王婉瑩,劉琳,李夢嬌,劉立程,張 倩,*

1 衡水市自然資源和規(guī)劃局, 衡水 053000 2 河北地質(zhì)大學(xué), 石家莊 050031 3 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)土地科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,北京 100193

陸地生態(tài)系統(tǒng)格局與過程的不斷改變是人類生存環(huán)境與社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要影響因素。隨著工業(yè)化及城市化進程的持續(xù)推進,高強度的人類活動導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)不斷發(fā)生變化[1-4],區(qū)域?qū)用嫔线^度開發(fā)及系統(tǒng)失衡問題屢被報道[5-9]。從1987 年聯(lián)合國大會首次提出“可持續(xù)發(fā)展”的概念到1992年聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會通過了《21世紀議程》,再到2000 年的千年發(fā)展目標(biāo)(Millennium Development Goals, MDGs)以及2015 年聯(lián)合國指定的17 個全球可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)(Sustainable Development Goals, SDGs),均強調(diào)以系統(tǒng)思維解決社會、經(jīng)濟和環(huán)境三個維度的協(xié)調(diào)發(fā)展問題。探索生態(tài)-經(jīng)濟的協(xié)同發(fā)展下陸地宏觀生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)變化路徑已成為實現(xiàn)全球可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)亟待解決的核心科學(xué)與實踐議題。

現(xiàn)有陸地生態(tài)系統(tǒng)變化過程研究主要從時間動態(tài)和空間分布著眼,基于土地利用等各項數(shù)據(jù)對陸地宏觀生態(tài)系統(tǒng)數(shù)量、質(zhì)量、結(jié)構(gòu)、功能、分布的時空變化等方面進行研究[10-16]。較為常見的是基于土地利用/覆蓋變化遙感監(jiān)測數(shù)據(jù),對區(qū)域陸地生態(tài)系統(tǒng)宏觀結(jié)構(gòu)以及面積的動態(tài)變化進行時空特征分析[17]；也有學(xué)者從陸地生態(tài)系統(tǒng)的分布及演替入手,系統(tǒng)地論述了氣候變暖對陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響[18]。上述研究針對陸地生態(tài)系統(tǒng)已發(fā)生的變化進行了系統(tǒng)研究,之后有學(xué)者基于土地利用、氣候變化等現(xiàn)有數(shù)據(jù),對陸地生態(tài)系統(tǒng)變化進行情景模擬[19-20]。例如,Xu等利用構(gòu)建的碳流模型模擬了不同土地利用情景下馬納斯河流域未來生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢[21]。有學(xué)者利用耦合模式初步分析了溫控目標(biāo)下陸地生態(tài)系統(tǒng)的變化過程[22]。范澤孟等改進了HLZ生態(tài)系統(tǒng)模型,構(gòu)建了植被生態(tài)系統(tǒng)平均中心時空偏移分析模型,基于歐亞大陸的氣候觀測數(shù)據(jù),對歐亞大陸植被生態(tài)系統(tǒng)的時空分布格局進行了不同情景下的模擬分析[23]。陸地宏觀生態(tài)系統(tǒng)的也變化受到自然環(huán)境與人為因素的雙重影響[24-28],但同時陸地宏觀生態(tài)系統(tǒng)變化也作用于人類社會經(jīng)濟系統(tǒng),影響著人與自然耦合系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。自然環(huán)境,如土壤類型、地貌、坡度、海拔高度、氣候類型等地理稟賦因子對陸地宏觀生態(tài)系統(tǒng)變化有著較強的限制作用,不同屬性的地塊適應(yīng)于特定的利用方式[29-31]。此外,陸地宏觀生態(tài)系統(tǒng)變化還受社會經(jīng)濟因子的驅(qū)動作用,包括政策變動、經(jīng)濟發(fā)展、技術(shù)進步與人口增長等外來因素的影響[19,32-33]?，F(xiàn)有研究中對自然與人為因素耦合驅(qū)動下的陸地宏觀生態(tài)系統(tǒng)變化的深入探討、定量化的情景參數(shù)設(shè)置方案的遴選、以及空間顯性的情景模擬分析尚存較大提升空間,而這些又恰是回答生態(tài)-經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展路徑下的陸地宏觀生態(tài)系統(tǒng)將如何變化的核心科學(xué)問題的重要技術(shù)支撐。

目前,我國的關(guān)于宏觀生態(tài)系統(tǒng)變化研究主要集中在兩類地區(qū),一是“自然、城市開發(fā)熱點區(qū)”, 即快速城鎮(zhèn)化地區(qū)和人文自然景觀變化劇烈的區(qū)域; 二則是“生態(tài)環(huán)境敏感脆弱區(qū)”,即在生態(tài)保護上具有哨卡和戰(zhàn)略地位的敏感區(qū)域,以及在經(jīng)濟社會發(fā)展與資源消耗過程中生態(tài)環(huán)境脆弱性不斷增加、容易誘發(fā)各種生態(tài)環(huán)境問題的脆弱地區(qū)。具體已報道案例中陸地宏觀生態(tài)系統(tǒng)的研究較多且較為深入的區(qū)域主要集中在西北干旱半干旱地區(qū)的黑河流域、寧夏,新疆中部、青海三江源地區(qū)等,多側(cè)重于短時間序列[24,26,34]、市縣境內(nèi)研究,或者多針對特定類型生態(tài)系統(tǒng)變化的分析[35-36]。內(nèi)蒙古自治區(qū)是我國北方面積最大、種類最全的生態(tài)功能區(qū),它重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是構(gòu)筑我國北方生態(tài)屏障的雄厚資本,同時內(nèi)蒙古自治區(qū)資源富集,是我國重要的能源及化工基地,因而,其陸地宏觀生態(tài)系統(tǒng)狀況不僅關(guān)系全區(qū)各族群眾生存和發(fā)展,而且關(guān)系華北、東北、西北乃至全國生態(tài)安全[37-40]。針對內(nèi)蒙古自治區(qū)這樣兼具開發(fā)熱點區(qū)和生態(tài)敏感脆弱區(qū)雙重屬性的研究區(qū)域,亟待加強在該區(qū)域探索宏觀陸地生態(tài)系統(tǒng)情景及生態(tài)-經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展路徑,這不僅能夠為有關(guān)氣候、生態(tài)模型的運行提供高精度的下墊面數(shù)據(jù)和地表參數(shù)庫,揭示陸地宏觀生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)變化的影響因子及其相互聯(lián)系,而且對于研究全球變化作用下的區(qū)域響應(yīng),維持國家北方乃至全國生態(tài)安全,實現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展目標(biāo),具有重要的理論意義和現(xiàn)實價值[41-44]。

本文擬回答內(nèi)蒙古自治區(qū)不同的生態(tài)-經(jīng)濟關(guān)系情景下陸地宏觀生態(tài)系統(tǒng)將發(fā)生什么樣的時間和空間上的動態(tài)變化。本文首先構(gòu)建了三期宏觀生態(tài)系統(tǒng)格局數(shù)據(jù)與影響因子數(shù)據(jù)集,進而基于內(nèi)蒙古六大生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)劃,設(shè)置了2025 年與2035 年基準情景、生態(tài)-經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展情景和生態(tài)-經(jīng)濟權(quán)衡發(fā)展三種情景；接著利用土地利用均衡分析模型模擬了未來情景下內(nèi)蒙古六大類生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、空間分布格局與社會經(jīng)濟系統(tǒng)的發(fā)展路徑,預(yù)測了未來不同社會經(jīng)濟活動對生態(tài)系統(tǒng)的擾動強度以及陸地宏觀生態(tài)系統(tǒng)的演變態(tài)勢,提煉了新時期生態(tài)安全屏障建設(shè)的政策建議,以期為推動全區(qū)生態(tài)文明建設(shè),促進內(nèi)蒙古經(jīng)濟社會與生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展提供定量化科學(xué)支撐。

1 研究區(qū)概況

1.1 基本概況

內(nèi)蒙古自治區(qū)地處北緯37°24′—53°23′,東經(jīng)97°12′—126°04′,總面積約為118.3×104km2。內(nèi)蒙古生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜多樣,包含農(nóng)田、森林、草地、濕地、城市、荒漠等六大類生態(tài)系統(tǒng),其中,草地、森林、農(nóng)田、荒漠是自治區(qū)的主要生態(tài)系統(tǒng)類型。內(nèi)蒙古自治區(qū)東部、中部和西部區(qū)域的自然條件差異使得各類生態(tài)系統(tǒng)在空間分布上異質(zhì)性顯著,且呈現(xiàn)不同程度的演化趨勢?？傮w來說,東部區(qū)域地勢較為平坦,水分充足,主要以農(nóng)田、森林生態(tài)系統(tǒng)為主；中部地區(qū)水資源稀缺,主要以草地生態(tài)系統(tǒng)為主；西部地區(qū)處于干旱、半干旱區(qū),地勢較高,降雨少,主要以荒漠生態(tài)系統(tǒng)為主。內(nèi)蒙古年降水量稀少,由東北向西南遞減,多年平均降水量僅為239.2 mm。截至2018 年,全區(qū)常住總?cè)丝诠灿?534.0 萬人,城鎮(zhèn)人口共計1589.1 萬人,全區(qū)地區(qū)生產(chǎn)總值為17289.2 億元,第一、二、三產(chǎn)業(yè)增加值分別為1753.8、6807.3、8728.1 億元。

1.2 內(nèi)蒙古宏觀生態(tài)系統(tǒng)變化歷史

1990—2000年內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)變化最大的是草地與農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)變(草地向農(nóng)田轉(zhuǎn)變居首位,農(nóng)田向草地轉(zhuǎn)換次之),草地生態(tài)系統(tǒng)向森林生態(tài)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變次之?？傮w規(guī)律上,呈現(xiàn)出以草地生態(tài)系統(tǒng)面積的縮減為代價,支撐其它各類陸地生態(tài)系統(tǒng)面積的擴張；同時,森林生態(tài)系統(tǒng)面積有所減少；濕地生態(tài)系統(tǒng)面積有所增加,主要來源于草地和荒漠轉(zhuǎn)換；農(nóng)田和荒漠生態(tài)系統(tǒng)面積增加,主要是由于人口及牛羊總數(shù)持續(xù)增加,人類活動強度增大對草地生態(tài)系統(tǒng)造成了較大的壓力。經(jīng)濟的快速發(fā)展,使得草地開墾和過度放牧現(xiàn)象嚴重。與其它陸地生態(tài)系統(tǒng)相比,內(nèi)蒙古1990—2000 年間城鎮(zhèn)擴張面積規(guī)模較小(表1)。這期間生態(tài)系統(tǒng)變化的主要驅(qū)動力來自于自然因素(氣候的暖干化)和人類活動(人口的持續(xù)增長、牛羊數(shù)量的增加、經(jīng)濟快速發(fā)展)。

表1 內(nèi)蒙古1990—2000年生態(tài)系統(tǒng)類型轉(zhuǎn)移矩陣/km2

2000—2015 年內(nèi)蒙古草地生態(tài)系統(tǒng)被侵占的現(xiàn)象更為明顯,面積縮減最多,是動態(tài)變化最為強烈的陸地生態(tài)系統(tǒng)類型,草地轉(zhuǎn)換成森林、農(nóng)田和荒漠的比例較高(表2)。城市生態(tài)系統(tǒng)迅速擴張是內(nèi)蒙古生態(tài)環(huán)境在這一時期變化的另一個顯著特征,主要來源于侵占草地和農(nóng)田。除此之外,森林生態(tài)系統(tǒng)面積出現(xiàn)小幅度增加,荒漠生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為草地生態(tài)系統(tǒng)面積占比較高,濕地生態(tài)系統(tǒng)面積呈基本穩(wěn)定的態(tài)勢。這與國家及地方政府實施的一系列生態(tài)工程與生態(tài)退耕政策有關(guān),同時,“京津風(fēng)沙源綜合治理工程”、“天然林資源保護工程”、“三北防護林”、“水土保持”、“生態(tài)重點縣”、“天然草原保護工程”等多個不同時段、不同方式的生態(tài)恢復(fù)與重建工程,也對內(nèi)蒙古生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量提升產(chǎn)生著積極影響。2000年國家退耕還林還草政策出臺的同時,經(jīng)濟補償因素驅(qū)動農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)向森林和草地生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。

表2 內(nèi)蒙古2000—2015年生態(tài)系統(tǒng)類型轉(zhuǎn)移矩陣/km2

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究構(gòu)建了1990 年,2000 年及2015 年三期宏觀生態(tài)系統(tǒng)數(shù)據(jù),包括6 個一級分類和25 個二級分類的100 m×100 m柵格數(shù)據(jù),用于內(nèi)蒙古自治區(qū)宏觀生態(tài)系統(tǒng)變化的模擬與驗證。宏觀生態(tài)系統(tǒng)變化影響因子數(shù)據(jù)集中的因子(表3)主要包括區(qū)位條件、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、氣候數(shù)據(jù)、土壤屬性、地形數(shù)據(jù)等。區(qū)位條件主要包括到公路、省會城市、水域的距離等,此類數(shù)據(jù)基于國家1：25 萬基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)提取,并通過距離測算工具自動生成。統(tǒng)計數(shù)據(jù)主要來自于內(nèi)蒙古統(tǒng)計年鑒,中國畜牧業(yè)年鑒,中國農(nóng)業(yè)年鑒,主要包括人口、GDP、糧食生產(chǎn)、畜牧業(yè)生產(chǎn)、退耕還林還草政策、自然保護區(qū)、污染治理等數(shù)據(jù)。氣候數(shù)據(jù)主要包括氣溫、降水、日照時長和大于0℃積溫,來源于內(nèi)蒙古氣象臺站的文本數(shù)據(jù),通過空間插值方法實現(xiàn)氣候數(shù)據(jù)的柵格化。常用于氣象數(shù)據(jù)空間插值的方法主要有距離權(quán)重法、克里格法與梯度距離平方反比法等,本研究主要采用雙線性距離加權(quán)插值和海拔調(diào)整方程構(gòu)建了氣象數(shù)據(jù)模型進行空間插值,得到了1 km×1 km柵格數(shù)據(jù)。土壤屬性包括壤土含量、土壤有機氮、土壤有機磷、土壤鉀以及土壤pH值。地形數(shù)據(jù)包括高程(DEM)及坡度,高程數(shù)據(jù)基于1∶25 萬數(shù)字地面高程模型(DEM)提取,并形成1 km×1 km GRID數(shù)據(jù),通過ArcGIS提取內(nèi)蒙古的坡度分布。土壤、氣候、地形等自然條件影響用地類型的產(chǎn)出,加之社會經(jīng)濟與管理政策的外來沖擊,從而影響社會主體對土地利用的選擇行為,進而對宏觀生態(tài)系統(tǒng)變化進程產(chǎn)生影響。

表3 內(nèi)蒙古自治區(qū)宏觀生態(tài)系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)一覽表

2.2 研究方法

2.2.1土地利用均衡分析模型原理介紹

內(nèi)蒙古各類生態(tài)系統(tǒng)空間分布情景模擬通過土地利用均衡分析模型實現(xiàn)。它由非空間子模塊和空間子模塊構(gòu)成,基于區(qū)域尺度描述自然-人文耦合要素驅(qū)動的土地利用需求變化,并基于柵格尺度空間顯性地表達需求驅(qū)動下地土地利用變化。土地利用均衡分析模型非空間模塊是基于可計算一般均衡理論(Computable General Equilibrium, CGE)構(gòu)建的一般均衡模型。模型實際是由一系列經(jīng)濟學(xué)方程構(gòu)成的有且僅有唯一解的聯(lián)立方程組,不同的土地利用類型作為生產(chǎn)要素在經(jīng)濟學(xué)方程中體現(xiàn)。當(dāng)外生變量發(fā)生改變時,作為方程組解的各種土地利用類型的需求就會發(fā)生改變,從而導(dǎo)致區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)改變。在非空間模塊實現(xiàn)了區(qū)域土地利用需求估計后,空間模塊實現(xiàn)將土地利用需求量的空間顯性表達,即在柵格尺度上基于各種自然、經(jīng)濟、政策、社會條件等將土地利用需求量進行合理地空間迭代分配。該模塊考慮了氣溫、降水、輻射、坡度、高程、土壤N含量、土壤P含量、土壤K含量、土壤顆粒組成、生產(chǎn)規(guī)模等信息,用以判斷相應(yīng)土地利用/覆蓋類型的生產(chǎn)力,同時結(jié)合土地利用與收益案例庫和非空間模塊提供的產(chǎn)品價格數(shù)據(jù),估算出各種潛在土地利用類型地收益。在非空間模塊提供的土地利用需求量約束下,對各種土地利用類型按照收益的高低進行分配,直至與土地利用需求量最為接近為止(圖1)。

圖1 土地利用均衡分析模型空間模塊運行流程Fig.1 The operation process of the spatial module for land use equilibrium model

2.2.2情景設(shè)置

根據(jù)內(nèi)蒙古社會經(jīng)濟發(fā)展特征,本文設(shè)置了基準情景、生態(tài)-經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展情景和生態(tài)-經(jīng)濟權(quán)衡發(fā)展情景三種情景。基準情景主要反映基于歷史趨勢的人口與GDP增長變化。生態(tài)-經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展情景下內(nèi)蒙古自治區(qū)會優(yōu)先采用一系列的環(huán)境保護、生態(tài)恢復(fù)和可持續(xù)發(fā)展策略,人口與GDP將進入一個相對平緩的增長階段。生態(tài)-經(jīng)濟權(quán)衡發(fā)展情景主要考慮未來產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、政策或技術(shù)變化等將推動人口與經(jīng)濟的快速增長。在生態(tài)系統(tǒng)情景預(yù)測時,本文選擇反映人類活動強度的關(guān)鍵指標(biāo)(GDP、城鎮(zhèn)化率和人口規(guī)模)作為核心參數(shù)。同時參考我國《國民經(jīng)濟社會發(fā)展規(guī)劃》、《國家主體功能區(qū)劃》、《內(nèi)蒙古自治區(qū)主體功能區(qū)劃》、《內(nèi)蒙古自治區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》、《內(nèi)蒙古生態(tài)環(huán)境保護十三五規(guī)劃》、《內(nèi)蒙古土地利用規(guī)劃(2006—2020)》等相關(guān)文件,設(shè)定了內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)系統(tǒng)2025 年、2035 年三種情景的相關(guān)參數(shù)值。

在基準情景中,假設(shè)社會經(jīng)濟發(fā)展按照歷史變化趨勢繼續(xù)推進。依據(jù)《內(nèi)蒙古自治區(qū)“十三五”新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃》,全區(qū)到2025 年戶籍人口城鎮(zhèn)化率提高到50%左右,常住人口城鎮(zhèn)化率提高到65%左右,兩個城鎮(zhèn)化率均高于全國平均水平5 個百分點左右。據(jù)《內(nèi)蒙古自治區(qū)國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》測算,戶籍人口城鎮(zhèn)化每年增長約50 萬人。人口增速相比于2000 年前的趨勢而言,其自然增長率逐漸下降。但是以市鎮(zhèn)人口比例表示的城鎮(zhèn)化率會隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展而逐漸上升,全區(qū)2025 年人口總量為2712 萬人,城鎮(zhèn)化率為65%。中長期來看,預(yù)估2035 年全區(qū)總?cè)丝跒?000 萬人,城鎮(zhèn)化率為71.7%。

相比于基準情景,生態(tài)-經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展情景更注重新時期的生態(tài)文明建設(shè),對于農(nóng)田、草地、森林、濕地生態(tài)系統(tǒng)的保護力度加強,此時勞動力投入水平不及基準情景,因此人口增速會低于基準情景。在此種情景下,2025 年全區(qū)人口總數(shù)為2549 萬人,城鎮(zhèn)化率為63.6%。遠期2035 年,全區(qū)人口總數(shù)為2603 萬人,城鎮(zhèn)化率為66.6%。在生態(tài)-經(jīng)濟權(quán)衡發(fā)展情景下,更多考慮技術(shù)進步、政策調(diào)控、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等促進經(jīng)濟發(fā)展的措施,因此其重要的經(jīng)濟指標(biāo)都高于前兩個情景,但第一產(chǎn)業(yè)比例相對降低。由于經(jīng)濟發(fā)展占用了更多的生態(tài)資源及更多的勞動力投入,因此人口總量也相對較高,且更多勞動力投入到市鎮(zhèn)區(qū)域的第二、三產(chǎn)業(yè)中。在此情景下,內(nèi)蒙古2025 年全區(qū)人口總量為2587 萬人,城鎮(zhèn)化率為65.2%,遠期2035 年,人口達2694 萬人,城鎮(zhèn)化率為72.4%(表4)。

表4 內(nèi)蒙古經(jīng)濟發(fā)展情景預(yù)測參數(shù)設(shè)定(相對于基準情景的變化)

3 結(jié)果與分析

3.1 內(nèi)蒙古陸地宏觀生態(tài)系統(tǒng)面積變化

不同發(fā)展情景下內(nèi)蒙古陸地宏觀各類生態(tài)系統(tǒng)面積呈現(xiàn)不同的變化趨勢和幅度。全區(qū)森林、草地、城市生態(tài)系統(tǒng)的面積有所增加,農(nóng)田、荒漠生態(tài)系統(tǒng)的面積有所減少,水體和濕地生態(tài)系統(tǒng)基本穩(wěn)定,有小幅度增加(圖2)。總體而言,相比于基準情景和生態(tài)-經(jīng)濟權(quán)衡發(fā)展情景,生態(tài)-經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展情景下的草地、森林、濕地等生態(tài)系統(tǒng)的面積增幅最大、城市生態(tài)系統(tǒng)面積增幅最小、荒漠生態(tài)系統(tǒng)面積縮小最大、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)面積減幅最小,陸地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)難以達到其規(guī)劃目標(biāo)。

圖2 未來情景下內(nèi)蒙古六大類生態(tài)系統(tǒng)面積變化趨勢Fig.2 The change trend of six types of ecosystem area in Inner Mongolia under three scenarios

作為內(nèi)蒙古第一大陸地生態(tài)系統(tǒng)的草地生態(tài)系統(tǒng)(占內(nèi)蒙古自治區(qū)總面積的46%),不同情景下的面積整體呈現(xiàn)增加的趨勢。2025 年三種情景下的草地生態(tài)系統(tǒng)面積均恢復(fù)至(大于)2015 年的面積(52.63萬km2),但卻均未達到(少于)2000 年的初始面積(52.97萬km2)。值得關(guān)注的是,2035 年生態(tài)-經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展情景下,草地生態(tài)系統(tǒng)的面積恢復(fù)至略大于2000 年的初始面積(52.98萬km2),而其它兩種情景下仍未達到2000 年的數(shù)量水平。

括號中的數(shù)字為協(xié)同發(fā)展情景和權(quán)衡發(fā)展情景相對于基準情景的變化率

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)未來情景下的面積整體呈減少趨勢,三種情景的面積變化差別不大,生態(tài)-經(jīng)濟權(quán)衡發(fā)展情景下縮減速度略快?；鶞是榫跋?內(nèi)蒙古經(jīng)濟結(jié)構(gòu)中第一產(chǎn)業(yè)比例逐漸下降,規(guī)劃耕地保有量亦呈下降趨勢,農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的面積隨之相應(yīng)下降,這與內(nèi)蒙古的發(fā)展戰(zhàn)略定位和該區(qū)域激烈的農(nóng)牧、農(nóng)林之間的競爭態(tài)勢不謀而合。生態(tài)-經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展情景下,對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的需求依然較高,因而其下降速度略緩于基準情景。生態(tài)-經(jīng)濟權(quán)衡發(fā)展情景下,經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整力度加大,第二、三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比例相比于基準情景高,在滿足農(nóng)產(chǎn)品供給需求和耕地紅線的同時,農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)面積縮減增速,較基準情景和生態(tài)-經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展情景多減少100 km2和200 km2。

森林生態(tài)系統(tǒng)未來情景下的面積整體呈增加趨勢,在生態(tài)-經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展情景下增速最快。森林生態(tài)系統(tǒng)作為國家北方生態(tài)安全屏障的重要組成部分,按照內(nèi)蒙古自治區(qū)“兩屏三區(qū)”為主體的生態(tài)安全戰(zhàn)略布局和建設(shè)重點,大興安嶺、陰山北麓、沙地防治區(qū)、沙漠防治區(qū)、黃土高原丘陵溝壑水土保持區(qū)的生態(tài)恢復(fù)政策使得林地面積不斷增加。生態(tài)-經(jīng)濟權(quán)衡發(fā)展情景較基準情景和生態(tài)-經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展情景,在2035 年的森林生態(tài)系統(tǒng)面積減少0.72%和1.38%。

水體和濕地生態(tài)系統(tǒng)的面積變化與森林、草地生態(tài)系統(tǒng)的變化趨勢基本一致,在生態(tài)-經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展情景下增速最快。在基準情景下,森林與草地生態(tài)系統(tǒng)面積的增加,大幅增加了該區(qū)域的水源涵養(yǎng)及截留功能,使得水資源總量和濕地面積都有所增加；并在生態(tài)-經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展情景下,水體和濕地生態(tài)系統(tǒng)的面積增加幅度更高,但即便如此,至2025 年和2035 年也無一情景達到2000 年的初始面積水平。城市生態(tài)系統(tǒng)未來情景下面積整體呈增加趨勢,在2030 年前后三種發(fā)展情景下增速均出現(xiàn)變緩的跡象。生態(tài)-經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展情景下,人口增長緩慢,對于城市建設(shè)用地、交通用地、工業(yè)用地需求相對較少。生態(tài)-經(jīng)濟權(quán)衡發(fā)展情景下,勞動力需求較高,人口增長加速,工業(yè)和服務(wù)業(yè)的大力發(fā)展,促進了城市生態(tài)系統(tǒng)面積增加。然而在該區(qū)域,注重城市生態(tài)系統(tǒng)的提質(zhì)增效、探索內(nèi)涵式發(fā)展路徑而不是外延式擴展模式更為關(guān)鍵。

荒漠生態(tài)系統(tǒng)主要是指沙地、戈壁、鹽堿地和其他未利用土地等,占內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)系統(tǒng)總面積的21%。荒漠生態(tài)系統(tǒng)未來情景下面積整體呈現(xiàn)減少的趨勢,在生態(tài)-經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展情景下縮減速度最快。近些年來,未利用地這一具有極大潛力的用地類型,被開發(fā)用作生態(tài)用地越來越普遍,且隨著沙地沙漠治理、鹽堿地改良等針對性治理技術(shù)的日漸成熟,荒漠生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成為森林、草地等生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)象屢見不鮮。生態(tài)-經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展情景較基準情景和生態(tài)-經(jīng)濟權(quán)衡發(fā)展情景,荒漠生態(tài)系統(tǒng)面積在2035年將多被開發(fā)利用5300 km2(相當(dāng)于一個日照市總面積)和7000 km2(相當(dāng)于一個廣州市總面積)。

3.2 內(nèi)蒙古陸地宏觀生態(tài)系統(tǒng)空間動態(tài)分析

空間顯性的模擬結(jié)果表明,農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)減少的區(qū)域主要分布在“農(nóng)牧交錯帶”地區(qū),以及已有的被城市擴張所侵占的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的地區(qū)周邊。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明,農(nóng)牧交錯帶地區(qū)糧食單產(chǎn)低于100 kg/666.67m2的旗縣耕地面積占農(nóng)牧交錯帶耕地總面積的1/3,低于200 kg/666.67m2的旗縣耕地面積占農(nóng)牧交錯帶耕地總面積的1/2,這些區(qū)域降水量基本處于400 mm以下,將是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)減少(退耕)的主要發(fā)生區(qū)域。在這些區(qū)域加大退耕還草和人工草地培育力度、推進糧改飼等綜合施策,將在一定程度上恢復(fù)和保障內(nèi)蒙古自治區(qū)中國北方生態(tài)屏障功能和核心戰(zhàn)略定位。

森林生態(tài)系統(tǒng)增加的區(qū)域主要集中在大興安嶺西麓根河市、鄂爾多斯市中部等人工造林區(qū)以及陰山北麓等植被恢復(fù)地。草地生態(tài)系統(tǒng)面積擴張主要分布在近十年來發(fā)生草地退化的區(qū)域。近年來,通過實施“退耕還草”、“京津風(fēng)沙源治理”、“草原獎補政策”等生態(tài)工程建設(shè),內(nèi)蒙古自治區(qū)原有退化的草地生態(tài)系統(tǒng)在逐漸恢復(fù)中。同時,現(xiàn)存草地生態(tài)系統(tǒng)分布地區(qū)的周邊,也出現(xiàn)了一定程度的草地擴張現(xiàn)象。水體與濕地生態(tài)系統(tǒng)面積變化區(qū)域主要分布在呼倫貝爾草原地區(qū)、錫林郭勒草原東部及通遼市和赤峰市東部等原有水體及濕地生態(tài)系統(tǒng)的區(qū)域。城市生態(tài)系統(tǒng)主要以原有城鎮(zhèn)居民點為中心,在其周邊區(qū)域呈擴散式增長,特別是在采礦場、工業(yè)用地、交通沿線附近城鎮(zhèn)面積增加較為顯著。內(nèi)蒙古自治區(qū)在城市生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展在面積增長的同時,更應(yīng)該注重提升城市活力、提高城市效率,內(nèi)涵式增長的發(fā)展路徑?；哪鷳B(tài)系統(tǒng)的縮減主要發(fā)生在與其它生態(tài)系統(tǒng)的交界處,這與開發(fā)利用的便利性、原有生態(tài)系統(tǒng)的可開發(fā)潛力等密切相關(guān)(圖3)。

圖3 未來情景下六大類生態(tài)系統(tǒng)變化空間布局Fig.3 The spatial distribution of six types of ecosystem in Inner Mongolia under three scenarios

4 結(jié)論

本研究在構(gòu)建的1990、2000及2015 年三期宏觀生態(tài)系統(tǒng)格局與影響因子數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上,融合區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃,設(shè)置了基準、生態(tài)-經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展和生態(tài)-經(jīng)濟權(quán)衡發(fā)展三種情景；進而應(yīng)用土地利用均衡分析模型,模擬了三種情景下2025 年及2035 年內(nèi)蒙古六大類生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與空間格局變化。定量分析結(jié)果表明：在延續(xù)歷史發(fā)展趨勢的基準情景和注重經(jīng)濟發(fā)展的生態(tài)-經(jīng)濟權(quán)衡發(fā)展情景下,草地和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)在2035 年均無法恢復(fù)至2000 年的水平,宏觀生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)難以達到規(guī)劃目標(biāo)；在注重生態(tài)保育的生態(tài)-經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展情景下,草地、森林與濕地生態(tài)系統(tǒng)面積增長較大,符合內(nèi)蒙古構(gòu)建中國北方生態(tài)屏障的戰(zhàn)略定位?？臻g顯性的模擬結(jié)果表明,農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)面積的減少主要集中在農(nóng)牧交錯帶地區(qū),該區(qū)域的退耕還草構(gòu)成了草地生態(tài)系統(tǒng)增加的主要來源,森林生態(tài)系統(tǒng)面積增加主要集中分布在大興安嶺、陰山北麓等幾個區(qū)域,城市生態(tài)系統(tǒng)面積增加多集聚于現(xiàn)有城鎮(zhèn)周邊區(qū)域,特別是在采礦場、工業(yè)用地、交通沿線附近城鎮(zhèn)面積增加較多。荒漠生態(tài)系統(tǒng)變化主要分布在與其它生態(tài)系統(tǒng)的交界地帶。