Coupling and coordination relationship between grassland ecosystem service value and ecological well-being of pastoral residents， and its spatial heterogeneity

doi:10.11686/cyxb2023017

Abstract

Abstract:

Based on the catastrophe theory， a depreciation rate model of ecosystem service value was constructed to estimate the net value of grassland ecosystem services. The ecological well-being index was used to evaluate the ecological well-being level of pastoral residents. A coupling coordination degree model was used to measure the coupling coordination degree between ecosystem service value and the ecological well-being of residents， and further analyses clarified the spatial differences. The research area consisted of 17 counties （cities） in Inner Mongolia where animal husbandry is the main activity. Statistical data from 2012 to 2020 were used for analyses. It was found that： 1） The net value of grassland ecosystem services in the study area increased by 22.9% during the 8 years from 2012 to 2020. The ecological environments of typical grassland， desert grassland， and meadow grassland in Inner Mongolia have been improved to varying degrees. 2） The ecological well-being of pastoral residents in the study area showed a pattern of initially decreasing and then increasing during the 8 years. Specifically， the ecological well-being of residents in the typical grassland area of Inner Mongolia showed a trend of initial decrease and then increase， while those of residents in the desert grassland area and meadow grassland area of Inner Mongolia showed a fluctuating upward trend. 3） The coupling coordination degree between the net value of grassland ecosystem services in the study area and the ecological well-being of residents in pastoral areas significantly increased during the 8-year period. The trend of high-quality coordinated development of typical grassland areas in Inner Mongolia has gradually increased； While trends of mild imbalance and good coordination were detected for the desert steppe. The coupling coordination relationship between the two counties （cities） in the meadow steppe area has effectively improved over time.

Key words: grassland ecosystem service value, ecosystem depreciation rate model, ecological well-being of pastoral residents, coupling coordination degree

Hao CHEN, Fang GONG, Du-lan CHEN. Coupling and coordination relationship between grassland ecosystem service value and ecological well-being of pastoral residents， and its spatial heterogeneity[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2023, 32(11): 1-16.

Figures/Tables 14

Table 1 Equivalent value of ecosystem services per unit area in China

目标指标 Index of target	一级指标 First grade indexes	二级指标 Second grade indexes	草地 Grassland	农田 Farmland	林地 Woodland	湿地 Wetland	河流 Stream	荒漠 Desert
生态系统服务价值Ecosystem service value	资源价值Resource value	水文调节Hydrological regulation	0.19	0.13	2.36	15.50	122.98	0.00
		原材料生产Commodity production	0.19	0.10	2.73	0.07	0.11	0.01
		食物生产Food production	1.23	1.00	0.93	0.30	0.77	0.00
	环境价值Environmental value	废物处理Waste disposal	1.60	0.17	1.78	18.18	0.10	0.01
		气候调节Climate control	1.14	1.00	3.10	17.10	0.68	0.12
		保持土壤Holding soil	2.41	1.70	8.86	1.71	0.22	0.00
	生态价值Ecological value	气体调节Gas conditioning	0.29	0.13	0.65	1.80	0.06	0.17
		提供美学景观Provide aesthetic landscape	0.36	0.06	1.80	5.55	3.97	0.02
		维持生物多样性Biodiversity maintaining	3.60	1.00	3.80	2.50	0.87	0.07

Table 2 Commonly used catastrophe models and formulas

突变类型Mutation type	系统势函数System potential function	归一化公式Normalization formula
尖点型The cusp	$F X = X 4 + a X 2 + b X$	$X a = a ???????? X b = b 3$
燕尾型Swallow-tailed	$F X = X 5 + a X 3 + b X 2 + c X$	$X a = a ?????? X b = b 3 ??????? X c = c 4$
蝴蝶型Butterfly shape	$F X = X 6 + a X 4 + b X 3 + c X 2 + d X$	$X a = a ????? X b = b 3 ????? X c = c 4 ???? X d = d 5$

Table 2 Commonly used catastrophe models and formulas

突变类型Mutation type	系统势函数System potential function	归一化公式Normalization formula
尖点型The cusp	$F X = X 4 + a X 2 + b X$	$X a = a ???????? X b = b 3$
燕尾型Swallow-tailed	$F X = X 5 + a X 3 + b X 2 + c X$	$X a = a ?????? X b = b 3 ??????? X c = c 4$
蝴蝶型Butterfly shape	$F X = X 6 + a X 4 + b X 3 + c X 2 + d X$	$X a = a ????? X b = b 3 ????? X c = c 4 ???? X d = d 5$

Table 3 Index system of human development comprehensive index

一级指标First grade indexes	二级指标Second grade indexes	三级指标Third grade indexes
收入综合指数Income composite index	生产能力指数Index of production capacity	人均地区生产总值Gross regional product per capita （PPP）
收入综合指数Income composite index	财富存量指数Wealth stock index	人均居民储蓄存款余额Per capita resident savings deposit balance
教育综合指数Education comprehensive index	教育水平指数Education level index	平均受教育年限Average years of schooling
教育综合指数Education comprehensive index	文盲水平指数Illiteracy level index	文盲率Rate of illiteracy
生活综合指数Life composite index	寿命指数Life exponent	65岁以上人口占60岁以上人口比重Proportion of population aged 65 and over in population aged 60 and over
	社会保障指数Social security index	万人卫生医疗机构床位数Number of beds in health care institutions per 10000 people
	社会保障指数Social security index	万人社会福利机构床位数Number of beds in social welfare institutions per 10000 people
	城镇化水平Urbanization level	城镇化率Urbanization rate
	规模调整Scale adjustment	财政预算支出Fiscal expenditure

Table 4 Ecological footprint resource consumption account of pastoral residents

项目Item	土地类型Types of land	消费项目Article of consumption
生物资源消费账户Biological resources consumption account	耕地Cultivated land	小麦、玉米、稻谷、大豆、薯类、葵花籽、油菜籽、胡麻籽、甜菜、蔬菜、猪肉、禽蛋T. aestivum， Z. mays， O. sativa， Glycine max， Ipomoea batatas， Helianthus annuus， Brassica rapa， Linum usitatissimum， Beta vulgaris， garden stuff， pork， eggs
	林地Woodland	水果Fruit
	草地Grassland	牛肉、羊肉、牛奶、山羊毛、绵羊毛、山羊绒Beef， mutton， milk， goat hair， wool， cashmere
	水域Waters	水产品Aquatic product
能源消费账户Energy consumption account	建设用地Construction land	电力Electric power

Table 5 Equilibrium factors of various land types

土地类型Types of land	均衡因子Balance factor
耕地Cultivated land	1.50
林地Woodland	1.59
草地Grassland	0.79
水域Waters	0.62
建设用地Construction land	1.50

Table 6 Value per unit area of grassland ecosystem services in Inner Mongolia in different years （10000 yuan·hm-2）

项目Item	2012	2014	2016	2018	2020
水文调节Hydrological regulation	0.0339	0.0352	0.0358	0.0397	0.0400
原材料生产Commodity production	0.0339	0.0352	0.0358	0.0397	0.0400
食物生产Food production	0.2196	0.2277	0.2319	0.2567	0.2589
废物处理Waste disposal	0.2856	0.2962	0.3017	0.3339	0.3368
气候调节Climate control	0.2035	0.2110	0.2149	0.2379	0.2400
保持土壤Holding soil	0.4302	0.4461	0.4544	0.5030	0.5073
气体调节Gas conditioning	0.0518	0.0537	0.0547	0.0605	0.0610
提供美学景观Provide aesthetic landscape	0.0643	0.0666	0.0679	0.0751	0.0758
维持生物多样性Biodiversity maintaining	0.6427	0.6663	0.6788	0.7514	0.7577

Table 7 Evaluation index system of ecosystem services value

目标指标 Index of target	一级指标 First grade indexes	一级指标权重 First-level index weight	二级指标 Second grade indexes	二级指标权重 Second-level index weight
生态系统服务价值Ecosystem service value	资源价值Resource value	0.3844	水文调节Hydrological regulation	0.1833
			原材料生产Commodity production	0.1656
			食物生产Food production	0.0355
	环境价值Environmental value	0.3774	废物处理Waste disposal	0.1617
			气候调节Climate control	0.1299
			保持土壤Holding soil	0.0858
	生态价值Ecological value	0.2381	气体调节Gas conditioning	0.1011
			提供美学景观Provide aesthetic landscape	0.0902
			维持生物多样性Biodiversity maintaining	0.0468

Table 8 Membership degree of grassland ecosystem service value

目标层 Goal layer	隶属度 Membership	一级指标 First grade indexes	互补原则 Complementary principle	归一化 Normalization	二级指标 Second grade indexes	标准化 Standardization	归一化 Normalization
生态系统服务价值 Ecosystem service value	0.7738	资源价值Resource value	0.4688	0.6847	水文调节Hydrological regulation	0.0014	0.0375
					原材料生产Commodity production	0.0605	0.3925
					食物生产Food production	0.9091	0.9765
		环境价值Environmental value	0.4560	0.7697	废物处理Waste disposal	0.0796	0.2821
					气候调节Climate control	0.0552	0.3807
					保持土壤Holding soil	0.2473	0.7052
		生态价值Ecological value	0.5653	0.8671	气体调节Gas conditioning	0.1225	0.3500
					提供美学景观Provide aesthetic landscape	0.0562	0.3830
					维持生物多样性Biodiversity maintaining	0.8591	0.9628

Table 9 Net value of grassland ecosystem services in various regions of Inner Mongolia （×108 yuan）

区域 Area	旗县（市） County （city）	2012	2014	2016	2018	2020	变异系数 Coefficient of variation
内蒙古荒漠草原地区Inner Mongolia desert grassland area	鄂托克旗Otog Banner	29.79	27.15	27.20	30.42	30.67	0.060
	鄂托克前旗Otog Front Banner	17.45	14.86	15.00	16.77	16.91	0.073
	杭锦旗Hangjin Banner	19.25	18.89	19.49	21.79	21.98	0.073
	乌审旗Wushen Banner	12.72	13.19	13.47	15.07	15.20	0.081
	总值Total value	79.21	74.09	75.16	84.05	84.76	0.062
内蒙古典型草原地区Inner Mongolia typical grassland area	锡林浩特市Xilinhot	200.75	208.09	228.99	236.92	238.93	0.078
	阿巴嘎旗Abaga Banner	380.47	394.48	412.19	458.64	462.54	0.088
	苏尼特左旗Sonid Left Banner	453.99	470.69	520.05	571.16	576.01	0.108
	苏尼特右旗Sonid Right Banner	314.69	326.23	336.23	372.48	375.64	0.080
	正镶白旗Plain and Bordered White Banner	74.95	77.71	82.32	99.34	100.18	0.138
	镶黄旗Bordered Yellow Banner	70.79	73.40	77.20	86.95	87.69	0.098
	镶蓝旗Blue Flag Banner	106.66	110.58	144.96	155.25	156.57	0.181
	东乌珠穆沁旗East Ujimqin Banner	526.12	545.54	601.06	669.03	674.71	0.113
	西乌珠穆沁旗West Ujimqin Banner	294.43	305.25	341.50	364.15	367.24	0.100
	总值Total value	2422.85	2511.97	2744.50	3013.92	3039.51	0.103
内蒙古草甸草原地区Inner Mongolia meadow grassland area	鄂温克族自治旗Ewenki Autonomous Banner	162.45	168.04	171.23	189.57	191.22	0.074
	陈巴尔虎旗Chen Barag Banner	208.96	216.58	220.59	244.15	244.49	0.072
	新巴尔虎左旗New Barag Left Banner	215.30	223.13	226.98	250.90	253.01	0.073
	新巴尔虎右旗New Barag Right Banner	300.75	311.71	317.42	351.27	354.09	0.074
	总值Total value	725.01	751.42	764.99	846.32	851.59	0.073
内蒙古3个地区总值Gross value of three regions of Inner Mongolia		3389.52	3505.59	3755.93	4133.78	4167.01

Table 10 Ecological well-being of residents in pastoral areas of Inner Mongolia

区域 Area	旗县（市） County （city）	2012	2014	2016	2018	2020	变异系数Coefficient of variation
内蒙古荒漠草原地区Inner Mongolia desert grassland area	鄂托克旗Otog Banner	0.7436	1.7346	0.8813	0.8642	0.8395	0.402
	鄂托克前旗Otog Front Banner	0.8255	1.0034	1.0714	1.5651	0.6469	0.338
	杭锦旗Hangjin Banner	0.9539	0.5196	0.5101	0.6275	0.6248	0.279
	乌审旗Wushen Banner	0.6353	0.8046	1.7404	0.9583	2.4560	0.579
	均值Mean value	0.7896	1.0156	1.0508	1.0038	1.1418	0.130
内蒙古典型草原地区Inner Mongolia typical grassland area	锡林浩特市Xilinhot	0.6049	1.0645	0.8567	0.9528	5.6954	1.180
	阿巴嘎旗Abaga Banner	0.7841	0.5906	0.7729	0.6868	0.7327	0.110
	苏尼特左旗Sonid Left Banner	0.9620	0.9034	0.6200	0.5569	0.9710	0.247
	苏尼特右旗Sonid Right Banner	0.6889	0.6136	0.7575	0.6183	1.7801	0.561
	正镶白旗Plain and Bordered White Banner	2.2536	0.4637	0.3645	0.3349	0.5060	1.051
	镶黄旗Bordered Yellow Banner	2.0955	0.9533	0.6792	1.6147	1.1955	0.427
	镶蓝旗Blue Flag Banner	2.0135	0.7149	0.5932	0.5669	0.6196	0.692
	东乌珠穆沁旗East Ujimqin Banner	1.0091	0.5154	0.5746	1.0035	0.9504	0.302
	西乌珠穆沁旗West Ujimqin Banner	0.4699	1.5455	0.8603	1.0842	1.1319	0.387
	均值Mean value	1.2091	0.8183	0.6754	0.8243	1.5092	0.341
内蒙古草甸草原地区Inner Mongolia meadow grassland area	鄂温克族自治旗Ewenki Autonomous Banner	1.0173	1.1964	0.9798	1.6797	0.9306	0.264
	陈巴尔虎旗Chen Barag Banner	0.6278	0.6615	1.0449	1.7592	1.5900	0.458
	新巴尔虎左旗New Barag Left Banner	0.5628	0.6190	0.5221	0.6133	1.7459	0.644
	新巴尔虎右旗New Barag Right Banner	1.9287	2.0580	0.8836	0.5231	1.0165	0.527
	均值Mean value	1.0342	1.1337	0.8576	1.1438	1.3208	0.154
内蒙古3个地区均值The average of three regions in Inner Mongolia		1.0255	0.8369	0.7548	0.8909	1.3290

Table 11 Coupling degree and coupling coordination degree of ecological well-being of residents in pastoral areas and net value of grassland ecosystem services

耦合度 Coupling degree（C）	耦合阶段 Coupling phase	耦合协调度 Coupling coordination degree （D）	耦合协调程度 Coupling coordination level
（0，0.4］	低度耦合Low coupling	（0，0.4］	严重失调Serious imbalance
（0.4，0.6］	拮抗耦合Antagonistic coupling	（0.4，0.6］	轻度失调Mild imbalance
（0.6，0.8］	磨合耦合Grinding coupling	（0.6，0.8］	良好协调Good coordination
（0.8，1.0］	高度耦合High coupling	（0.8，1.0］	优质协调Quality coordination

Table 12 Coupling degree and coupling coordination degree at different time points in Inner Mongolia

项目Item	2012	2014	2016	2018	2020
耦合度Coupling degree （C）	0.7490	0.8783	0.8182	0.7601	0.8716
耦合协调度Coupling coordination degree （D）	0.5065	0.5015	0.5097	06268	0.7239

Fig.1 Spatial-temporal evolution pattern of coupling degree between ecological well-being of residents and net value of grassland ecosystem services in pastoral areas of Inner Mongolia

Fig.2 Spatio-temporal evolution pattern of coupling coordination degree between ecological well-being of residents and net value of grassland ecosystem services in pastoral areas of Inner Mongolia

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