（自然地理学专业论文）陕北风沙过渡区土地利用变化及其生态效应分析.pdf

上 v v 上u 陕北风沙过渡区土地利用变化及其生态效应分析 王晓峰 摘要区域生态安全是国家安全和社会经济安全的基础。从根本上讲，区域 生态安全是国家和区域可持续发展的基础，没有良好的生态环境就没有区域乃至 国家的可持续发展。 土地利用覆盖变化不仅客观地记录了地球表面的空间格局，而且还再现了地 球表面景观的时空动态变化过程。土地利用变化可引起许多自然现象和生态过程 的变化，如土壤养分和水分的变化，地表径流与侵蚀，生物多样性的分布和生物地 球化学循环等，这说明土地利用覆盖变化与生态环境安全密切相关。所以从土地 利用变化入手，研究其对生态环境的影响，是一个有效地方法，对于了解和调控 区域生态环境乃至全球环境变化都具有重要的意义。 通过对土地生态系统服务的定量研究，可以为土地生态资源的合理定价与生态 经济管理和有效补偿提供科学依据。同时，可以明确体现区域各生态系统的重要性， 确定优先保护的生态系统和保护地区。在此基础上，才能科学的进行生态区划和 生态规划，在时间尺度和空间尺度上实现资源的合理利用，保证了区域内与区域 间、当代人以及代际间资源利用的公平性，最终实现区域可持续发展。 本论文选择了我国生态状况堪忧的陕北长城沿线风沙过渡区。它不仅是国家 煤炭开发重点能源化工基地，又是国家防治土地沙化和治理水土流失的重点区域， 即本区存在着能源开发( 这不可避免的会带来一系列环境问题) 和进行生态建设 这样一对矛盾，对区域生态安全有着十分重要的意义。 本论文分析了土地利用变化的研究进展，论述了研究区生态环境背景及其特 征，分析了其历史时期土地利用特点、土地利用现状，重点分析了土地利用的动 态变化特征，以及土地利用所引起的生态环境响应，确定土地生态系统的服务功 能，建立了陕北长城沿线风沙过渡区生态系统服务功能单位价值测评体系，计算 了其生态系统服务价值：建立了土地利用变化驱动力模型，在定量的基础上，从 政策、人口、经济和自然等因素分析了土地利用变化的驱动力。研究结果表明： 1 本区在近1 0 年中，耕地、水域和未利用土地面积在持续减少；而其它各类 土地面积都成不同程度的增加，其中园地面积的变化幅度最大，居民工矿地和交 通用地一直呈增长趋势。 2 陕北风沙过渡区近年来土地利用变化强烈，年平均变化率为o 4 ：在县域 空间分布上，土地利用变化速率差异明显。各土地利用类型的相对变化程度不等， 变化最大的是园地、交通用地等；变化最小的有牧草地和水域。 3 通过土地利用转化矩阵表的分析，在农业用地内部，各类土地的转化比较 剧烈，主要是耕地转为圆地、林地和牧草地，同时，林地和牧草地也有一部分被 开垦为耕地。农业用地和建设用地之间的转换也比较明显，总体是大量的耕地被 建设占用。未利用土地转向农业用地、建设用地的趋势明显。但不容忽视的是， 沙漠化的现象仍然存在，并且在区部地区还有恶化的趋势。 4 由于本区是我国水土流失最为严重的区域，也是沙漠化潜在的区域，属于 我国水土保持和沙漠化防治的重点地区，所以本区生态系统服务功能主要为防治 土地沙化、水土流失和土地退化，即保岸固沙、固岸拦泥和固土护坡等功能。 通过计算得出生态系统服务价值表，2 0 0 2 年本区生态系统服务价值为1 5 2 5 6 x 1 0 8 元，比1 9 8 8 年增长6 2 2 i o 元，可见近年来生态生产力在逐渐上升，生态 系统服务功能在优化。但耕地、水域和未利用土地的生态价值呈减少趋势，其中 耕地服务价值减少最多；其它土地类型的服务价值都呈不同程度的增加，林地和 园地的服务价值增长最大。从各服务功能的价值量看2 0 0 2 年废物处理的价值量最 大，7 7 0 9 1 0 8 元，占总价值的4 6 3 9 ，其次是水分供应和食物生产，其价值量 分别是3 1 1 0 8 元和1 1 9 9 1 0 8 元。价值量最小的是水分控制和基因资源，它们分 别仅有0 1 2 1 0 8 元和0 1 3 1 0 8 元。 5 土地利用变化是在受到各种因素的综合作用下发生。在近年主要为政策因 素、人口因素、经济因素和自然因素。政策因素主要是：西部大开发背景下的退 耕还林还草，封山育林以及我国小城镇发展方针的影响；人口因素中，非农人口 的增加对耕地的影响显著；经济因素中主要是农业比较利益的低下；在自然因素 中，风，水和气温对土地利用变化的影响明显。 本论文的独特之处是选择研究陕北长城沿线风沙过渡区( 它不仅是国家煤炭 开发为重点的能源化工基地，又是国家防治土地沙化和治理水土流失的重点区域， 也是农牧交错带这样一个多重过渡区) ，这种多重过渡区是土地利用变化研究的热 点地区，因而论题本身就具有较强的现实意义。此外，本文在调查考察资料的基 础上，大量应用遥感数据进行土地利用现状分析。同时本文的另一个特点是应用 地理信息系统软件a m v i e w , a r c i n f o 的强大空间分析功能，进行土地利用变化的空间 分析，并建立了土地利用变化数据库。最后在表达方式上，充分应用g i s 的自动 制图功能，以直观的形式，直观的表现土地里用变化的空间差异。本文对土地利 用研究的基础上，探讨了土地生态系统服务功能，定量的计算了风沙过渡区生态 系统服务价值，为生态效应的动态变化定量分析提供了方法和依据。 关键词：土地利用变化风沙过渡区生态系统服务驱动力 i i a n a l y s i st h ee f f e c to fl a n du s e c o v e r c h a n g eo na g r o p a s t u r ez i g z a gz o n e w a n gx i a o _ f e n g a b s t r a c tt h er e g i o n a l l ye c o l o g i c a ls e c u r i t y ，t h ef o u n d a t i o no ft h en a t i o n a la n d s o c i a le c o n o m i c s e c u r i t y , f u n d a m e n t a l l y , i s t h eb a s i so ft h en a t i o n a la n dl o c a l s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t n og o o d e c o l o g i c a le n v i r o n m e n t ，n os u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t o f t h e r e g i o na n d e v e nt h ec o u n t r y l u c cn o tm e r e l yr e c o r d so b j e c t i v e l yt h e s p a c ep a t t e mo ft h e e a r t hs u r f a c e c h a n g e db yh u m a n s ，b u tr e p r e s e n t st h ev a r i e dc o u r s eo fd y n a m i cs p a c e - t i m eo ft h e l a n d s c a p eo f t h ee a r t hs u r f a c e l u c cc a l lr e s u l ti nal o to fn a t u r a lp h e n o m e n aa n dt h e t r a n s f o r mo f e c o l o g i c a lc o u r s e ，f o ri n s t a n c e ，t h ec h a n g eo f s o i ln u t r i e n ta n dm o i s t u r e ， r a i n w a s ha n dc o r r o d i n g ，d i s t r i b u t i o no fb i o d i v e r s i t ya n dl i v i n gb e i n g s g e o c h e m i c a l c i r c u l a t i o n ，e t c ，w h i c hp r o v e s t h a tl u c ci s c l o s e l y r e l a t e dt ot h e e c o l o g i c a l e n v i r o n m e n t s e c u r i t y a sar e s u l t ，t h r o u g hr e s e a r c h i n g t h ei n f l u e n c el u c cm a d eo nt h e e c o l o g i c a le n v i r o n m e n t ，w ea r e a b l et ou n d e r s t a n da n da d j u s tt h e c h a n g e o ft h e r e g i o n a l l ye c o l o g i c a le n v i r o n m e n t a n de v e nt h eg l o b a le n v i r o n m e n t t h eq u a n f i t a t i v er e s e a r c ht ot h el a n d s e c o s y s t e m a t i c a l s e r v i c ec a no f f e rt h e s c i e n t i f i cb a s i sf o rt h er e a s o n a b l ep r i c i n go ft h el a n d se c o l o g i c a lr e s o u r c ea n dt h e m a n a g e m e n ta n de f f e c t i v ec o m p e n s a t i o no ft h ee c o l o g i c a le c o n o m y w h i c hc a na l s o e m b o d y t h ei m p o r t a n c eo ft h ed i v e r s ee c o l o g i c a ls y s t e mi nt h er e g i o n ，w h i c hc a nh e l p h u m a n sd e t e r m i n et h ee c o l o g i c a ls y s t e ma n da r e at h a ts h o u l db ep r o t e c t e dp r i o r l y , o n l y o nt h i sb a s i s ，w ec a nd e s i g na n dp l a nt h ee c o l o g ys c i e n t i f i c a l l y , u t i l i z et h er e s o u r c e r e a s o n a b l yb o t h i nt i m ea n d s p a c e ，e n s u r e t h ef a i r n e s so f t h e u s i n g r e s o u r c ei nt h e r e g i o n a n db e t w e e n r e g i o n sf o rt h ec o n t e m p o r a r yg e n e r a t i o na n dn e x tg e n e r a t i o n s ，a n df i n a l l y r e a l i z et h er e g i o n a l l ys u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t t h et h e s i sc h o o s e st h et r a n s i t i o n a lr e g i o no ft h ew i n da n ds a n da l o n gt h eg r e a t w a l li nt h en o r t h e r ns h a a n x ip r o v i n c e ，t h ee c o l o g i c a lc o n d i t i o no fw h i c hi ss e v e r e t h e p l a c ei st h eb a s eo f c h e m i c a le n e r g y - - - - t h ec o u n t r y si m p o r t a n tc o a ls i t e ，a sw e l lt h e k e ya r e aw h e r et h es a n do ft h e l a n da n dt h es o i le r o s i o na r eb e i n gp r e v e n t e da n d c o n v e r t e d i naw o r d ，t h e r ei s ac o n t r a d i c t i o nb e t w e e ne n e r g yd e v e l o p m e n ta n d i i i e c o l o g i c a lc o n s t r u c t i o na n d i ti sv e r yv i t a lh o wt os o l v et h ec o n t r a d i c t i o n 1 1 l et h e s i si l l u s t r a t e st h er e s e a r c h d e v e l o p m e n t o fl u c c d e s c r i b e st h e b a c k g r o u n do f t h ee c o l c 昏c a le n v i r o n m e n ta n di t sc h a r a c t e r i s t i ci nt h er e g i o n ，a n a l y s e s t h ef e a t u r e sa n dp r e s e n ts i t u a t i o no fl u c c ，m a i n l yi t s d y n a m i cf e a t u r e sa n dt h e r e s p o n s et o t h e e c o l o g i c a l e n v i r o n m e n tc a u s e d b yl u c c ，a s c e r t a i n s t h e s e r v i n g f u n c t i o no ft h el a n d se c o l o g i c a ls y s t e m ，c a l c u l a t e st h ev a l u eo fs e r v i c eo fe c o l o g i c a l s y s t e mi n t h e r e g i o n ，s e t su pt h ed r i v i n gm o d e lo fl u c c ，o nt h e b a s i so fr a t i o n ， a n a l y s e sq u a l i t a t i v e l yt h ed r i v i n g o f l u c ci nt h ea s p e c to f p o l i c y , p o p u l a t i o n ，e c o n o m y ， n a t u r ea n ds oo n t h er e s u l t ss h o wt h a t ： 、1 i nt h ep a s td e c a d e ，p l a n t a t i o n ，w a t e ra r e aa n du n u t i l i z e da r e aa r ed e c r e a s i n g ， w h e r e a so t h e rk i n d so fa r e aa l ei n c r e a s i n gi ns o m ed i f f e r e n td e g r e e 2 t h el a n du s e ，c o v e rc h a n g e dg r e a t l yi nt h er e g i o na l o n gt h eg r e a tw 捌i n n o r t h e r ns h a a n x ip r o v i n c ed u r i n g1 9 8 8 - 2 0 0 2 t h ec u l t i v a t e dl a n d ，u n u s e dl a n da n d w a t e rr e g i o na r ea l ls h r i n k e d ，b u tt h eu n u s e dl a n dc h a n g e dm o s tg r e a t l y ；t h eo t h e r sa l l i n c r e a s e d ，e s p e c i a l l y t h eo m h a r di n c r e a s e d g r e a t l y 3 a c c o r d i n gt h em a t r i xo fl a n du s ec h a n g e ，c r o p l a n dl a n dc h a n g ew a s t h em o s t i m p o r t e dt y p e ，w h i c hw a sm a i n l yt r a n s f o r m e dt oo r c h a r d ，f o r e s t ，g r a s s l a n d ，d w e l l i n g l a n da n do t h e r s ，a m o n g w h i c hf o r e s t ，g r a s s l a n d a n d d w e l l i n g l a n dh a v em o r e p r o p o r t i o n ；u n u s e dl a n dm a i n l y t r a n s f o r m e dt of o r e s t ，g r a s s l a n d , t r a f f i c k e dl a n de t c 4 l u c ci sac o m p l e xs y s t e m ，w h i c hi sa f f e c t e d b ym a n yc o m p r e h e n s i v e f a c t o r s ，i n c l u d i n g b o t hs o c i o e c o n o m i ca n dn a t u r a la n de n v i r o n m e n t i ns h e n m u c o u n t y ，t h ep o l i c yw a st h ef u n d a m e n t a ld r i v i n gf o r c eo fl u c c ；i na d d i t i o n ，h u m a n a c t i v i t yi s ad i r e c t l yf a c t o rt h a td r o v et h el u c c ；b e s i d e st h ee c o n o m i c a lf a c t o ra l s o a f f e c tl u c ci ns o m ee x t e n t k e yw o r d s l a n du s e c h a n g ea g r o - p a s t u r ez i g z a g z o n e e c o s y s t e m s e r v i c e d r i v i n gf c ，r c e 1 绪论 国际地圈一生物圈计划( i g b p ) 和全球环境变化中的人文领域计划( h d p ) 于1 9 9 5 年联合提出“土地利用土地覆盖变化”研究计划以后，迅速引起许多地 理学家的兴趣与关注。土地利用土地覆盖变化成为全球环境变化的核心领域和 前沿课题。 1 1 土地利用，土地覆盖变化与环境变化 土地利用是人类根据士地的特点，按一定的经济与社会目的，采取一系列生 物和技术手段，对土地进行的长期性或周期性的经营活动。它是一个把土地的自 然生态系统变为人工生态系统的过程。从系统的观点看，土地利用实质上是一个 由自然、经济、社会和生态等多种类型的予系统有机结合而成的生态经济系统。 土地覆盖是指自然营造物和人工建筑物所覆盖的地表诸要素的综合体，包括地表 植被、土壤、冰川、湖泊、沼泽湿地及各种建筑物( 如道路等) ，具有特定的时间 和空间属性，其形态和状态可在多种时空尺度上变化。 土地利用与土地覆盖有着密切的关系，可以理解成事物的两个方面。其中一 个是发生在地球表面的过程，另一个则是各种地表过程( 包括土地利用) 的产物。无 论是在全球的尺度还是国家或者区域的尺度上，土地利用变化在不断的导致土地 覆盖的加速变化【l 】。故土地利用是土地覆盖变化最直接和最主要的驱动因子。土 地覆盖侧重于土地的自然属性，即土地覆盖变化则是土地利用变化的最终结果， 又是其它环境变化的“源”与“汇”，由于土地利用变化对环境的影响主要是通 过改变土地覆盖状况产生的，因此土地利用土地覆盖变化研究遵循“压力 状态响应( p s r ) ”模型t 2 1 ( m1 1 ) 。 几十年至几百年尺度的土地利用变化是人类当前面临的最大挑战，而集中于 陆地表面的人类活动是引起这一变化最重要的影响因素。在这一尺度上，人类活 动产生的环境变化在强度上甚至超过了自然因素引起的环境变化，成为主要的影 响因素。因此，国际上开展了一系列大规模、跨学科、综合性的全球变化研究项 目，在各项研究中，隶属于i c s u 的“国际地圈与生物圈计划”( i g b p ) 和隶属 于i s s u 的“全球环境变化人文计划”( i h d p ) ，希望以此为突破口，推动全球问 题的综合研究，并于1 9 9 5 年共同拟定发表了土地利用土地覆盖变化科学研究 计划确立了土地利用变化研究的内容，即：1 个框架，3 个研究重点和5 个关 键性领域1 2 - 3 1 自此，土地利n 土j 也覆盖变化成为全球环境变化研究的核心领域和 前沿课题，并且取得了丰硕的成果 4 - 1 6 】，在不断的研究中，以综合研究为代表 的特点是土地利用变化研究的发展趋势 社会经济 土地资源需求 技术发展 体制和政策 环境变化 气候变化 臭氧屡耗损 土地利用变化 产品的改变 土地管理的变化 土地覆被变化 土地疆被类型变化 生物多样性变化 土地生产力变化 对全球性环境 变化的影响 温室气体的释放 下垫面反照率 对区域性环境 变化的影响 流域水平衡 水质和水环境 侵蚀和河流泥沙 海洋生态系统 驱动因子( 压力)覆被变化( 状态)环境响应( 反应) 图1 1 土地利用土地覆盖变化的驱动力覆盖变化环境响应的模型 1 2 土地利用变化研究进展 1 2 1 土地利用变化的理论观念 任何一门学科的发展都经历了由概念的提出，到概念的完善，学科体系的建 立和学科体系的完善这一循环发展、螺旋上升的过程。土地利用，土地覆盖这一 学科也不例外，其认识变化由最初的关注土地覆被转换，扩展到关注土地覆被退 化和土地覆被改良，由最初对土地利用变化简单的认识发展到土地利用变化全面 的考虑，土地利用变化的动因由单一的人口因素扩展到经济、社会和自然等综合 因素的影响。并且在不同的时间段上，主导因素是不同的，如在几百年的时间尺 度上，自然因素是一个不可忽视的因子，但在短时间尺度上，自然因素往往被忽 视。近年来对土地利用驱动力的认识加强了人文因素的研究力度【i 9 1 ，对土地 利用的环境效应理解的更加充分。 1 2 2 土地利用变化的方法 随着遥感、g i s 等技术的发展与日益成熟，地理学家在l u c c 研究中广泛应 用这些先进手段开展工作。卫星遥感数据的应用与传统地图及地面调查结合，明 显加快了土地利用土地覆盖的分类、监测与评价工作，出现了不少研究讨论土 地遥感分类的新方法，主要代表包括人工智能神经元网络分类。”、分类树方法” 等，同时基于遥感与g i s ，建立了大量的土地利用动态变化模型o “1 ，土地利用 动态度模型，土地利用程度变化等模型，并且广泛的应用于土地利用变化研究中 2 e 、2 8 o 阐明土地利用覆被变化发生与发展的动力学机制，是土地利用覆被变化 研究不断深化的方向之一，可以为土地资源的可持续利用提供理论基础和科学依 据。为此，地理学家特别重视充分考虑不同时空尺度条件下，大量的数学方法应 用于土地利用覆盖变化的研究中，尤其是运用数理统计的数学方法，通过对与 土地利用覆被的结构、功能及与之联系的物质、能量以及社会经济因素的分析， 来揭示土地利用覆被变化的过程、内在动力的演变趋势。 1 2 3 多时空尺度的系列研究 对土地利用变化的研究由最初的静态研究即土地利用现状分析研究，土地适 宜性研究，土地利用规划和土地承载力研究等研究发展到对土地的动态变化研 究，发展到现阶段土地利用结构变化，空间分布变化，土地利用变化的环境响应 以及土地利用驱动力因子的变化等方面的研究：在时间尺度上，主要集中在1 0 年、2 0 年和5 0 年土地利用变化分析方面：在空间尺度上，由最初的单一的局部 的微观研究或全区的宏观研究发展到由局部的微观研究扩展到全区的宏观研究， 或从全区的宏观研究发展到深入局部的微观研究。这也符合土地生态系统的特 点，因为它是一个开放的系统，处在动态变化中，局部的变化是全区的一个缩影， 而全区的变化又反过来是局部的放大。不论从那个角度研究，对其研究的深入就 成为必然。但在局部的选择中，多集中在两类地区一类是“热点地区”。1 ，即人 文和自然驱动力极为活跃的地区。这类地区有多种表现形式：首先，可以是目前 或过去一段时期内土地利用覆被变化剧烈的地区；其次，可以是未来一段时期 内将要发生较大变化的地区；第三是土地利用覆盖变化对环境影响大的地区。 在“热点地区”的研究中，研究者多选择了那些人文因素高度复合的地区，如深 圳市“”、北京市田3 ”、长江三角洲“1 等。另一类是“脆弱区”，随着人口的 增长、经济的发展和资源的消耗，各种各样的“脆弱区”不断出现。对这类地区 的l u c c 研究，有利于人们对脆弱性的认识、揭示脆弱区的形成演变机制、揭示 各种自然和人文因素对土地利用可持续性的影响。我国的研究者多选择了“生态 环境脆弱区”进行l u c c 研究，如中国东北样带( 内含牧区、农牧交错区、农区、 林区) 、地处干旱、半干旱过度带的榆林地区等“2 。 1 2 4 土地利用变化研究的重点 由于土地利用变化是在自然因素和人类活动的共同作用下发生变化的，但在 近几十年甚至百年尺度上，由自然因素引起的环境变幅相对较小，而由人类活动 产生的环境变化在强度上甚至超过了自然因素引起的环境变化，成为主要因素 0 1 5 “。即现实世界是一个人化的世界，到处都深深的留下了人类活动的烙印。“土 地问题”是自有人类以来一个经久不衰的研究领域，在国际上，无论是具体命题、 或是研究队伍的构成、或是研究方法和研究成果，都是以综合性一自然与人文的 复合形式为主要特征的。我国土地利用问题的研究，已经从8 0 年代以前的综合集 成为主、演变成为近年来以自然地理为主的研究格局。由于人文地理学研究的欠 缺，而导致土地利用研究的综合价值被削弱、与国际研究水平存在较大的差距。 从人文地理视角认识土地利用变化的驱动机制并提出新的命题，不仅对于完善土 地利用研究、而且更重要的是对于选择研究人地关系地域系统的切入点，有着至 关重要的意义，我国加强了这方面的研究“”。 1 2 5 土地利用变化中的生态系统服务价值研究 土地资源可以为人类社会提供广泛的用途陆6 1 ”。它不仅是农业生产与植物生 长的基础；还是非再生资源的储存和持续供应的基地；也是保护自然风景的美丽 和特色，历史文化景观的载体；但我们往往会忽视其对大气和水循环的调节作用 以及生物多样性和栖息地的保护作用，而这恰恰是其更重要的功能。土地利用结 构的变化引起各种土地利用类型种类、面积和空间位置的变化，即导致了各种生 态系统类型、面积和空间分布的变化。不同的生态系统有着不同的生态系统服务 功能，生态系统类型、面积以及空间分布的变化直接影响着生态系统所提供服务 的大小和种类。同时，土地利用变化还改变了自然景观的面貌、影响景观中的物 质循环和能量分配，它对区域气候、土壤、水量和水质的影响是极为深刻的，由 于土地利用的不合理导致了一系列环境问题。进行土地利用变化与生态系统服务 价值的结合研究，构建国民经济绿色帐户，使人们认识到生态效益是经济效益和 社会效益的基础，也是社会可持续发展的基础，在追求经济效益的同时要更多地 考虑生态效益，最终实现社会的可持续发展。 1 3 选题的意义 1 3 1 区域生态环境质量与生态安全 区域生态安全是国家安全和社会经济安全的基础，从根本上讲，区域生态安 4 全是国家和区域可持续发展的基础，没有良好的生态环境就没有区域乃至国家的 可持续发展。国外已有学者从生态安全的角度研究国家安全和社会安全，如m a r k h a l l e 将人类生态安全网络系统分为经济安全子系统，政治安全子系统，人口安 全子系统，文化安全子系统和生态安全子系统等，其中，生态安全子系统是人类 安全网络系统的最低层，也就是说，生态安全子系统是人类生态安全系统的基础。 越来越多的事实表明，生态破坏将使人们丧失大量的适宜于生存的生态空 间，由此产生大量生态难民，这将影响周边地区的社会稳定和生态安全。保障国 家和区域生态安全，是生态环境保护的首要任务，而生态安全的分析研究可为生 态环境保护和治理提供科学依据。 1 3 2 土地利用覆盖变化与生态安全 土地利用覆盖变化不仅客观地记录了人类改变地球表面特征的空间格局， 而且还再现了地球表面景观的时空动态变化过程。土地利用覆盖变化与生态环 境安全水平密切相关”。所以从土地利用变化入手，研究生态环境问题，是一 个有效的方法。 由于自然因素和人文等因素的影响，土地利用结构以及土地资源的质量不断 发生变化，从而影响区域生态环境和全球环境的变化。因此，区域土地利用变化 过程、规律以及驱动因素的分析研究，是生态环境变化研究的重要基础。也是调 控人类行为的科学决策依据，人类社会经济的持续发展是建立在资源、特别是土 地资源的可持续利用、土地利用结构的优化组合和生态环境的良性循环基础上， 否则人类社会经济是不可能持续发展的。 我国西北干旱区是生态脆弱区，在经济发展中，生态问题正在日益上升成干 旱区最突出的问题，生态安全威胁正在上升成为干旱区最大的安全威胁。土地利 用变化可引起许多自然现象和生态过程的变化时“”，如土壤养分和水分的变化， 地表径流与侵蚀，生物多样性的分布和生物地球化学循环等。因此，研究土地利用 变化及其对生态环境的影响对于了解区域生态环境乃至全球环境变化具有重要 的意义。 1 3 3 区域生态系统服务功能的定量研究意义 区域生态系统服务功能的定量研究，有着重要的研究意义f 6 5 6 8 】。它可以有 效帮助人们了解生态系统为人类提供的各种产品和服务的价值，认识和保育生态 系统的重要性，通过对生态系统服务的定量研究，可以为生态资源的合理定价与 有效补偿提供科学依据。同时，可以明确体现区域各生态系统的重要性，确定优先 傈护的生态系统和保护地区。在此基础上，才能科学的进行生态区划和生态规划， 在时间尺度和空间尺度上实现资源的合理利用，保证了区域内与区域间、当代人 以及代际间资源的利用公平性，最终实现区域可持续发展。 1 _ 3 4 案例研究与实践 本文选择了我国生态本底状况堪忧，区域开发活动与生态环境质量尖锐突出 的区域陕北长城沿线风沙过渡区作为研究区。它不仅是国家煤炭开发为重点 的能源化工基地，又是国家防治土地沙化和治理水土流失的重点区域。即本区存 在着能源开发( 这不可避免的会带来一系列环境问题) 和进行生态建设这样一对 矛盾，解决和协调这样一对尖锐的矛盾对区域生态安全有着十分重要的意义。 1 4 研究方法和技术线路 本研究采用历史资料和实地测试以及多类型多时相遥感图像分析方法采集 有关数据，建立区域土地利用动态及相关影响因素综合数据库，用运g i s 技术， 进行数据处理和时空动态分析，在土地利用变化的基础上，研究了土地生态系统 的服务功能，并对其价值进行核算。 根据研究内容和拟解决的关键问题， 研究区内的土地利用是如何变化的； 土地利用变化对生态环境有那些影响； 各土地利用类型的生态系统服务价值是多少，它在时间段上怎样变化； 土地利用变化的驱动力是什么。 研究技术线路如下： 收集有关区域土地利用与水土资源近5 0 年动态信息及相关影响因素信 息。资料包括：土地资源的类型和利用结构与土地覆盖动态资料，水资源质和量 及开发利用资料，生态环境条件和生态健康安全的变化资料数据，城镇发展资料。 进行资料筛选分析，建立本区土地利用与水土资源因素和影响因素动态 信息综合数据库与分析模型，进行动态规律分析。 选定和建立土地资源动态变化分析模型，进行土地利用动态变化分析和 土地变化动力机制分析。 确定区域土地生态系统服务功能，建立区域生态经济账户，进行生态效应 核算和动态分析。 提出土地资源可持续发展调控对策。 6 2 研究区概况 2 1 地理位置 陕北长城沿线地区位于陕西最北部，地处北纬3 6 05 77 3 9 03 47 ，东经 1 0 7 。2 87 1 1 l 。1 57 之间，长城从东北向西南斜贯其中。本地区东隔黄河与 山西相望，北邻内蒙古自治区，西连宁夏回族自治区和甘肃省，南接陕西省延安 地区及榆林地区的佳县、米脂和子洲县相连( 图2 1 ) 。 图2 1 研究区在黄土高原的位置 本文所选取的研究范围为榆林地区所辖榆阳区、神木、府谷、横山、靖边和 定边6 县区，1 5 0 个乡镇( 见附表l 和附图1 ) ，区域面积3 3 7 1 6 4 k m 2 ，总人口为 1 8 9 5 万人，其中非农人口3 4 7 2 万人，占总人口的1 9 3 4 。沙化面积1 9 万 k m 2 其中流沙面积0 5 7 万k m 2 ，大致以长城为界，北部为风沙草滩区，南部为覆 沙黄土丘陵区，是沙漠化正在发展的地区。该地区具有明显的区域过渡性：在地 貌上为毛乌素风沙区向陕北黄土丘陵区的过渡区域，以风沙地貌为主；在气候类 型上，是半干旱向半湿润气候的过渡区，春季干燥多风，夏季炎热短促，秋季多 暴雨且集中，冬季干冷而漫长。年平均降水量为3 9 2 5 m 。地带性植被呈现出荒 漠、荒漠性草原向森林草原过渡的特征；在经济活动上，是典型的农牧交错带， 近年来，又作为国家一个重要的能源与矿产基地，在全国能源工业发展和能源基 地建设布局中具有特殊重要的战略地位，故又是一个农牧业与工矿业的过渡区 域。但是，由于丰富的矿产资源与干旱、风沙、严重的水土流失等脆弱生态环境 并存，且呈异向关系，正是多种过渡区的叠加，决定了该区生态环境的多样性、 复杂性和脆弱性，历来生态问题比较突出，近年来，随着区内煤炭资源的大量开 发和能源基地建设的快速发展，小城镇的建设加速，人类对土地的利用强度加大， 产生了一系列新的环境冲突，成为区域可持续发展的重要障碍。不仅影响到本区 的可持续发展，甚至对整个黄土高原乃至黄河中下游地区的发展都有影响，因此， 对本区的研究就有着特别的意义。 2 2 自然环境 图2 2 研究区范围图 2 2 1 地形地貌环境 本区处在毛乌素沙漠与陕北黄土高原的过渡地带，古长城t l 东北向西南贯穿 本区中部。本区以风沙地貌为主，主要分布在长城沿线附近以北地区，突出特征 是以强劲的风力作用为主，在现阶段的地貌特征形成中起主导作用。长城以北、 窟野河以西为风沙滩地；长城以南为黄土丘陵沟壑区。本区地势西高东低，靖、 定白于山区平均海拔1 6 0 0 1 8 0 0 米，地面相对高差3 0 0 4 0 0 米，其中定边魏梁 海拔1 9 0 7 米，是本区最高点，长城沿线地区是凹陷低谷湖盆，地形平缓，平均 海拔1 0 0 0 - 1 3 0 0 米，沙丘绵延，海子、滩地、黄土峁相间分布。 在地质构造上，本区属鄂尔多斯高原南部凹地，出露于地表的岩性为中生代 杂色砂页岩和新生代的松散沉积物，结构疏松，极易风化吹蚀，是砂地的物质基 础。地貌上的特点是风蚀流沙的堆积作用强烈，造成连绵不断的沙丘，沙丘中间 或低洼地中常分布有大小不等的湖盆滩地。 本区自上更新世以来，由于受振荡性上升为主的新构造运动影响，多次经受 剥蚀，侵蚀割和堆积作用，地貌类型有以下几个明显的地段：在榆溪河以东及榆 神公路以南，以黄土丘为主，局部丘陵顶部有片沙覆盖，个别的有基岩出露；神 木县境内固定和半固定沙丘较多，沙丘下面的泉水广泛出露无定河以北，榆神县 界以西流动沙丘较多，小块滩地星罗棋布；芦河以西多为基岩和沙黄土丘陵，顶 部沙丘起伏，并有一些滩地和固定、半固定沙丘；靖边、定边一带，以滩地和盐 池为主，并有各种类型的沙丘。 2 2 2 气候特征 本区位于大陆内部，处在温带季风区的边缘，属暖温带半干旱向半湿润气 候的过渡区，具有明显的大陆性气候的特点。由于距离海洋遥远，受东南季风影 响较弱，降水稀少、气候干燥，其特点是：春季干燥多风，夏季炎热短促，秋季 多暴雨且集中，冬季干冷而漫长。年平均气温为8 1 ，在近五十年气温呈上升 趋势。全区综合干旱指数为3 0 8 。 年平均降水量为3 9 2 5 m m 。定边县内最低，为3 5 0 毫米：白于山南坡、延河 等局部地方可达4 5 0 毫米。降水量的年际、年内分配很不均匀。降水量年内多集 中在7 、8 、9 三个月，约占全年降水量的6 6 ，且多以暴雨出现。 区内平均年水面蒸发量( e ) 1 0 0 0 - - - 1 5 0 0 毫米，定边风沙滩地区可达1 5 0 0 毫 米。蒸发量的年内分配集中在4 9 月，约占年蒸发量的8 0 。 气候是影响榆林土地资源数量与质量及开发利用的重要因素之一。 2 2 3 水文条件 本研究区地表水包括外流河和内流河两大区域，外流河全部属黄河水系，其 中集水面积在1 0 0 平方公里以上的河流有1 0 1 条，主要是四河四川，即无定河、 窟野河、秃尾河、芦河、皇甫川、清水川、孤山川、石马川。泾、洛、延河及清 涧河的上源也在本区内。内流河主要是定边境内的八里河和流入红碱淖的河流， 另外还有一些较小地内陆海子。 境内河流属于黄河水系，共有大小河流8 ：3 7 条，其中长年流水河5 7 0 条， 季节性流水支沟2 6 1 条。较大河流是过境的无定河、秃尾河和榆溪河，其它各小 河流分别注入这3 条河流及芦河，榆溪河在境内渔河镇汇入无定河。流域地形复 杂，河流水量较大，流量稳定，河道比降缓，雨季流量大，且含泥沙量大，水量 丰枯随季节变化，年均径流量4 5 3 5 0 万立方米。 在秃尾河中上游和无定河鱼河堡以上的大部分低洼地常积水成湖沼( 在沙区 称海子) ，面积大小不等。常水面在5 亩以下的约1 0 0 多个，最大的为红碱淖湖， 水而约4 0 平方公里，除定边境内有1 1 个盐池外，其余湖泊大多数水质较好。 2 2 4 植被状况 本地区植被分布总的特点是有明显的水平分带，垂直地带性表现不明显，植 被随地形的局部变化复杂。 风沙过渡区属于温带草原带，随着气候的干燥度由东南向西北逐渐增加，植 被也发生相应变化，从森林草原地带逐渐向干草原地带、荒漠芦原地带过渡。大 致在长城沿线以南为森林草原地带，是暖温带落叶阔叶林带向草原带的过渡地 带。长城沿线以北是典型草原地带，沙生植被发育，仅在黄土梁上分布着长芒草、 百里香、冷蒿、兴安胡柱子等组成的典型草原群落，残存有黑格兰。定边的盐场 堡、周台子的典型草原地带，具有向荒漠草原地带过渡的性质，在植被类型上为 典型草原与荒漠草原的过渡类型，出现一些荒漠草原成分的植物种类。本地区无 高大山体，所以山地垂直分带不明显。 2 2 5 土壤类型 本区土壤具有过渡性持点。北部为内蒙古淡栗钙土地带的南缘，南部为陕北 黑垆土地带的北端，在定边西北部北场堡一带也有荒漠植物的侵入。即本区土壤 的成土母质繁多，主要有黄土、风积沙、冲积物、风、水堆积物、湖积物和坡积 物等。在生物、地貌发育侵蚀和人类活动等因素的作用下，发展形成多种类型的 土壤。据1 9 8 0 一1 9 8 4 年土壤普查鉴定，全区土壤分为风沙土、栗钙土、黑垆土、 黄土性土、硬红土、盐化潮土、水稻土、洪淤土、潮土、草甸土、沼泽土、泥炭 土和紫色土1 3 个土类，2 4 个亚类，3 6 个土属，1 1 5 个土种。 2 2 6 矿产资源 本区在大地构造单元上属于鄂尔多斯地台向斜的一部分。在长期的她质历史 演变过程中，形成了许多矿产资源。主要矿中有煤炭、石油、天然气，铝钒土、 铁矿石、石英砂、泥炭、食盐等十余种。煤炭资源有着分布广，储量大，质量优 和易开采的特点，己探明储量4 0 0 5 0 0 亿吨，按期成因可分为侏罗纪煤田和石 炭二叠纪煤田。由于丰富的煤炭、石油和天然气资源，是国家“三西”( 陕西、 山西和内蒙西部) 能源化工基地的重要组成部分。现已建成神府煤田矿区、榆横 l o 煤田矿区和一些地方矿区，随着各种矿区的开发建设，环境污染已开始严重，在 本来脆弱的生态环境基础上，造成新的土地退化，水土流失和环境污染等一系列 问题。 2 3 自然灾害 本区自然灾害频繁，尤以旱灾、雹灾、洪涝、霜冻和风沙为多，且危害大， 素有