宁夏限制开发生态区生态系统重要性评价

杨美玲 ， 米文宝 ， 李同昇 ， 朱志玲 ， 王婷玉

(1.西北大学 城市与环境学院,西安 710127； 2.宁夏大学 资源环境学院, 银川 750021)

0 引言

生态系统服务是人类从生态系统所获得的所有惠益，生态系统不仅为人类提供生产生活资料，更重要的是维持了人类赖以生存的生命支持系统，因此，生态系统服务价值常被用来作为评估区域生态重要性的依据，也成为生态学研究的前沿和热点[1-2]。国内外很多学者都对生态系统服务功能进行了研究，早期研究多见于国外报道，且仅限于定性描述[3]。J.P.Holdren等[4]，P.R.Ehrlich等[5], G.C.Daily[6]，W.E.Westman(1977)[7]先后进行了全球环境服务功能、自然服务功能的研究，并研究了生物多样性丧失对生态系统服务功能的影响，至此，生态系统服务功能的概念得以产生。到20世纪90年代，国外的一些生态学家和生态经济学家开始了生态系统服务经济价值的综合测试探索，尤其是P.R.Ehrlich等[8]和R.Costanza等[9]对生态系统服务功能分类和货币化评估研究，为生态服务功能及其价值评估奠定了理论和方法基础。Costanza等[9]不但研究了生态系统服务价值估算的原理和方法，还给出了各类型生态系统产生的单位生态服务价值，并基于此对全球生态系统服务的总价值进行了核算；受Costanza等[9]研究成果的启发，国内生态学者在20世纪90年代以后开始对生态系统服务的价值评估进行探索与实践[3]。欧阳志云对生态系统服务功能价值的评估方法进行了探讨[10]，并对中国陆地及中国森林生态系统服务功能及价值进行了评价[11]；李文华等[3]对中国典型生态系统服务功能及其经济价值的评估理论和方法开展了研究，闵庆文等[12]采用市场价值法、替代市场法等方法对内蒙古典型草原生态系统主要服务功能的经济价值进行了估算；有学者基于GIS技术，分别对流域、山地、湿地、草地等单一生态系统服务功能进行了大量的深入研究[13-21]。此外，刘兴元[18]还综合考虑地域和空间差异性以及区域经济发展水平差异性，对草地生态系统服务功能进行了价值评估，谢高地等[22]以Costanza等[9]的研究成果为参考，在问卷调查的基础上，建立了“中国陆地生态系统生态服务价值当量因子表”，并以此为基础计算了中国不同陆地生态系统单位面积生态服务价值。但总体看来，这些研究也存在一些局限：1)忽视了区域差异性、空间异质性及经济发展水平差异对生态系统服务功能重要性的影响；2)多是以县(区)为研究单元，缺乏以乡镇等小评价单元的研究；3)多集中在单一生态系统服务功能的分析，对生态服务功能的综合研究较少。

限制开发生态区作为资源环境承载能力较弱、大规模聚集经济和人口条件不好的区域，关系到全国或较大区域范围的生态安全，多是国家重点生态功能区。宁夏限制开发生态区主要涉及宁夏中南部的8个县(区)，是宁夏生态环境最为脆弱和重要的地区，是国家重点生态功能区，也是被国家环境保护部确定为开展全国重点生态功能区环境保护和管理工作首批3个试点省区之一。本研究以Costanza等[9]的研究理论以及谢高地等[22]等制定的价值系数为基础，结合研究区实际，在对谢高地等2007年所修订的生态系统生态服务价值当量因子表进行修订的基础上，借助GIS技术，在对区域差异性、空间异质性及经济发展水平差异进行考虑的基础上，以乡镇为基本研究单元对宁夏限制开发生态区生态系统的重要性进行评价，研究结果可为宁夏限制开发生态区区域发展规划、区域生态管理、制定生态保护和建设政策提供科学依据。

1 研究区概况

宁夏限制开发生态区包括宁夏中南部的盐池、同心、红寺、西吉、海原、彭阳、泾源、隆德8个县(区)，该区域位于鄂尔多斯台地、宁夏南部黄土高原、腾格里沙漠等地形单元的交接过渡区域，总面积为27 921.34 km2，占宁夏总面积的42.05%，总人口203.81万人，占宁夏全区总人口的33.83%。作为一种特殊的人地关系地域系统类型，宁夏限制开发生态区生态环境脆弱，人口压力较大，经济长期处于欠发达状态。根据研究区内部自然环境条件的差异，可以进一步将其划分为中部干旱风沙生态区和南部黄土丘陵水土流失生态区2个区域。

1.1 中部干旱风沙生态区

中部干旱风沙生态区主要指红寺堡区以及盐池县和同心县的大部分区域，具体包含20个乡镇，总面积为12 576.72 km2，占宁夏限制开发生态区总面积的45.04%。此区被腾格里沙漠、乌兰布和沙漠和毛乌素沙漠环绕，气候干旱，植被稀疏，覆盖度低，水热资源失调，日照充足，风大多沙。区内有罗山和哈巴湖2个国家级自然保护区，本研究区的植被类型属于荒漠草原和草原化荒漠，大部分地区土壤沙性重，地表物质干燥，土壤含水率低，加之植被稀疏，极易遭受风蚀，主要的生态环境问题是土地沙化、草场退化。

1.2 南部黄土丘陵水土流失生态区

南部黄土丘陵水土流失生态区主要指泾源县、隆德县、彭阳县、西吉县、海原县以及同心县、盐池县的部分地区，具体包含73个乡镇，总面积为15 344.62 km2，占宁夏限制开发生态区总面积的54.96%。该区除六盘山山地外，多为黄土丘陵，部分地区分布有一些河谷平原及较大塬地，土壤类型主要是黑垆土、黄绵土和新积土；主要山地有六盘山、南华山、西华山及月亮山等，属隆起构造山地地貌，六盘山地的植被和土壤具有明显的垂直地带性，植被从山顶到山麓分别为亚高山草甸、森林、草原，相对应的土壤类型有亚高山草甸土、淋溶灰褐土、石灰性灰褐土；此生态区地形破碎、沟壑纵横、土壤质地疏松，抗侵蚀性能很差，山地剥蚀切割严重，主要的生态环境问题是草场退化和水土流失。

2 研究方法及数据来源

2.1研究方法

在对研究区各乡镇各类生态系统单位面积生态服务价值进行核算的基础上，对各乡镇生态系统重要性进行评价。具体如下：1)根据研究区实际及数据的可获得性，拟选择森林、草地、农田、水域、荒漠5大类生态系统，结合研究区实际，对谢高地等研究的中国陆地生态系统单位面积生态服务价值当量进行修正，得到研究区生态系统生态服务价值当量因子；2)依次计算中部干旱风沙区和南部水土流失区农田单位面积食物生产的价值，并根据研究区生态系统生态服务价值当量因子表，获得研究区其他生态系统单位面积生态服务价值；3)通过生态服务价值评估模型，确定研究区各乡镇单位面积生态系统服务价值，利用GIS空间分析功能，将93个乡镇划分为5级(较低、低、中等、较高、高)。

2.1.1生态服务功能重要性系数确定。不同生态系统生态服务功能的重要性是不同的，即使是同一类生态系统，在不同地域中承担的职能和发挥的作用也是不同的[23-24]。因此，首先要根据各生态系统在不同区域的差异性、同一区域内不同生态系统重要性的差别以及不同区域由于经济发展水平差异而产生的支付能力确定各类生态系统的重要性系数，以此反映各生态系统生态服务价值随地域、支付能力差异的变化，公式如下：

Ey=Dy×Iy×Py。

(1)

式中：Ey为研究区生态服务功能重要性系数；Dy为区域差异性系数，用生态系统类型面积与区域土地总面积的比表示；Iy为区域重要性等级，根据各生态系统在不同生态区(中部干旱风沙生态区、南部水土流失生态区)的重要性确定各生态区的生态服务功能重要性等级，共分为5级，即极重要(0.9)、重要(0.7)、中等重要(0.5)、较重要(0.3)、不重要(0.1)；Py为区域支付能力系数，用各生态区人均G与宁夏人均G之比表示。

根据式(1)得出不同生态区各类生态系统重要性系数(表1)。根据表1，在中部干旱风沙区，各生态系统重要性系数依次为草地>森林>农田>水域>荒漠，草地生态系统重要性系数最高；在南部水土流失区，各生态系统重要性系数依次为森林>草地>农田>水域>荒漠，森林生态系统重要性系数最高。

表1 宁夏限制开发生态区生态服务功能重要性系数

2.1.2各生态区不同生态系统类型单位面积生态服务价值计算。公式如下：

(2)

式中：Ea为单位面积农田提供食物生产服务功能的经济价值(元/hm2)；i为作物种类，研究区主要粮食作物有小麦、玉米、荞麦、马铃薯、豆类、油料、谷子、糜子等;Pi为第i种作物平均价格(元/t)；Qi为第i种粮食作物单产(t/hm2)；Mi为第i种粮食作物面积(hm2)。

根据式(2)计算各生态区单位面积农田提供的食物生产价值(表2)。并以此为基准，结合各生态区生态系统单位面积生态服务价值当量表，获得各生态区其他生态系统类型单位面积生态服务价值(表3)。

表2 各生态区农田单位面积食物生产的价值

表3 宁夏限制开发生态区生态系统单位面积生态服务价值元/hm2

2.1.3生态服务价值评估模型。以乡镇为评价单元，根据各乡镇森林、草地、农田、水域、荒漠的面积及其提供的服务价值计算各乡镇单位面积生态服务价值，以此为依据对各乡镇生态重要性进行综合评价，公式如下：

(3)

式中：EV为第y个乡镇单位面积上的生态系统服务价值(元/hm2)；aiy为第y个乡镇第i种生态系统的面积(hm2)；bijy为第y个乡镇第i种生态系统的第j种服务价值(元/hm2)；Sy为第y个评价单元的总面积(hm2)。

2.2 数据来源

数据均来源于各县(区)统计年鉴(2013)和经济要情手册(2013)，各乡镇生态系统类型面积来源于2012年宁夏回族自治区土地利用变更调查报告。

3 结果分析

将表2中的数据带入公式(3)可计算出宁夏限制开发生态区93个乡镇森林、草地、农田、水域、荒漠的生态服务价值。按照5级分类标准(低、较低、中、较高、高)，利用ArcGIS软件的空间分析功能，根据各乡镇单位面积生态服务价值得分进行生态重要性评价，可得出研究区各乡镇生态重要性评价结果分级(图1)。

3.1 单位面积生态服务价值空间分布特征

生态服务总价值高(大于15 200元/hm2)的乡镇共9个，主要分布在六盘山国家级自然保护区和月亮山、南华山生态保护区内，主要地貌为近山丘陵及丘间河谷平原或沟台地，此区域降水丰富，森林面积大，是退耕还林还草的重点地区，涵养水源和保护生物多样性是该区主要的生态服务功能。因此，该区应作为禁止建设区，禁止任何开发建设活动。该区生态保护和建设的方向为：以生态保护为重点，保护水源涵养功能，加强生物多样性建设与保护。同时，对居住在六盘山水源涵养林核心区、自然条件恶劣区、地质灾害危险区、水库淹没区农民进行生态移民搬迁。县外移民安置主要迁向引黄灌区，同时按照“人退林进”的原则，在泾源县内选择沿路、靠水、近城的地方，有序将六盘山生态林核心保护区人口就近搬迁。

图1 宁夏限制开发生态区生态重要性评价结果分级

生态服务总价值较高(11 500～15 200元/hm2)的乡镇共有24个，主要分布在云雾山、火石寨、罗山、哈巴湖生态保护区内。其中，哈巴湖生态保护区属于荒漠草原生态型，地形地貌有缓坡丘陵、丘间洼地、河流冲沟、流动沙丘与固定和半固定沙丘，主要的生态环境问题是土地沙化和草场退化；罗山自然保护区集中连片分布有荒漠草原，植被以森林、灌丛、草原为主，主要生态环境问题是水土流失。云雾山半干旱草原自然保护区是完整的草地生态系统，具有独特的干草原景观，主要的生态环境问题是草场退化。今后发展方向为：盐池县的王乐井乡、青山乡、同心县田老庄乡、马高庄乡等主要是生态环境极为脆弱的地区，区域内干旱、风沙多，生态系统极端脆弱，一旦遭到破坏很难恢复，且这些区域的生态安全不仅关系到局部地区的可持续发展，而且对整个西北地区的生态安全都有着极为重要的影响，因此，生态保护是第一位的。考虑到该区域生态的极端脆弱性和重要性，在发展基础差、人口稀少的乡镇实施向区域外的生态移民、减少人口压力是该区域的主要发展模式。

生态服务总价值中等(8 700～11 500元/hm2)的乡镇共有23个，主要分布在彭阳北部梁峁丘陵退耕还林还草生态区、葫芦河两侧梁峁丘陵强度水土流失治理区，此生态区地貌以黄土梁峁丘陵为主，地形破碎、切割较深，水土流失严重。这些区域生态环境脆弱，自我调节能力低，在自然或人为干扰下会诱发严重的生态环境退化问题，该区应作为强限制开发区，限制大规模、高强度的开发活动。同时，加强现有植被的保护，对受到破坏的植被进行恢复重建。

生态服务总价值较低(6 100～8 700元/hm2)的乡镇共有24个，主要分布在盐同南部黄土丘陵水土流失区、海原中南部退耕还林还草生态治理生态区、西吉南部水土流失区。此区地貌以黄土丘陵为主，土地贫瘠，气候干旱，土地利用以旱耕地为主，主要的生态环境问题是水土流失，旱作农田生态服务功能差。今后应在搞好水土保持的同时调整产业结构，适度发展生态、绿色产业。

生态服务总价值低(小于6 100元/hm2)的乡镇共有13个，主要包括盐池县麻黄山乡、同心县预旺镇、王团镇以及海原县大部分地区。此区生态系统较为简单，生物多样性较低，可作为区域发展的重点地区，在合理控制人口规模的同时，调整区域产业结构，发展生态产业，实行点状发展。

3.2 单位面积生态服务价值与自然保护区分布一致

图1所示，研究区各乡镇单位面积生态服务价值分布特点为：位于北部、东北以及西南地区及其附近的各乡镇生态服务价值较高，即分布在自然保护区内的各乡镇单位面积生态服务价值较高；中部及东南地区各乡镇单位面积生态服务价值较低。这主要是因为在宁夏限制开发生态区南部分布有六盘山、南华山、月亮山、云雾山等自然保护区，北部有罗山、哈巴湖自然保护区，位于自然保护区内的各乡镇单位面积生态服务价值最高，由保护区向四周逐渐降低。由此看出，研究区各乡镇单位面积生态服务价值与自然保护区的分布相一致。

3.3 单位面积生态服务价值与生态系统类型高度相关

通过对各乡镇单位面积生态服务价值与各生态系统类型面积的比较发现：1)各乡镇单位面积生态服务价值主要取决于林地面积的比重，其次为草地和农田面积，荒漠面积的影响很小；2)单位面积生态服务价值高的乡镇林地及草地面积均占有很高的比重，这些乡镇市场价值(食物生产)较低，但气体、气候调节、水源涵养、土壤形成与保护、废物处理、生物多样性保护等方面的价值很高，而一些农田面积较大、单位面积产出较高的乡镇非市场价值(水源涵养、气候调节、生物多样性保护等)却很低。

4 结论和讨论

4.1 结论

1)宁夏限制开发生态区生态系统类型多样，但研究结果表明，各乡镇生态服务价值的空间格局明显，能体现出各乡镇生态系统的重要性程度，其结果可以为宁夏限制开发生态区限制等级的细分提供基本的依据。在限制开发生态区内，并不是所有乡镇、所有的开发活动都被禁止，只是对生态环境极为脆弱的区域、对大规模的工业化和城镇化活动进行限制，适度的发展是被允许的。因此，通过对限制开发生态区内部各区域资源、环境承载力等的评价，根据评价结果进行适度开发，即在对限制开发生态区限制等级进行细化的基础上，确定各个区域的开发强度和内容。

2)研究区各乡镇单位面积生态服务价值与生态系统类型高度相关，且主要取决于林地面积比。从宁夏限制开发生态区生态重要性评价结果分级来看，各乡镇单位面积生态服务价值与森林覆盖率高度一致。

3)研究区单位面积生态服务价值与自然保护区、生态功能区的分布相一致。各乡镇单位面积生态服务价值的高低取决于其所处的地理位置，即与自然保护区及生态保护区的相对位置。

4.2 讨论

1)本研究具有相对性，研究结果限于同一区域内各单元之间的横向比较，构建不同区域之间生态系统重要性比较的理论和方法是未来研究的方向。

2)作为限制开发生态区，主体功能的定位决定了其不可能走大规模开发的道路，因此，实施生态补偿是保证区域内生式发展的关键。生态系统重要性是生态补偿的重要依据。如何在生态重要性评价的基础上进行生态补偿是需要继续研究的问题。

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