婁佩卿,付波霖,*,劉海新,高二濤,范冬林,唐廷元,林星辰

1 桂林理工大學(xué)測(cè)繪地理信息學(xué)院,桂林 541004 2 河北工程大學(xué)礦業(yè)與測(cè)繪工程學(xué)院,邯鄲 056001

草地生態(tài)系統(tǒng)是我國(guó)陸地上面積最大的生態(tài)系統(tǒng),對(duì)發(fā)展畜牧業(yè)、維護(hù)生態(tài)平衡有著重大的作用和價(jià)值[1]。草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是指草地生態(tài)系統(tǒng)及其生態(tài)過(guò)程中所形成及維持的人類(lèi)賴(lài)以生存的自然環(huán)境條件與效用[2]。錫林郭勒盟是中國(guó)北方重要的畜牧業(yè)基地之一,也是中國(guó)北方重要生態(tài)屏障,因此動(dòng)態(tài)估算錫林郭勒盟草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價(jià)值對(duì)科學(xué)管理與合理利用當(dāng)?shù)夭莸刭Y源、保護(hù)草地生態(tài)系統(tǒng)具有重要意義。

1997年Costanza對(duì)多種類(lèi)型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價(jià)值進(jìn)行了評(píng)估研究,且研究方法及成果沿用至今[3]；2001年,聯(lián)合國(guó)“千年生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估”工作的開(kāi)展,首次在全球尺度上揭示了各類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)狀和變化趨勢(shì),對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的研究產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響[4]；Aiming等對(duì)英國(guó)草地生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了估算研究[5]；Gashaw和Sannigrahi通過(guò)估算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價(jià)值來(lái)判斷土地覆蓋類(lèi)型變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)影響,具有重要的借鑒意義[6-7]。國(guó)內(nèi)對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的研究始于20世紀(jì)80年代,中國(guó)科學(xué)院建立了用于生態(tài)系統(tǒng)研究的GERN研究網(wǎng)絡(luò)；謝高地等參考Costanza的方法進(jìn)一步提出了適用于中國(guó)的區(qū)域草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值的算法,為后人提供了極大便利[8]；趙同謙和歐陽(yáng)志云等將草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能劃分為調(diào)節(jié)功能、支持功能、產(chǎn)品提供和文化功能四個(gè)大類(lèi),并對(duì)草地生態(tài)系統(tǒng)的間接價(jià)值進(jìn)行分類(lèi)并提出相應(yīng)算法[9-10]；趙苗苗等人對(duì)青海省草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了估算[11]。

然而由于生態(tài)系統(tǒng)本身極其復(fù)雜且不斷發(fā)展變化,很難通過(guò)某一年的生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值對(duì)研究區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行評(píng)價(jià)[12-13]；另一方面,迄今為止很多學(xué)者的研究忽略了對(duì)研究區(qū)域內(nèi)各個(gè)區(qū)劃的草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分別進(jìn)行估算,并對(duì)比分析其結(jié)果[14-17]。為了精確估算錫林郭勒盟草地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值,本文利用2000—2015年的長(zhǎng)時(shí)間序列MODIS數(shù)據(jù)和年值降水量數(shù)據(jù),構(gòu)建了定量的生態(tài)服務(wù)價(jià)值估算體系,分別估算了提供產(chǎn)品、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)、保持土壤、維持碳氧平衡、涵養(yǎng)水源及文化娛樂(lè)6種服務(wù)功能的價(jià)值,并動(dòng)態(tài)分析了錫林郭勒盟各旗、市、縣草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值,以期為進(jìn)一步協(xié)調(diào)各地草地資源的協(xié)調(diào)發(fā)展,制定更為合理的草地資源利用及保護(hù)政策提供依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)源和處理方法

1.1 研究區(qū)域概況

錫林郭勒盟(Xilingol League)是內(nèi)蒙古自治區(qū)所轄盟,地處內(nèi)蒙古自治區(qū)中部,東經(jīng)115°13′—117°06′,北緯43°02′—44°52′之間。海拔高度在767—1300m之間,全盟土地總面積約為19.98萬(wàn)km2(圖1)。錫林郭勒盟境內(nèi)具有復(fù)雜多樣的生態(tài)系統(tǒng)和豐富的野生動(dòng)植物資源,草原、森林、湖泊、河流和沙地等各類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)形成有規(guī)律的結(jié)合格局,以針茅、羊茅、羊草等各種植物為建群種所構(gòu)成的原生草原,具有極高的觀賞、科研、保護(hù)價(jià)值,在內(nèi)蒙古高原草原區(qū)具有很好的代表性,是優(yōu)良的天然放牧場(chǎng),中國(guó)北方重要的畜牧業(yè)基地之一,也是中國(guó)北方重要生態(tài)屏障。對(duì)錫林郭勒盟草地生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能價(jià)值進(jìn)行動(dòng)態(tài)估算對(duì)草原生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和區(qū)域畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展以及維護(hù)國(guó)家生態(tài)安全具有重要意義。

圖1 錫林郭勒盟所處位置、土地利用類(lèi)型及隨機(jī)驗(yàn)證點(diǎn)分布Fig.1 Xilingol League location and land use types and random verification point distribution 0 二連浩特市 1 錫林浩特市 2 阿巴嘎旗 3 蘇尼特左旗 4 蘇尼特右旗 5 東烏珠穆沁旗 6 西烏珠穆沁旗 7 太仆寺旗 8 鑲黃旗 9 正鑲白旗 10 正藍(lán)旗 11 多倫縣

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及預(yù)處理

1.2.1數(shù)據(jù)來(lái)源

(1)降水量數(shù)據(jù)：氣象站點(diǎn)降水量數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http://data.cma.cn/)提供的國(guó)家級(jí)氣象站點(diǎn)地面氣象資料年值數(shù)據(jù)集,本文中選用的降水量數(shù)據(jù)均為該數(shù)據(jù)集中2000—2015年錫林郭勒盟及其周?chē)?0個(gè)國(guó)家級(jí)氣象站點(diǎn)(表1)的年值降水量數(shù)據(jù)。

表1 氣象站點(diǎn)位置信息Table 1 Location information of weather stations

(2)本文所用的2000—2015年植被凈初級(jí)生產(chǎn)力(Net Primary Productivity,NPP)數(shù)據(jù)源于NASA(National Aeronautics and Space Administration)的數(shù)據(jù)共享網(wǎng)站(https://www.nasa.gov/),是由MOD17A3年產(chǎn)品合成NPP數(shù)據(jù),分辨率為1 km,數(shù)據(jù)格式為GeoTIFF,投影坐標(biāo)系統(tǒng)為WGS84。該數(shù)據(jù)參考BIOME-BGG模型和光能利用率模型建立NPP估算模型模擬得到陸地生態(tài)系統(tǒng)年NPP數(shù)值,在全球和區(qū)域NPP與碳循環(huán)研究中得到廣泛應(yīng)用[18]。

(3)本文所用的2000—2015年土地覆蓋數(shù)據(jù)來(lái)源于NASA的數(shù)據(jù)共享網(wǎng)站(https://www.nasa.gov/),選用MCD12Q1年合成土地覆蓋類(lèi)型數(shù)據(jù),分辨率為500 m,數(shù)據(jù)格式為HDF。該數(shù)據(jù)集共有5種土地覆蓋分類(lèi)方案,本文選用第一種分類(lèi)方案,即IGBP(International Geosphere-Biosphere Program)分類(lèi)方案,將土地利用類(lèi)型共劃分為17類(lèi)。結(jié)合研究?jī)?nèi)容和區(qū)域特點(diǎn),將17種土地利用類(lèi)型合并為耕地、林地、草地、湖泊、建設(shè)用地及未利用土地5種土地利用類(lèi)型(表2)。

(4)本文所用的2000—2015年NDVI數(shù)據(jù)及DEM數(shù)據(jù)均源于中國(guó)地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站(http：//www.gscloud.cn/),其中NDVI數(shù)據(jù)為500 m分辨率的MODND1M月合成產(chǎn)品,DEM數(shù)據(jù)為30 m分辨率的GDEMDEM全球數(shù)字高程數(shù)據(jù)產(chǎn)品；土壤數(shù)據(jù)源于中國(guó)土壤數(shù)據(jù)庫(kù)(http：//www.gis.soil.csdb.cn/)；驗(yàn)證數(shù)據(jù)源于中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所編制的2010年錫林郭勒盟1∶100000土地利用數(shù)據(jù)；經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)源于2000—2015年錫林郭勒盟統(tǒng)計(jì)年鑒。

表2 土地利用類(lèi)型合并表Table 2 Consolidation table of land use types

1.2.2數(shù)據(jù)預(yù)處理

(1)在MRT軟件中對(duì)MCD12Q1、MODND1M、GDEMDEM原始數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、投影處理操作,對(duì)其重采樣達(dá)到與MOD17A3數(shù)據(jù)分辨率一致。利用錫林郭勒盟行政矢量邊界裁剪出目標(biāo)區(qū)域數(shù)據(jù),并在ArcGIS 10.2軟件中對(duì)處理后的MCD12Q1數(shù)據(jù)進(jìn)行重分類(lèi)操作,提取出研究區(qū)域內(nèi)土地利用類(lèi)型為草地的范圍。

(2)根據(jù)草地利用類(lèi)型與所有土地利用類(lèi)型的像元比例推算出草地利用類(lèi)型的土地面積約占錫林郭勒盟總面積的84%,草地利用類(lèi)型面積約為16.79萬(wàn)km2,通過(guò)查詢2015年《錫林郭勒盟統(tǒng)計(jì)年鑒》可知,2015年錫林郭勒盟實(shí)際草地面積為17.95萬(wàn)km2,精度達(dá)到93.5%。在錫林郭勒盟行政邊界范圍內(nèi)隨機(jī)選取150點(diǎn)(圖1),結(jié)合2010年錫林郭勒盟1∶100000土地利用數(shù)據(jù)對(duì)隨即點(diǎn)進(jìn)行精度驗(yàn)證,各類(lèi)別樣點(diǎn)正確率均超過(guò)85%(表3),故MCD12Q1的精度滿足本文要求。

表3 MCD12Q1錫林郭勒盟區(qū)域內(nèi)各類(lèi)型精度Table 3 MCD12Q1 all types of accuracy in Xilingol League area

(3)在ArcGIS 10.2軟件中通過(guò)柵格計(jì)算器功能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行去異值處理,并將處理過(guò)的MOD17A3數(shù)據(jù)乘以其比例因子0.0001還原真值。并以提取出的草地利用類(lèi)型范圍為矢量邊界對(duì)NPP數(shù)據(jù)進(jìn)行裁剪。

(4)對(duì)年值降水量數(shù)據(jù)進(jìn)行Kriging插值出其柵格圖像,使其分辨率與MOD17A3數(shù)據(jù)保持一致,并以草地利用類(lèi)型范圍為矢量邊界對(duì)插值出的年值降水量柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行裁剪。本文總體技術(shù)路線如圖2所示。

圖2 技術(shù)路線Fig.2 Technical route

1.3 研究方法

1.3.1提供產(chǎn)品

錫林郭勒盟草地生態(tài)系統(tǒng)提供的產(chǎn)品主要有肉、毛、奶等畜牧業(yè)產(chǎn)品,本文采用市場(chǎng)價(jià)值法結(jié)合錫林郭勒盟實(shí)際情況對(duì)提供產(chǎn)品服務(wù)功能價(jià)值進(jìn)行估算[18-19],主要公式(1)如下：

W1=∑(Pi×Qi)

(1)

式中,W1為提供產(chǎn)品功能的價(jià)值,單位是元；Pi為第i類(lèi)產(chǎn)品的產(chǎn)量,單位為t；Qi第i類(lèi)產(chǎn)品的單價(jià),單位為元/t。

1.3.2營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)

草地生態(tài)系統(tǒng)所有生物的體內(nèi)都存在營(yíng)養(yǎng)元素,并通過(guò)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)與外界環(huán)境進(jìn)行元素交換。氮和磷是參與草地生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的主要元素。在NPP的基礎(chǔ)上釆用市場(chǎng)價(jià)值法對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)價(jià)值進(jìn)行估算,主要公式(2)如下：

W2=NPP×(PN×QN×RN+PP×QP×RP)

(2)

其中,W2為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)功能的價(jià)值,單位是元 m-2a-1；PN和PP分別是草地生態(tài)系統(tǒng)中氮和磷兩種元素所占比例,分別為0.01715和0.0011；QN和QP分別是氮和磷折算成氮肥、磷肥的比例,由《化肥市場(chǎng)周報(bào)》可知分別取46%、和20.1%；RN和RP為氮肥和磷肥的價(jià)格,分別為2.1×10-3元/g和2.6×10-3元/g[20]。

1.3.3保持土壤

錫林郭勒盟草地生態(tài)系統(tǒng)保持土壤功能主要表現(xiàn)為減少表土損失、保持土壤養(yǎng)分及減少泥沙淤積3個(gè)相互聯(lián)系的方面[21],本文采用RUSLE模型[22]估算出錫林郭勒盟潛在土壤侵蝕模數(shù)及草地覆蓋土壤侵蝕模數(shù),并根據(jù)公式(3)對(duì)保持土壤服務(wù)功能價(jià)值進(jìn)行估算：

(3)

式中,Th為土壤保持總量；S為草地面積；Am為潛在土壤侵蝕模數(shù)；An為草地覆蓋土壤侵蝕模數(shù)；Va為減少土地表土損失價(jià)值；B為單位面積草地年均收益；H為表土平均厚度,取0.5；ρ為土壤容重；Vb為保持土壤養(yǎng)分價(jià)值；Ci為土壤中第i類(lèi)養(yǎng)分含量；Pi為第i種養(yǎng)分市場(chǎng)價(jià)格；Vc為減少泥沙淤積的價(jià)值；Ao為土壤侵蝕轉(zhuǎn)化為泥沙淤積江河湖泊及水庫(kù)的比例,取24%；其它同上。保持土壤功能價(jià)值(W3)則等于Va、Vb及Vc相加。

1.3.4維持碳氧平衡

由光合作用和和呼吸作用的反應(yīng)方程式得出生產(chǎn)每千克干物質(zhì)會(huì)釋放1.2 kg氧氣和固定1.62 kg二氧化碳,把NPP作為基礎(chǔ)物質(zhì)量,采用影子工程法,利用工業(yè)制氧的價(jià)格來(lái)分別估算氧氣和二氧化碳的價(jià)格,可得到維持碳氧平衡功能價(jià)值估算的公式(4)為：

W4=NPP×(1.2×P+1.62×Q)

(4)

式中,W4單位為元 m-2a-1；P是工業(yè)制氧的價(jià)格,為8.8×10-4元/gC；Q是按照瑞典碳稅率換算的價(jià)格,為7.39×10-4元/gC[23]。

1.3.5涵養(yǎng)水源

根據(jù)水庫(kù)工程蓄水的成本和供水價(jià)格對(duì)錫林郭勒盟草地生態(tài)系統(tǒng)的涵養(yǎng)水源服務(wù)功能價(jià)值進(jìn)行了估算,主要公式(5)如下：

W5=P×Q×R×C

(5)

式中，W5是涵養(yǎng)水源功能的價(jià)值,單位是元 m-2a-1；P為年降水量,單位為m；Q是產(chǎn)流降水量和總降水量的比值,因?yàn)殄a林郭勒盟地處淮河以北故取0.4；R是減少?gòu)搅餍б嫦禂?shù)為0.24；C是庫(kù)容成本取0.67元[24]。

1.3.6文化娛樂(lè)

錫林郭勒盟草地生態(tài)系統(tǒng)為人類(lèi)提供了娛樂(lè)、文化、科學(xué)教育等多個(gè)方面價(jià)值[25-26],本文主要以旅游價(jià)值法(查詢錫林郭勒盟統(tǒng)計(jì)年鑒)評(píng)估錫林郭勒盟文化娛樂(lè)功能的價(jià)值(W6)。

1.3.7草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價(jià)值

本文選取了適用于錫林郭勒盟草地生態(tài)系統(tǒng)的六種服務(wù)功能對(duì)其進(jìn)行價(jià)值估算,其總價(jià)值公式(6)為：

W=W1+W2+W3+W4+W5+W6

(6)

式中,W為錫林郭勒盟是草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能提供的總價(jià)值,單位是元；W1為提供產(chǎn)品功能提供的價(jià)值,W2為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)功能提供的價(jià)值,W3為保持土壤功能提供的價(jià)值,W4為維持碳氧平衡功能提供的價(jià)值,W5為涵養(yǎng)水源功能提供的價(jià)值,W6為旅游景觀功能提供的價(jià)值。

2 結(jié)果與分析

本文根據(jù)研究區(qū)域的特點(diǎn)選取適合的評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)錫林郭勒盟草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能提供的價(jià)值進(jìn)行了動(dòng)態(tài)分析,以期提高人們對(duì)各種草地生態(tài)系統(tǒng)功能重要性的認(rèn)識(shí),促進(jìn)當(dāng)?shù)夭莸刭Y源保護(hù)政策的制定和實(shí)施。

2.1 提供產(chǎn)品

提供產(chǎn)品功能是畜牧業(yè)發(fā)展的產(chǎn)物之一,提供產(chǎn)品服務(wù)價(jià)值的變化情況可反映錫林郭勒盟畜牧業(yè)的發(fā)展態(tài)勢(shì)。由圖3和圖4可知2000年錫林郭勒盟提供產(chǎn)品功能提供的服務(wù)價(jià)值為72.56億元；2005提供了67.33億元服務(wù)價(jià)值,較2000年年均減少1.05億元,年均減少率為1.44%；2010年提供了94.35億元,較2005年年均增加5.40億元,年均增長(zhǎng)率為8.03%；2015年提供了104.03億元,較2010年年均增長(zhǎng)1.94億元,年均增長(zhǎng)率為2.05%。在2000—2005年發(fā)生了服務(wù)價(jià)值負(fù)增長(zhǎng),但在2000—2015年間仍呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),服務(wù)價(jià)值年均增長(zhǎng)2.10億元,年均增長(zhǎng)率為2.89%。

圖3 提供產(chǎn)品服務(wù)價(jià)值Fig.3 Product provision value

圖4 提供產(chǎn)品服務(wù)價(jià)值年均增長(zhǎng)率和年均差值Fig.4 Average annual growth rate and average annual difference of product provision value

2.2 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)

2000—2015年錫林郭勒盟草地生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)功能提供的服務(wù)價(jià)值僅低于維持碳氧平衡功能及保持土壤功能,其分布特征如圖5所示。經(jīng)統(tǒng)計(jì)得出(圖6，圖7)錫林郭勒盟草地生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)功能2000年提供了364.7億元的服務(wù)價(jià)值；2005年提供了386.62億元的服務(wù)價(jià)值,較2000年年均增長(zhǎng)4.4億元,年均增長(zhǎng)率為1.2%；2010年為341.99億元,較2005年年均減少8.9億元,年均減少率為-2.3%；2015年提供了420.04億元,較2010年年均增長(zhǎng)15.6億元,增長(zhǎng)率為4.6%。在2005—2010年發(fā)生了服務(wù)價(jià)值負(fù)增長(zhǎng),但在2000—2015年間仍呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),服務(wù)價(jià)值年均增長(zhǎng)3.7億元,年均增長(zhǎng)率為1.00%。

圖5 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)服務(wù)價(jià)值分布特征圖Fig.5 Nutrient recycling value distribution characteristics diagram

圖6 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)服務(wù)價(jià)值Fig.6 Nutrient recycling value

圖7 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)服務(wù)價(jià)值年均增長(zhǎng)率和年均差值Fig.7 Average annual growth rate and average annual difference of Nutrient recycling value

2.3 保持土壤

保持土壤功能是錫林郭勒盟草地重要功能之一,對(duì)保護(hù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng),促進(jìn)畜牧業(yè)發(fā)展具有重要作用。由圖8和圖9可知2000年錫林郭勒盟保持土壤功能提供的服務(wù)價(jià)值為386.89億元；2005提供了415.74億元服務(wù)價(jià)值,較2000年年均增加5.77億元,年均增長(zhǎng)率為1.49%；2010年提供了403.28億元,較2005年年均減少2.492億元,年均減少率為0.60%；2015年提供了452.53億元,較2010年年均增長(zhǎng)9.85億元,年均增長(zhǎng)率為2.44%。在2005—2010年發(fā)生了服務(wù)價(jià)值負(fù)增長(zhǎng),但在2000—2015年間仍呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),服務(wù)價(jià)值年均增長(zhǎng)4.38億元,年均增長(zhǎng)率為1.13%。

圖8 保持土壤服務(wù)價(jià)值Fig.8 Soil maintenance value

圖9 保持土壤服務(wù)價(jià)值年均增長(zhǎng)率和年均差值Fig.9 Average annual growth rate and average annual difference of soil maintenance value

2.4 維持碳氧平衡

2000—2015年錫林郭勒盟草地生態(tài)系統(tǒng)維持碳氧平衡功能所提供的服務(wù)價(jià)值在本文所研究的六種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能中占比最高,約占總服務(wù)價(jià)值的1/3。其分布特征如圖10所示。經(jīng)統(tǒng)計(jì)得出(圖11,圖12)錫林郭勒盟草地生態(tài)系統(tǒng)維持碳氧平衡功能在2000年提供了高達(dá)479.38億元的服務(wù)價(jià)值；2005年提供了585.19億元的服務(wù)價(jià)值,較2000年年均增長(zhǎng)585.19億元,年均增長(zhǎng)率為4.4%；2010年為517.64億元,較2005年年均減少13.5億元,年均減少率為-2.3%；2015年提供了659.06億元,較2010年年均增長(zhǎng)28.3億元,增長(zhǎng)率為5.5%。在2005—2010年發(fā)生了服務(wù)價(jià)值負(fù)增長(zhǎng),但在2000—2015年間仍呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),服務(wù)價(jià)值年均增長(zhǎng)12億元,年均增長(zhǎng)率為2.5%。

圖10 維持碳氧平衡服務(wù)價(jià)值分布特征圖Fig.10 Carbon and oxygen balance maintenance value distribution characteristics diagram

圖11 維持碳氧平衡服務(wù)價(jià)值Fig.11 Carbon and oxygen balance maintenance value

圖12 維持碳氧平衡服務(wù)價(jià)值年均增長(zhǎng)率和年均差值Fig.12 Average annual growth rate and average annual difference of Carbon and oxygen balance maintenance value

2.5 涵養(yǎng)水源

2000—2015年錫林郭勒盟草地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源功能提供的服務(wù)價(jià)值最低,其分布特征與當(dāng)年降水量有很大關(guān)系(圖13),整體分布特征為東南部地區(qū)高于西北部地區(qū)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)得出(圖14,圖15))錫林郭勒盟草地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源功能2000年提供了22.06億元的服務(wù)價(jià)值；2005年提供了26.33億元的服務(wù)價(jià)值,較2000年年均增長(zhǎng)0.85億元,年均增長(zhǎng)率為3.9%；2010年為23.45億元,較2005年年均減少0.58億元,年均減少率為2.2%；2015年提供了27.33億元,較2010年年均增長(zhǎng)0.78億元,增長(zhǎng)率為3.3%。盡管在2005—2010年發(fā)生了服務(wù)價(jià)值負(fù)增長(zhǎng),但在2000—2015年間仍呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),服務(wù)價(jià)值年均增長(zhǎng)0.35億元,年均增長(zhǎng)率為1.6%。

圖13 涵養(yǎng)水源服務(wù)價(jià)值分布特征圖Fig.13 Water conservation value distribution characteristics diagram

2.6 文化娛樂(lè)

文化娛樂(lè)功能在所有6種服務(wù)功能中價(jià)值增長(zhǎng)最為迅速,這與錫林郭勒盟大力發(fā)展旅游產(chǎn)業(yè)息息相關(guān)。由圖16和圖17可知2000年錫林郭勒盟文化娛樂(lè)功能提供的服務(wù)價(jià)值為9.89億元；2005提供了17.79億元服務(wù)價(jià)值,較2000年年均增加1.58億元,年均增長(zhǎng)率為16.00%；2010年提供了91.90億元,較2005年年均增長(zhǎng)14.82億元,年均增長(zhǎng)率為83.32%；2015年提供了282.14億元,較2010年年均增長(zhǎng)38.05億元,年均增長(zhǎng)率為41.40%。在2000—2015年間呈快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),服務(wù)價(jià)值年均增長(zhǎng)18.15億元,年均增長(zhǎng)率為183.52%。

圖14 涵養(yǎng)水源服務(wù)價(jià)值Fig.14 Water conservation value

圖15 涵養(yǎng)水源服務(wù)價(jià)值年均增長(zhǎng)率和年均差值Fig.15 Average annual growth rate and average annual difference of Water conservation value

圖16 文化娛樂(lè)服務(wù)價(jià)值Fig.16 Entertainment value

圖17 文化娛樂(lè)服務(wù)價(jià)值年均增長(zhǎng)率和年均差值Fig.17 Average annual growth rate and average annual difference of entertainment value

2.7 總服務(wù)價(jià)值

由圖18可知2000—2015年錫林郭勒盟中部和北部地區(qū)總服務(wù)價(jià)值呈增長(zhǎng)趨勢(shì),而南部地區(qū)呈現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)得到錫林郭勒盟草地生態(tài)系統(tǒng)每年提供的總服務(wù)價(jià)值如圖19和圖21所示。2000年提供的總服務(wù)價(jià)值為1335.48億元；2005年為1499.00億元,較2000年年均增長(zhǎng)32.70億元,年均增長(zhǎng)率為2.45%；2010年為1472.61億元,較2005年年均減少5.28億元,年均減少率為0.36%；2015年為1841.10億元,較2010年年均增長(zhǎng)73.70億元,年均增長(zhǎng)率為5.00%；在2005—2010年發(fā)生了服務(wù)價(jià)值負(fù)增長(zhǎng),但在2000—2015年間仍是增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),服務(wù)價(jià)值年均增長(zhǎng)33.71億元,年均增長(zhǎng)率為2.52%。通過(guò)圖20可知在2000—2015年這段時(shí)間內(nèi),位于中部地區(qū)的錫林浩特市年際增長(zhǎng)率最高,達(dá)到了1.71%；其次是位于東部地區(qū)的東烏珠穆沁旗、西烏珠穆沁旗、鑲黃旗、阿巴嘎旗、蘇尼特左旗及多倫縣等地區(qū),年際增長(zhǎng)率約為1%左右；而位于西部地區(qū)的蘇尼特右旗、二連浩特市及正藍(lán)旗等地區(qū)增長(zhǎng)較為緩慢,年際增長(zhǎng)率約在0.1%—0.2%；正鑲白旗和太仆寺旗的年際增長(zhǎng)率為負(fù)值,草地資源發(fā)生了退化。

由表4可以看出,2000—2015年錫林郭勒盟區(qū)域內(nèi)各草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能按價(jià)值量可排序?yàn)榫S持碳氧平衡>保持土壤>營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)>文化娛樂(lè)>提供產(chǎn)品>涵養(yǎng)水源。由圖22可知2000—2015年錫林郭勒盟草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能中提供價(jià)值較高的維持碳氧平衡功能、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)功能及土壤保持功能均呈縮減趨勢(shì)；文化娛樂(lè)功能從占比0.74%增長(zhǎng)到14.50%,增長(zhǎng)極為迅速；而提供產(chǎn)品及涵養(yǎng)水源功能占比基本不變。

圖18 總服務(wù)價(jià)值差值分布特征圖Fig.18 Distribution characteristics of total value

圖19 總服務(wù)價(jià)值Fig.19 Total value

圖20 2000—2015年各區(qū)劃總服務(wù)價(jià)值年均變化率Fig.20 The average change rate of total value years in different districts from 2000 to 2015

圖21 總服務(wù)價(jià)值年均增長(zhǎng)率和年均差值Fig.21 The average annual growth rate and average annual difference of total value

圖22 2000—2015年錫林郭勒盟草地生態(tài)系統(tǒng)6種服務(wù)功能價(jià)值占比Fig.22 The proportion of six service functions of grassland ecosystem in Xilingol League from 2000 to 2015

W1為提供產(chǎn)品服務(wù)價(jià)值，W2為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)服務(wù)價(jià)值，W3為保持土壤服務(wù)價(jià)值，W4為維持碳氧平衡服務(wù)價(jià)值，W5為涵養(yǎng)水源服務(wù)價(jià)值，W6為文化娛樂(lè)服務(wù)價(jià)值

3 結(jié)論和展望

3.1 結(jié)論

本文利用2000—2015年MODIS數(shù)據(jù)及對(duì)應(yīng)年份降水量數(shù)據(jù),構(gòu)建了生態(tài)服務(wù)價(jià)值估算體系對(duì)錫林郭勒盟草地生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行了分析,結(jié)果表明：

(1)錫林郭勒盟范圍內(nèi)草地生態(tài)系統(tǒng)提供服務(wù)功能價(jià)值較高的區(qū)劃為東烏珠穆沁,西烏珠穆沁,錫林浩特市,正藍(lán)旗,多倫縣,太仆寺旗,正鑲白旗和鑲黃旗,而位于西北部地區(qū)的阿巴嘎旗,蘇尼特左旗,蘇尼特右旗和二連浩特市提供的服務(wù)價(jià)值較低。這反映了錫林郭勒盟各旗、市、縣之間草地資源發(fā)展情況極不平衡,需要制定更為協(xié)調(diào)的草地資源發(fā)展戰(zhàn)略。

(2)2000—2015年錫林郭勒盟草地生態(tài)系統(tǒng)所提供的總服務(wù)價(jià)值呈增加趨勢(shì),位于錫林郭勒盟中部地區(qū)的錫林浩特市年際增長(zhǎng)率最高,達(dá)到了1.71%,其次是位于東部地區(qū)的東烏珠穆沁旗、西烏珠穆沁旗、鑲黃旗、阿巴嘎旗、蘇尼特左旗及多倫縣等地區(qū),年際增長(zhǎng)率約為1%左右；而位于西部地區(qū)的蘇尼特右旗、二連浩特市及正藍(lán)旗等地區(qū)增長(zhǎng)較為緩慢,年際增長(zhǎng)率約在0.1%—0.2%；正鑲白旗和太仆寺旗的年際增長(zhǎng)率為負(fù)值,草地生態(tài)系統(tǒng)提供的服務(wù)價(jià)值出現(xiàn)下降趨勢(shì)。對(duì)于增長(zhǎng)緩慢和負(fù)增長(zhǎng)的區(qū)域應(yīng)該制定更為合理的草地資源管理方案,通過(guò)退耕還草,禁止過(guò)度放牧等措施來(lái)防止草地退化。

(3)錫林郭勒盟草地生態(tài)系統(tǒng)各種服務(wù)功能所提供的價(jià)值并不平衡,其中維持碳氧平衡功能、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)功能及土壤保持功能均呈縮減趨勢(shì)；文化娛樂(lè)功能從占比0.74%增長(zhǎng)到14.50%,增長(zhǎng)極為迅速；而提供產(chǎn)品及涵養(yǎng)水源功能占比基本不變。對(duì)于以畜牧業(yè)及旅游業(yè)為支柱型產(chǎn)業(yè)的錫林郭勒盟,應(yīng)適當(dāng)調(diào)節(jié)不同草地種類(lèi)的分布,提高其土壤保持及文化娛樂(lè)功能的服務(wù)價(jià)值。

錫林郭勒盟草地生態(tài)系統(tǒng)每年提供巨大的服務(wù)價(jià)值(表4),各種草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能對(duì)保護(hù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和生物多樣性,平衡氣體交換,水土保持及促進(jìn)畜牧業(yè)和草原旅游業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

3.2 展望

但是由于近3年的研究數(shù)據(jù)極難獲取以及研究水平有限,本研究仍存在不足：缺乏長(zhǎng)時(shí)間的動(dòng)態(tài)的實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)與研究結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,無(wú)法進(jìn)一步提高研究結(jié)果的精度；數(shù)據(jù)源的空間分辨率有待進(jìn)一步提高；未對(duì)不同草地種類(lèi)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值進(jìn)行對(duì)比。因此,利用RS與GIS相結(jié)合的手段建設(shè)更為合理的草地生態(tài)系統(tǒng)功能評(píng)估指標(biāo),更精細(xì)化的區(qū)分不同草種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的異質(zhì)性以及揭示生態(tài)系統(tǒng)隨土地利用類(lèi)型變化而發(fā)生的變化必然是以后研究的重點(diǎn)。