1前言

目前，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究已成為當(dāng)前國(guó)際上科學(xué)研究的熱點(diǎn)和前沿，并在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分類[1]、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的形成及其變化機(jī)制[2-3]、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值化[4]、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)方法[5]等方面取得了顯著的成果。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究旨在既維持健康生態(tài)系統(tǒng)，又能夠提供人類發(fā)展必需的產(chǎn)品和服務(wù)。隨著人們對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)和人類經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)關(guān)系的日益重視，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗研究也蓬勃展開。甄霖等[6]將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗定義為人類生產(chǎn)和生活對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的消費(fèi)、利用和占用，認(rèn)為人類消耗的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)包括生產(chǎn)的產(chǎn)品和提供的服務(wù)，表現(xiàn)為直接消耗和間接消耗兩種基本模式。謝高地等[7]提出生態(tài)服務(wù)消耗函數(shù)和生態(tài)服務(wù)效用函數(shù)可以被看成是生態(tài)服務(wù)消耗的主要理論基礎(chǔ)和分析方法。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗模式指一定時(shí)期消耗的主要特征，包括消耗內(nèi)容、水平、結(jié)構(gòu)、方式、消耗趨勢(shì)以及其他方面的主要特征。近年來，經(jīng)濟(jì)發(fā)展引起了世界許多地方消耗結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大改變，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求因此而朝著更加多元化的方向發(fā)展，這種需求的增加甚至超過了人口增加所帶來的需求增長(zhǎng)，成為影響生態(tài)系統(tǒng)的核心因素[8]。近期研究中，科學(xué)家們?cè)噲D結(jié)合IPCC氣候變化情景模擬分析來探討當(dāng)代人類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗對(duì)后代的可能影響[9]，初步結(jié)果至少告訴我們，人類必須改變現(xiàn)有的消耗模式，否則將不會(huì)給后代留有必要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供其消耗。因此，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)合理消耗模式對(duì)于維護(hù)本地生態(tài)系統(tǒng)安全，保證本地居民的長(zhǎng)期福祉具有重要意義。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)合理消耗模式就是要把握生態(tài)系統(tǒng)合理利用方向和建立高效持續(xù)合理利用模式，從而建立區(qū)域生態(tài)服務(wù)合理消耗與生態(tài)安全保障的平衡機(jī)制，達(dá)到人與自然和諧發(fā)展的目的。因此，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)合理消耗模式研究的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)都?xì)w結(jié)到個(gè)人和群體的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)。基于此，研究個(gè)人及家庭在生態(tài)服務(wù)消耗方式選擇的影響因素、差異性及趨向性是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。不僅要研究在時(shí)間序列中某一個(gè)典型靜態(tài)刻面中的各種自然環(huán)境狀態(tài)、人類活動(dòng)狀態(tài)和生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)狀態(tài)，還要研究在某一段時(shí)間序列里各種自然環(huán)境狀態(tài)、人類活動(dòng)狀態(tài)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)狀態(tài)變化的動(dòng)態(tài)過程。這樣才能系統(tǒng)地全面地把握生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗的規(guī)律。通過建立多主體模型系統(tǒng)，模擬研究區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗在特定時(shí)間序列里變化的過程，研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗動(dòng)態(tài)變化的規(guī)律，是一個(gè)可行的研究方法[10]。

多主體建模方法(ABM,Agent-BasedModeling)能夠采取自下向上的研究思路，通過考察大量個(gè)體行為在限制條件下的運(yùn)行和演化過程來展現(xiàn)這些個(gè)體行為在總體上的規(guī)律和軌跡[11]。在該方法中，agent一般代表社會(huì)系統(tǒng)的獨(dú)立對(duì)象，如人、家庭、機(jī)構(gòu)等，通過模擬這些獨(dú)立對(duì)象在對(duì)應(yīng)自然空間的活動(dòng)及其與自然空間的相互作用，來揭示經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)的相互作用規(guī)律[12]。ABM方法的模擬區(qū)域較靈活，從鄉(xiāng)村到城鎮(zhèn)[13-14]，從小尺度到大尺度[15-16]，均可運(yùn)用該方法。其應(yīng)用領(lǐng)域也較為廣泛，近年來已經(jīng)逐漸在土地資源利用、生態(tài)系統(tǒng)管理和保護(hù)等領(lǐng)域開展應(yīng)用研究[16-20]。本文以內(nèi)蒙古農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗模擬為例，研究多主體模型的構(gòu)建方法，分析并提煉建立多主體模型的核心要素，探索創(chuàng)建多主體模型的流程，給出建立生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗多主體模型的一般過程。本文對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)過程模擬的研究具有一定的參考價(jià)值。

2研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

2.1研究區(qū)概況

選擇內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟正鑲白旗作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗多主體模型的模擬區(qū)。該旗屬于我國(guó)典型的農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)，正鑲白旗位于內(nèi)蒙古草原的錫林郭勒盟西南部（圖1），渾善達(dá)克沙地南緣的干旱草原區(qū)，屬中溫帶半干旱大陸性草原氣候。地理座標(biāo)東徑114°05′-115°37′；北緯42°05′-43°15′。海拔高度在1200~1400m之間。總面積6229km2，轄4個(gè)蘇木鎮(zhèn)，77個(gè)嘎查村、7個(gè)社區(qū)。總?cè)丝?.27萬(wàn)（蒙古族2.15萬(wàn)），其中農(nóng)牧業(yè)人口5.25萬(wàn)。可利用草場(chǎng)面積51.47萬(wàn)hm2，耕地面積1.72萬(wàn)hm2。在實(shí)例研究中選擇了旗內(nèi)100m柵格尺度的200×200個(gè)柵格組成的柵格圖。柵格圖的起始坐標(biāo)是(799960.625,4590040）。

2.2數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)收集工作在2011年8月進(jìn)行并完成，所收集的數(shù)據(jù)包括問卷調(diào)查數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)和地理信息數(shù)據(jù)。通過隨機(jī)抽樣問卷調(diào)查，開展面對(duì)面訪談獲取調(diào)查數(shù)據(jù)。共獲取有效問卷85份。其中農(nóng)區(qū)有效問卷34份，牧區(qū)有效問卷51份。調(diào)查內(nèi)容分為四部分：家庭成員的基本情況，家庭生產(chǎn)狀況，家庭消費(fèi)狀況和家庭的消費(fèi)觀念與意愿。對(duì)被調(diào)查者的性別，年齡，文化和職業(yè)等社會(huì)經(jīng)濟(jì)特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；收集了2001年-2010年內(nèi)蒙古地區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)。提取其中的農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)，人口和教育等數(shù)據(jù)作為模型的參考數(shù)據(jù)；收集了2010年土地利用地理信息數(shù)據(jù)，作為模型運(yùn)行起始年的土地利用初始化狀態(tài)。

2.3數(shù)據(jù)分析

2.3.1農(nóng)牧戶主體及其分布

按農(nóng)牧戶家庭人口數(shù)分類，調(diào)查數(shù)據(jù)分類如表1、表2所示。按農(nóng)牧戶家庭人口的年齡分類，調(diào)查數(shù)據(jù)人口年齡分布如表2所示。模型中的農(nóng)牧戶主體的構(gòu)成和分布以調(diào)查數(shù)據(jù)中農(nóng)牧戶的人口數(shù)及年齡為參考，依據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)的分布狀況生成。

2.3.2農(nóng)牧戶家庭成員主體職業(yè)狀態(tài)

根據(jù)問卷調(diào)查數(shù)據(jù),農(nóng)牧戶家庭成員職業(yè)狀態(tài)分布如表3所示。

3生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗多主體模型架構(gòu)

模型總體架構(gòu)由五部分構(gòu)成，分別是模型初始化、agents決策、空間環(huán)境、總體控制和可視化輸出等。各部分之間的聯(lián)系如圖2所示。模型初始化部分是將所需的調(diào)查數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和地理數(shù)據(jù)按一定格式與順序倒入模型，并作為模型啟動(dòng)的條件和初始狀態(tài)；Agents決策部分是模型的核心，Agents根據(jù)自身?xiàng)l件、周圍環(huán)境及相鄰Agents的表現(xiàn)按照既定的規(guī)則作出生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)和消費(fèi)活動(dòng)的決策，在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗多主體模型中主要是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給決策和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗決策；空間環(huán)境是Agents運(yùn)行的虛擬環(huán)境，它與Agents相互作用；總體控制部分用于控制Agents執(zhí)行的調(diào)度、Agents的狀態(tài)改變、Agents決策后的一系列參數(shù)計(jì)算及空間環(huán)境變化的控制；可視化輸出部分用于完成模型運(yùn)行結(jié)果的采集、統(tǒng)計(jì)、分析和可視化輸出功能。