王莉雁, 肖 燚, 江 凌, 饒恩明, 歐陽(yáng)志云, 鄭 華

中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心 城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100085

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城鎮(zhèn)化發(fā)展對(duì)呼包鄂地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響

王莉雁, 肖 燚*, 江 凌, 饒恩明, 歐陽(yáng)志云, 鄭 華

中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心 城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100085

城鎮(zhèn)化是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和現(xiàn)代文明的重要標(biāo)志。城鎮(zhèn)化的發(fā)展對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的影響, 進(jìn)而影響了區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)為人類提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的能力。以呼包鄂地區(qū)為研究對(duì)象, 選取防風(fēng)固沙功能、土壤保持功能, 運(yùn)用冗余分析方法(RDA)探討快速城鎮(zhèn)化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響機(jī)制。結(jié)果表明：(1)2000—2010年, 呼包鄂地區(qū)城鎮(zhèn)化發(fā)展迅速, 城鎮(zhèn)人口、常住人口城鎮(zhèn)化率、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值、建設(shè)用地面積分別增加83.39%、35.52%、1150.00%、51.91%；(2)防風(fēng)固沙功能、土壤保持功能10年呈增強(qiáng)趨勢(shì), 分別增加20.17%和4.39%；(3)RDA分析結(jié)果表明, 溫度、降雨天數(shù)、風(fēng)速、常住人口城鎮(zhèn)化率、建設(shè)用地指數(shù)是呼包鄂地區(qū)防風(fēng)固沙功能變化的主要影響因素, 5個(gè)因子的共同解釋信息量達(dá)68.3%；其中常住人口城鎮(zhèn)化率和建設(shè)用地指數(shù)的解釋信息量較高, 分別為21.5%、34.2%；(4)常住人口城鎮(zhèn)化率與防風(fēng)固沙功能、土壤保持功能呈顯著正相關(guān)(P<0.05), 建設(shè)用地指數(shù)與防風(fēng)固沙功能呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。因此, 有序推進(jìn)農(nóng)村人口轉(zhuǎn)移, 提高常住人口城市化率；集約利用土地資源, 抵制建設(shè)用地的無(wú)序擴(kuò)張是實(shí)現(xiàn)呼包鄂地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)與城鎮(zhèn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

城鎮(zhèn)化；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能；RDA；呼包鄂地區(qū)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是指生態(tài)系統(tǒng)所形成和所維持的人類賴以生存和發(fā)展的環(huán)境條件與效用, 是人類賴以生存的基礎(chǔ), 與人類福利息息相關(guān)[1-2], 生態(tài)服務(wù)功能的可持續(xù)供給是經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)[3]。隨著人們對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的理解逐漸加深, 眾多研究者在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響因素和管理措施上做了大量的研究[4-5]。城鎮(zhèn)化是人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的客觀要求和必然選擇[6-7], 城鎮(zhèn)化蘊(yùn)含了大量的人類活動(dòng)信息, 其改變了地表景觀格局、生態(tài)過程、生物棲息地、生物地球化學(xué)循環(huán)等, 強(qiáng)烈的沖擊著生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能及空間演變, 特別是影響了生態(tài)系統(tǒng)為人類提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的能力。因此揭示城鎮(zhèn)化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能格局的影響機(jī)制已成為國(guó)際科學(xué)界研究的熱點(diǎn)和前沿[8-10]。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于城鎮(zhèn)化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的研究主要集中在城鎮(zhèn)化產(chǎn)生的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、生態(tài)環(huán)境問題等方面[11-19], 對(duì)關(guān)于城鎮(zhèn)化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響方面的研究較少。自改革開放以來, 中國(guó)城鎮(zhèn)化取得了舉世矚目的成就[20], 我國(guó)城鎮(zhèn)化經(jīng)歷了一個(gè)起點(diǎn)低、速度快的發(fā)展過程。1980年, 剛剛改革開放之初, 中國(guó)百萬(wàn)人口以上的特大城市僅有15個(gè), 1990年達(dá)到31個(gè), 2012年則達(dá)到65個(gè), 成為世界上特大城市、超大城市最多的國(guó)家之一[21]。1978—2013年, 城鎮(zhèn)常住人口從1.7億人增加到7.3億人, 城市化率從17.9%提升到53.7%, 到2020年, 中國(guó)城鎮(zhèn)化水平將達(dá)到60%左右[22], 總體上>70%的時(shí)間大致在2035—2040年間, 因此中國(guó)城鎮(zhèn)化仍將保持較快的推進(jìn)勢(shì)頭[23-24], 對(duì)生態(tài)系統(tǒng)及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響也將日趨顯著。

呼包鄂地區(qū)地處內(nèi)蒙古中西部, 屬于典型的干旱、半干旱大陸性季風(fēng)氣候, 草地和沙地是主要的生態(tài)系統(tǒng)類型, 充沛的沙源和頻發(fā)的大風(fēng)氣候使呼包鄂地區(qū)飽受土壤風(fēng)蝕的侵?jǐn)_, 呼包鄂地區(qū)已經(jīng)成為我國(guó)重要的沙塵源之一, 防風(fēng)固沙功能、土壤保持功能是呼包鄂地區(qū)主要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。近年來, 隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略和國(guó)家新型城鎮(zhèn)化的不斷推進(jìn), 呼包鄂地區(qū)的區(qū)位和資源優(yōu)勢(shì)逐步得以釋放, 經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度明顯加快, 到2010年, 常住人口城鎮(zhèn)化率高達(dá)70.35%, 城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展所帶來的高強(qiáng)度人類活動(dòng)和劇烈的土地類型轉(zhuǎn)變加劇了土壤侵蝕過程, 對(duì)周邊國(guó)家和地區(qū)的人民正常的生產(chǎn)基礎(chǔ)、生活環(huán)境乃至于生命安全產(chǎn)生巨大的威脅[25], 因此, 研究快速發(fā)展的城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)的防風(fēng)固沙、土壤保持服務(wù)功能之間的關(guān)系, 對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的恢復(fù)和改善具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

呼包鄂地區(qū)是內(nèi)蒙古自治區(qū)中西部的核心區(qū)(圖1), 包括呼和浩特市、包頭市、鄂爾多斯市, 呈“品”字型分布, 土地面積為13.16 萬(wàn)km2, 占全區(qū)面積的11.49%。到2010年, 城鎮(zhèn)人口為524.67 萬(wàn)人, 占全區(qū)城鎮(zhèn)人口的38.24%；經(jīng)濟(jì)總量為6970.00 億元, 占全區(qū)經(jīng)濟(jì)總量的54.23%, 是內(nèi)蒙古自治區(qū)經(jīng)濟(jì)總量的“半壁江山”, 經(jīng)濟(jì)地理位置優(yōu)越, 被譽(yù)為內(nèi)蒙古的“金三角”地區(qū)。

呼包鄂地區(qū)地處內(nèi)蒙古高原中部, 屬黃河中上游地區(qū), 黃河境內(nèi)流長(zhǎng)728 km。氣候?yàn)榈湫偷母珊?、半干旱大陸性季風(fēng)氣候, 四季變化明顯, 夏季炎熱少雨, 冬季嚴(yán)寒少雪, 春秋兩季氣候變化劇烈, 降雨少, 蒸發(fā)大；地貌類型多樣, 有山地、丘陵、平原、沙漠、沙地等, 是我國(guó)沙塵暴的主要來源地之一；草地、沙漠、農(nóng)田是研究區(qū)主要的生態(tài)系統(tǒng)類型, 其中草地生態(tài)系統(tǒng)面積為8.33 萬(wàn)km2, 占呼包鄂總面積的63.41%；沙漠生態(tài)系統(tǒng)面積為1.70 萬(wàn)km2, 占呼包鄂總面積的12.91%；農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的面積為1.43 萬(wàn)km2, 占呼包鄂總面積的10.92%。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 研究方法

2.1.1 土壤保持功能

本文選擇土壤保持強(qiáng)度衡量土壤保持功能。運(yùn)用通用土壤流失方程(USLE, Universal Soil Loss Equation)來估算呼包鄂地區(qū)潛在土壤侵蝕量與實(shí)際土壤侵蝕量, 兩者之差為呼包鄂地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)土壤保持量。

潛在土壤侵蝕量為生態(tài)系統(tǒng)在沒有地表植被覆蓋和水土保持措施情況下的土壤侵蝕量。在通用土壤流失方程中不考慮地表植被覆蓋因素和水土保持因素, 此時(shí)土壤流失方程為：

S潛=R·K·LS

(1)

實(shí)際土壤侵蝕量則考慮地表覆蓋因素和水土保持因素, 此時(shí)通用土壤流失方程為：

S實(shí)=R·K·LS·C·P

(2)

結(jié)合(1)和(2), 計(jì)算得出呼包鄂地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)土壤保持量：

SC=S潛-S實(shí)

式中,SC為土壤保持量(t hm-2a-1)；S潛為潛在土壤侵蝕量(t hm-2a-1),S實(shí)為實(shí)際土壤侵蝕量(t hm-2a-1)；R為降雨侵蝕力因子(MJ mm hm-2h-1a-1),K為土壤可蝕性因子(t hm2h hm-2MJ-1mm-1),LS為地形因子,C為植被覆蓋度因子,P為土壤保持措施因子。

2.1.2 防風(fēng)固沙功能

本文在充分考慮呼包鄂地區(qū)的氣候條件、植被情況、土壤可蝕性、土壤粗糙度、土壤結(jié)皮的情況下, 采用修正風(fēng)蝕方程(RWEQ, Revised Wind Erosion Equation)估算土壤風(fēng)蝕量。

式中,SL為風(fēng)力侵蝕量(t km-2a-1)；Qmax為最大轉(zhuǎn)移量(kg/m)；S為關(guān)鍵地塊長(zhǎng)度(m);z為最大風(fēng)蝕出現(xiàn)距離(m)；WF為氣候侵蝕因子(kg/m)；K′為地表糙度因子；EF為土壤侵蝕因子；SCF為土壤結(jié)皮因子；C為植被覆蓋因子。

生態(tài)系統(tǒng)防風(fēng)固沙量即為沒有地表植被覆蓋條件下的潛在土壤風(fēng)蝕量與地表覆蓋植被條件下的實(shí)際土壤風(fēng)蝕量的差值表示。

SL固=SL潛-SL實(shí)

式中,SL固為生態(tài)系統(tǒng)防風(fēng)固沙量(t km-2a-1),SL潛為沒有地表植被覆蓋條件下的潛在土壤風(fēng)蝕量(t km-2a-1),SL實(shí)為有地表植被覆蓋條件下的實(shí)際土壤風(fēng)蝕量(t km-2a-1)。

生態(tài)系統(tǒng)防風(fēng)固沙量可以表示為生態(tài)系統(tǒng)實(shí)際的固沙量, 由于受氣候因素的影響, 單純的防風(fēng)固沙量并不能有效的凸顯生態(tài)系統(tǒng)本身對(duì)防風(fēng)固沙的貢獻(xiàn)大小。為了進(jìn)一步的分析生態(tài)系統(tǒng)的防風(fēng)固沙作用, 本文選擇固沙率來衡量生態(tài)系統(tǒng)的防風(fēng)固沙功能, 即生態(tài)系統(tǒng)防風(fēng)固沙量與潛在土壤風(fēng)蝕量的比值。

R=SL固/SL潛×100

式中,R為固沙率,SL固為生態(tài)系統(tǒng)防風(fēng)固沙量(t km-2a-1),SL潛為沒有地表植被覆蓋條件下下的實(shí)際土壤風(fēng)蝕量(t km-2a-1)。

2.1.3 冗余分析(RDA)

冗余分析(RDA)是一種直接梯度分析方法, 最大的優(yōu)勢(shì)在于能夠獨(dú)立保持各個(gè)變量對(duì)解釋變量的貢獻(xiàn)率。在本文中, 將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能指標(biāo)視為響應(yīng)變量；各影響因子指標(biāo)視為解釋變量, 選用氣象因子(溫度、降雨量、降雨天數(shù)、風(fēng)速、大風(fēng)天數(shù))、城鎮(zhèn)化指標(biāo)(常住人口、城鎮(zhèn)人口、城鎮(zhèn)化率、城鎮(zhèn)人口密度、二三產(chǎn)業(yè)總值所占比例、建設(shè)用地面積、建設(shè)用地指數(shù)等)共20個(gè)指標(biāo)。由于各影響因子之間具有明顯的自相關(guān)作用, 可能會(huì)影響研究結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此, 利用RDA冗余分析簡(jiǎn)化因子, 選擇易測(cè)定分析, 對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能影響大的因子至關(guān)重要。RDA二維排序圖可以直觀的展現(xiàn)城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能之間的關(guān)系。排序結(jié)果圖中, 根據(jù)響應(yīng)變量(服務(wù)功能因子)與解釋變量(影響因子)之間的夾角, 判斷其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響方式, 若兩者之間小于90°, 那么兩者之間為正向相關(guān), 服務(wù)功能因子會(huì)隨著影響因子的增大而增大, 若夾角大于90°, 兩者之間呈負(fù)相關(guān), 若夾角等于90°, 則不存在相關(guān)。另外, 影響因子箭頭的長(zhǎng)度表示其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能因子的綜合影響程度, 箭頭越長(zhǎng), 影響程度越高。

2.2 數(shù)據(jù)來源

人口、經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于《2000年內(nèi)蒙古統(tǒng)計(jì)年鑒》、《2010年內(nèi)蒙古統(tǒng)計(jì)年鑒》、第五次人口普查、第六次人口普查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等；本研究使用的DEM數(shù)據(jù)來自SRTM(Shuttle Radar Topography Mission), 精度為90 m；土壤圖及其屬性數(shù)據(jù)(包括土壤粘粒、粉粒、砂粒以及土壤有機(jī)質(zhì)百分含量)來自第二次全國(guó)土壤普查, 精度為1∶1000000；2000年和2010年的生態(tài)系統(tǒng)類型和植被覆蓋度數(shù)據(jù)來自中國(guó)科學(xué)院遙感所, 精度分別為90 m和250 m；氣象數(shù)據(jù)(降雨、氣溫、風(fēng)速等月均數(shù)據(jù))來自中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享網(wǎng)；行政區(qū)劃數(shù)據(jù)來自環(huán)保部衛(wèi)星中心。

3 城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能結(jié)果分析

3.1 城鎮(zhèn)化水平結(jié)果分析

城鎮(zhèn)化是衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平的標(biāo)志, 涉及人口結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和城市建設(shè)等多方面因素。2000年, 內(nèi)蒙古確立了以呼包鄂為核心的特色經(jīng)濟(jì)圈建設(shè)的發(fā)展戰(zhàn)略, 為該地區(qū)城鎮(zhèn)化的發(fā)展提供了政策保障。2000—2010年, 呼包鄂地區(qū)城鎮(zhèn)化水平實(shí)現(xiàn)突飛猛進(jìn)的增長(zhǎng)。

2000—2010年, 總?cè)丝谠黾?94.65 萬(wàn)人, 增幅為35.32%, 其中城鎮(zhèn)人增加了238.57 萬(wàn)人, 增幅為83.39%, 約為全國(guó)城鎮(zhèn)人口增長(zhǎng)水平1.75倍, 城市化率增長(zhǎng)35.52%。城市經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)也發(fā)生了明顯的變化, 以第二、三產(chǎn)業(yè)為主, 二三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值的增長(zhǎng)幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于第一產(chǎn)業(yè)的增長(zhǎng)幅度。2010年, 呼包鄂地區(qū)第二、三產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值為6741.11 億元, 占呼包鄂地區(qū)總國(guó)民生產(chǎn)總值的96.72%, 相比2000年, 國(guó)民生產(chǎn)總值提高了約10倍。城市空間格局也發(fā)生了明顯的變化。建設(shè)用地面積增長(zhǎng)了51.91%, 約為全國(guó)增長(zhǎng)水平的1.91倍, 其中采礦場(chǎng)面積變化最大, 增幅高達(dá)261.00%, 約為全國(guó)增長(zhǎng)水平的3.65倍。

表1 研究區(qū)城鎮(zhèn)化發(fā)展水平10a變化

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能結(jié)果分析

2000—2010年, 生態(tài)系統(tǒng)防風(fēng)固沙功能10a增幅為20.17%。防風(fēng)固沙功能呈現(xiàn)總體增強(qiáng), 局部退化的趨勢(shì), 增強(qiáng)區(qū)域面積占呼包鄂地區(qū)總面積的60.63%, 不變和退化區(qū)域面積各占呼包鄂地區(qū)總面積的31.37%和8.00%(圖2, 表2)。

2000—2010年, 生態(tài)系統(tǒng)土壤保持功能10a增幅為4.39%。土壤保持功能呈現(xiàn)小幅度增強(qiáng), 局部減弱的趨勢(shì), 不變和退化區(qū)域面積各占呼包鄂地區(qū)總面積的74.11%和9.23%(圖2, 表2)。

圖2 研究區(qū)防風(fēng)固沙功能與土壤保持功能變化空間格局Fig.2 Changes of sand-fixing service and soil conservation service in study area (2000—2010)

變化Change防風(fēng)固沙功能Sand-fixingservice土壤保持功能Soilconservationservice面積Area/km2比例Percentage/%面積Area/km2比例Percentage/%退化Degradation10461.858.008147.699.23未變Invariability41010.5431.3796901.5874.11增強(qiáng)Enhancement79281.8060.6325704.9319.66

變幅在±3%以內(nèi)為未變

3.3 城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能之間的影響機(jī)制

從表3可以看出城鎮(zhèn)化與防風(fēng)固沙功能、土壤保持功能之間存在較強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系, 其中常住人口城市化率與防風(fēng)固沙功能、土壤保持功能呈顯著正相關(guān)(P<0.05), 相關(guān)性指數(shù)為0.458、0.422；建設(shè)用地指數(shù)與防風(fēng)固沙功能呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01), 相關(guān)性指數(shù)為-0.621；與土壤保持功能呈負(fù)相關(guān), 相關(guān)性不顯著(表3)。

為了更好的揭示呼包鄂地區(qū)防風(fēng)固沙功能與城鎮(zhèn)化之間的相互關(guān)系, 選取氣象因子和城鎮(zhèn)化指標(biāo)等共20個(gè)指標(biāo)與固沙率、固沙強(qiáng)度進(jìn)行RDA冗余分析。結(jié)果表明, 溫度、降雨天數(shù)、風(fēng)速、常住人口城市化率、建設(shè)用地指數(shù)5項(xiàng)因子是作為解釋防風(fēng)固沙功能變化的最小變量組合, 5項(xiàng)因子均經(jīng)過蒙特卡羅置換檢驗(yàn), 防風(fēng)固沙功能與溫度、降雨天數(shù)、風(fēng)速、常住人口城市化率、建設(shè)用地指數(shù)均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05), 分別解釋了16.7%、38.6%、12.1%、21.5%、34.2%的防風(fēng)固沙功能變化趨勢(shì), 綜合解釋防風(fēng)固沙變化達(dá)68.3%, 第一排序軸信息量高達(dá)65.5%, 第二排序軸僅解釋了2.8%的信息量, 再次表明利用溫度、降雨天數(shù)、風(fēng)速、常住人口城市化率、建設(shè)用地指數(shù)作為表征影響防風(fēng)固沙功能變化的因素是可行的(表4,圖3)。

表3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與影響因子的相關(guān)系數(shù)

表4 RDA分析最小解釋變量組合特征

圖3 生態(tài)系統(tǒng)防風(fēng)固沙功能與5項(xiàng)影響因子RDA二維排序圖Fig.3 RDA two-dimensional ordination diagram of sand-fixing service and the 5 impact factors

4 結(jié)論與討論

城鎮(zhèn)的發(fā)展深受資源、工業(yè)化經(jīng)濟(jì)、城市人口等多因素的影響[26], 城鎮(zhèn)化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)有著深遠(yuǎn)的影響, 城鎮(zhèn)化造成人口膨脹、耕地資源減少、環(huán)境污染等眾多環(huán)境問題[27-30], 但健康穩(wěn)定的城鎮(zhèn)化不僅是提升人們生活質(zhì)量的有效方式, 也是緩解資源環(huán)境壓力的重要手段, 尤其在近10年在國(guó)家生態(tài)恢復(fù)的政策導(dǎo)向下, 城鎮(zhèn)化不一定導(dǎo)致區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的下降[32]。本研究表明：

(1)防風(fēng)固沙功能、土壤保持功能均與常住人口城市化率呈顯著正相關(guān), 說明常住人口城市化率的提高有助于改善生態(tài)系統(tǒng)的防風(fēng)固沙功能和土壤保持功能。隨著西部大開發(fā)的不斷推進(jìn), 2000—2010年呼包鄂步入快速城鎮(zhèn)化時(shí)期, 非農(nóng)企業(yè)向城市聚集, 吸納了大量農(nóng)村勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移就業(yè), 促進(jìn)了鄉(xiāng)村人口逐漸向城市人口轉(zhuǎn)移, 城鎮(zhèn)人口大幅度增加, 農(nóng)村人口迅速下降, 以農(nóng)牧業(yè)為主的農(nóng)業(yè)活動(dòng)減少, 大大減輕了對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的人為活動(dòng)壓力。

(2)防風(fēng)固沙功能與建設(shè)用地指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān), 表明城鎮(zhèn)化過程中建設(shè)用地的擴(kuò)張不利于防風(fēng)固沙功能的改善。呼包鄂地區(qū)是以工礦業(yè)為主的資源性城市, 2000—2010年, 其城鎮(zhèn)建設(shè)用地面積增加828.80 km2, 增幅為51.91%, 其中居住地增加23.58%, 工業(yè)用地增加82.24%, 交通用地增加26.77%, 采礦場(chǎng)面積增加261.00%。在2009年召開的煤機(jī)氣態(tài)能源國(guó)際高峰論壇上指出, 呼包鄂地區(qū)對(duì)資源的依賴性太強(qiáng)[31]。資源的散點(diǎn)分布特點(diǎn)導(dǎo)致集約緊湊的城鎮(zhèn)化土地利用模式在呼包鄂地區(qū)實(shí)施難度較大, 分散化的建設(shè)用地布局顯然干擾了生態(tài)用地的完整性[32], 城鎮(zhèn)化的負(fù)面影響客觀存在。2000—2010年, 呼包鄂地區(qū)建設(shè)用地面積增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)高于常住城鎮(zhèn)人口的增長(zhǎng)速度, “土地城鎮(zhèn)化”快于“人口城鎮(zhèn)化”[22], 建設(shè)用地以外延擴(kuò)張為主, 粗放低效, 過分追求寬?cǎi)R路、大廣場(chǎng)、新城城區(qū)、工礦用地等。建設(shè)用地的不斷無(wú)序擴(kuò)張改變地表景觀格局、生態(tài)環(huán)境、生態(tài)空間演變結(jié)構(gòu)、生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)過程等, 使得自然植被遭到破壞, 破環(huán)土地結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；采礦場(chǎng)面積的不斷擴(kuò)大使得生物多樣性減少, 植被破壞, 大量地表土壤裸露、土地塌陷, 占用大量的生態(tài)用地, 加快了土地沙化的擴(kuò)展速度[33], 甚至引起區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的急劇惡化。

因此, 城鎮(zhèn)化是一把雙刃劍, 城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能之間的關(guān)系并不能簡(jiǎn)單的歸納為正向或者負(fù)向影響。為實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)與城鎮(zhèn)的可持續(xù)發(fā)展, 要理性進(jìn)行城鎮(zhèn)化建設(shè), 一要以人的城鎮(zhèn)化為核心, 合理引導(dǎo)人口流動(dòng), 有序推進(jìn)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)移人口城市化；二要嚴(yán)格控制城鎮(zhèn)建設(shè)用地規(guī)模, 優(yōu)化城市內(nèi)部空間結(jié)構(gòu), 提高國(guó)土空間利用率；三要強(qiáng)化環(huán)境保護(hù)與生態(tài)修復(fù), 減少對(duì)自然的干擾和損害, 推動(dòng)形成綠色低碳的城市建設(shè)運(yùn)營(yíng)方式。

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The influence of urbanization on ecosystem services in the Hohhot-Baotou-Ordos region

WANG Liyan, XIAO Yi*, JIANG Ling, RAO Enming, OUYANG Zhiyun, ZHENG Hua

ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,StateKeyLaboratoryofUrbanandRegionalEcology,Beijing100085,China

Urbanization is an important facet of economic development, and one of the most significant economic and social phenomena of the contemporary era. However, it is considered to have detrimental impacts on regional ecological systems, which could affect the ability of ecosystems to provide human services. Hohhot-Baotou-Ordos, is located in the midwest of Inner Mongolia, which is known as “golden triangle” region of Inner Mongolia. This area is experiencing rapid urbanization, and is becoming the most important economic and urbanized belt of Inner Mongolia, and also one of the richest regions in China. Furthermore, this region is famous for sand-fixing and soil conservation. Thus, it is vital to understand how urbanization change is influencing ecosystem services in the Hohhot-Baotou-Ordos region. In this paper, we analyze the changes in urbanization and ecosystem services (sand-fixing and soil conservation) that occurred between 2000 and 2010 in the Hohhot-Baotou-Ordos region. We then used redundancy analysis (RDA) to reveal the relationships between urbanization and ecosystem services in the Hohhot-Baotou-Ordos region. The results showed the following. (1) Urbanization progressed sharply from 2000 to 2010 in the Hohhot-Baotou-Ordos region. The urban population, the resident population urbanization rate, gross domestic product (GDP), and the index of construction land increased by 83.39%, 35.52%, 1150.00%, and 51.91%, respectively. (2) There was an obvious increase in sand-fixing and soil conservation (20.17% and 4.39%, respectively). (3) Correlation analysis showed that the changes in sand-fixing and soil conservation were positively correlated (P<0.05) with the change in permanent residents urbanization rate, and were negatively correlated (P<0.01) with the change in the index of construction land. Furthermore, an RDA two-dimensional ordination diagram indicated that temperature, precipitation days, wind speed, the urbanization rate of permanent residents, and the index of construction land were the main influence factors of sand-fixing, which could significantly explain 68.3% of the data. The explanation of the urbanization rate of permanent residents and the index of construction land were higher, 21.5% and 34.2% respectively. On the basis of the results, certain management strategies are recommended for sustainable development of city and ecosystem. Firstly, we should promote a greater migration of the rural population into urban areas, properly adjust the number of villages and small towns and increase the number of large towns. Secondly, the government should make more reasonable plans for urban development, prohibit the disorderly expansion of construction land, and increase the regional ecological support to towns. Thirdly, we should use land resources in an economical and intensive way and expand urban ecological space by converting city land and other polluted land into natural landscapes, with the purpose of realizing green urbanization and finally to realize the win-win situation of having urbanization and ecological system.

urbanization; ecosystem service; RDA; Hohhot-Baotou-Ordos region

中國(guó)科學(xué)院科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃(KFJ-EW-STS-002)

2015- 01- 29;

2016- 04- 21

10.5846/stxb201501290243

*通訊作者Corresponding author.E-mail: xiaoyi@rcees.ac.cn

王莉雁, 肖燚, 江凌, 饒恩明, 歐陽(yáng)志云, 鄭華.城鎮(zhèn)化發(fā)展對(duì)呼包鄂地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響.生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(19):6031- 6039.

Wang L Y, Xiao Y, Jiang L, Rao E M Ouyang Z Y, Zheng H.The influence of urbanization on ecosystem services in the Hohhot-Baotou-Ordos region.Acta Ecologica Sinica,2016,36(19):6031- 6039.