樂文化價(jià)值占總價(jià)值的3.8%。表4 科爾沁沙地各旗縣1995-2000年土地利用類型面積變化（km²）

5年間，科爾沁沙地生態(tài)系統(tǒng)各項(xiàng)服務(wù)價(jià)值的變化都很小，但區(qū)域差異性很大（見圖1）。例如敖漢旗除了食物生產(chǎn)產(chǎn)出價(jià)值增加了7．83%以外，其廢物處理、土壤形成與保護(hù)、水源涵養(yǎng)、氣候調(diào)節(jié)、生物多樣性保護(hù)、氣體調(diào)節(jié)等間接生態(tài)服務(wù)價(jià)值、原材料產(chǎn)出價(jià)值以及娛樂文化價(jià)值均呈下降趨勢(shì)，其中原材料產(chǎn)出價(jià)值和娛樂文化價(jià)值均下降了16．33%，氣體調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)、生物多樣性保護(hù)、土壤形成與保護(hù)以及氣候調(diào)節(jié)生態(tài)價(jià)值分別下降了8．75%，8．60%，6．68%，3．95%和3．42%；扎魯特旗（含霍林郭勒市）無(wú)論是直接產(chǎn)出價(jià)值還是間接生態(tài)服務(wù)價(jià)值均呈增

3 結(jié) 論

(1)科爾沁沙地草地和耕地面積所占比例較高，1995年和2000年分別為47．7%，25．1%和47．6%，26．3%。在1995年到2000年的5年時(shí)間里，科爾沁沙地土地利用結(jié)構(gòu)變化幅度較小，其耕地、林地、草地、水域、濕地、城鄉(xiāng)工礦用地和未利用地面積的變化率分別為4．87%，-2．25%，-0．03%，-1．32%，0．54%，-3．21%和-8．83%，但區(qū)域差異性較大，如敖漢旗的土地利用結(jié)構(gòu)變化較為劇烈，耕地、林地、草地、水域、濕地和未利用地面積變化的幅度分別為12．59%，-21．42%，-9．13%，-2．58%，10．94%和1．15%；奈曼旗耕地、林地、草地面積變化的幅度也很明顯，分別為11．14%，-4．51%和-8．34%，扎魯特旗（含霍林郭勒市）草地和未利用地面積變化的幅度十分顯著，分別為11．61%和-61．64%。

(2)科爾沁沙地生態(tài)系統(tǒng)廢物處理、土壤形成與保護(hù)、水源涵養(yǎng)、氣候調(diào)節(jié)、生物多樣性保護(hù)、氣體調(diào)節(jié)等間接生態(tài)服務(wù)功能起主導(dǎo)作用，所產(chǎn)生的生態(tài)價(jià)值占總價(jià)值的88．9%，而食物生產(chǎn)和原材料等直接產(chǎn)出價(jià)值僅占總價(jià)值的11．1%。在1995年到2000年的5年時(shí)間里，科爾沁沙地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值僅增加了3．69億元，增幅為0．25%，但區(qū)域差異性很大，如敖漢旗生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值下降了2．57億元；扎魯特旗（含霍林郭勒市）則由于大面積的沙荒地得到有效治理后其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值增加了8．36億元。

研究區(qū)各旗縣土地利用結(jié)構(gòu)及生態(tài)服務(wù)價(jià)值的變化趨勢(shì)表明， 1995-2000年5年間，科爾沁沙地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的增加實(shí)質(zhì)上并非因耕地面積的增加所產(chǎn)生，而主要是由于沙荒地轉(zhuǎn)換為草地、林地、濕地和耕地以及城鄉(xiāng)工礦居民用地轉(zhuǎn)換為耕地后引起的生態(tài)價(jià)值增值所致。敖漢旗和扎魯特旗（含霍林郭勒市）各項(xiàng)服務(wù)價(jià)值的變化趨勢(shì)進(jìn)一步表明，以犧牲生態(tài)環(huán)境作為代價(jià)可換得一時(shí)的直接經(jīng)濟(jì)利益，而注重環(huán)境的治理則可獲取生態(tài)、經(jīng)濟(jì)雙贏的效果。由此，有步驟地實(shí)施退耕還林還草生態(tài)工程，有效治理沙荒地，有效控制城鎮(zhèn)建設(shè)用地的擴(kuò)展，是恢復(fù)和提高科爾沁沙地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的有效途徑，也是該區(qū)域生態(tài)恢復(fù)重建的重要任務(wù)。

(編輯：李 琪)

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Effects of Land Use Change on Ecosystem Service Values

of Horqin Sandy Land

ZHANG Hua ZHANG Aiping YANG Jun

（College of Urban and Environment Sciences

Liaoning Normal University，Dalian Liaoning

116029， China）

Abstract Studying the changes of land use on ecosystem service values can assess quantitatively the effects of land use activity on the regional eco-environment. Based on the land use data of 1995 and 2000， and referring to the table of Chinese land ecosystem service value of unit area which was established by Xie Gaodi， etc.[KG-0.5mm]， the effects of land use change in Horqin Sandy Land on ecosystem service value were estimated. The result indicates that from 1995 to 2000， the area of farmland increased 4.87%， the area of forestland decreased 2.25%， and of grassland decreased 0.03%， of water bodies decreased 1.32%， of wetland increased 0.54%， and the land of rural-urban， industrial mining and residents reduced 3.21%， unused land decreased 8.83%. The land use in the study area were different from region to region， as most county kept abusing land by destroying forestland and grassland. The total ecosystem service value in Horqin Sandy Land increased from 146.367×109 yuan to 146.736×109 yuan in period of 1995-2000. There was 0.25% net increment of 369×106 yuan， and the increment was not caused by the extent of farmland， but by the effective management on the sandy land in some counties.

Key words land use change；ecosystem service；ecological value；Horqin Sandy Land

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。”