生態(tài)退耕對安塞縣土地利用及其生態(tài)服務(wù)功能的影響＊

冉圣宏 呂昌河 王 茜

(中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所,北京 100101)

生態(tài)退耕對安塞縣土地利用及其生態(tài)服務(wù)功能的影響＊

冉圣宏 呂昌河 王 茜

(中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所,北京 100101)

以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值作為衡量區(qū)域生態(tài)服務(wù)功能的指標(biāo),對安塞縣1998-2006年間生態(tài)服務(wù)功能的變化進行了分析。根據(jù)黃土丘陵溝壑區(qū)耕地坡度與水土流失相關(guān)關(guān)系以及農(nóng)戶調(diào)查數(shù)據(jù),對安塞縣耕地擾動調(diào)節(jié)、水分調(diào)節(jié)、水供應(yīng)、侵蝕控制以及不同坡耕地食物供應(yīng)能力的生態(tài)服務(wù)價值指數(shù)進行了修正。在此基礎(chǔ)上,分析了安塞縣退耕還林還草政策對區(qū)域生態(tài)服務(wù)功能變化的影響。結(jié)果表明:生態(tài)建設(shè)措施使得安塞縣生態(tài)惡化的趨勢得到扭轉(zhuǎn),其生態(tài)服務(wù)功能在1998-2006年間增加了12%,其中緩坡耕地、中坡耕地和陡坡耕地的退出,對安塞縣生態(tài)服務(wù)功能增強的貢獻率分別為25%,48%,27%。文章還對生態(tài)建設(shè)的監(jiān)督與投資進行了討論,認為基于實驗的生態(tài)系統(tǒng)功能監(jiān)測與評估技術(shù)才是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估的基礎(chǔ);生態(tài)建設(shè)所帶來的生態(tài)效益的主要獲益者是更大空間范圍的利益相關(guān)者甚至全社會,因此作為社會代表的政府應(yīng)成為生態(tài)建設(shè)的主要投資主體。

生態(tài)服務(wù)功能;生態(tài)退耕;土地利用變化;安塞縣

生態(tài)退耕(退耕還林還草)是1999年以來影響安塞縣乃至整個西部地區(qū)土地利用變化的最重要的政策措施。利用統(tǒng)計資料和農(nóng)戶調(diào)查資料,在分析生態(tài)退耕引起的土地利用變化的基礎(chǔ)上,采用生態(tài)價值估算的方法,定量分析了1999-2006年間該政策引起的土地利用變化對區(qū)域生態(tài)的影響,估算了安塞縣區(qū)域生態(tài)服務(wù)價值儲量以及生態(tài)服務(wù)功能變化情況,揭示了生態(tài)建設(shè)的土地利用變化生態(tài)效應(yīng),可為區(qū)域生態(tài)建設(shè)對農(nóng)戶生計的影響及其補償機制研究提供依據(jù)。

1 區(qū)域生態(tài)服務(wù)價值的變化

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值是衡量生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的一個可公度的定量指標(biāo),它指人類從生態(tài)系統(tǒng)中獲得的收益。生態(tài)建設(shè)促進了土地利用的變化,改變生態(tài)系統(tǒng)所提供的生態(tài)服務(wù)功能,造成區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的改變[1]。

1.1 估算方法

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的估算需要確定單個生態(tài)類型的單位面積生態(tài)服務(wù)價值和生態(tài)/土地利用類型的面積。1997年,Costanza等[2]將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能劃分為大氣調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、擾動調(diào)節(jié)、水分調(diào)節(jié)、水供應(yīng)、侵蝕控制、土壤形成、營養(yǎng)物循環(huán)、廢物處理、傳粉、生物控制、棲息地、食物供應(yīng)、原材料、基因資源、娛樂、文化等17類,并分別計算了不同類型生態(tài)系統(tǒng)的各類型生態(tài)服務(wù)的價值。之后,我國也相繼開展了生態(tài)服務(wù)價值的評估,如陳仲新、張新時[3]和謝高地等[4]分別對中國陸地生態(tài)系統(tǒng)、青藏高原生態(tài)系統(tǒng)、中國草地生態(tài)系統(tǒng)等進行了連續(xù)多年的研究,提出了一套比較適合中國特點的計算參數(shù)。本文主要以Costanza的生態(tài)服務(wù)價值參數(shù)為基礎(chǔ),考慮陳仲新、張新時以及謝高地等人的研究成果,對耕地和水域的生態(tài)價值作了適當(dāng)調(diào)整。

根據(jù)生態(tài)特征和生態(tài)服務(wù)功能的相似性,對安塞縣的土地利用類型進行了重新歸類,劃分為以下7類:耕地(含田坎、農(nóng)田水利用地);園地;林地;草地;居民工礦用地(包括城鄉(xiāng)居民點和工礦用地,其他農(nóng)用地中的畜禽飼養(yǎng)地,設(shè)施農(nóng)用地,農(nóng)村道路);水域(包括湖、河及水庫水面等);未利用地(包括沙地、鹽堿地、裸土地、裸巖石礫地等)。

1.2 安塞縣1998-2005年生態(tài)服務(wù)價值的變化

根據(jù)土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù),以生態(tài)服務(wù)價值作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的定量評價指標(biāo),計算了安塞縣1998-2005年生態(tài)服務(wù)功能的變化。表1是基于生態(tài)服務(wù)功能類型的安塞縣生態(tài)服務(wù)價值的變化。

表1 安塞縣1998-2005年基于生態(tài)服務(wù)類型的生態(tài)服務(wù)功能的變化(萬元)Tab.1 Changes of ecosystem service value based on different ecosystem service types in Ansai County from 1998 to 2005(104Yuan)

從表1可以看出,安塞縣1998-2005年間,其生態(tài)服務(wù)價值總體增加了11.61%,其中增加最快的生態(tài)服務(wù)類型為氣候調(diào)節(jié)、原材料供應(yīng)以及土壤形成價值,而生物控制和水供應(yīng)功能則略有下降。

根據(jù)各主要土地利用類型的生態(tài)服務(wù)價值的變化看,農(nóng)用地(耕地、園地、林地和草地)的生態(tài)服務(wù)價值有較大的提高,1998-2005年間增加了8 833.3萬元,是安塞縣生態(tài)服務(wù)功能增強的主要原因;而其他類型的生態(tài)服務(wù)功能則略有下降。

2 坡地退耕對安塞生態(tài)服務(wù)功能的影響

2.1 生態(tài)服務(wù)價值的修正

在大尺度上研究不同土地利用類型的生態(tài)服務(wù)價值時,為了簡化計算,可將同一土地利用類型(對應(yīng)同一生態(tài)系統(tǒng))的單位面積生態(tài)服務(wù)價值視為一個常數(shù)。但在小尺度上,不同耕地類型的生態(tài)服務(wù)價值有較大的差別。例如,旱地與水田的生態(tài)服務(wù)功能就有很大差別,不同坡度旱地的生態(tài)服務(wù)功能也各不相同,對安塞縣而言,陡坡耕地比緩坡耕地更容易導(dǎo)致水土流失。因此,在對安塞縣耕地的生態(tài)服務(wù)價值進行研究時,應(yīng)針對不同坡度的耕地類型,對其單位面積的生態(tài)價值指數(shù)進行修正。

在本研究中,主要對耕地的擾動調(diào)節(jié)(例如控制洪水等)、水分調(diào)節(jié)(例如農(nóng)業(yè)灌溉等)、水供應(yīng)(存儲和保存水分)、侵蝕控制(主要指土壤侵蝕等)、食物供應(yīng)(例如糧食產(chǎn)量)5類生態(tài)服務(wù)價值指數(shù)進行了修正。依據(jù)有關(guān)黃土丘陵溝壑區(qū)耕地坡度與水土流失相關(guān)關(guān)系的文獻對安塞縣耕地擾動調(diào)節(jié)、水分調(diào)節(jié)、水供應(yīng)和侵蝕控制的生態(tài)服務(wù)價值指數(shù)的修正;對不同坡耕地食物供應(yīng)能力的修正,則主要是耕地實地調(diào)研和農(nóng)戶調(diào)查數(shù)據(jù),根據(jù)不同坡耕地的平均糧食產(chǎn)量來進行。不同坡耕地單位面積生態(tài)服務(wù)價值的修正值見表2。

根據(jù)相關(guān)文獻和實地調(diào)研結(jié)果,安塞縣在實施生態(tài)退耕政策之前的1998年坡耕地分布情況如表3。由表3可知,實施生態(tài)退耕前,安塞縣15°以上的坡耕地占總耕地面積的44.5%,是導(dǎo)致該區(qū)域水土流失嚴重的重要原因之一[5-6]。

根據(jù)實地調(diào)研,在1998-2002年間,納入安塞縣生態(tài)建設(shè)范圍的退耕坡地坡度基本都大于15°,其中15°-25°坡耕地占退耕總面積的49%,大于25°陡坡耕地占退耕總面積的50.9%,沙化耕地占退耕總面積的0.1%;2003年之后,陡坡耕地基本全部退耕,一些小于15°的生產(chǎn)力不高的緩坡耕地也陸續(xù)開始進入生態(tài)建設(shè)的范圍,逐步轉(zhuǎn)化為林地或草地。

在生態(tài)建設(shè)過程中,安塞縣的坡耕地退耕后,主要轉(zhuǎn)化為生態(tài)林、經(jīng)濟林和草地,由于經(jīng)濟林的生態(tài)服務(wù)功能更接近于園地,因此本研究在計算生態(tài)服務(wù)價值時,將經(jīng)濟林歸入園地類。由于安塞縣生態(tài)建設(shè)的主要措施就是坡耕地轉(zhuǎn)換為林地、草地和園地,因此將園地、林地、牧草地生態(tài)服務(wù)功能的增加值之和作為生態(tài)建設(shè)對區(qū)域生態(tài)服務(wù)價值增加的貢獻。于是可以得到安塞縣退耕還林還草政策導(dǎo)致的生態(tài)服務(wù)功能的變化。

表2 安塞縣不同坡耕地單位面積的生態(tài)服務(wù)價值修正值(元/hm2·a)Tab.2 Amended values of ecosystem service value of unit sloping cultivated land in Ansai County

表3 1998年安塞縣坡耕地分布Tab.3 Sloping cultivated land distribution in Ansai County in 1998

2.2 退耕導(dǎo)致的生態(tài)服務(wù)價值的變化

根據(jù)安塞縣不同坡耕地單位面積的生態(tài)服務(wù)價值修正值及不同坡地的退耕面積,計算了1998-2006年期間,安塞由退耕還林還草政策導(dǎo)致的生態(tài)價值的變化(表4)。由計算結(jié)果看,坡地退耕使安塞縣園地、林地和草地生態(tài)服務(wù)價值增加了8 771.8萬元。若考慮因耕地面積減少而導(dǎo)致的耕地生態(tài)服務(wù)價值的減少等因素,則在1998-2006年期間,安塞縣生態(tài)服務(wù)價值凈增加7 100萬元,農(nóng)用地生態(tài)服務(wù)價值增幅達13.3%。

退耕還林還草政策對不同類型生態(tài)服務(wù)價值變化的影響是不一樣的,由表4可知,生態(tài)建設(shè)政策對安塞縣氣候調(diào)節(jié)的積極影響最大,其氣候調(diào)節(jié)功能增強了38.23%;其次是原材料供應(yīng)和土壤形成功能。退耕還林還草政策導(dǎo)致的不同類型生態(tài)服務(wù)價值的變化見表5。

2.3 不同類型坡耕地還林還草對生態(tài)服務(wù)變化的貢獻率

根據(jù)安塞縣不同坡地的退耕面積及其退耕去向,可計算不同類型坡耕地還林還草政策對區(qū)域生態(tài)服務(wù)價值變化的貢獻率,見表6。由表6可知,對區(qū)域生態(tài)服務(wù)價值增加值貢獻最大的是15°-25°的中坡耕地,達48.19%,這是由于該類耕地在安塞縣分布范圍廣,退耕面積最大。實際上,大于25°陡坡耕地在2002年即已經(jīng)基本退耕完畢,它們對安塞縣生態(tài)服務(wù)價值的貢獻率也高達27%。

3 討 論

3.1 坡耕地生態(tài)價值指數(shù)的修正及其對計算結(jié)果的影響

目前大多數(shù)關(guān)于生態(tài)服務(wù)價值的研究都是以Costanza等學(xué)者的工作或者以聯(lián)合國資助下的千年生態(tài)系統(tǒng)綜合評估(Millennium Ecosystem Assessment)所定義的4大類25小類生態(tài)服務(wù)功能類型作為重要參考的[7]。在以上文獻中,任何生態(tài)系統(tǒng)都具有生態(tài)服務(wù)功能,因此不同生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)價值都大于零,且將同一生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)價值視為一個常數(shù)。在大尺度尤其是全球尺度上估算生態(tài)系統(tǒng)的價值時,這樣處理不僅是合理的,也是必要的。但在中小尺度上,同一類型的生態(tài)系統(tǒng)由于其結(jié)構(gòu)不完全相同,其生態(tài)服務(wù)功能具有較大的差別,例如耕地對水土流失的影響,就與耕地坡度密切相關(guān)。在本文的研究中,對不同坡耕地的生態(tài)服務(wù)價值進行了修正,依據(jù)耕地坡度與水土流失相關(guān)關(guān)系對安塞縣耕地擾動調(diào)節(jié)、水分調(diào)節(jié)、水供應(yīng)和侵蝕控制的生態(tài)服務(wù)價值指數(shù)進行了修正,將坡耕地對生態(tài)具有破壞作用的生態(tài)服務(wù)類型的價值賦以一個負值,例如陡坡耕地對水土保持具有不利影響,因此將陡坡耕地的侵蝕控制價值修正為-42元/hm2·a等,這也正是本文與以往相關(guān)研究的不同之處。當(dāng)然,隨著人們對生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能認識的不斷深入,基于實驗技術(shù)的生態(tài)系統(tǒng)功能監(jiān)測與評估才是估算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的科學(xué)基礎(chǔ)。

表4 安塞縣退耕還林還草導(dǎo)致的生態(tài)服務(wù)價值的變化(萬元)Tab.4 The changes of ecosystem services values resulting from replacing agriculture with forestation policies in Ansai County

表5 安塞縣退耕還林還草導(dǎo)致的不同類型生態(tài)服務(wù)價值的變化(萬元)Tab.5 The changes of different kinds of ecosystem services values resulting from replacing agriculture with forestation policies in Ansai County

表6 1998-2006年間不同類型坡耕地還林還草對生態(tài)服務(wù)變化的貢獻率Tab.6 Contribution rates of different kinds of sloping cultivated land’s replacing agriculture with forestation policies on regional ecosystem service values from 1998 to 2006

3.2 坡耕地退耕對安塞縣主要生態(tài)服務(wù)功能的影響

安塞縣屬典型的黃土高原溝壑區(qū),長期以來,該區(qū)域粗放的農(nóng)業(yè)經(jīng)營方式使得該區(qū)域土地利用/覆被變化劇烈,區(qū)域生態(tài)環(huán)境問題尤其是水土流失嚴重。在實施生態(tài)建設(shè)措施以前,安塞縣生態(tài)服務(wù)功能持續(xù)下降。實施退耕還林還草的生態(tài)建設(shè)措施后,其氣候調(diào)節(jié)、原材料供應(yīng)、動物棲息地和土壤形成功能等均超過30%。其中氣候調(diào)節(jié)、動物棲息地和土壤形成功能增強的主要受益者已經(jīng)不僅僅是當(dāng)?shù)鼐用?而是更大范圍的利益相關(guān)者甚至是全社會。作為社會代表的政府成為最大的受益方,也就理所當(dāng)然地成為生態(tài)建設(shè)的最大投資主體,承擔(dān)了大部分生態(tài)效益的成本,以補貼的形式使得當(dāng)?shù)剞r(nóng)民實際收入上升。

4 結(jié) 論

1999年實施的生態(tài)退耕政策極大地改變了安塞的土地利用結(jié)構(gòu),突出表現(xiàn)為坡耕地面積的減少和林地、果園面積的增加。土地利用方式的改變,明顯地改善了安塞的生態(tài)條件,使區(qū)域的生態(tài)服務(wù)價值增加。根據(jù)估算,1998-2006年,由于土地利用結(jié)構(gòu)的調(diào)整,使區(qū)域生態(tài)服務(wù)價值提高了近12%,主要得益于坡地退耕和植樹造林面積的增加,其貢獻率接近于50%。(編輯:李 琪)

References)

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AbstractBy using the ecosystem service value as the indexof regional ecosystem service functions,the change of ecosystem service functions of Ansai Countyfrom 1998 to 2006 was analyzed.Based on the relationship of cultivated land’s gradient and soil/water loss in the hilly area of theLoess Plateau and villager survey results,the index of ecosystem service values of cultivated land’s disturbance regulation,water regulation,water supply,erosion control and food function was amended.Then the impacts of replacing agriculture with forestation policy on Ansai County’s regional ecosystem service values were analyzed.The results show that ecosystem restoration measures changed the ecosystem function deterioration trend in Ansai County.Ecosystem service functions increased 12%from 1998 to 2006.The contribution ratios of lowgradient cultivated land,middle-gradient cultivated land and high-gradient cultivated land were 25%,48%and 27%,respectively.This article argues that the observation and assessment technology based on experiments is the basis of ecosystem service value assessment.The biggest beneficiaries of eco-constructions are the stakeholders of bigger spatial areas and even the whole society.Different-level government units,as the representatives of the society,should be the main body for investing eco-constructions.

Key wordsecosystem services function;cropland-conversion;land use and land cover change;Ansai county

Impacts of Ecological Cropland-conversion on
Land Use and Ecosystem Service Functions in Ansai County

RAN Sheng-hong LV Chang-he WANG Qian
(Institute of Geographical Sciences and Natural Resources Research,CAS,Beijing 100101,China)

F062.2

A

1002-2104(2010)03-0111-06

10.3969/j.issn.1002-2104.2010.03.021

2009-10-26

冉圣宏,博士,副研究員,主要研究方向為土地利用變化及其環(huán)境效應(yīng)。通訊作者:呂昌河,博士,研究員,博導(dǎo),主要研究方向為土地利用變化系統(tǒng)。

＊該文受中國科學(xué)院知識創(chuàng)新工程重要方向項目“景觀格局與生態(tài)過程的尺度效應(yīng)及尺度轉(zhuǎn)換方法”(kzcx2-yw-421)和國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃“干旱區(qū)綠洲化、荒漠化過程及其對人類活動、氣候變化的響應(yīng)與調(diào)控”(2009CB421300)資助。