土地利用变化及生态系统服务价值响应

朱天龙，吕 君

(1.内蒙古师范大学 地理科学学院，内蒙古 呼和浩特 010022;2.内蒙古财经大学资源与环境经济学院，内蒙古 呼和浩特 010051)

土地利用(land utilization)是人类为达成一定目的，而在一定的土地上投施劳力或资本，以发挥土地功用的人类活动，是人类对土地的利用方式和使用状况［1］。人类利用土地的主要目的:一是生活资源的获得，二是生活与生产基地的供应。近些年，土地利用变化研究呈现出综合化和区域化的趋势。不仅研究土地生产利用与规划，还更多的偏重于土地利用的生态环境效益的影响与评价，同时区域尺度上的研究成为热点。

生态系统服务(Ecosystem Services)是指人类直接或间接从生态系统得到的利益，主要包括向经济社会系统输入有用物质和能量、接受和转化来自经济社会系统的废弃物，以及直接向人类社会成员提供服务(如人们普遍享用洁净空气、水等舒适性资源)［2］。土地利用变化是影响区域生态环境质量和生态系统服务功能的重要因子。不合理的土地利用不仅会对生态环境造成了破坏，也会对生态系统服务功能造成明显的损害。对土地利用的变化及其对生态系统功能的影响进行研究，对于了解区域生态环境变化、维持生态平衡、提高土地的利用效率以及促进区域经济与环境的协调发展均具有重要的意义［3，4］。

本文采用土地利用动态度、土地利用综合指数这两个定量化模型，对2003－2010年内蒙古包头市达尔罕茂明安联合旗(简称达茂旗)的土地利用变化及由土地利用变化所引起的生态系统服务价值的变化进行了分析。随着达茂旗土地利用的变化，其土地生态系统服务的经济价值也在发生相应变化，这就为达茂旗的土地可持续利用和生态环境保护提供决策支持。

一、研究区概况

达尔罕茂明安联合旗(简称达茂联合旗或达茂旗)，地处内蒙古高原，阴山北麓，位于内蒙古自治区中北部，是包头市唯一的边境少数民族地区，是内蒙古自治区19个边境旗(市)和33个牧业旗之一。地处北纬 41°20'－42°47'，东经 109°16'－111°25'。东与乌兰察布市四子王旗相接，西与乌拉特中旗毗邻，南与包头市固阳县、呼和浩特市武川县相邻，北与蒙古国接壤，国境线长88.6公里，总面积17410平方公里。全旗辖7个镇、1个苏木。有蒙古、回、满、朝鲜、达斡尔、鄂伦春、藏、苗、土家等15个民族，其中蒙古族1.83万，是一个以蒙古族为主体、汉族占多数、多民族聚居的边疆少数民族地区。该旗处中温带半干旱大陆性气候区，降水量少，多大风和沙尘暴，自然条件恶劣，生态环境脆弱。

截至2010年末，全旗总人口101486人，其中城镇人口44165人，城镇化水平达到43.5%，人口密度为0.06人/hm2，全旗国内生产总值119亿元。

二、数据来源和研究方法

(一)数据来源与处理

2003－2010年达茂旗土地利用变更数据来源于达茂旗国土资源局及达茂旗统计年鉴，并运用spss和excel软件进行数据处理。土地利用的分类系统参照国家2002年发行的《全国土地分类(试行)》标准，根据达茂旗的实际情况，将达茂旗的土地分为以下三大类7小类:(1)农用地:包括耕地、林地和牧草地三类;(2)建设用地:包括居民点及工矿用地、交通用地;(3)未利用地和水域。

(二)研究方法

本文采用实地调查法、文献资料法、土地利用类型动态度及生态系统服务价值评价等研究方法，对内蒙古自治区包头市达茂旗进行了研究，定性与定量相结合，分析了达茂旗2003－2010年土地利用类型的变化及其对达茂旗生态系统服务价值的影响，对达茂旗政府合理利用和调整土地利用类型提出了积极地意见。

三、达茂旗土地利用动态变化分析

(一)土地利用现状结构

截至2010年末，达茂旗土地总面积为1741000hm2。农用地总面积1633641hm2，占土地总面积的93.83%。其中:牧草地1529271hm2，占农用地总面积的93.6%;耕地76932hm2，占农用地总面积的4.71%;林地22254hm2，占农用地总面积的1.36%;其它农用地(包括畜禽养殖地、养殖水面和田坎等)面积为5184hm2，占农用地总面积的0.32%。建设用地(包括居民点工矿用地、交通运输用地和水利设施用地和其它建设用地)总面积8510hm2，占土地总面积的0.49%。其中:居民点工矿用地面积5481hm2，占建设用地总面积的64.4%;交通运输用地2018hm2，占建设用地总面积的23.7%;水利设施用地面积为248hm2，占建设用地总面积的2.9%;其它建设用地包括风景名胜设施及特殊用地等，面积为763hm2，占建设用地总面积的8.97%。未利用地(包括自然保留地和沙地、盐碱地)总面积98849hm2，占土地总面积的5.68%。

可以看出，牧草地是达茂旗的主要土地利用类型，该区域的重要基础是以牧草地为依托的畜牧业。牧草地和耕地合占该区土地总面积的比例高达92.3%，农牧交错、农牧结合为其主要经济特点。其他地类相比所占面积较小。达茂旗有林地面积偏小，森林覆盖率极低，使其保护草场和农田的生态效应难以发挥，生态环境十分脆弱。人均占有土地量大，达17.2hm2/人，人均占有耕地面积也相对大，达0.76hm2/人(中国人均耕地面积只有0.09hm2)，土地资源利用粗放，土地开发、整理的潜力也很大。

从2003年到2010年，达茂旗的农用地面积在大体上呈现下降的趋势，2010年与2003年相比，农用地面积减少了3252hm2;与之相反，达茂旗的建设用地面积却逐年增加，2010年比之2003年增加了1679hm2。

(二)土地利用动态度

土地利用动态度定量地描述了土地利用类型的变化速度，它对预测未来土地利用的变化趋势有积极的作用［5］。土地利用动态度包括单一土地动态度和综合土地利用动态度两种。

1.单一土地利用动态度

单一土地利用动态度是用来描述在一定时间范围内某一区域某种土地利用类型数量的变化速度。

其计算公式为:

式中:K为T时段内某种土地利用类型动态度;T为研究时段，当T设为年时，K为某种土地利用类型的年变化率。当K为正值时，表示该类土地的年增加率;K为负值时表示该类土地的年减少率;K的绝对值越大说明该类土地年变化率越大。Ua和Ub分别为研究初期和研究末期某种土地利用类型的数量。

2.综合土地利用动态度

综合土地利用动态度用于表征区域土地利用变化的速度［6］，是反映一定时间内某一研究区综合土地利用类型数量变化程度的指标。

其计算公式［7］为:

式中:LUi为监测初始时间第i类土地利用类型面积;T为监测时段，当T设定为年时，LC的值就是该研究区域土地利用年变化率;△LUi－j为监测时段第i类土地利用类型转为非i类土地利用类型面积的绝对值。

利用公式(1)和(2)计算出达茂旗不同土地利用类型的年变化率(表1)。由表1可看出2003－2010年达茂旗综合土地利用动态度为43.7%，土地利用类型变化率最大的是林地，为73%;其次是水域和居民点工矿用地，分别为7.66%和2.47%;年变化率最小的是未利用地，为0.23%。值得注意的是，虽然牧草地的年变化率很小，但是他的变化面积总量大的惊人，几乎是其它土地利用类型变化面积总和的2.7倍，这说明达茂旗草场退化严重，潜在的土地沙化严重威胁草场的质量，进而影响当地的畜牧业。造成各类用地变化的原因:近年来，以干旱为主的自然灾害频繁发生，尤其是沙尘暴发生的频率加快、强度越来越大。林地面积增加剧烈，是响应国家号召退耕还林，积极建设三北防护林等一系列政治举措而成，同时也是达茂旗人民对风沙和土地退化的一种积极地应激反应，认识到林地对生态保护的重要性;近年来，达茂旗的城镇、乡村居民点及工矿用地和交通运输用地规模迅速扩张，这是由于当地经济和城镇建设的持续快速发展，还有矿产资源的开发，建设用地的需求进一步增大所导致;关于水域面积的大幅度缩减，和人为的过量引水水灌溉和气候恶化关系密切;耕地的变化率不是太突出，但是它的总量也是惊人的，仅次于牧草地和林地的变化，耕地减少的主要是因为土地的荒漠化、生态退耕和农业结构的调整等。达茂旗总的土地利用变化情况是:牧草地、耕地和水域面积明显减少;未利用土地面积略有增加;林地面积和居民点工矿用地、交通运输用地的面积有显著增加，它们增加的部分主要来自于牧草地和耕地面积的减少。

表1 达茂旗土地利用变化速率

(三)土地利用程度

土地利用是一个庞大复杂的系统，土地利用程度的高低反映了人们对土地资源开发利用的状况。土地利用程度主要包括土地利用广度和土地利用强度两个方面。

土地利用类型构成的综合反映就是土地利用程度，它可由土地利用结构状况来测度。土地利用程度体现了土地系统中人为和自然因素的影响程度，反映了土地利用的广度和深度。

刘纪远［7］等从生态学角度提出的土地利用程度的综合分析方法，将土地利用程度按照土地自然综合体在社会因素影响下的自然平衡状态分为4级，并赋予分级指数:未利用地土地利用程度赋值为1，林草水为2，耕地为3，城镇、居民点、工矿和交通用地为4，将土地利用的综合指标在上述基础上进行数学综合，形成一个l00－400之间连续分布的综合指数，其数值的大小反映了某一区域土地利用的程度。

土地利用程度综合指数可揭示该研究区域土地利用的综合水平，其大小可反映土地利用程度的高低。

土地利用程度变化模型的定量表达式为:

式中:L为某研究区域土地利用程度综合指数，范围是100－400;Ci为研究区域内第i级土地利用类型面积百分比;Ai为研究区域第i级土地利用程度分级指数;n为土地利用程度分级数。如果L值增大，则表明该区域土地利用开发活动处于发展期，如果L值减小，则表明该区域土地利用开发活动处于衰退期或者称为恢复期。

表2 达茂旗土地利用程度综合指数

由表1我们已经知道，从2003年到2010年达茂旗的居民点及工矿用地和交通运输用地是逐年增加的，本应该说明该区域的土地利用开发活动处于发展期。但由表2数据我们又可知，从2003年到2010年达茂旗的土地利用综合指数是逐年下降的，这表明该区域土地利用开发活动处于衰退期。这是因为达茂旗地广人稀，与全旗的面积相比，建设用地所占比例实属很少，所以本应以建设用地的增加来划定土地利用开发活动正处在发展期的方法就不那么有说服力了，反倒是该区域主导地位的牧草地和耕地的减少定性了土地利用开发活动处于衰退期。

四、达茂旗土地利用变化的生态系统服务价值分析

生态系统服务价值(Ecosystem Services Value，简称ESV)包括有形的物质性产品价值和无形的生命支持系统服务功能价值，它是可以从货币价值量的角度进行定量评价的［8］。随着生态经济学、环境和自然资源经济学的发展，生态学家和经济学家在评价自然资本和生态系统服务的变动方面做了大量研究工作。不同类型的土地利用具有不同的生态系统服务价值。生态系统服务价值研究可以让人们了解生态系统给人类提供的全部价值，促进环保措施的合理实施。

美国生态经济学家Costanza等人(1997)关于全球生态系统服务价值估算的研究工作，进一步有力地推动和促进了关于生态系统服务的深入、系统和广泛研究。他根据支付意愿来估算每种生物群落单位面积上提供的生态系统服务价值，然后乘以该生物群落的总面积，得到每种生物群落的服务价值总和［9］。可是他的成果与中国的实际有着些许的偏差，不能直接拿来用。为此，谢高地［10］等人在参考Costanza研究成果的基础上，对国内200多位生态学者进行问卷调查，制定出符合我国实际的中国生态系统服务价值当量因子表，进而得到中国陆地生态系统单位面积生态系统服务价值表(表3)。

表3 中国不同土地利用类型单位面积生态系统服务价值表 元/hm2·a

生态系统服务价值的计算公式为:

式中:V为研究区生态系统服务总价值(元);Ai为研究区内土地利用类型i的分布面积(hm2);Pi为单位面积上土地利用类型i的生态服务总价值(元/hm2)。

以表3的数据为基准，应用到达茂旗的生态系统服务价值研究当中。将所涉及的7大类土地按照以下原则进行操作:耕地对应农田，牧草地对应草地，林地对应林地，水域对应水体，未利用地对应表中未利用土地。由于居民点工矿用地及交通用地的生态价值目前还无法进行估算，所以它们的数据空缺。根据公式(4)及达茂旗的实际情况进行修正，计算出达茂旗2003年和2010年生态系统服务价值量表(表4)。

表4 达茂旗生态系统服务经济价值总量

从表4可以看出，达茂旗生态系统服务价值主要由牧草地、水域与耕地等生态系统支撑。平均每年牧草地、水域和耕地的生态系统服务价值占总价值的97%，其中牧草地对达茂旗生态系统服务价值的贡献最大。因此林地对生态系统服务价值具有较高的敏感性。2003－2010年，随着土地利用结构的不断变化，达茂旗生态系统服务经济价值总量呈现逐年下降的趋势。牧草地和水域的耕地退化是导致该区域生态系统服务价值减少的主要原因。牧草地面积一直处于下降的趋势，其生态系统服务价值也在持续的减少，2003－2010年间共减少了6亿元，是达茂旗生态系统服务价值绝对值降低最快的土地利用类型。林地生态系统服务价值增长较快，7年间共增加了3.6亿元，是达茂旗生态系统服务价值绝对值增加最快的土地利用类型。2003年和2010年达茂旗生态服务经济价值总量分别为115.62亿元和109.81亿元，2010年比2003年减少了5.81亿元，年递减率为0.72%。其中耕地的生态系统服务价值减少了0.56亿元，主要是因为近年来耕地退化、退耕还林和建设用地不断侵占导致的;林地的生态价值大幅上升，这和达茂旗重视环境绿化响应国家号召有直接的关系;牧草地在达茂旗生态系统服务经济价值中占据主导地位，其面积的变化会导致生态系统服务价值相差较大。从达茂旗统计年鉴可知，在研究期内，虽然城镇化水平和GDP都呈上升趋势，但达茂旗的土地荒漠化却日趋严重。一般来说，随着经济发展，生态系统服务经济价值会相应的降低。因此，达茂旗在发展经济的同时防止草场退化和土地荒漠化是迫在眉睫的大事。

五、结论与讨论

1.达茂旗在2003－2010年期间，综合土地利用度为43.7%，说明其土地利用发生了较大变化，牧草地面积和耕地面积的显著减少是这一时期的主要特征。建设用地面积的增加说明达茂旗处于城镇化加速发展的阶段。但建设用地面积的增加对达茂旗生态系统服务价值影响不大，对达茂旗生态系统服务价值影响大的是牧草地和耕地面积的减少。因此，保证牧草地和耕地总量的动态平衡，防止荒漠化扩大和脆弱的生态环境进一步恶化是这一时期的主要任务。

2.2003 －2010年达茂旗生态系统服务经济价值随着土地利用结构的变化呈现下降趋势。说明达茂旗目前的土地利用结构出现了问题，正严重影响着当地的生态环境，如果放任继续下去，生态环境的恶化反过来也会制约当地经济的发展。所以，有关政府部门在制定土地利用规划时应引入加强土地资源环境的经济核算，以生态系统服务价值为指标来判断其合理性，及时调整土地利用结构，提高土地综合利用效率，使经济发展和生态环境保护并行不悖。

3.达茂旗土地利用变化的幅度与速度可通过土地利用动态度和土地利用程度模型分析直观地反映出来。但需要指出的是:目前，研究和实施生态经济价值核算的主要困难，就是生态系统服务价值(包括有形的物质性产品价值和无形的生命支持系统服务功能价值)的计量问题没有完全解决。价值量反映了人类对生态系统服务的支付意愿，这无疑使其结果存在主观性。随着人类对生态系统的加剧利用，生态资源的逐渐耗竭，生态系统为人类提供的服务的价值会愈来愈高。本文计算结果的准确性和适用性还有待进一步论证;受土地利用分类的影响，生态系统类型划分还存在一定局限性;由于缺乏对居民点工矿用地及交通用地进行生态价值估算的理论依据，本文未能对达茂旗的居民点工矿用地及交通用地生态系统服务价值进行估算;本文没有对达茂旗ESV变化的驱动因素进行深入的影响。以上这些是本文的不足之处和今后需要解决的问题，但仍可以为达茂旗土地利用规划与决策提供一定的依据。

4.土地利用变化会引起区域生态环境的一系列响应。通过区域生态系统服务的定量研究，能够确切地找出区域内各生态系统的重要性，发现区域内生态系统敏感性空间分布特征，确定优先保护生态系统和优先保护区，为生态功能区的划分和生态建设规划提供科学的依据。只有在确切地知道了生态系统给人类提供的服务功能价值的基础上，才能科学合理地进行生态区划和生态规划，在时间尺度和空间尺度上实现资源的合理分配，保证区域内和区域间当代人的公平性和代际间的公平性，最终实现区域可持续发展。

达茂旗ESV的变化情况在一定程度上反映了达茂旗生态环境正处在不断恶化之中，也说明了达茂旗土地利用变化总体方向不尽合理。对于一个地广人稀、气候条件恶劣、生态脆弱、草地面积占绝对优势的西部少数民族旗县来说，无论是达茂旗的土地利用的动态度、土地利用的程度，还是其生态系统服务价值分析都具有它的独特性，与我国东部区域的土地利用不同，要具体问题具体分析。达茂旗的土地利用如果这样继续下去，土地退化、土壤沙化会扩大，进而使草原生态环境进一步恶化。没有一个适宜人居的环境，发展也就无从谈起。因此，今后达茂旗的发展一定要提高土地利用效率，注重生态环境质量，合理规划土地利用结构，只有这样才能实现土地资源可持续利用和生态、社会、经济的可持续发展。

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