生态系统服务（Ecosystem Service，ES）指人类直接或间接从生态系统中获取的各种产品和服务，是人类赖以生存的物质基础和环境条件，也是生态资产的重要组成部分^［1-3］。近20余年，国内外学者针对生态系统服务价值（Ecosystem Service Value，ESV）评估与权衡分析开展了大量的研究^［3-4］。Costanza等^［5］从生态系统功能的视角估算了全球16个生物区系的经济价值，并将生态系统服务分为17类，为生态系统服务研究提供了理论依据和计算方法；Daily^［6］构建了生态系统服务评价及其权衡效应分析的概念框架；在Costanza等^［5，7］的研究基础上，Sinclair等^［8］将生态系统服务分为供给服务、支持服务、调节服务和文化服务4大类，11小类，该分类方法在国内外研究中被广泛使用。谢高地等^［9-10］基于实地调查和专家知识方法，在Costanza等^［5］提出的ESV估算原理和方法的基础上，提出了“中国生态系统服务单位面积生态服务价值当量表”，并先后在青藏高原以及全国进行实证应用。

当前，生态系统服务研究仍是生态学与地理学等学科的研究热点，也是生态系统质量评估的重要内容。学者通常采用单位面积价值当量因子法^{［4，9，11］}和单位生态服务产品价值法^［12-13］，利用InVEST和ARIES等软件^［14］及情景模拟^［15-16］和模型量化^［17］等方法，围绕土地利用转型及其生态系统服务变化、生态系统服务权衡/协同关系等主题进行研究，研究对象以城市^［18］、库区^［19］和流域^［20］等为主。相比基于单位生态服务产品的计算方法所需参数较多，基于单位面积价值的当量因子法简便，因而应用较广，但在局域尺度上的适宜性仍存在疑问。例如，区域间单位面积生态系统服务价值当量和次级生态系统及其服务功能价值存在差异，需要结合实际情况进行优化调整，目前对后者的重视不够^［21］。

宁夏回族自治区近20年来为了生态环境建设与社会经济发展，实施了一系列生态保护与修复以及移民工程；近期又承担起建设黄河流域生态保护和高质量发展先行区的时代重任，其生态建设效果得到了广泛关注^{［14，22］}。在ESV评估方面已开展了相关研究，然而大多在环境问题或生态功能较为典型的区域，包括盐池县^［23-26］、海原县^［22］、隆德县^［27］以及贺兰山国家级自然保护区^［28］等，也有学者对宁夏ESV进行了估算^［14］。由于上述研究时间跨度较短，涉及的土地利用停留在一级地类且存在差异，加上方法的不一致，研究结果缺乏可比性。此外，针对生态保护影响下宁夏土地利用调整及其ESV响应的研究尚少，难以评估相应政策与工程对区域生态系统的影响，从而限制了ESV研究在区域治理与管理实践中的应用价值。在上述研究基础上，还需刻画生态系统差异，确定其ESV，并探讨区域生态建设对ESV变化的影响，对下一步的生态治理极为关键。本文以宁夏回族自治区为研究区，通过构建2000—2020年序列土地利用数据库，从土地利用动态度角度并结合区域自然特征，在“中国生态系统服务单位面积生态服务价值当量表”的基础上^［9-10］，通过细化土地利用类型和对部分地类的生态系统服务价值当量进行调整，评估ESV变化特征，以期为区域土地利用规划和生态建设提供科学依据，同时为黄河流域生态保护和高质量发展评估提供一个新视角。

宁夏回族自治区位于中国西北部，地处黄河上游地区，总面积6.64 万km²。地势南高北低，南部以丘陵和山地为主，北部以平原为主（图1）。按照自然地理概况全区又可分为南部山区、中部干旱区和北部灌溉区。降水南多北少，且多在夏季，年降水量150~600 mm；年均气温为6~10 ℃。全区共辖银川市、石嘴山市、固原市、吴忠市和中卫市5个地级市22个县（区）。2020年全区实现地区生产总值3 920.55亿元，其中第一、二、三产业比重依次为8.7%、41.0%、50.3%。作为中国重要的生态屏障和生态通道，宁夏近20年在保护修复生态、保障改善民生和加快生态建设等方面投入巨大。因此，宁夏成为研究省或自治区尺度土地利用转型与生态系统服务价值变化的理想区域。

以2000年ETM+（Enhanced Thematic Mapper Plus）、2010年TM（Thematic Mapper）、2015年和2020年OLI（Operational Land Imager）遥感影像为数据源，选择7—8月的无云影像（表1），以捕获更多的植被信息。以地形图、土壤与植被分布图为辅助数据，按照面向碳收支的全国土地覆被分类系统^［21］，采用面向对象分类方法，将区域土地利用划分为6个Ⅰ级类型，即耕地、林地、草地、建设用地、水域和未利用地，并根据植被类型和覆盖度等特征，进一步划分为30个Ⅱ级类型，获取宁夏4期30 m分辨率的土地利用数据。结合野外调查的采样数据，在ENVI5.3软件下对遥感影像分类结果进行精度检验，得到4个年份的精度和Kappa系数等均大于0.9，分类结果满足研究要求。

土地利用动态度反映了单位时间内区域土地利用动态变化特征，可定量描述区域土地利用变化的速度，是衡量土地利用变化的重要指标^［14］。它对土地利用变化空间差异的比较和未来土地利用变化趋势预测都具有重要作用。单一土地利用动态度（K）是指某一定时间范围内区域某种土地利用类型的数量变化情况，计算公式为：

式中：K为研究期间某一土地利用动态度；U_a 和U_b 分别为研究初期和末期的某一类土地利用面积；T为研究时间。

生态系统服务价值评估关键在于单位面积生态系统服务价值以及当量表的确定。宁夏生态系统多样，且包括荒漠和水田等特殊类型，荒漠区虽然降水少，但同样具有补给地下水的功能^［29］，而水田完全依靠引水灌溉，此外绿地和园地等也需要灌溉，其水资源供给功能受到影响。为了区分各类生态系统服务价值的差异，在确定本区域生态系统服务价值当量时，将土地利用类型细化到二级地类。以谢高地等^［9］提出的全国生态系统服务价值评估方法为基础，参考Xie等^［21］在内蒙古自治区阿拉善盟和姚思瑶^［30］在河北省武安县的研究，结合问卷调查以及生态系统的生物量、蒸散发水平与灌溉量，对宁夏生态系统服务价值当量进行调整。最终构建适用于本区域的单位面积生态系统服务价值当量，其中生态服务功能分为4大类和11小类，生态系统包括5大类和28小类（表2）。

参照谢高地等^［10］的方法确定生态系统生态服务价值当量因子，即为1 hm² 平均产量的农田每年自然粮食产量的经济价值，约为农田提供的食物单产市场价值的1/7。根据统计数据，2009—2017年宁夏单位面积粮食产量为5 118.26 kg·hm^-2，粮食平均价格为2.35元·kg^-1［14］。因此得到宁夏生态系统服务价值当量因子为1 718.27元·hm^-2。最后，采用Costanza等^［4］提出的ESV评价模型计算宁夏的生态系统服务价值：

式中：ESV为研究区生态系统服务价值（元）；A_i 为第i种土地利用类型面积（hm²）；V_ci 为第i种土地利用类型生态系统服务价值当量（元·hm^-2）。结合宁夏地市行政区范围，统计地市级的土地利用和生态系统服务价值并分析其变化。

影响区域土地利用和ESV变化的因素可分为自然因素和人类活动^{［14，23］}，前者主要是气候变化，本研究选取2000—2020年的年降水量和年平均气温作为指标，数据来源于中国气象数据网（http：//data.cma.cn/）；人类活动方面主要选择人口、载畜量以及宏观的政策和工程，包括生态建设和移民工程与政策等，数据源自国家和宁夏统计年鉴（http：//www.tjcn.org/）和文献资料^［31-32］，并根据实施的区域和时间进行梳理。此外，统计宁夏灌区的黄河取水量与耗水量资料，结合气候因素对宁夏土地利用空间格局和ESV时空变化的原因进行分析。

从Ⅰ级土地利用类型分析，林地主要分布在北部贺兰山、中部大罗山、南部六盘山和米缸山，以及黄河沿线和城区。草地广泛分布在宁夏中部以及贺兰山山前地带。耕地集中分布于黄河、清水河沿线以及南部降水较多的黄土高原地区。水域以黄河为主，以及银川市和石嘴山市等地的湿地和湖泊。建设用地集中于县市主城区和城镇，其中银川市建设用地最为集中。未利用地主要分布在宁夏西部、中部和北部干旱地区（图2）。从Ⅱ级土地利用类型看，林地以灌木林和稀疏灌丛为主，分别占到林地总面积的71.8%和10.3%。草地以草原和稀疏草地为主，分别占60.6%和39.3%。耕地以旱地为主，占比达92.7%，而水田主要分布在黄河沿线。

宁夏主要土地利用类型为草地和耕地，平均占比分别为44.7%和31.7%，其次为未利用地、林地、建设用地和水域，分别占10.5%、7.9%、4.0%和1.2%（图3）。2000—2020年，林地和草地面积呈先增加，后略有减少；耕地占比呈减少趋势；水域呈先增大后减少再增大的变化过程，但占比仍然较小。建设用地持续增加；未利用地面积在2000—2015年阶段呈减少态势，2020年略有增加。

2000—2020年，林地、草地、耕地、水域、建设用地和未利用地的动态度存在明显差异，其中建设用地增长幅度最大，而耕地减少幅度最大（表3）。在各个阶段，各类土地利用的变化幅度同样存在差异，林地、草地和建设用地在2000—2010年扩张最明显，耕地和未利用地分别在2000—2010年和2010—2015年减少最显著，水域在2015—2020年扩张最大。

固原市林地占全区林地总面积的40.0%左右，其次为吴忠市、中卫市、银川市和石嘴山市；中卫市占比持续增加，而吴忠市、银川市和石嘴山市占比呈减少趋势（图4A）。草地方面，吴忠市占比在2000年最高，达44.3%，随后呈减少趋势；中卫市、固原市、银川市和石嘴山市占比依次减小，其中中卫市和固原市占比呈增加趋势，而银川市和石嘴山市呈减少趋势（图4B）。耕地方面，固原市多年平均占比为30.2%，吴忠市和中卫市接近，占比约为24.0%，其次为银川市和石嘴山市，其中固原市和中卫市占比呈减少趋势，其他三市呈增加趋势（图4C）。建设用地方面，2000年吴忠市占比最大，达到27.6%，而银川市为26.4%，但随后银川市建设用地快速增长，2010年占比最高，达到29.5%，其后保持稳定；固原市最小，仅为8.8%（图4D）。水域方面，银川市最大，多年平均达到32.4%，其次为石嘴山市、吴忠市和中卫市，固原市最小为6.6%；整体上，银川市和中卫市占比呈减少趋势，石嘴山市、吴忠市和固原市呈增加趋势（图4E）。未利用地方面，中卫市占比最大，达53.0%，吴忠市、石嘴山市、银川市和固原市分别占比依次减小；其中中卫市和石嘴山市2000—2015年呈增加趋势，随后减少，而银川市与吴忠市的变化趋势相反（图4F）。

宁夏总生态系统服务价值从2000年的450.9亿元增加到2010年的459.1亿元，2010年后呈先减小后增加的趋势，2020年仍未达到2010年的水平（图5）。从生态系统服务价值组成来看，草地贡献最大，多年平均占比为35.9%；其次为耕地，占比为31.6%；林地、水域和未利用地多年平均占比分别为23.5%、8.2%和0.7%。其中林地和草地呈增加趋势，耕地呈减少趋势，而水域呈先增加后减少再增加，2020年最高达40.2亿元。

从各地市对宁夏生态系统服务价值的贡献来看，吴忠市、固原市、中卫市、银川市和石嘴山市多年贡献率依次为29.9%、27.5%、20.6%、14.5%和7.6%， 2000—2020年，各个地市的贡献较为稳定（图6A）。从各类土地利用的生态系统服务价值来看，各个地市的占比存在变化。固原市对林地生态系统服务价值的贡献最大，石嘴山市贡献最小，中卫市贡献持续增加，而吴忠市、银川市和石嘴山市贡献呈减少趋势（图6B）。吴忠市2000年的草地生态系统服务价值贡献最高达到42.5%，随后呈减少趋势；固原市贡献占比呈增加趋势，而银川市和石嘴山市呈减少趋势（图6C）。耕地生态系统服务价值方面，固原市多年平均贡献为30.8%，其贡献呈减少趋势，而吴忠市、银川市和石嘴山市呈增加趋势（图6D）。水域生态系统服务价值方面，银川市贡献最大，多年平均达到32.4%；银川市和中卫市贡献呈减少趋势，石嘴山市、吴忠市和固原市呈增加趋势（图6E）。未利用地生态系统服务价值方面，中卫市贡献最大，达52.5%，吴忠市、石嘴山市、银川市和固原市贡献依次减小（图6F）。

宁夏北部沿黄河两岸的引黄灌区和中部干旱带的扬黄灌区依赖黄河干流的取水量及耗水量，2000—2020年灌区取水量55.69亿~78.35亿m³，耗水量27.57亿~37.58亿m³，且整体均呈微弱减少趋势。同时期宁夏气候呈暖湿化趋势，降水以每10年46.4 mm的趋势增加，温度以每10年0.38 ℃的趋势上升（图7A）。宁夏大部分地区属于干旱半干旱区，降水的增加对区域植被改善具有重要意义。在社会经济方面，随着社会发展，人口持续增加。由于盐池等地禁牧政策的实施，全区羊的年末存栏数在2006—2007年急剧减少，后来随着圈养方式的推行，数量有所回升；在2015—2018年又存在明显减少，主要受新一轮生态政策的影响（图7B）。载畜量的控制以及饲养方式的变化有效促进区域生态环境的好转^［23］。此外，生态工程和政策的实施具有明显的阶段性（图7C）：大范围的生态工程集中在2000—2010年，因此该时段区域土地利用变化较为明显，生态改善显著，生态系统服务价值增加幅度最大；2011—2015年基本没有新增生态工程，且2015年为偏干旱年份，当年生态系统服务价值略有减少；2016—2020年，较多的生态保护政策和局部生态工程的实施促使生态环境好转，生态系统服务价值略有恢复。

本研究结合宁夏实际情况，在全国尺度的生态系统服务价值当量^［9］基础上，参考邻近类似区域荒漠和水田等特殊地类的赋值^{［21，30］}，构建了适宜本地的生态系统服务价值当量表。其中稻田作为宁夏一个特别的地类，与旱作耕地完全不同，有专家认为宁夏的稻田湿地与银川平原的河、湖、渠、沟一起构成湿地生态系统，对保障绿洲生态系统的稳定和平衡具有重要意义，其生态服务功能的重要性不言而喻。此外，由于林地和草地的次级类型众多，还包括园地和绿地等需要灌溉管理的地类，结构差异显著，其生态服务功能也存在较大差异，将二级土地利用类型的当量值拓展至17类，更好地反映了区域生态系统的差异。此前有学者根据林地类型和草地覆盖度将生态系统服务价值进行了调整，并应用于河西走廊的石羊河流域^［33］。

以往针对宁夏ESV的研究多在盐池县^［23-26］、海原县^［22］、隆德县^［27］以及自然保护区^［28］等生态问题和功能突出的区域，本研究从自治区和地级市等尺度分析了土地利用与ESV的变化及其差异，反映了各地区生态系统的组成与功能特征。而程静等^［14］评估得到宁夏2009—2017年ESV由902.58亿元减少至890.6亿元，本研究2010、2015年和2020年ESV分别为459.1亿元、455.8亿元和457.9亿元，变化趋势一致，但ESV平均值相比要低49%。这主要由于宁夏的林地和草地整体质量较低，其中林地以灌木林和稀疏灌丛为主，草地以草原和稀疏草地为主，而该研究停留在一级地类，也未区分旱地和水田，从而高估了区域生态系统服务价值。

随着ESV评价研究的不断深入，研究方法的不断更新，特别是“3S”技术的应用为ESV评价提供了新的技术手段。然而少数研究认为受数据分辨率和解译精度影响，采用遥感数据进行分析研究可能存在一定误差。通过比较，遥感影像反演的土地利用数据与宁夏土地利用变更调查数据确实存在误差，但遥感数据获取便利，并且波谱信息更加丰富，随着分辨率的提高，未来基于遥感技术的土地利用资料与实际调查数据的结合应用将更加普遍^［34-35］。

随着退耕还林还草工程等生态工程的实施，2000—2020年区域耕地减少，林地和草地增加，而随着社会经济发展，建设用地持续扩张。宁夏总的生态系统服务价值呈增加—减少—增加的变化过程，为450.9亿~459.1亿元，2010年最高。面积占比较大的草地和耕地是宁夏ESV的主要贡献地类，而林地和水域的ESV贡献比例高于其面积占比。在暖湿化的气候背景下，生态建设与环境保护措施对区域土地利用与ESV变化的影响较大。