吉林西部鹽堿地開發利用生態效應及格局優化
——以吉林省白城市鎮賚縣為例

王晶瀅，王冬艷，楊月穩

（吉林大學 地球科學學院，吉林 長春130061）

土地鹽堿化是制約灌溉農業可持續發展的主要威脅之一，不僅影響了區域的糧食產能，還對生態環境產生了嚴重危害［1，2］。原生鹽堿化問題嚴重區域多分布于干旱或半干旱地區，此類地區生態環境十分脆弱［3］，而在開發治理過程中如忽視水土資源狀況和地形等條件，則會導致次生鹽堿化的發生，產生生態環境負效應［4，5］。因此，鹽堿地的開發利用應因地制宜、精準引導［6，7］，客觀定量評估開發治理前后生態環境變化，從而科學合理制定鹽堿地開發工程的建設時序與布局，以促進區域水土平衡與水鹽平衡。

目前國內外針對鹽堿地開發利用已有諸多實際舉措，如倫敦鹽堿區濕地公園［8］、美國環境—農業綜合治理工程［9］、澳大利亞鹽度和水質行動計劃等［10-12］和我國西北、華北、東北鹽漬區實施的農田林網工程、林業生態工程、人工濕地生態工程等［13，14］。這些措施雖然在一定程度上緩解了土地鹽堿化問題，但是同時也暴露出鹽堿地的一些開發利用方式（如改水田等）的弊端。孫廣友、王海霞［15］指出，松嫩平原鹽堿地大規模開發可能使松花江等水體受到污染，產生土壤次生鹽堿化的風險；曲洋、董延超、張鶴［16］認為，鹽堿地開發增加了溫室氣體排放，在特定條件下可能使莫莫格、查干湖濕地逐步鹽湖化。但上述研究多數僅對鹽堿地開發治理的潛在威脅進行了定性描述，針對不同鹽堿地開發利用方式所產生的生態效應則少有定量研究，如何通過趨利避害的規劃手段實現鹽堿地開發治理工程的精準化缺乏有效證據。因此，對鹽堿地開發利用前后的區域生態系統服務價值變化進行估算，并依據生態系統服務的供需狀況進行鹽堿地開發格局優化是十分必要的。

吉林省西部農牧交錯帶是我國土地次生鹽堿化最嚴重的地區之一［17］，也是典型的生態環境脆弱區［18］。2007 年以來，吉林省通過實施西部土地開發整理重大項目，建設“引嫩入白”等水利設施，使西部生態環境得到明顯改善，但受制于耕地需水量大且干旱區水源短缺的情況［19］，不合理的灌溉與強烈的地表水蒸發過程極易導致土地次生鹽堿化的問題，亟需科學引導。鑒于此，本文以吉林省白城市鎮賚縣為例，基于當量因子法對該縣鹽堿地開發利用前后的生態系統服務價值變化進行了估算，并依據生態系統服務供需的空間差異對鹽堿地開發治理格局進行了優化，旨在為東北蘇打鹽堿地區的國土空間生態修復提供依據。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

鎮賚縣地處吉林、黑龍江、內蒙古3 省區的結合部，位于122°47′—124°04′E、45°28′—46°18′N，隸屬于吉林省白城市，是松嫩平原和科爾沁草原交融匯聚地帶。2007 年，鎮賚縣開始實施土地開發整理重大項目和農田水利建設，其基本思路是“引嫩入白”，即利用西流松花江和嫩江兩條河流將鹽堿地開發成水田，形成大面積“人工濕地”。在實現“以水排堿、以稻治堿”的同時，稻田棄水進入天然濕地，有利于濕地保護，促進生態平衡。從2010 年起，該區域陸續實施造林工程、河湖泡塘連通工程等，使得濕地、森林、草原、水域面積增長，在一定程度上阻止了土地鹽堿化問題的擴散蔓延。

1.2 數據來源

本研究數據包括土地利用數據、NPP數據、社會統計數據。土地利用數據主要來源于Landsat 影像的目視解譯（數據下載于USGS，網址為https：//earthexplorer.usgs.gov/），其 中2009 年 為Landsat5 TM 影像，空間分辨率30m；2018 年為Landsat8 OLI影像，進行多光譜波段與全色波段合成后空間分辨率為15m，行列號均為120/28。依據“中國土地利用/土地覆蓋遙感監測數據分類系統”，并結合研究區實際情況，將土地利用類型劃分為旱地、水田、林地、草地、水域、鹽堿地、濕地、未利用土地。與土地利用調查數據庫的比對結果顯示，土地利用數據總體分類精度達到95%以上，Kappa系數大于0.90，滿足研究需求。NPP數據由改進的CASA 模型計算獲取，糧食產量、價格等統計數據取自于對應時期的《吉林省統計年鑒》《全國農產品成本收益資料匯編》。

2 研究方法

2.1 生態系統服務價值核算標準

本文采用Costanza［20，21］提出的當量因子法，以謝高地等［22-25］制定的中國陸地生態系統服務價值當量因子表為基礎，結合吉林省農業生產投入產出情況［26］及相關研究成果［27，28］，以吉林省地均糧食產量水平對1 個標準當量因子的生態服務價值量進行修正。同時，考慮到生態系統時空異質性，根據生態系統凈初級生產力（NPP）數據，制定了鎮賚縣單位面積生態系統服務價值系數表（表1）。其中，修正系數的表達式為：

式中，CCi為第i 類陸地生態系統的修正系數；NPPi為我國第i 類陸地生態系統的凈初級生產力；NPPwi為鎮賚縣第i 類陸地生態系統的凈初級生產力［29- 33］。

表1 鎮賚縣單位面積生態系統服務價值（元/hm2·a）

2.2 生態系統服務價值評估方法

本文以土地利用類型面積為基礎，并根據表1對研究區生態系統服務價值進行評估，具體計算公式如下：

式中，ESV 為研究區生態系統服務價值總量（元）；Ak為土地利用類型k 的面積（hm2）；VCk為第k類土地利用類型對應的生態系統服務價值系數（元／hm2·a）；ESVf為第f 項生態系統服務價值；VCfk是第k種土地利用類型第f項服務價值系數［34］。同時，本文針對ESV 空間變化的量算，經測試后選取5km×5km格網尺度進行結果呈現。

2.3 生態系統服務供求評價指標體系

生態系統服務供給狀況由ESV 的計算結果表示；生態系統服務需求方面，結合前人的研究體系［35，36］，考慮到研究區干旱半干旱氣候特征和鹽堿地的開發利用情況，分別從土地需求、人口需求、經濟需求、水源需求和農業發展需求等5 個方面進行評估（表2），應用熵權法進行綜合評價。為了消除變量單位對結果的影響，本文將各指標進行無量綱化處理。

表2 生態系統服務需求評價指標體系

2.4 生態系統服務供求關系構建

本文將核算出的生態系統服務供給與需求利用Z- score方法進行數據標準化，計算公式為：

式中，x為標準化之后生態系統服務供給與需求得分；xi為鎮賚縣第i 個鄉（鎮）的生態系統服務供給與需求得分；x′為鎮賚縣平均值；s 為鎮賚縣標準差；n為鄉（鎮）數。

3 結果及分析

3.1 鹽堿地變化及開發利用狀況

2009—2018 年，白城市鎮賚縣鹽堿地開發治理規模較大，治理面積約為4.94 萬hm2（圖1），整體開發利用比例約為56.09%，且主要分布在該縣的中西部（圖2）。依照鹽堿地開發的規模大小將開發治理類型劃分為轉水田、轉濕地、轉水域、轉草地、轉旱地5 種，其遙感影像解譯標識變化見圖3。其中，開發為水田的鹽堿地占比最大，達25.72%，主要分布在鎮賚縣西北部的哈吐氣蒙古族鄉、坦途鎮和建平鄉；轉濕地和轉水域兩種類型的空間分布特征相似，主要集中在莫莫格蒙古族鄉，其為吉林省西部莫莫格濕地的主要分布區之一。

圖1 2009—2018 年鹽堿地面積變化示意圖

圖2 鹽堿地開發利用類型空間分布

圖3 鹽堿地開發利用類型遙感標識

3.2 鹽堿地開發利用的ESV變化

2009—2018 年，鎮賚縣通過開發利用鹽堿地，提升生態系統服務價值共計9.35 億元。其中，鹽堿地轉濕地、轉水域對ESV 的貢獻遠高于其他類型，兩者帶來的ESV 增長量分別占ESV 變化總量的57.62%和41.01%，主要體現在水資源供給和凈化環境方面，是改善區域生態環境、提高生態系統服務功能的關鍵因素；而轉水田是唯一使得ESV 明顯下降的鹽堿地開發利用方式，主要體現在水田脆弱的水資源供給功能和土壤保持功能。總體來看，鹽堿地的開發利用對生態系統各項服務功能均有提升，其中凈化環境功能、水資源供給功能和氣候調節功能增幅最大（表3）。

分析單位面積的生態系統服務價值空間變化可知（圖4），通過對鹽堿地的開發利用，2009—2018 年鎮賚縣95%以上地區的生態環境得到了恢復。其中，莫莫格蒙古族鄉的生態系統服務價值提升最為顯著，與鹽堿地轉濕地、轉水域開發類型的ESV 大幅提升區域相吻合；而鹽堿地開發為水田或旱地對區域ESV的作用多數存在負面影響，且開發為水田的負效應要顯著高于旱地，在鎮賚縣北部的坦途鎮表現尤為明顯；鹽堿地轉草地具有較好的土壤保持、凈化環境和生物多樣性保護功能，對提高哈吐氣蒙古族鄉的ESV起到了重要作用。

表3 鹽堿地開發利用的生態系統服務價值變化表（單位：106元）

3.3 鹽堿地開發利用格局優化

鎮賚縣各鄉鎮的生態系統服務供給和需求具有顯著的空間異質性（圖5），供需均呈現“東高西低”分布，可開發利用面積占全縣總面積的49.74%。本文基于生態系統服務供需關系，按照鹽堿地可開發利用時序，將鎮賚縣劃分為濕地開發熱點區、水田開發潛力區、生態供需平衡區和生態重點保護區4類地區。

圖4 2009—2018 年鹽堿地開發利用的ESV變化

哈吐氣蒙古族鄉是唯一的“低供給—中需求”區域，現有生態資源已無法滿足當地生活和經濟發展需要，應優先開發該片區的鹽堿地，有效利用“引嫩入白”工程引入的水資源開發為人工濕地或水域等，顯著提升ESV的土地類型。建平鄉、大屯鎮等4 個鄉鎮為“中高供給—中低需求”區域，生態系統服務供大于需，可在水源充沛地區適當選擇轉水田的方式，但要注意合理灌排，避免次生鹽堿化和水體污染發生。如大屯鎮東部有哈爾撓水庫和大面積內陸灘涂分布，可用于灌溉的水資源較為充足，而鎮賚縣西部的建平鄉水資源稟賦較為薄弱，應因地制宜推廣羊草等耐鹽堿植物的種植，建造防護林，調節區域小氣候。鎮賚鎮、五棵樹鎮等4 個鄉鎮生態系統服務供求關系表現為“中低供給—中低需求”，具有較好的生態資源稟賦和較充足的鹽堿地持續開發利用潛力，可結合當地地表水分布情況進行開發。如東屏鎮、坦途鎮可充分利用洋沙泡供給的水資源探索人工濕地生態工程建設。依托莫莫格國家濕地公園和鎮賚縣東部豐富的水資源，莫莫格蒙古族鄉和沿江鎮表現為“高供給—高需求”，但可開發利用空間有限，可建設自然保護區對珍稀物種進行重點保護，提高生物多樣性，推動生態旅游發展。

圖5 生態系統服務供需空間分異及鹽堿地開發利用格局

4 討論

2009—2018 年，白城市鎮賚縣鹽堿地開發利用的過程中，生態系統服務價值的提升主要來源于鹽堿地向濕地和水域的轉化。其中，濕地和水域集中分布地區（如莫莫格國家濕地公園）是鎮賚縣ESV主要升值區，為周邊提供了大量的生態系統服務；而鹽堿地開發為水田后在水資源供給和土壤保持等方面則出現了較為顯著的生態環境負效應，其所需水源對吉林西部的水資源配置、灌排配套系統提出了更高的要求［37，38］，與轉水域和轉濕地兩種鹽堿地開發利用方式存在明顯的競爭關系［7］，且開墾之后由于當地水資源供應不足存在次年棄耕的風險，是吉林省西部鹽堿地開發治理過程中須慎重處理的一種類型。根據生態脆弱區生態系統服務供需狀況的空間差異可較清楚地了解其供給缺口規模和具體位置，針對供需差異性較大的開發熱點區，可結合其地表水源分布情況適當設定人工濕地等開發后生態系統服務功能提升顯著的工程治理類型；針對供給缺口較小，且地表水源供給不充足區域，可適當規劃為轉旱地或轉草地等開發類型；針對地表水缺乏區域，應盡量避免大規模水田開發，防止次生鹽堿化和水體污染的發生［39］。

當前，全球增溫已導致干旱區擴大、水資源短缺、糧食減產等一系列問題［40］，人地矛盾也愈演愈烈。鹽堿地作為主要耕地后備資源類型，在不破壞生態系統平衡的前提下進行合理開發利用，對促進人地關系和諧、保障國家糧食安全具有重要意義。

5 結論

吉林省西部地區作為我國主要的蘇打鹽堿土集中分布區，其鹽堿地資源的合理開發利用對提高當地糧食產能、保護脆弱的生態環境至關重要。本文以吉林省白城市鎮賚縣為例，對該縣2009—2018 年不同類型的鹽堿地開發利用過程進行了ESV 變化的估算，同時以其生態系統服務供給和需求的空間差異為主要依據進行了鹽堿地開發治理的格局優化，得出以下主要結論：①2009—2018 年鎮賚縣開發治理鹽堿地約4.94 萬hm2，占期初鹽堿地總面積的56.09%，主要開發利用類型按規模大小可劃分為轉水田、轉濕地、轉水域、轉草地、轉旱地。②研究區鹽堿地開發利用可提升ESV9.35 億元，其中開發為濕地或水域對ESV增長貢獻最大，而開發為水田具有顯著的生態環境負效應；空間分布方面，莫莫格蒙古族鄉鹽堿地轉濕地帶來的ESV 提升最為顯著，坦途鎮鹽堿地開發為水田導致ESV 有一定程度的下降。③依照研究區生態系統服務功能供需的空間差異，將研究區劃分為濕地開發熱點區、水田開發潛力區、生態供需平衡區和生態重點保護區，建議建設時序為優先開發濕地開發熱點區和水田開發潛力區。開發利用方向上，建議對哈吐氣蒙古族鄉等生態系統服務供給缺口大、水資源地理優勢明顯區域進行人工濕地工程類開發整治；針對建平鄉等生態系統服務供大于需的區域，適當選擇轉水田的開發類型；坦途鎮等生態系統服務供需較為平衡區域可根據當地水資源供給情況選擇開發為濕地、水域或草地、旱地；莫莫格蒙古族鄉等“高供給—高需求”區域則應重點保護現有生態資源。

由于生態系統的復雜性、多維性和當量因子法在一定程度上的局限性，若因此能細化土地利用類型，通過更高分辨率的遙感影像獲取數據，研究結果的精度將進一步提高。