1前言

目前，生態系統服務研究已成為當前國際上科學研究的熱點和前沿，并在生態系統服務分類[1]、生態系統服務的形成及其變化機制[2-3]、生態系統服務價值化[4]、生態系統服務價值評價方法[5]等方面取得了顯著的成果。生態系統服務研究旨在既維持健康生態系統，又能夠提供人類發展必需的產品和服務。隨著人們對自然生態系統和人類經濟系統關系的日益重視，對生態系統服務消耗研究也蓬勃展開。甄霖等[6]將生態系統服務消耗定義為人類生產和生活對生態系統服務的消費、利用和占用，認為人類消耗的生態系統服務包括生產的產品和提供的服務，表現為直接消耗和間接消耗兩種基本模式。謝高地等[7]提出生態服務消耗函數和生態服務效用函數可以被看成是生態服務消耗的主要理論基礎和分析方法。生態系統服務消耗模式指一定時期消耗的主要特征，包括消耗內容、水平、結構、方式、消耗趨勢以及其他方面的主要特征。近年來，經濟發展引起了世界許多地方消耗結構發生了很大改變，對生態系統服務的需求因此而朝著更加多元化的方向發展，這種需求的增加甚至超過了人口增加所帶來的需求增長，成為影響生態系統的核心因素[8]。近期研究中，科學家們試圖結合IPCC氣候變化情景模擬分析來探討當代人類生態系統服務消耗對后代的可能影響[9]，初步結果至少告訴我們，人類必須改變現有的消耗模式，否則將不會給后代留有必要的生態系統服務供其消耗。因此，生態系統服務合理消耗模式對于維護本地生態系統安全，保證本地居民的長期福祉具有重要意義。

生態系統服務合理消耗模式就是要把握生態系統合理利用方向和建立高效持續合理利用模式，從而建立區域生態服務合理消耗與生態安全保障的平衡機制，達到人與自然和諧發展的目的。因此，生態系統服務合理消耗模式研究的出發點和落腳點都歸結到個人和群體的社會經濟活動。基于此，研究個人及家庭在生態服務消耗方式選擇的影響因素、差異性及趨向性是其中的關鍵環節。不僅要研究在時間序列中某一個典型靜態刻面中的各種自然環境狀態、人類活動狀態和生態服務系統狀態，還要研究在某一段時間序列里各種自然環境狀態、人類活動狀態和生態系統服務狀態變化的動態過程。這樣才能系統地全面地把握生態系統服務消耗的規律。通過建立多主體模型系統，模擬研究區內生態系統服務消耗在特定時間序列里變化的過程，研究生態系統服務消耗動態變化的規律，是一個可行的研究方法[10]。

多主體建模方法(ABM,Agent-BasedModeling)能夠采取自下向上的研究思路，通過考察大量個體行為在限制條件下的運行和演化過程來展現這些個體行為在總體上的規律和軌跡[11]。在該方法中，agent一般代表社會系統的獨立對象，如人、家庭、機構等，通過模擬這些獨立對象在對應自然空間的活動及其與自然空間的相互作用，來揭示經濟社會系統與自然生態系統的相互作用規律[12]。ABM方法的模擬區域較靈活，從鄉村到城鎮[13-14]，從小尺度到大尺度[15-16]，均可運用該方法。其應用領域也較為廣泛，近年來已經逐漸在土地資源利用、生態系統管理和保護等領域開展應用研究[16-20]。本文以內蒙古農牧交錯區生態系統服務消耗模擬為例，研究多主體模型的構建方法，分析并提煉建立多主體模型的核心要素，探索創建多主體模型的流程，給出建立生態系統服務消耗多主體模型的一般過程。本文對生態系統服務過程模擬的研究具有一定的參考價值。

2研究區概況與數據來源

2.1研究區概況

選擇內蒙古自治區錫林郭勒盟正鑲白旗作為生態系統服務消耗多主體模型的模擬區。該旗屬于我國典型的農牧交錯區，正鑲白旗位于內蒙古草原的錫林郭勒盟西南部（圖1），渾善達克沙地南緣的干旱草原區，屬中溫帶半干旱大陸性草原氣候。地理座標東徑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個蘇木鎮，77個嘎查村、7個社區。總人口7.27萬（蒙古族2.15萬），其中農牧業人口5.25萬。可利用草場面積51.47萬hm2，耕地面積1.72萬hm2。在實例研究中選擇了旗內100m柵格尺度的200×200個柵格組成的柵格圖。柵格圖的起始坐標是(799960.625,4590040）。

2.2數據來源

本研究數據收集工作在2011年8月進行并完成，所收集的數據包括問卷調查數據，統計年鑒數據和地理信息數據。通過隨機抽樣問卷調查，開展面對面訪談獲取調查數據。共獲取有效問卷85份。其中農區有效問卷34份，牧區有效問卷51份。調查內容分為四部分：家庭成員的基本情況，家庭生產狀況，家庭消費狀況和家庭的消費觀念與意愿。對被調查者的性別，年齡，文化和職業等社會經濟特征進行統計分析；收集了2001年-2010年內蒙古地區的社會經濟統計年鑒數據。提取其中的農牧業生產，人口和教育等數據作為模型的參考數據；收集了2010年土地利用地理信息數據，作為模型運行起始年的土地利用初始化狀態。

2.3數據分析

2.3.1農牧戶主體及其分布

按農牧戶家庭人口數分類，調查數據分類如表1、表2所示。按農牧戶家庭人口的年齡分類，調查數據人口年齡分布如表2所示。模型中的農牧戶主體的構成和分布以調查數據中農牧戶的人口數及年齡為參考，依據調查數據的分布狀況生成。

2.3.2農牧戶家庭成員主體職業狀態

根據問卷調查數據,農牧戶家庭成員職業狀態分布如表3所示。

3生態系統服務消耗多主體模型架構

模型總體架構由五部分構成，分別是模型初始化、agents決策、空間環境、總體控制和可視化輸出等。各部分之間的聯系如圖2所示。模型初始化部分是將所需的調查數據、統計數據和地理數據按一定格式與順序倒入模型，并作為模型啟動的條件和初始狀態；Agents決策部分是模型的核心，Agents根據自身條件、周圍環境及相鄰Agents的表現按照既定的規則作出生產經營活動和消費活動的決策，在生態系統服務消耗多主體模型中主要是生態系統服務供給決策和生態系統服務消耗決策；空間環境是Agents運行的虛擬環境，它與Agents相互作用；總體控制部分用于控制Agents執行的調度、Agents的狀態改變、Agents決策后的一系列參數計算及空間環境變化的控制；可視化輸出部分用于完成模型運行結果的采集、統計、分析和可視化輸出功能。