呼倫貝爾沙地生態系統服務價值變化

巴之丹劉佳雨

(1.吉林師范大學旅游與地理科學學院，吉林 四平 136000；2.吉林師范大學附屬小學，吉林 四平 136000)

土地利用變化影響生態系統的結構及功能[1]，是影響生態系統服務功能變化的主要因素[2]。生態系統服務功能是評價區域可持續發展的主要視角[3]，生態系統服務功能變化會在很大程度上影響土地利用的結構和效率，從而影響人類社會經濟的可持續發展[4]。研究土地利用變化對生態系統服務價值的影響，對于分析區域生態環境狀況變化，提高地區土地利用水平具有十分重要的意義[5]。隨著遙感技術和地理信息系統技術的快速發展，RS和GIS技術在土地利用變化研究中的應用也逐漸增多[6]，利用RS和GIS技術研究區域土地利用變化，并估算生態系統服務價值的變化，可為區域科學制定環境保護法規和生態補償方案以及區域的可持續發展提供決策參考[7]。

1 研究區概況

呼倫貝爾沙地位于呼倫貝爾草原中部，位于E117°12′～121°00′，N47°20′～49°50′，行政區劃上屬于新巴爾虎左旗、新巴爾虎右旗、海拉爾區和滿洲里市，整個研究區多為高平原地貌[8]，地勢由東向西逐漸降低，南部高于北部，以固定、半固定沙地為主[8]。屬于中溫帶半干旱氣候區，冬季漫長，寒冷干燥，夏季短暫，溫涼相對濕潤[9]。平均年降雨量約為346.5mm，多集中于6—8月，每年的平均氣溫為-1.2℃，7月最熱，1月最冷，年均無霜期121d，年均日照時數2701.5h[10]。土壤一般呈酸性或弱酸性，土壤類型為風沙土，土層較厚，研究區林下基本無灌木，多為草本植物，主要包括羊草(Leymus chinensis)和針茅(Stipa grandis)[10]。

2 數據來源與處理

本研究基于中國科學院資源環境數據中心[11](http://www.resdc.cn/data)獲得土地利用數據，通過遙感影像解譯出呼倫貝爾沙地1990—2020年4a的土地利用數據，分辨率為30m×30m，其中包括耕地、林地、草地、水域、城鄉工礦居民用地、沙地以及其它未利用土地。

3 研究方法

本研究參考謝高地等[12]提出的“單位面積價值當量因子法”對呼倫貝爾沙地ESV進行估算，基于呼倫貝爾沙地1990—2020年相應統計資料，計算不同時期“1個標準當量因子的生態系統服務價值量(Ea)”，并對其進行支付意愿系數修正[13]，取4期均值作為最終Ea值，Ea的計算公式：

(1)

(2)

式中，R為t年支付意愿系數；i表示作物種類；m為t年作物的種植面積，hm2；p為t年作物價格，元·kg-1；q為t年作物單產，kg·hm-2；M為t年作物總種植面積，hm2[14]。

以研究區4期土地利用數據為基礎計算ESV?？紤]呼倫貝爾沙地土地利用類型，結合謝高地等制定的單位面積生態系統服務價值的基礎當量表對生態系統服務價值系數進行修正，其中，本文的耕地、林地、草地、沙地、水域分別對應二級生態系統分類中的旱地、闊葉林、草甸、裸地、水系，除此之外的所有土地歸為其它用地，基于此獲得研究區單位面積生態系統服務價值當量表，見表1。計算研究區ESV的公式：

(3)

式中，Aj為第j類土地利用類型的面積，hm2；Brj為單位面積第j類土地利用類型第r種服務類型服務價值當量。

表1 呼倫貝爾沙地單位面積生態系統服務價值當量

4 結果分析

4.1 土地利用變化分析

1990—2020年間，各類用地都發生了不同程度的變化，見表2。草地面積減少幅度最大，共減少了9537.32km2，2000—2010年間減少最快，減少了9289.46km2。耕地面積呈現“下降—增長—下降”波動變化，1990—2020年間共增加了280.17km2。林地面積呈現增加趨勢，共增加981.49km2。水域面積變化不大，1990—2020年間共增加了99.65km2。建設用地呈現穩定的增長趨勢，共增加了406.30km2。沙地面積增幅較大，共增加了1745.05km2，其中2000—2010年增加的最快，增加了1791.12km2。其它未利用土地增加幅度最大，共增加了6030.44km2。

表2 1990—2020年呼倫貝爾沙地土地利用面積

4.2 生態系統服務價值變化分析

4.2.1 生態系統服務總價值變化特征

1990—2020年，呼倫貝爾沙地ESV總體呈現增加趨勢，由1990年的27436.27億元增加到2020年的39073.05億元，見表3，增加了11636.78億元，增加幅度達42.41%，年均遞增率為1.41%。從呼倫貝爾沙地1990—2020年4期不同土地利用類型的ESV來看，耕地、林地、水域、沙地和其它未利用土地ESV量呈現增加趨勢，分別增加了11.23億元、225.25億元、125.17億元、19.37億元和12374.48億元；草地ESV呈現減少的趨勢，減少了1118.73億元。

表3 1990—2020年呼倫貝爾沙地生態系統服務總價值變化

4.2.2 生態系統服務單項價值變化特征

1990—2020年，各個單項ESV對生態系統服務價值總量貢獻最大的依次為生物多樣性、水文調節及氣候調節，見表4，其中生物多樣性的ESV達到了10000億元以上，1990—2020年的生物多樣性ESV分別為10950.44億元、10827.70億元、19958.71億元和21378.69億元，分別占各期ESV總量的39.91%、39.46%、53.56%和54.71%；食物生產、原料生產、維持養分循環和美學景觀的ESV貢獻率較少。食物生產、水資源供給、土壤保持和生物多樣性均處于增加的趨勢，生物多樣性增加的ESV最多，為10428.25億元，其次為水資源供給和土壤保持，增加的ESV分別為921.72億元和518.85億元；而原料生產等其余服務項目均處于減少的趨勢，氣候調節減少的ESV最多，為220.77億元，其次為氣體調節和水文調節，減少的ESV分別為111.48億元和57.95億元。

表4 1990—2020年呼倫貝爾沙地生態系統服務功能價值變化

4.3 敏感性分析

相關研究利用敏感性指數(coefficient of sensitivity，CS)確定ESV的變化對VC變化的影響程度。CS的含義是指ESV隨VC變動的變化情況，若敏感性指數>1，表明ESV對VC是具有彈性的[15]；若敏感性指數<1，則表明ESV對VC是缺乏彈性的[16]。CS的數值越大，則說明VC的正確性越重要[17]。

敏感性指數計算公式：

(4)

式中，ESV為生態系統服務價值，元；VC為生態價值系數，元·hm-2·a-1；k為研究區內某土地利用類型；i代表初始價值；j代表生態價值系數調整后的價值[17]。

根據CS計算公式，為分析和計算方便，將VC分別上下調整50%，計算呼倫貝爾沙地1990—2020年的VC對ESV影響的敏感性指數變化曲線。結果顯示，CS最高值為0.96，見圖1，ESV對VC的敏感性指數均不大于1，研究區內ESV對VC是缺乏彈性的，研究結果的正確性較高。

圖1 ESV敏感性指數變化曲線

5 結論

1990—2020年，草地和林地是呼倫貝爾沙地主要土地利用類型，土地利用結構發生了明顯變化，土地利用動態度表現為林地和沙地增加幅度較大，水域、耕地增加幅度較小，整體土地利用變化較為平緩。由于城市化不斷發展，建筑用地不斷擴張，草地被侵占，與此同時，草地被開墾為耕地的現象嚴重，導致草地面積減少。

1990—2020年，呼倫貝爾沙地生態系統服務價值呈上升趨勢，林地和水域是呼倫貝爾沙地生態系統服務價值構成的主體。生態系統單項服務價值以生物多樣性、水文調節和氣候調節為主，研究區內林地、水域面積在研究期內增加，使得生物多樣性、水文調節等生態系統單項服務價值增加，這也是呼倫貝爾沙地生態系統服務價值增加的主要原因。

1990—2020年，其它未利用土地對ESV變化的生態貢獻率最大，其生態貢獻率為51.68%，草地以21.90%的生態貢獻率居第2位，第3是林地。草地、林地和其它未利用地的生態貢獻率之和超過了88%，是呼倫貝爾沙地生態系統服務價值變化的主要影響因子。