董 天,張 路,肖 燚,鄭 華,黃斌斌,歐陽志云,*

1 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室, 北京 100085 2 中國科學(xué)院大學(xué),北京 100049

生態(tài)資產(chǎn)和生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值評估,是生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的前沿領(lǐng)域,不僅考慮了資源消耗、環(huán)境損害對人類社會發(fā)展的影響,還將生態(tài)效益納入了經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展評價體系[1]。生態(tài)資產(chǎn)是指在一定時間和空間范圍內(nèi),在一定技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下,生態(tài)系統(tǒng)可以給人們帶來效益,包括森林生態(tài)系統(tǒng)、灌叢生態(tài)系統(tǒng)、草地生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)、濕地生態(tài)系統(tǒng)等[2]。在生態(tài)資產(chǎn)的基礎(chǔ)上,自然生態(tài)系統(tǒng)形成了生態(tài)效益,產(chǎn)生了生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值[2]。歐陽志云等將生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值(Gross Ecosystem Product,GEP)定義為生態(tài)系統(tǒng)為人類提供的產(chǎn)品與服務(wù)價值的總和,首次提出獨立評估生態(tài)系統(tǒng)對人類福祉的貢獻(xiàn),為生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)效益評價提供參考依據(jù)[1]。在支撐生態(tài)文明貢獻(xiàn)度的方法和技術(shù)體系中,以及生態(tài)文明制度與機(jī)制建設(shè)過程中,生態(tài)資產(chǎn)和生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值評價具有重要地位[2]。

生態(tài)資產(chǎn)的監(jiān)管,需要生態(tài)資產(chǎn)的評估技術(shù)方法、評估標(biāo)準(zhǔn)作為理論支撐[3]。如何界定生態(tài)資產(chǎn),用什么方法來評價森林、濕地等生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)資產(chǎn),國內(nèi)外學(xué)者目前還存在許多爭議。Constanza等使用價值當(dāng)量法來評價全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和自然資本的價值[4],但存在某些數(shù)據(jù)偏差較大,過低估計了農(nóng)田的價值,過高估計了濕地價值；黃興文和陳百明提出中國生態(tài)資產(chǎn)的理論[5]；王健民和王如松出版了《中國生態(tài)資產(chǎn)概論》一書,書中從生態(tài)資產(chǎn)的維護(hù)、增值等角度進(jìn)行了分析[6]；蔣菊生探討了生態(tài)資產(chǎn)與可持續(xù)發(fā)展之間的關(guān)系[7]。謝高地等提出采用自然資源負(fù)債表的方式進(jìn)行生態(tài)資產(chǎn)的價值進(jìn)行評估[3]。博文靜等通過計算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的存量(實物物質(zhì)量),在此基礎(chǔ)上采用生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)評估方法計算價值量,得到生態(tài)資產(chǎn)的價值量[8]。白楊等以云南省為例開展了生態(tài)資產(chǎn)評價的案例研究[9]；王敏等評價了上海市的森林、灌叢、草地、濕地、農(nóng)田、野生動物等生態(tài)資產(chǎn)[10]。歐陽志云等分析了青海省、黔東南州、云南峨山縣和屏邊縣面向生態(tài)補(bǔ)償?shù)纳鷳B(tài)資產(chǎn)評估[11]。

2013年,在世界自然保護(hù)聯(lián)盟(IUCN)等共同主辦的“生態(tài)文明建設(shè)指標(biāo)框架體系國際研討會”上,IUCN與中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心共同提出生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值(GEP)的概念,希望建立一套與國內(nèi)生產(chǎn)總值相對應(yīng)的、能夠衡量生態(tài)狀況的獨立評估與評估體系。GEP概念得到了國內(nèi)生態(tài)環(huán)境保護(hù)相關(guān)部門的支持,國家林業(yè)局公布的《推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)規(guī)劃綱要》(2013—2020年)中明確提出建立生態(tài)評價機(jī)制,探索建立國家和地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)取不同的考核辦法。在生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值評價的框架下,眾多學(xué)者選擇試點進(jìn)行了生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值與生態(tài)資產(chǎn)的實證研究,歐陽志云等評估了貴州省的生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值[1]；白楊等評估了云南省的生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值[9]；王莉雁等評估了阿爾山市的生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值[12]；白瑪卓嘎等評估了甘孜藏族自治州的生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值[13]。此外,深圳市鹽田區(qū)[14]等地也開展了生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值(GEP)評估研究,這些研究結(jié)果有助于人們對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的經(jīng)濟(jì)價值產(chǎn)生直觀認(rèn)識,還能提高人民群眾保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境的意識,認(rèn)識到保護(hù)生態(tài)環(huán)境就是保護(hù)人們的福祉,也能為決策者制訂生態(tài)保護(hù)和生態(tài)恢復(fù)、生態(tài)規(guī)劃等提供科學(xué)依據(jù)和參考意見。2017年,歐陽志云等編寫了《面向生態(tài)補(bǔ)償?shù)纳鷳B(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值(GEP)和生態(tài)資產(chǎn)核算》,提出將生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值(GEP)納入生態(tài)補(bǔ)償績效考核的政策分析,并以青海省、黔東南州、云南峨山縣和屏邊縣為案例,分析了面向生態(tài)補(bǔ)償?shù)纳鷳B(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值(GEP)[11]。

由于生態(tài)資產(chǎn)和生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值評估需要大量的遙感監(jiān)測、野外監(jiān)測等數(shù)據(jù)作為支撐,而我國地域遼闊,生態(tài)環(huán)境復(fù)雜,由于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)缺失,且難以獲得環(huán)境相關(guān)數(shù)據(jù),因此,提出相對科學(xué)合理的生態(tài)資產(chǎn)和生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值評估方法,是建立生態(tài)資產(chǎn)、生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值監(jiān)管制度,遏制自然資產(chǎn)流失,解決區(qū)域的生態(tài)環(huán)境問題,實現(xiàn)區(qū)域生態(tài)環(huán)境與社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的必要基礎(chǔ)。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

鄂爾多斯市的地理位置為106°27′—111°27E,為37°18′—40°17′N,總面積約為8.68萬km2,位于鄂爾多斯高原腹地。鄂爾多斯市位于溫帶大陸性氣候區(qū),蒸發(fā)量較高,年蒸發(fā)量高達(dá)2000—3000 mm,而年降水量僅170—350 mm,年平均氣溫為5.5—9.1℃[15-16]。鄂爾多斯市的地形復(fù)雜,總體呈現(xiàn)西高東低的特征,區(qū)域內(nèi)海拔高差較大,平均海拔位于1000—1500 m之間。鄂爾多斯市內(nèi)包括沙漠、平原、裸地等復(fù)雜地貌形態(tài),其中,中部地區(qū)是毛烏素沙地和庫布其沙漠,北部地區(qū)是黃河沖積平原,東部地區(qū)是丘陵溝壑水土流失區(qū)、砒砂巖裸露區(qū)[16-17](圖1)。

圖1 鄂爾多斯市區(qū)位圖Fig.1 The position of Erdos in China

鄂爾多斯市在我國北方的農(nóng)牧交錯帶內(nèi)[18],主要生態(tài)系統(tǒng)類型包括草地、森林、灌叢、農(nóng)田、濕地、城鎮(zhèn)、荒漠裸地等[16]。鄂爾多斯市內(nèi)自然災(zāi)害頻繁,生態(tài)環(huán)境脆弱、且生態(tài)承載力低,具有沙漠化嚴(yán)重的區(qū)域特點[16-17,19-20]。鄂爾多斯市是資源型城市的典型代表[16],鄂爾多斯市2015年天然氣的供應(yīng)量約占全國天然氣總量的31.7%[16,21]。鄂爾多斯市內(nèi)70% 的地下具有煤礦資源,已經(jīng)探明的煤儲量約占全國總煤儲量的1/6[16,22]。鄂爾多斯市的羊絨產(chǎn)量約占全國總羊絨產(chǎn)量的10.25%,鄂爾多斯市的羊絨質(zhì)量是全國第一[16,23],鄂爾多斯市經(jīng)濟(jì)發(fā)展受到煤炭與羊絨產(chǎn)業(yè)的顯著影響[16,22],資源開發(fā)對鄂爾多斯市的生態(tài)環(huán)境造成較大壓力[16]。鄂爾多斯市的中東部地區(qū)主要進(jìn)行煤礦開采,而鄂爾多斯市的西部地區(qū)主要進(jìn)行畜牧業(yè)養(yǎng)殖[16,22]。

1.2 數(shù)據(jù)來源

鄂爾多斯市的生物量、植被覆蓋、生態(tài)系統(tǒng)類型等數(shù)據(jù)來自“全國十年生態(tài)調(diào)查與評估”項目數(shù)據(jù)庫[24]。在Landsat TM數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,采用面向?qū)ο蟮姆诸惣夹g(shù),得到了2010年和2015年鄂爾多斯市的生態(tài)系統(tǒng)類型的分布數(shù)據(jù),根據(jù)中國科學(xué)院地理所提供的數(shù)據(jù)的精度檢驗報告,鄂爾多斯市的一級生態(tài)系統(tǒng)分類精度高達(dá)96%。其中,空間分辨率為30 m的數(shù)字高程模型(DEM)來源于國際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺。

農(nóng)業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)、漁業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)、水資源、生態(tài)能源、國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)、人口等社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于鄂爾多斯市統(tǒng)計年鑒、水資源公報、鄂爾多斯市統(tǒng)計局的相關(guān)資料。降雨量、暴雨徑流量和蒸散發(fā)量等氣象數(shù)據(jù)、土壤屬性數(shù)據(jù)等由鄂爾多斯市氣象局和相關(guān)部門獲得。礦山開采、生態(tài)恢復(fù)、農(nóng)田開墾、城市擴(kuò)張、退耕還林、草、濕、生態(tài)退化等數(shù)據(jù)通過遙感數(shù)據(jù)和實地調(diào)查獲得。

1.3 生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量評估方法

本研究在評價鄂爾多斯市2010年、2015年的森林和草地生態(tài)資產(chǎn)質(zhì)量時,采用了基于像元的相對生物量密度方法[16,25]。其中,在評價鄂爾多斯市森林生態(tài)資產(chǎn)質(zhì)量時,采用“植被指數(shù)-生物量”方法得到森林的地上生物量。而在評價鄂爾多斯草地生態(tài)資產(chǎn)質(zhì)量時,采用“累積NPP法”計算植被覆蓋度。在像元二分模型的基礎(chǔ)上,通過MODIS影像反演得到鄂爾多斯市草地的植被覆蓋度數(shù)據(jù)[16,25-28],使用CASA模型得到鄂爾多斯市草地的累積NPP[16,25,29],計算鄂爾多斯市草地開始生長與結(jié)束生長(生長期)的NPP,評價鄂爾多斯市的草地生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量。

(1)

(2)

(3)

式中,i為像元數(shù)量；j為生態(tài)系統(tǒng)類型；Qj為第j類生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量指數(shù)；Rij為第j類生態(tài)系統(tǒng)的第i像元的相對生物量密度；As為每個像元的面積；S為鄂爾多斯市第j類生態(tài)系統(tǒng)的總面積。Bij由鄂爾多斯市遙感數(shù)據(jù)得到,是第j生態(tài)系統(tǒng)的第i像元的生物量；CBj由鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)長期定位觀測數(shù)據(jù)和樣地調(diào)查數(shù)據(jù)得到,是第j類生態(tài)系統(tǒng)頂級群落每個像元的生物量；F為植被覆蓋度。由鄂爾多斯市遙感影像的近紅外波段、紅光波段的發(fā)射率計算得到鄂爾多斯市NDVI值；NDVIv為鄂爾多斯市純植被像的NDVI值；NDVIs為完全無植被覆蓋像元的鄂爾多斯市NDVI值[16,25]。

其中,鄂爾多斯市的森林、灌叢生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)以相對生物量密度R值的五個等級進(jìn)行分類[16,25]：(1)優(yōu)(R≥80%)；(2)良(60%≤R≤80%之間)；(3)中(40%≤R≤60%)；(4)低(20%≤R≤40%)；(5)差(R≤20%)。而鄂爾多斯市的草地生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)以植被覆蓋度F值的5個等級進(jìn)行分類[16,25]：(1)優(yōu)(F≥80%)；(2)良(60%≤F≤80%)；(3)中(40%≤F≤60%)；(4)低(20%≤F≤40%)；(5)差(F≤20%)。

1.4 生態(tài)資產(chǎn)評估方法

本研究在評估鄂爾多斯市生態(tài)資產(chǎn)時,采用生態(tài)資產(chǎn)綜合指數(shù)(EQ)評估森林、草地、濕地等生態(tài)資產(chǎn)實物量、生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量的綜合特征,計算2010年、2015年鄂爾多斯市不同質(zhì)量等級的生態(tài)資產(chǎn)實物量和質(zhì)量的等級指數(shù)乘積,以及鄂爾多斯市生態(tài)資產(chǎn)總面積和最高質(zhì)量等級指數(shù)的比值[8]。

(4)

式中,EQi為鄂爾多斯市內(nèi)區(qū)域i的生態(tài)資產(chǎn)綜合指數(shù)；EAj為第j等級的生態(tài)資產(chǎn)面積；j為生態(tài)資產(chǎn)質(zhì)量等級指數(shù)(1—5級)。

通過計算2010年、2015年鄂爾多斯市的生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)(EQ)的變化,比較2010年、2015年鄂爾多斯的生態(tài)資產(chǎn)指數(shù),根據(jù)鄂爾多斯市生態(tài)環(huán)境特征建立生態(tài)資產(chǎn)評估表,評估鄂爾多斯市2010—2015年間的生態(tài)保護(hù)成效。當(dāng)鄂爾多斯市的生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)增加時,表明鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)面積與質(zhì)量有所改善,鄂爾多斯市的生態(tài)保護(hù)取得一定成效。相反,當(dāng)鄂爾多斯市的生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)下降時,表明鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞,需要加強(qiáng)鄂爾多斯市的生態(tài)保護(hù)力度。

1.5 生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值評估方法

鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值(GEP)的評估內(nèi)容包括產(chǎn)品提供、調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù)的最終產(chǎn)品與服務(wù)功能[1,12-13,30]。鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值(GEP)的評估過程包括：(1)計算2010年、2015年鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)功能量；(2)確定2010年、2015年鄂爾多斯市各類型生態(tài)系統(tǒng)功能的價格；(3)計算2010年、2015年鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)價值量。

GEP=ES+ER+EC

(5)

式中,GEP為鄂爾多斯市的生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值,ES為鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)的產(chǎn)品提供價值,ER為鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)服務(wù)價值,EC為鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)的文化服務(wù)價值。

1.5.1產(chǎn)品提供

在評價鄂爾多斯市的產(chǎn)品提供時,根據(jù)鄂爾多斯市自然環(huán)境特征和生態(tài)系統(tǒng)特點,鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品提供[30]分為農(nóng)業(yè)產(chǎn)品、林業(yè)產(chǎn)品、畜牧業(yè)產(chǎn)品、漁業(yè)產(chǎn)品、水資源、生態(tài)能源和其他7類。

(6)

式中,Eprovisioning為鄂爾多斯市市生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品的總產(chǎn)量(t)；Ei為鄂爾多斯市第i種產(chǎn)品的產(chǎn)量(t)；i=1,2,3,……,n,i為鄂爾多斯市的產(chǎn)品種類。

1.5.2水源涵養(yǎng)

在計算鄂爾多斯市水源涵養(yǎng)功能時,使用水量平衡方程(The Water Balance Equation)[1]。水量平衡的原理是：時空中,水的運(yùn)動遵循質(zhì)量守恒定律。鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)蓄水量的變化等于輸入生態(tài)系統(tǒng)的水量和輸出生態(tài)系統(tǒng)的水量之間的差值。

(7)

式中,Qwaterconservation為鄂爾多斯市水源涵養(yǎng)量(m3)；Pi為鄂爾多斯市降雨量(mm)；Ri為鄂爾多斯市暴雨徑流量(mm)；ETi為鄂爾多斯市蒸散發(fā)量(mm)；Ai為鄂爾多斯市第i類生態(tài)系統(tǒng)的面積(m2)；i為鄂爾多斯市第i類生態(tài)系統(tǒng)類型；j為鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)類型數(shù)。

1.5.3土壤保持

在評價鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)土壤保持功能時,使用生態(tài)系統(tǒng)(如植被覆蓋)減少的土壤侵蝕量(潛在土壤侵蝕量與實際土壤侵蝕量的差值)[31-32],通過水土流失方程[33]計算鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)的土壤保持量。

實際土壤侵蝕量：

Aacturalerosion=R×K×L×S×C

(8)

潛在土壤侵蝕量:

Apotentialerosion=R×K×L×S

(9)

土壤保持量:

Asoilerosion=Apotentialerosion-Aacturalerosion

(10)

Asoilerosion=R×K×L×S×(1-C)

(11)

式中,Aactualerosion為鄂爾多斯市單位面積實際土壤侵蝕量(t hm-2a-1)；Apotentialerosion為鄂爾多斯市單位面積潛在土壤侵蝕量(t hm-2a-1)；Asoilconservation為鄂爾多斯市單位面積土壤保持量(t hm-2a-1)。R為鄂爾多斯市降雨侵蝕力因子；K為鄂爾多斯市土壤可蝕性因子；L為鄂爾多斯市坡長因子；S為鄂爾多斯市坡度因子；C為鄂爾多斯市植被覆蓋因子。

1.5.4防風(fēng)固沙

使用防風(fēng)固沙量作為鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)防風(fēng)固沙功能的評價指標(biāo)。通過生態(tài)系統(tǒng)減少的風(fēng)蝕量：潛在風(fēng)蝕量與實際風(fēng)蝕量的差值計算得到[30]。

Qsandfixation=SLP-SL

(12)

式中,Qsandfixation為鄂爾多斯市防風(fēng)固沙量(t km-2a-1)；SLP為鄂爾多斯市潛在風(fēng)蝕量(t km-2a-1)；SL為鄂爾多斯市實際風(fēng)蝕量(t km-2a-1)。

1.5.5大氣凈化

使用生態(tài)系統(tǒng)自凈能力估算功能量作為鄂爾多斯市大氣凈化能力[30]。

Qairpurification=QSO2×A+QNOx×A+Qdusts×A

(13)

式中,Qair purification為生態(tài)系統(tǒng)大氣凈化能力(kg/a)；QSO2為單位面積實測林分吸收二氧化硫量(kg hm-2a-1)；QNOx為單位面積實測林分吸收氮氧化物量(kg hm-2a-1)；Qdusts為單位面積實測林分滯塵量(kg hm-2a-1)；A為林分面積(hm2)。

1.5.6水質(zhì)凈化

鄂爾多斯市水質(zhì)凈化服務(wù)價值評估主要是利用監(jiān)測數(shù)據(jù),根據(jù)鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)中污染物構(gòu)成和濃度變化,選取氨氮、COD以及部分重金屬指標(biāo)評價[30]。

根據(jù)鄂爾多斯市濕地生態(tài)系統(tǒng)自凈能力估算功能量。主要基于污染物輸出系數(shù)途徑進(jìn)行評價,在具體計算的時候,需要利用已有實測的土壤保持?jǐn)?shù)據(jù)對模型模擬結(jié)果進(jìn)行驗證,并且修正參數(shù)。評價方法為：

HLVx=HSSx×polx

(14)

式中,ALVx為鄂爾多斯市柵格x調(diào)節(jié)的載荷值；polx為鄂爾多斯市柵格x的輸出系數(shù)；HSSx為鄂爾多斯市柵格x的水文敏感性得分值,其計算方法為：

(15)

式中,λx為鄂爾多斯市柵格x的徑流指數(shù),βw為鄂爾多斯市流域平均徑流指數(shù),

(16)

1.5.7固碳釋氧

本研究使用固碳量和釋氧量評價鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)固碳釋氧功能[30]。

BC=Bijm×Ci

(17)

式中,BC為鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)固碳量(t)；Bijm為鄂爾多斯市第i類生態(tài)系統(tǒng)在柵格j中的生物量(t/km2)；Ci為鄂爾多斯市第i類生態(tài)系統(tǒng)生物量的固碳量,森林、灌叢、濕地的Ci值為0.5,草地的Ci值為0.45。

Qo=NPP×3212

(18)

式中,Oo為鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)釋氧量(t)；NPP為鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)凈初級生產(chǎn)力(t)。

1.5.8氣候調(diào)節(jié)

使用生態(tài)系統(tǒng)降溫增濕消耗的能量作為鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)氣候調(diào)節(jié)功能的評價指標(biāo)[30]。計算生態(tài)系統(tǒng)蒸騰蒸發(fā)總消耗的能量作為氣候調(diào)節(jié)的功能量。

Qcl=Qpl+Qwa

(19)

式中,Qcl是鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)蒸騰蒸發(fā)消耗的總能量(kW h)；Qpl是鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)植被蒸騰消耗的能量(kW h)；Qwa是鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)水面蒸發(fā)消耗的能量(kW h)。水面蒸發(fā)量、植被蒸散發(fā)量等數(shù)據(jù)來自鄂爾多斯市氣象局和相關(guān)單位。

1.5.9病蟲害控制

大規(guī)模單一植物物種的栽培,容易誘發(fā)特定害蟲,本研究中以自愈的面積作為鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)病蟲害控制功能量[30]。

Cp=Cf+Cg

(20)

式中,Cp是鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)病蟲害發(fā)生面積(km2)；Cf是鄂爾多斯市森林病蟲害發(fā)生面積(km2)；Cg是鄂爾多斯市草地病蟲害發(fā)生面積(km2)。相關(guān)數(shù)據(jù)來自遙感數(shù)據(jù)和鄂爾多斯市林業(yè)部門。

1.5.10文化服務(wù)

使用自然景觀年旅游總?cè)舜?、旅游收入作為鄂爾多斯市文化服?wù)功能的功能量評價指標(biāo)[30]。

2 結(jié)果與分析

2.1 生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量時空動態(tài)變化

2015年,森林、灌叢、草地占鄂爾多斯生態(tài)系統(tǒng)總面積的72.67%,占鄂爾多斯自然生態(tài)系統(tǒng)面積的99.17%。在本研究中,以鄂爾多斯市森林、灌叢、草地的生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量分析鄂爾多斯市總體生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量。2015年,鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量以差、低、中為主要等級,分別占比：50.74%、31.78%、6.17%,差、低、中等級的生態(tài)系統(tǒng)面積之和占比88.69%(圖2)。

圖2 鄂爾多斯生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量演變(2010—2015年)Fig.2 Ordos′s ecosystem quality change (2010—2015)

草地生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量差、低、中、良、優(yōu)等級的面積分別為：27046.50、22363.69、4342.63、491.94、92.38 km2,占草地生態(tài)系統(tǒng)的比例分別為：49.78%、41.16%、7.99%、0.91%、0.17%。灌叢生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量差、低、中等級的面積分別為：8080.31、7.81、0.06 km2,占灌叢生態(tài)系統(tǒng)的比例分別為99.90%、0.10%、0.0008%。森林生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量全部為差等級,面積為：585.56 km2。

2010—2015年,鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量總體變好,東部、中部、南部大地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量明顯提高,僅東北極少地區(qū)出現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量下降的情況(圖2)。2010—2015年,鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量等級為差的面積減少了18912.75 km2,占變化面積的比例為73.92%,優(yōu)、良、中、低等級的面積分別增加了：92.13、7865.19、4216.94、13412.13 km2,占變化面積的比例比分別為：0.36%、30.74%、16.48%、52.42%。

2.2 生態(tài)資產(chǎn)時空動態(tài)變化

圖3 鄂爾多斯生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)(2015年)Fig.3 Ordos′s ecological assets index (2015)

2015年鄂爾多斯市生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)為1998.19,其中,生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)最高的是鄂托克旗,生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)為392.26,占比19.63%,其次是杭錦旗,生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)為307.48,占比15.39%,接下來分別是烏審旗、鄂托克前旗、準(zhǔn)格爾旗、伊金霍洛旗、達(dá)拉特旗、東勝區(qū),生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)分別為：306.92、304.08、260.87、190.19、177.82、58.58,分別占比15.36%、15.22%、13.06%、9.52%、8.90%、2.93%(圖3)。

2010 —2015年,鄂爾多斯市生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)總體呈上升趨勢。其中,上升最為劇烈的區(qū)域是鄂托克前旗,生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)上升92.72,占比19.38%,其次為烏審旗,生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)上升91.04,占比19.03%,接下來依次為：鄂托克旗、準(zhǔn)格爾旗、伊金霍洛旗、達(dá)拉特旗、杭錦旗、東勝區(qū),生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)分別上升64.68、59.88、55.21、49.97、47.28、17.70,分別占比13.52%、12.51%、11.54%、10.44%、9.88%、3.70%(表1)。

表1 鄂爾多斯市生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)變化(2010—2015年)

2010—2015年,鄂爾多斯市草地的生態(tài)資產(chǎn)情況較好,大部分草地的生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)為500—1000；灌叢的生態(tài)資產(chǎn)次之,灌叢的生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)主要集中在50—250；森林的生態(tài)資產(chǎn)最差,森林的生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)主要集中在10—50。

2.3 生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值時空動態(tài)變化

2015年,鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值(GEP)為2481.71億元,2015年鄂爾多斯市GDP為4226.13億元,GEP約為當(dāng)年GDP總值的58.72%,單位面積GEP為0.03億元/km2,人均GEP為12.14萬元/人。其中,生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品提供總價值為257.20億元,占鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值10.36%；生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)服務(wù)總價值為1456.81億元,占鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值58.70%；生態(tài)系統(tǒng)文化服務(wù)總價值為767.70億元,占鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值30.93%(圖4)。

圖4 鄂爾多斯生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值(2015)Fig.4 Ordos′s gross ecosystem product value (2015)

2010—2015年,鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值明顯提高,從1975.50億元增加至2481.71億元,增加了25.62%,其中,雖然鄂爾多斯市產(chǎn)品提供價值和文化服務(wù)價值均有提高,但是鄂爾多斯市調(diào)解服務(wù)功能呈下降趨勢。產(chǎn)品提供價值由168.91億元增加至257.20億元,占當(dāng)年GEP的比例從8.55%增加至10.36%；文化服務(wù)價值由228.30億元增加至2481.71億元,占當(dāng)年GEP的比例從11.56%增加至30.93%；調(diào)節(jié)服務(wù)價值由1578.29億元下降至1456.81億元,占當(dāng)年GEP的比例從79.89%下降至58.70%(表2)。

表2 鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值變化(2010—2015年)

2010—2015年,鄂爾多斯市調(diào)節(jié)服務(wù)功能價值明顯降低,其中,防風(fēng)固沙、水源涵養(yǎng)、病蟲害控制、氣候調(diào)節(jié)、土壤保持服務(wù)價值均呈下降趨勢,變化價值量分別占2010年防風(fēng)固沙、水源涵養(yǎng)、病蟲害控制、氣候調(diào)節(jié)、土壤保持服務(wù)價值的比例為：-25.91%、-17.45%、-1.11%、-0.05%、-1.00%；然而,固碳釋氧、大氣凈化、水質(zhì)凈化服務(wù)價值略有提高,變化價值量分別占2010年固碳釋氧、大氣凈化、水質(zhì)凈化服務(wù)價值的比例為：12.40%、21.74%、195.00%。

2.4 驅(qū)動力因素分析

2010—2015年,影響鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量變好的主要驅(qū)動因素是單位面積的GDP變化(P<0.5)。2010—2015年鄂爾多斯市生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)下降的主要驅(qū)動因素如下：(1)氣候因素：單位面積降水的變化(P<0.001)、人口密度(P<0.01)；(2)人類活動因素：單位面積GDP的變化(P<0.01)(圖5)。

圖5 鄂爾多斯生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量和生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)驅(qū)動因素分析(2010—2015年)Fig.5 Driving forces of the ecosystem quality and ecosystem assetindex changes of Ordos (2010—2015)

2010—2015年,鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值變化的主要驅(qū)動因素有城市擴(kuò)張、農(nóng)田開墾、退耕還林、草、濕、生態(tài)恢復(fù)、礦山開采、生態(tài)退化等(表3)。

表3 鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值變化驅(qū)動因素分析(2010—2015年)

3 結(jié)論與討論

本文基于鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)類型、生物量、植被覆蓋度、降水等遙感數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù),分析了鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量、生態(tài)資產(chǎn)、生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值的現(xiàn)狀(2015年)和時空變化特征(2010—2015年)；量化評價了氣候變化、人類社會經(jīng)濟(jì)活動對鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量、生態(tài)資產(chǎn)、生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值的驅(qū)動因素。

研究結(jié)果表明：

(1)2015年,鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量差、低、中等級的生態(tài)系統(tǒng)面積之和占比88.69%。2010—2015年,鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量總體變好,東部、中部、南部大地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量明顯提高,僅東北極少地區(qū)出現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量下降的情況。其中,鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量等級為差的面積減少了18912.75 km2,占變化面積的比例為73.92%。

(2)2015年,鄂爾多斯市生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)為1998.19,其中生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)最高的鄂托克旗生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)占比19.63%,杭錦旗生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)占比15.39%。2010—2015年,鄂爾多斯市生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)總體呈上升趨勢。其中,鄂托克前旗上升最為劇烈,生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)上升92.72,占比19.38%,烏審旗生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)上升91.04,占比19.03%,接下來依次為：鄂托克旗、準(zhǔn)格爾旗、伊金霍洛旗、達(dá)拉特旗、杭錦旗、東勝區(qū),分別占比13.52%、12.51%、11.54%、10.44%、9.88%、3.70%。

(3)2015年,鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值(GEP)為2481.71億元,2015年鄂爾多斯市GDP為4226.13億元,GEP約為2015年GDP總值的58.72%,鄂爾多斯市單位面積GEP為0.03億元/km2,人均GEP為12.14萬元/人。2010—2015年,鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值從1975.50億元增加至2481.71億元,增加量占2010年GEP價值的比例為25.62%,上升趨勢明顯。產(chǎn)品提供價值由168.91億元增加至257.20億元,占當(dāng)年GEP的比例從8.55%增至10.36%；文化服務(wù)價值由228.30億元增加至2481.71億元,占當(dāng)年GEP的比例從11.56%增至30.93%；調(diào)節(jié)服務(wù)價值由1578.29億元降至1456.81億元,占當(dāng)年GEP的比例從79.89%降至58.70%。

(4)2010—2015年,鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量變化原因主要是GDP增長(P<0.05),表明經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展降低了當(dāng)?shù)厝丝趯Σ莸亍⑸值慕?jīng)濟(jì)的依賴性。鄂爾多斯市生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)上升的主要驅(qū)動因素氣候因素降水的增加(P<0.001)、人口密度的下降(P<0.01),以及GDP的增加(P<0.01)。鄂爾多斯間生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值變化的主要驅(qū)動因素,主要包括城市擴(kuò)張、農(nóng)田開墾、退耕還林、草、濕、生態(tài)恢復(fù)、礦山開采、生態(tài)退化等。

(5)2010—2015年,鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量、生態(tài)資產(chǎn)、生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值面臨以下生態(tài)問題：(a)鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量面臨的主要問題是：差、低、中等級生態(tài)系統(tǒng)較多,森林生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量全部為差等級,灌叢生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量為差、低、中等級,僅草地生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量有良、優(yōu)等級。從草地、灌叢、森林生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量空間分布來看,仍需要增加生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量良、優(yōu)等級的面積。(b)鄂爾多斯市生態(tài)資產(chǎn)面臨的主要問題是：雖然鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量有所提高,鄂爾多斯市優(yōu)、良、中、低生態(tài)指數(shù)總體呈上升趨勢,分別上升9.60、40.51、263.56、558.84；但鄂爾多斯市的草地、灌叢、森林生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)質(zhì)量等級為差的生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)下降了394.02。(c)鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值面臨的主要問題是：調(diào)節(jié)服務(wù)功能價值明顯降低。其中,防風(fēng)固沙、水源涵養(yǎng)、病蟲害控制、氣候調(diào)節(jié)、土壤保持服務(wù)價值均呈下降趨勢,變化價值量分別占2010年防風(fēng)固沙、水源涵養(yǎng)、病蟲害控制、氣候調(diào)節(jié)、土壤保持服務(wù)價值的比例為：-25.91%、-17.45%、-1.11%、-0.05%、-1.00%。

根據(jù)鄂爾多斯市2010—2015年生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量、生態(tài)資產(chǎn)、生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值面臨的實際問題,提出以下生態(tài)保護(hù)建議與對策：

(1)根據(jù)鄂爾多斯市目前的生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量變化情況,可以劃定生態(tài)紅線區(qū)、黃線區(qū)、綠線區(qū),在紅線線區(qū)嚴(yán)格禁止一切有損于生態(tài)系統(tǒng)的開發(fā)活動；黃線區(qū)在不削弱區(qū)域生態(tài)功能的基礎(chǔ)上適度開發(fā),并對生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)和重建；綠線區(qū)進(jìn)行適度規(guī)模的開發(fā)建設(shè)活動,對開發(fā)、建設(shè)等利用方向進(jìn)行一定限制。畜牧業(yè)的禁牧措施、放牧區(qū)域限制仍需進(jìn)行,農(nóng)業(yè)發(fā)展、沙產(chǎn)業(yè)、礦產(chǎn)業(yè)仍需控制,讓生態(tài)環(huán)境恢復(fù)的同時進(jìn)行合理適度經(jīng)濟(jì)發(fā)展,達(dá)到經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)的平衡。退耕還林、草、濕,生態(tài)恢復(fù)等生態(tài)保護(hù)工程仍需進(jìn)行,對于鄂爾多斯市局部生態(tài)問題突出的典型地區(qū),瀕危動物棲息地等生態(tài)敏感脆弱區(qū)域仍需重點加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)和恢復(fù)工程建設(shè),有利于鄂爾多斯市生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)及生態(tài)質(zhì)量的優(yōu)化。

(2)根據(jù)鄂爾多斯市目前的生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)變化情況,可以重點在鄂托克前旗、烏審旗、鄂托克旗等生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)等級為差的生態(tài)系統(tǒng),有針對性的加強(qiáng)畜牧業(yè)的禁牧措施、放牧區(qū)域限制,控制農(nóng)業(yè)發(fā)展、沙產(chǎn)業(yè)、礦產(chǎn)業(yè),實施退耕還林、草、濕,生態(tài)恢復(fù)等生態(tài)保護(hù)工程。

(3)2010—2015年,根據(jù)鄂爾多斯市防風(fēng)固沙、水源涵養(yǎng)、病蟲害控制、氣候調(diào)節(jié)、土壤保持服務(wù)下降的情況,對下降劇烈的區(qū)域進(jìn)行重點詳細(xì)調(diào)查,分析導(dǎo)致服務(wù)功能下降的原因,并予以解決。對于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性較強(qiáng),且正在下降的生態(tài)敏感脆弱區(qū)域,進(jìn)行重點保護(hù),予以生態(tài)恢復(fù)和退耕還林、還草、還濕等生態(tài)工程建設(shè)。長期定期監(jiān)測這些區(qū)域的生態(tài)環(huán)境情況,及時合理調(diào)整生態(tài)保護(hù)和恢復(fù)方案,控制區(qū)域內(nèi)的畜牧業(yè)、農(nóng)業(yè)、礦業(yè)等發(fā)展。

生態(tài)資產(chǎn)、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)生產(chǎn)總值在定量評估過程中,仍然需要面臨眾多挑戰(zhàn),從而更好的為管理者服務(wù),提供可信結(jié)果,應(yīng)用于不同尺度與區(qū)域特點的評估分析比較,協(xié)調(diào)好區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)的關(guān)系,有效保護(hù)不同尺度的生態(tài)系統(tǒng)。

由于生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性,在評估生態(tài)資產(chǎn)、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)生產(chǎn)總值過程中,評價方法還存在一些缺陷和不完善之處,隨著生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)生產(chǎn)總值研究的深入,還需要進(jìn)一步改善：(1)提高評價方法可以用于不同尺度之間推廣的能力；(2)提高在不同區(qū)域間更合理的定量比較分析的可信度；(3)增強(qiáng)決策者對相關(guān)建議的接受度；(4)將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)生產(chǎn)總值落實到具體空間變化。