王晶瀅，王冬艷，楊月穩(wěn)

（吉林大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，吉林 長春130061）

土地鹽堿化是制約灌溉農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要威脅之一，不僅影響了區(qū)域的糧食產(chǎn)能，還對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了嚴重危害［1，2］。原生鹽堿化問題嚴重區(qū)域多分布于干旱或半干旱地區(qū)，此類地區(qū)生態(tài)環(huán)境十分脆弱［3］，而在開發(fā)治理過程中如忽視水土資源狀況和地形等條件，則會導(dǎo)致次生鹽堿化的發(fā)生，產(chǎn)生生態(tài)環(huán)境負效應(yīng)［4，5］。因此，鹽堿地的開發(fā)利用應(yīng)因地制宜、精準引導(dǎo)［6，7］，客觀定量評估開發(fā)治理前后生態(tài)環(huán)境變化，從而科學(xué)合理制定鹽堿地開發(fā)工程的建設(shè)時序與布局，以促進區(qū)域水土平衡與水鹽平衡。

目前國內(nèi)外針對鹽堿地開發(fā)利用已有諸多實際舉措，如倫敦鹽堿區(qū)濕地公園［8］、美國環(huán)境—農(nóng)業(yè)綜合治理工程［9］、澳大利亞鹽度和水質(zhì)行動計劃等［10-12］和我國西北、華北、東北鹽漬區(qū)實施的農(nóng)田林網(wǎng)工程、林業(yè)生態(tài)工程、人工濕地生態(tài)工程等［13，14］。這些措施雖然在一定程度上緩解了土地鹽堿化問題，但是同時也暴露出鹽堿地的一些開發(fā)利用方式（如改水田等）的弊端。孫廣友、王海霞［15］指出，松嫩平原鹽堿地大規(guī)模開發(fā)可能使松花江等水體受到污染，產(chǎn)生土壤次生鹽堿化的風(fēng)險；曲洋、董延超、張鶴［16］認為，鹽堿地開發(fā)增加了溫室氣體排放，在特定條件下可能使莫莫格、查干湖濕地逐步鹽湖化。但上述研究多數(shù)僅對鹽堿地開發(fā)治理的潛在威脅進行了定性描述，針對不同鹽堿地開發(fā)利用方式所產(chǎn)生的生態(tài)效應(yīng)則少有定量研究，如何通過趨利避害的規(guī)劃手段實現(xiàn)鹽堿地開發(fā)治理工程的精準化缺乏有效證據(jù)。因此，對鹽堿地開發(fā)利用前后的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化進行估算，并依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供需狀況進行鹽堿地開發(fā)格局優(yōu)化是十分必要的。

吉林省西部農(nóng)牧交錯帶是我國土地次生鹽堿化最嚴重的地區(qū)之一［17］，也是典型的生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)［18］。2007 年以來，吉林省通過實施西部土地開發(fā)整理重大項目，建設(shè)“引嫩入白”等水利設(shè)施，使西部生態(tài)環(huán)境得到明顯改善，但受制于耕地需水量大且干旱區(qū)水源短缺的情況［19］，不合理的灌溉與強烈的地表水蒸發(fā)過程極易導(dǎo)致土地次生鹽堿化的問題，亟需科學(xué)引導(dǎo)。鑒于此，本文以吉林省白城市鎮(zhèn)賚縣為例，基于當量因子法對該縣鹽堿地開發(fā)利用前后的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化進行了估算，并依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需的空間差異對鹽堿地開發(fā)治理格局進行了優(yōu)化，旨在為東北蘇打鹽堿地區(qū)的國土空間生態(tài)修復(fù)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

鎮(zhèn)賚縣地處吉林、黑龍江、內(nèi)蒙古3 省區(qū)的結(jié)合部，位于122°47′—124°04′E、45°28′—46°18′N，隸屬于吉林省白城市，是松嫩平原和科爾沁草原交融匯聚地帶。2007 年，鎮(zhèn)賚縣開始實施土地開發(fā)整理重大項目和農(nóng)田水利建設(shè)，其基本思路是“引嫩入白”，即利用西流松花江和嫩江兩條河流將鹽堿地開發(fā)成水田，形成大面積“人工濕地”。在實現(xiàn)“以水排堿、以稻治堿”的同時，稻田棄水進入天然濕地，有利于濕地保護，促進生態(tài)平衡。從2010 年起，該區(qū)域陸續(xù)實施造林工程、河湖泡塘連通工程等，使得濕地、森林、草原、水域面積增長，在一定程度上阻止了土地鹽堿化問題的擴散蔓延。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)包括土地利用數(shù)據(jù)、NPP數(shù)據(jù)、社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)。土地利用數(shù)據(jù)主要來源于Landsat 影像的目視解譯（數(shù)據(jù)下載于USGS，網(wǎng)址為https：//earthexplorer.usgs.gov/），其 中2009 年 為Landsat5 TM 影像，空間分辨率30m；2018 年為Landsat8 OLI影像，進行多光譜波段與全色波段合成后空間分辨率為15m，行列號均為120/28。依據(jù)“中國土地利用/土地覆蓋遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)分類系統(tǒng)”，并結(jié)合研究區(qū)實際情況，將土地利用類型劃分為旱地、水田、林地、草地、水域、鹽堿地、濕地、未利用土地。與土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)庫的比對結(jié)果顯示，土地利用數(shù)據(jù)總體分類精度達到95%以上，Kappa系數(shù)大于0.90，滿足研究需求。NPP數(shù)據(jù)由改進的CASA 模型計算獲取，糧食產(chǎn)量、價格等統(tǒng)計數(shù)據(jù)取自于對應(yīng)時期的《吉林省統(tǒng)計年鑒》《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》。

2 研究方法

2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算標準

本文采用Costanza［20，21］提出的當量因子法，以謝高地等［22-25］制定的中國陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當量因子表為基礎(chǔ)，結(jié)合吉林省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入產(chǎn)出情況［26］及相關(guān)研究成果［27，28］，以吉林省地均糧食產(chǎn)量水平對1 個標準當量因子的生態(tài)服務(wù)價值量進行修正。同時，考慮到生態(tài)系統(tǒng)時空異質(zhì)性，根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)凈初級生產(chǎn)力（NPP）數(shù)據(jù)，制定了鎮(zhèn)賚縣單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)表（表1）。其中，修正系數(shù)的表達式為：

式中，CCi為第i 類陸地生態(tài)系統(tǒng)的修正系數(shù)；NPPi為我國第i 類陸地生態(tài)系統(tǒng)的凈初級生產(chǎn)力；NPPwi為鎮(zhèn)賚縣第i 類陸地生態(tài)系統(tǒng)的凈初級生產(chǎn)力［29- 33］。

表1 鎮(zhèn)賚縣單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值（元/hm2·a）

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估方法

本文以土地利用類型面積為基礎(chǔ)，并根據(jù)表1對研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行評估，具體計算公式如下：

式中，ESV 為研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量（元）；Ak為土地利用類型k 的面積（hm2）；VCk為第k類土地利用類型對應(yīng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)（元／hm2·a）；ESVf為第f 項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值；VCfk是第k種土地利用類型第f項服務(wù)價值系數(shù)［34］。同時，本文針對ESV 空間變化的量算，經(jīng)測試后選取5km×5km格網(wǎng)尺度進行結(jié)果呈現(xiàn)。

2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供求評價指標體系

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給狀況由ESV 的計算結(jié)果表示；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求方面，結(jié)合前人的研究體系［35，36］，考慮到研究區(qū)干旱半干旱氣候特征和鹽堿地的開發(fā)利用情況，分別從土地需求、人口需求、經(jīng)濟需求、水源需求和農(nóng)業(yè)發(fā)展需求等5 個方面進行評估（表2），應(yīng)用熵權(quán)法進行綜合評價。為了消除變量單位對結(jié)果的影響，本文將各指標進行無量綱化處理。

表2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求評價指標體系

2.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供求關(guān)系構(gòu)建

本文將核算出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求利用Z- score方法進行數(shù)據(jù)標準化，計算公式為：

式中，x為標準化之后生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求得分；xi為鎮(zhèn)賚縣第i 個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求得分；x′為鎮(zhèn)賚縣平均值；s 為鎮(zhèn)賚縣標準差；n為鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）數(shù)。

3 結(jié)果及分析

3.1 鹽堿地變化及開發(fā)利用狀況

2009—2018 年，白城市鎮(zhèn)賚縣鹽堿地開發(fā)治理規(guī)模較大，治理面積約為4.94 萬hm2（圖1），整體開發(fā)利用比例約為56.09%，且主要分布在該縣的中西部（圖2）。依照鹽堿地開發(fā)的規(guī)模大小將開發(fā)治理類型劃分為轉(zhuǎn)水田、轉(zhuǎn)濕地、轉(zhuǎn)水域、轉(zhuǎn)草地、轉(zhuǎn)旱地5 種，其遙感影像解譯標識變化見圖3。其中，開發(fā)為水田的鹽堿地占比最大，達25.72%，主要分布在鎮(zhèn)賚縣西北部的哈吐氣蒙古族鄉(xiāng)、坦途鎮(zhèn)和建平鄉(xiāng)；轉(zhuǎn)濕地和轉(zhuǎn)水域兩種類型的空間分布特征相似，主要集中在莫莫格蒙古族鄉(xiāng)，其為吉林省西部莫莫格濕地的主要分布區(qū)之一。

圖1 2009—2018 年鹽堿地面積變化示意圖

圖2 鹽堿地開發(fā)利用類型空間分布

圖3 鹽堿地開發(fā)利用類型遙感標識

3.2 鹽堿地開發(fā)利用的ESV變化

2009—2018 年，鎮(zhèn)賚縣通過開發(fā)利用鹽堿地，提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值共計9.35 億元。其中，鹽堿地轉(zhuǎn)濕地、轉(zhuǎn)水域?qū)SV 的貢獻遠高于其他類型，兩者帶來的ESV 增長量分別占ESV 變化總量的57.62%和41.01%，主要體現(xiàn)在水資源供給和凈化環(huán)境方面，是改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境、提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的關(guān)鍵因素；而轉(zhuǎn)水田是唯一使得ESV 明顯下降的鹽堿地開發(fā)利用方式，主要體現(xiàn)在水田脆弱的水資源供給功能和土壤保持功能?？傮w來看，鹽堿地的開發(fā)利用對生態(tài)系統(tǒng)各項服務(wù)功能均有提升，其中凈化環(huán)境功能、水資源供給功能和氣候調(diào)節(jié)功能增幅最大（表3）。

分析單位面積的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間變化可知（圖4），通過對鹽堿地的開發(fā)利用，2009—2018 年鎮(zhèn)賚縣95%以上地區(qū)的生態(tài)環(huán)境得到了恢復(fù)。其中，莫莫格蒙古族鄉(xiāng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值提升最為顯著，與鹽堿地轉(zhuǎn)濕地、轉(zhuǎn)水域開發(fā)類型的ESV 大幅提升區(qū)域相吻合；而鹽堿地開發(fā)為水田或旱地對區(qū)域ESV的作用多數(shù)存在負面影響，且開發(fā)為水田的負效應(yīng)要顯著高于旱地，在鎮(zhèn)賚縣北部的坦途鎮(zhèn)表現(xiàn)尤為明顯；鹽堿地轉(zhuǎn)草地具有較好的土壤保持、凈化環(huán)境和生物多樣性保護功能，對提高哈吐氣蒙古族鄉(xiāng)的ESV起到了重要作用。

表3 鹽堿地開發(fā)利用的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化表（單位：106元）

3.3 鹽堿地開發(fā)利用格局優(yōu)化

鎮(zhèn)賚縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求具有顯著的空間異質(zhì)性（圖5），供需均呈現(xiàn)“東高西低”分布，可開發(fā)利用面積占全縣總面積的49.74%。本文基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系，按照鹽堿地可開發(fā)利用時序，將鎮(zhèn)賚縣劃分為濕地開發(fā)熱點區(qū)、水田開發(fā)潛力區(qū)、生態(tài)供需平衡區(qū)和生態(tài)重點保護區(qū)4類地區(qū)。

圖4 2009—2018 年鹽堿地開發(fā)利用的ESV變化

哈吐氣蒙古族鄉(xiāng)是唯一的“低供給—中需求”區(qū)域，現(xiàn)有生態(tài)資源已無法滿足當?shù)厣詈徒?jīng)濟發(fā)展需要，應(yīng)優(yōu)先開發(fā)該片區(qū)的鹽堿地，有效利用“引嫩入白”工程引入的水資源開發(fā)為人工濕地或水域等，顯著提升ESV的土地類型。建平鄉(xiāng)、大屯鎮(zhèn)等4 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)為“中高供給—中低需求”區(qū)域，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供大于需，可在水源充沛地區(qū)適當選擇轉(zhuǎn)水田的方式，但要注意合理灌排，避免次生鹽堿化和水體污染發(fā)生。如大屯鎮(zhèn)東部有哈爾撓水庫和大面積內(nèi)陸灘涂分布，可用于灌溉的水資源較為充足，而鎮(zhèn)賚縣西部的建平鄉(xiāng)水資源稟賦較為薄弱，應(yīng)因地制宜推廣羊草等耐鹽堿植物的種植，建造防護林，調(diào)節(jié)區(qū)域小氣候。鎮(zhèn)賚鎮(zhèn)、五棵樹鎮(zhèn)等4 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供求關(guān)系表現(xiàn)為“中低供給—中低需求”，具有較好的生態(tài)資源稟賦和較充足的鹽堿地持續(xù)開發(fā)利用潛力，可結(jié)合當?shù)氐乇硭植记闆r進行開發(fā)。如東屏鎮(zhèn)、坦途鎮(zhèn)可充分利用洋沙泡供給的水資源探索人工濕地生態(tài)工程建設(shè)。依托莫莫格國家濕地公園和鎮(zhèn)賚縣東部豐富的水資源，莫莫格蒙古族鄉(xiāng)和沿江鎮(zhèn)表現(xiàn)為“高供給—高需求”，但可開發(fā)利用空間有限，可建設(shè)自然保護區(qū)對珍稀物種進行重點保護，提高生物多樣性，推動生態(tài)旅游發(fā)展。

圖5 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需空間分異及鹽堿地開發(fā)利用格局

4 討論

2009—2018 年，白城市鎮(zhèn)賚縣鹽堿地開發(fā)利用的過程中，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的提升主要來源于鹽堿地向濕地和水域的轉(zhuǎn)化。其中，濕地和水域集中分布地區(qū)（如莫莫格國家濕地公園）是鎮(zhèn)賚縣ESV主要升值區(qū)，為周邊提供了大量的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)；而鹽堿地開發(fā)為水田后在水資源供給和土壤保持等方面則出現(xiàn)了較為顯著的生態(tài)環(huán)境負效應(yīng)，其所需水源對吉林西部的水資源配置、灌排配套系統(tǒng)提出了更高的要求［37，38］，與轉(zhuǎn)水域和轉(zhuǎn)濕地兩種鹽堿地開發(fā)利用方式存在明顯的競爭關(guān)系［7］，且開墾之后由于當?shù)厮Y源供應(yīng)不足存在次年棄耕的風(fēng)險，是吉林省西部鹽堿地開發(fā)治理過程中須慎重處理的一種類型。根據(jù)生態(tài)脆弱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀況的空間差異可較清楚地了解其供給缺口規(guī)模和具體位置，針對供需差異性較大的開發(fā)熱點區(qū)，可結(jié)合其地表水源分布情況適當設(shè)定人工濕地等開發(fā)后生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能提升顯著的工程治理類型；針對供給缺口較小，且地表水源供給不充足區(qū)域，可適當規(guī)劃為轉(zhuǎn)旱地或轉(zhuǎn)草地等開發(fā)類型；針對地表水缺乏區(qū)域，應(yīng)盡量避免大規(guī)模水田開發(fā)，防止次生鹽堿化和水體污染的發(fā)生［39］。

當前，全球增溫已導(dǎo)致干旱區(qū)擴大、水資源短缺、糧食減產(chǎn)等一系列問題［40］，人地矛盾也愈演愈烈。鹽堿地作為主要耕地后備資源類型，在不破壞生態(tài)系統(tǒng)平衡的前提下進行合理開發(fā)利用，對促進人地關(guān)系和諧、保障國家糧食安全具有重要意義。

5 結(jié)論

吉林省西部地區(qū)作為我國主要的蘇打鹽堿土集中分布區(qū)，其鹽堿地資源的合理開發(fā)利用對提高當?shù)丶Z食產(chǎn)能、保護脆弱的生態(tài)環(huán)境至關(guān)重要。本文以吉林省白城市鎮(zhèn)賚縣為例，對該縣2009—2018 年不同類型的鹽堿地開發(fā)利用過程進行了ESV 變化的估算，同時以其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求的空間差異為主要依據(jù)進行了鹽堿地開發(fā)治理的格局優(yōu)化，得出以下主要結(jié)論：①2009—2018 年鎮(zhèn)賚縣開發(fā)治理鹽堿地約4.94 萬hm2，占期初鹽堿地總面積的56.09%，主要開發(fā)利用類型按規(guī)模大小可劃分為轉(zhuǎn)水田、轉(zhuǎn)濕地、轉(zhuǎn)水域、轉(zhuǎn)草地、轉(zhuǎn)旱地。②研究區(qū)鹽堿地開發(fā)利用可提升ESV9.35 億元，其中開發(fā)為濕地或水域?qū)SV增長貢獻最大，而開發(fā)為水田具有顯著的生態(tài)環(huán)境負效應(yīng)；空間分布方面，莫莫格蒙古族鄉(xiāng)鹽堿地轉(zhuǎn)濕地帶來的ESV 提升最為顯著，坦途鎮(zhèn)鹽堿地開發(fā)為水田導(dǎo)致ESV 有一定程度的下降。③依照研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能供需的空間差異，將研究區(qū)劃分為濕地開發(fā)熱點區(qū)、水田開發(fā)潛力區(qū)、生態(tài)供需平衡區(qū)和生態(tài)重點保護區(qū)，建議建設(shè)時序為優(yōu)先開發(fā)濕地開發(fā)熱點區(qū)和水田開發(fā)潛力區(qū)。開發(fā)利用方向上，建議對哈吐氣蒙古族鄉(xiāng)等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給缺口大、水資源地理優(yōu)勢明顯區(qū)域進行人工濕地工程類開發(fā)整治；針對建平鄉(xiāng)等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供大于需的區(qū)域，適當選擇轉(zhuǎn)水田的開發(fā)類型；坦途鎮(zhèn)等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需較為平衡區(qū)域可根據(jù)當?shù)厮Y源供給情況選擇開發(fā)為濕地、水域或草地、旱地；莫莫格蒙古族鄉(xiāng)等“高供給—高需求”區(qū)域則應(yīng)重點保護現(xiàn)有生態(tài)資源。

由于生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性、多維性和當量因子法在一定程度上的局限性，若因此能細化土地利用類型，通過更高分辨率的遙感影像獲取數(shù)據(jù)，研究結(jié)果的精度將進一步提高。