基于土地利用的內(nèi)蒙古牧區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時(shí)空變化(2000-2015)

常 虹， 翟 琇， 石 磊， 劉亞紅， 謝 宇， 王 洋， 孫海蓮*

(1. 內(nèi)蒙古大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院， 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010021； 2. 內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院， 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、過程和功能直接或間接為人們提供的生命支持產(chǎn)品和服務(wù)，包括供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù)和支持服務(wù)[1]。提供生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品包括農(nóng)業(yè)產(chǎn)品、工業(yè)原材料等物品，以及支撐與維持人類賴以生存的環(huán)境，如調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、保持水土、養(yǎng)分循環(huán)、固碳釋氧等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[2-3]。這些服務(wù)的可持續(xù)供給是經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，為人類提供直接福利。土地利用變化如土地利用類型和方式改變后區(qū)域生態(tài)環(huán)境發(fā)生相應(yīng)改變，從而直接影響生態(tài)系統(tǒng)的過程、結(jié)構(gòu)和質(zhì)量的演變，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)改變[4-6]。合理的土地利用方式可促進(jìn)生態(tài)環(huán)境向良性方向發(fā)展，使生態(tài)系統(tǒng)處于健康狀態(tài)，提供穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)；反之，則會(huì)導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能逐漸弱化甚至消失。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，土地利用類型和方式正在發(fā)生快速轉(zhuǎn)變[7-10]，土地利用格局和覆被狀況變化顯著，這種狀況下研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)如何演變具有重要意義[11]。

生態(tài)系統(tǒng)的土壤保持服務(wù)是土壤形成、植被固著和水源涵養(yǎng)等服務(wù)的重要基礎(chǔ)[12]。土壤侵蝕不僅造成草原退化、耕地面積減少、土壤肥力下降，而且大量徑流泥沙及其挾帶的污染物對(duì)區(qū)域生態(tài)安全造成嚴(yán)重威脅。因此，土壤保持對(duì)區(qū)域水土保持和生態(tài)安全等具有重要意義。影響土壤保持作用的坡度坡長、植被覆蓋類型、管理方式等因素受不同土地利用方式影響。因此，區(qū)域不同土地利用方式下的土壤保持形式及強(qiáng)度有很大差異。植被是生態(tài)系統(tǒng)碳源與碳匯的重要調(diào)節(jié)因子，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大氣中CO2濃度急劇升高，全球氣候變化異常，植被的固碳釋氧能力顯得尤為重要[13]。定量評(píng)價(jià)植被生態(tài)系統(tǒng)固定CO2和釋放O2功能是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能定量研究重要內(nèi)容之一。土地利用變化改變地表植被情況，對(duì)區(qū)域植被及其固碳能力產(chǎn)生重要影響[14]。開展土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)碳固定、土壤保持的影響研究有助于探尋土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化途徑以提高區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力，對(duì)于改善自然生態(tài)系統(tǒng)有積極意義。

內(nèi)蒙古牧區(qū)居我國五大牧區(qū)之首，橫跨“三北”，靠近京津，是我國北方天然生態(tài)屏障。過去半個(gè)世紀(jì)由于強(qiáng)烈的人類活動(dòng)干擾，不合理的土地利用及全球氣候變化等多種因素的影響，內(nèi)蒙古牧區(qū)草原生態(tài)環(huán)境惡化，“三化”現(xiàn)象嚴(yán)重，水土流失愈演愈烈，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能嚴(yán)重受損，直接威脅到社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展[15-16]。內(nèi)蒙古牧區(qū)位于東部濕潤區(qū)向西北干旱區(qū)的過渡地帶，生態(tài)系統(tǒng)類型多樣，發(fā)揮著重要的碳固定和土壤保持作用。2000年以來，內(nèi)蒙古牧區(qū)實(shí)施了一系列生態(tài)保護(hù)工程政策，如京津風(fēng)沙源工程、退耕還林、退牧還草政策、草原生態(tài)保護(hù)補(bǔ)助獎(jiǎng)勵(lì)政策等，區(qū)內(nèi)土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能產(chǎn)生了深刻影響。政策實(shí)施以來，內(nèi)蒙古牧區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生的變化及對(duì)區(qū)域碳固定和土壤保持影響尚不清楚。綜上所述，本研究以內(nèi)蒙古牧區(qū)為研究區(qū)，通過2000—2015年土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣和土地利用變化動(dòng)態(tài)，分析2000—2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)碳固定和土壤保持演變，以期為我國北方溫帶草原土地資源保護(hù)和生態(tài)系統(tǒng)管理、精準(zhǔn)實(shí)施生態(tài)保護(hù)工程項(xiàng)目提供科學(xué)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

內(nèi)蒙古牧區(qū)地處內(nèi)蒙古高原中部，從大興安嶺西麓的呼倫貝爾市新巴爾虎左旗向西延伸到阿拉善盟的阿拉善右旗(97°07′57.71″～123°50′26.46″ E，37°21′40.78″～50°12′14.88″ N)。東西長2 134 km，南北寬1 520 km，海拔89～3 401 m，總面積76.68萬km2。包括阿拉善盟的阿拉善左旗、右旗、額濟(jì)納旗，包頭市達(dá)茂旗，巴彥淖爾市烏拉特中旗、后旗，鄂爾多斯市杭錦旗、烏審旗、鄂托克前旗、鄂托克旗，烏蘭察布市四子王旗，錫林郭勒盟錫林浩特市、阿巴嘎旗、蘇尼特左旗、蘇尼特右旗、鑲黃旗、正鑲白旗、正藍(lán)旗、西烏珠穆沁旗、東烏珠穆沁旗，赤峰市的克什克騰旗、阿魯科爾沁旗、巴林左旗、巴林右旗、翁牛特旗，通遼市科爾沁左翼中旗、科爾沁左翼后旗、扎魯特旗，興安盟科爾沁右翼中旗，呼倫貝爾市新巴爾虎左旗、新巴爾虎右旗、鄂溫克旗、陳巴爾虎旗等10個(gè)盟市33個(gè)旗縣(圖1)，其中有14個(gè)邊境旗。地貌以蒙古高原為主，形態(tài)復(fù)雜多樣，由呼倫貝爾、錫林郭勒、巴彥淖爾、阿拉善及鄂爾多斯等高平原組成，西端分布有沙漠，在高平原向山地平原的交接地帶，分布著黃土丘陵和石質(zhì)丘陵，間雜有低山、谷地和盆地分布，水土流失較嚴(yán)重。氣候以溫帶大陸性季風(fēng)氣候?yàn)橹鳎晏栞椛淞繌臇|北向西南遞增，降水量由東北向西南遞減，年總降水量50～450 mm，年平均氣溫為—2～8℃。蒸發(fā)量大部分地區(qū)都高于1 200 mm，阿拉善和巴彥淖爾高原地區(qū)達(dá)3 200 mm以上。地帶性土壤類型由東向西分布有黑鈣土、栗鈣土、棕鈣土、灰漠土和灰棕漠土等。

圖1 研究區(qū)域Fig.1 The map of study area

1.2 研究方法

1.2.1土地利用變化 土地利用動(dòng)態(tài)度模型用來研究區(qū)域內(nèi)特定時(shí)間段不同土地利用類型的變化幅度和速度，包括單一土地利用動(dòng)態(tài)度和綜合土地利用動(dòng)態(tài)度[17]。

單一土地利用動(dòng)態(tài)度(K)表示某一類土地利用類型面積的年變化率，反映了該類土地變化的劇烈程度。模型表達(dá)式為：

(1)

式中，i為第i類土地利用類型；Si，Sj分別為研究期末和研究期初某一土地利用類型的面積，單位km2；T為研究時(shí)段長度(年)。

綜合土地利用動(dòng)態(tài)度(L)表示研究區(qū)內(nèi)所有土地資源即綜合土地利用變化的年變化率。模型表達(dá)式為：

(2)

式中，dSi為研究初期第I類土地利用類型面積；表示研究時(shí)段第i土地利用類型轉(zhuǎn)為非i土地利用類型面積的絕對(duì)值，單位km2；n為土地利用類型總數(shù)；T為研究時(shí)段長度(年)。

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣可對(duì)土地利用類型間相互轉(zhuǎn)化的數(shù)量和方向進(jìn)行定量研究。采用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣反映土地利用變化的結(jié)構(gòu)特征和各類型間的轉(zhuǎn)移方向。利用ArcGIS軟件將2000，2015年土地覆被數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加，構(gòu)建區(qū)域土地利用的轉(zhuǎn)移矩陣，計(jì)算土地類型轉(zhuǎn)入/轉(zhuǎn)出貢獻(xiàn)率[18]，分析2000—2015年的土地空間格局變化特征和驅(qū)動(dòng)機(jī)制。土地類型轉(zhuǎn)入/轉(zhuǎn)出貢獻(xiàn)率計(jì)算方法如下：

(3)

(4)

式中：Li+為除第i類外的其他土地類型向第i類土地類型轉(zhuǎn)入的面積占土地總轉(zhuǎn)移面積的比例；Sji為第j種土地類型向第i種土地類型轉(zhuǎn)移的面積；Si為土地類型轉(zhuǎn)移的總面積；n為土地利用類型數(shù)量；Li-為第i類向除第i類外的其他土地類型轉(zhuǎn)移的面積占土地總轉(zhuǎn)移發(fā)生量的比例；Sij為第i種土地類型向第j種土地類型轉(zhuǎn)移的面積。

1.2.2碳固定和土壤保持服務(wù)評(píng)估 固碳量計(jì)算：生態(tài)系統(tǒng)中，綠色植物吸收空氣中的CO2，通過光合作用生成碳水化合物并釋放出O2，其化學(xué)式為：

6CO2+12H2O→C6H12O6+6H2O+6O2

(5)

本測(cè)算以凈第一性生產(chǎn)力為基礎(chǔ)，根據(jù)質(zhì)量平衡方程和光合作用方程，每生產(chǎn)1.00 kg干物質(zhì)固定1.63 kg CO2，釋放1.19 kg O2，以此為基礎(chǔ)，從生態(tài)系統(tǒng)的凈第一性生產(chǎn)力物質(zhì)量可以測(cè)算出生態(tài)系統(tǒng)固碳量[19-20]。

Qtco2=1.63×NPP

(6)

式中：Qtco2為生態(tài)系統(tǒng)固碳量(t)；NPP為生態(tài)系統(tǒng)凈初級(jí)生產(chǎn)力(t)，采用改進(jìn)的CASA模型反演得到[19]。

土壤保持計(jì)算：運(yùn)用修正的通用土壤流失方程(RUSLE)來估算潛在土壤侵蝕量和實(shí)際土壤侵蝕量，兩者之差即為生態(tài)系統(tǒng)土壤保持量[21]。其中，實(shí)際土壤侵蝕是指當(dāng)前地表覆蓋和水土保持因素下的土壤侵蝕量，潛在土壤侵蝕量則是生態(tài)系統(tǒng)在沒有植被覆蓋和水土保持措施下可能產(chǎn)生的土壤侵蝕量(C=1，P=1)，土壤保持量即為：

Ac=R×K×L×S×(1-C×P)

(7)

式中：Ac為單位面積土壤保持量(t·hm-2·a-1)；R為降雨侵蝕力因子，用多年平均年降雨侵蝕力指數(shù)表示；K為土壤可蝕性因子，表示為標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)下單位降雨侵蝕力形成的單位面積上的土壤流失量。L為坡長因子；S為坡度因子；C為植被覆蓋因子；P為土壤保持措施因子。各因子統(tǒng)一柵格單元為90 m×90 m，利用ENVI5.0和ArcGIS10.0軟件計(jì)算并分析。各因子采用的計(jì)算方法如下：

降雨侵蝕力因子R：

Ryear=5.249×F1.205

(8)

(9)

式中：R為降雨侵蝕力因子(MJ·mm·hm-2·h-1·a-1)；P為年降雨量(mm)，Pi為第i月降雨量(mm)。

土壤可蝕性因子K：

K=(-0.01383+0.51575KEPIC)×0.1317

(10)

KEPIC={0.2+0.3exp[-0.0256ms(1-msilt/100)]}×[msilt/(mc+msilt)]0.3×
{1-0.25orgC/[orgC+exp(3.72-2.95orgC)]}×
{1-0.7(1-ms/100)/{(1-ms/100)}+exp[-5.51+22.9(1-ms/100)]}

(11)

式中：K為土壤可蝕性因子(t·hm2·h·hm-2·MJ-1·mm-1)，mc，msilt，ms和orgC分別為粘粒(<0.002 mm)、粉粒(0.002～0.05 mm)、砂粒(0.05～2 mm)和有機(jī)碳的百分含量(%)。

坡長坡度因子L，S：也稱為地形因子，可以反映地貌特征對(duì)土壤侵蝕的作用。在區(qū)域尺度上，可通過數(shù)字高程模型來計(jì)算L×S。本文采用Van Remortel等[22]編寫的AML代碼從DEM中提取L，S因子。地形因子L×S由坡長因子L和坡度因子S進(jìn)行柵格計(jì)算，相乘得到。

L=(λ/22.13)m

(12)

m=β/(1+β)

(13)

β=(sinθ/0.089)/[3.0×(sinθ)0.8+0.56]

(14)

(15)

λi=Di/cosθi

(16)

式中：L為坡長因子，S為坡度因子，m為坡長指數(shù)，λ為像元坡長，θ為坡度，Di為沿徑流方向每像元坡長的水平投影距，i為自山脊像元至待求像元個(gè)數(shù)。

植被覆蓋因子C：指在相同的土壤、坡度和降雨條件下，有特定植被覆蓋土地上的土壤流失量與無覆蓋裸露地上的土壤流失量的比值，取值在0～1之間，無量綱。由于C值與植被覆蓋度具有較好的相關(guān)性，因此，本文利用NDVI值計(jì)算區(qū)域內(nèi)的植被覆蓋度，根據(jù)蔡崇法等[23]建立的覆蓋度與C值的關(guān)系來計(jì)算C值。計(jì)算公式為：

(17)

(18)

式中：fc為覆蓋度(%)；C為植被覆蓋因子；NDVI為歸一化植被指數(shù)；NDVImax,NDVImin分別是區(qū)域NDVI的最大值和最小值。

土壤保持措施因子P：是采取土壤保持措施后的土壤流失量與未采取任何土壤保持措施的土壤流失量之比，它反映土壤保持措施對(duì)土壤侵蝕能力的抑制作用。P值變化范圍為0～1，0代表防治措施很好，基本不發(fā)生侵蝕的地區(qū);1代表未采取任何防治措施。P值的確定是一個(gè)極其復(fù)雜的過程，至今很少有人得到系統(tǒng)性研究的成果，本研究不考慮P因子影響，P值為1[21]。

1.2.3數(shù)據(jù)來源 本研究使用的數(shù)據(jù)主要包括：(1)內(nèi)蒙古牧區(qū)2000，2015年降水量和月降水量數(shù)據(jù)等氣象數(shù)據(jù)；(2)土壤屬性數(shù)據(jù)包括土壤機(jī)械組成和土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)據(jù)；(3)30 m DEM數(shù)據(jù)；(4)2000,2015年的MODIS數(shù)據(jù)(250 m分辨率的16 d最大值合成植被指數(shù)MOD13Q1產(chǎn)品)；(5)2000,2015年土地利用數(shù)據(jù)；(6)內(nèi)蒙古牧區(qū)行政邊界數(shù)據(jù)(表1)。降水量數(shù)據(jù)利用氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)通過反距離加權(quán)法空間插值而成。利用MODLAND提供的MRT軟件對(duì)MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行子集提取、圖像鑲嵌、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、投影轉(zhuǎn)換等處理，獲得質(zhì)量可靠的NDVI數(shù)據(jù)，用于NPP的計(jì)算。

表1 數(shù)據(jù)來源Table 1 Principal data sources

2 結(jié)果與分析

2.1 2000—2015年土地利用變化

內(nèi)蒙古牧區(qū)土地利用類型包括草地、耕地、灌木林、建筑用地、林地、未利用地、沙漠、水域和鹽堿地。受氣候因素和地理?xiàng)l件的影響，草地是主要的土地利用類型，占全域總面積的57%以上，構(gòu)成了該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的主體；其次是未利用地，占總面積的17%以上；沙漠面積占總面積的13%以上(圖2)。

2000—2015年，內(nèi)蒙古牧區(qū)土地利用變化顯著，其中建筑用地、林地、耕地、鹽堿地面積分別增加1 406.05 km2，598.55 km2，592.02 km2，301.57 km2，增加了30.29%，2.65%，1.66%，4.56%；而水域、沙漠、草地、未利用地面積分別減少1 043.47 km2，830.28 km2，732.33 km2，373.49 km2，減少了16.89%，0.82%，0.17%，0.27%。分析土地利用變化動(dòng)態(tài)度(表2)，從單一土地利用動(dòng)態(tài)度來看，2000—2015年，建筑用地增加幅度較大，動(dòng)態(tài)度為2.02%；水域、沙漠減少幅度較大，動(dòng)態(tài)度分別為-1.13%，—0.05%。綜合土地利用動(dòng)態(tài)度為0.03%，整體來看土地利用類型變化較為平緩。

經(jīng)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析(表3)，2000—2015年，各土地利用類型中，草地轉(zhuǎn)出貢獻(xiàn)率最高，為53.32%，主要轉(zhuǎn)為耕地、建筑用地、林地；耕地、沙漠、水域的轉(zhuǎn)出貢獻(xiàn)率分別為18.22%，8.79%，8.78%，均主要轉(zhuǎn)為草地；轉(zhuǎn)出貢獻(xiàn)率最小的為建筑用地，僅為0.19%，但其轉(zhuǎn)入貢獻(xiàn)率高達(dá)9.66%，且轉(zhuǎn)入來源為草地，占其轉(zhuǎn)入總量的100%。林地的轉(zhuǎn)入貢獻(xiàn)率為8.95%，轉(zhuǎn)入來源為草地，占其轉(zhuǎn)入總量的100%。

2.2 2000—2015年碳固定和土壤保持時(shí)空分布與變化

內(nèi)蒙古牧區(qū)碳固定和土壤保持服務(wù)空間分布上東部高于西部區(qū)域(圖3，4)，表現(xiàn)出較高的碳固定和土壤保持能力。這主要由于：一方面，東部降雨量大于西部；另一方面，東部植被覆蓋較西部高，東部土地利用類型以草甸草原為主，而西部土地利用類型主要是荒漠草原。

表2 2000—2015年內(nèi)蒙古牧區(qū)土地利用類型面積變化量Table 2 Area change of land use type in pastoral areas of Inner Mongolia from 2000 to 2015

圖2 2000—2015年土地利用類型圖及各類型面積變化Fig.2 Land use types map and area changes of each type from 2000 to 2015

表3 2000—2015年內(nèi)蒙古牧區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣Table 3 Land use change transfer matrix in pastoral areas of Inner Mongolia from 2000 to 2015

從時(shí)間上看(表4)，2000—2015年，全域碳固定從43 032.06萬t增加到50 648.01萬t，平均每km2碳固定量由561.19 t增加到660.51 t，增加了17.70%；全域土壤保持從50 698.75萬t增加到65 901.27萬t，平均每km2土壤保持量由9 578.44 t增加到10 750.72 t，增加了29.99%。從空間上看，2000—2015年，碳固定呈中部減少、東部和西部增加的態(tài)勢(shì)，土壤保持呈東部減少、西部額濟(jì)納旗、阿拉善右旗增加的態(tài)勢(shì)。

表4 2000—2015年內(nèi)蒙古牧區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化Table 4 Ecosystem services changes from 2000 to 2015

圖3 內(nèi)蒙古牧區(qū)2000—2015年碳固定服務(wù)變化Fig.3 Change of carbon fixation services from 2000 to 2015

2.3 2000—2015年不同土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化

2000—2015年，內(nèi)蒙古牧區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)變化顯著，對(duì)該區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生明顯影響。2015年，就碳固定服務(wù)來看，各土地利用類型提供的服務(wù)量均表現(xiàn)為草地>沙漠>耕地>鹽堿地>灌木林>未利用地>水域>建筑用地>林地。在土壤保持服務(wù)上有所不同，為草地>沙漠>鹽堿地>耕地>未利用地>灌木林>水域>林地>建筑用地。草地作為面積占比57%的最大的土地利用類型，碳固定和土壤保持服務(wù)量所占比例最大，分別占該區(qū)域的80.38%和45.68%。沙漠占區(qū)域面積的13%，碳固定和土壤保持服務(wù)量卻分別占該區(qū)域的13.73%，44.02%。耕地占區(qū)域總面積的5%，但碳固定和土壤保持服務(wù)量分別占該區(qū)域的2.81%，1.58%。其余土地利用類型的碳固定和土壤保持服務(wù)量占區(qū)域服務(wù)量的比例較小。

2000—2015年，各土地利用類型提供碳固定量均有不同程度的增加，其中草地的碳固定量增加最多，增加6 242.21萬t;其次為沙漠，增加741.15萬t；耕地增加275.93萬t。在土壤保持方面，建筑用地的土壤保持量減少44.11萬t，其余各類土地利用類型提供土壤保持量均有所增加，其中沙漠的土壤保持量增加最多，增加8 644.81萬t;其次為草地，增加3 736.59萬t；鹽堿地增加1 982.73萬t(表5)。

圖4 內(nèi)蒙古牧區(qū)2000—2015年土壤保持服務(wù)變化Fig.4 Change of Soil conservation services from 2000 to 2015

表5 2000—2015年內(nèi)蒙古牧區(qū)各土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化Table 5 Changes of ecosystem services in different land use types from 2000 to 2015

3 討論

在內(nèi)蒙古牧區(qū)，草地、未利用地是主要的土地利用類型。2000—2015年，該區(qū)域土地利用發(fā)生了明顯變化，表現(xiàn)為建筑用地、林地、耕地、鹽堿地面積增加，水域、沙漠、草地、未利用地面積減少。經(jīng)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析，草地主要轉(zhuǎn)為耕地、建筑用地、林地，耕地、沙漠、水域主要轉(zhuǎn)為草地。土地利用動(dòng)態(tài)度表現(xiàn)為建筑用地的增加幅度較大，水域、沙漠減少幅度較大，整體土地利用變化較為平緩。2000年以來，內(nèi)蒙古牧區(qū)實(shí)施了一系列生態(tài)保護(hù)工程政策，如京津風(fēng)沙源工程、退耕還林、退牧還草、草原生態(tài)保護(hù)補(bǔ)助獎(jiǎng)勵(lì)政策，對(duì)該區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)變化具有重要作用，表現(xiàn)為林地面積增加，沙漠、未利用地面積減少，大面積耕地、沙漠轉(zhuǎn)為草地，土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化，區(qū)域生態(tài)環(huán)境改善，可見該區(qū)域工程政策的實(shí)施取得了階段性成果。但是，整體上草地面積還是減少的，主要轉(zhuǎn)為耕地、建筑用地、林地，建筑用地面積大幅增加。可見隨著城市化發(fā)展，建筑用地持續(xù)擴(kuò)張，且建筑用地的擴(kuò)張、土地利用的開發(fā)依然是以侵占草地為主，同時(shí)，草地被開墾為耕地的現(xiàn)象依然嚴(yán)重。

2000和2015年，全域碳固定分別為43 032.06萬t和50 648.01萬t，土壤保持分別為50 698.75萬t和65 901.27萬t。內(nèi)蒙古牧區(qū)雖然生態(tài)脆弱，但其提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與其他地區(qū)相比，也是非?？捎^的，對(duì)維系當(dāng)?shù)厣a(chǎn)及人民生活起到重要作用[24]。2000—2015年，全域碳固定增加7 615.95萬t，平均每km2碳固定量由561.19 t增加到660.51 t，增加了17.70%?？臻g上呈中部減少、東部和西部增加的態(tài)勢(shì)。全域土壤保持增加15 202.52萬t，平均每km2土壤保持量由9 578.44 t增加到10 750.72 t，增加了29.99%，土壤保持呈東部減少、西部額濟(jì)納旗、阿拉善右旗增加的態(tài)勢(shì)。內(nèi)蒙古牧區(qū)東部和西部區(qū)域草地分布面積較大，生態(tài)恢復(fù)工程政策實(shí)施后，該區(qū)域生態(tài)恢復(fù)明顯，草地植被覆蓋度和生產(chǎn)力提高，區(qū)域碳固定、土壤保持服務(wù)增加，尤其是西部額濟(jì)納旗、阿拉善右旗的沙漠面積明顯減少，土壤保持能力大幅增加。加強(qiáng)草地的恢復(fù)與建設(shè)，在增加草地面積的同時(shí)應(yīng)注意提高草地的質(zhì)量，已成為該地區(qū)農(nóng)牧業(yè)生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)的當(dāng)務(wù)之急。

2015年，全域各土地利用類型中，草地作為占比57%的最大面積土地利用類型，碳固定和土壤保持服務(wù)量所占比例均最大，分別占80.38%和45.68%。該地區(qū)的氣候類型適宜草地生長，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的提高應(yīng)考慮在保護(hù)草地、林地的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大草地面積，恢復(fù)治理沙漠區(qū)域，結(jié)合當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的主導(dǎo)需求或均衡需求，科學(xué)優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)，保障生態(tài)系統(tǒng)朝著良性方向演化，使該土地利用情景下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)達(dá)到最優(yōu)。

此外，本研究針對(duì)該區(qū)域典型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)碳固定和土壤保持進(jìn)行分析，未就生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)中的其他服務(wù)類型如水源涵養(yǎng)、凈化空氣等功能進(jìn)行計(jì)算分析，這將是下一步研究的重點(diǎn)。

4 結(jié)論

內(nèi)蒙古牧區(qū)2000—2015年，草地為主要土地利用類型，其次為未利用地、沙漠;建筑用地、林地、耕地、鹽堿地面積增加，水域、沙漠、草地、未利用地面積減少;土地利用變化主要從草地向耕地、建筑用地、林地轉(zhuǎn)移，從沙漠、水域向草地轉(zhuǎn)移;生態(tài)保護(hù)工程政策的實(shí)施取得了階段性成果，林地面積增加，未利用地面積減少，大面積沙漠轉(zhuǎn)為草地，土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化，區(qū)域生態(tài)改善，但開墾和侵占草地為建筑用地和耕地的現(xiàn)象依然嚴(yán)重;東部和西部區(qū)域草地生態(tài)恢復(fù)明顯，植被覆蓋度和生產(chǎn)力提高，碳固定、土壤保持服務(wù)增加;草地提供的碳固定和土壤保持量最大。該區(qū)域應(yīng)適度利用草地、農(nóng)田等生產(chǎn)生活用地，在保護(hù)草地、林地的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大草地面積，治理沙漠區(qū)域，科學(xué)優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)。