土地整治生態(tài)環(huán)境效應的作用機制

劉曉麗

(山東省土地綜合整治服務中心，山東 濟南 250014)

摘要：生態(tài)化土地整治是生態(tài)文明建設的必然要求，土地整治生態(tài)環(huán)境效應的作用機制是生態(tài)化土地整治理論的有益探索。土地整治生態(tài)環(huán)境效應作用機制，可以通過土地整治工程-土地自然要素/土地利用類型-土地景觀要素-土地生態(tài)服務功能的邏輯框架，解析土地整治生態(tài)環(huán)境效應作用機制。土地整治工程的實施，對土地整治區(qū)及其相關區(qū)域的氣候、地貌、水文、土壤、植被、動物等自然要素產(chǎn)生影響，引起土地利用類型及空間布局發(fā)生變化，改變區(qū)域景觀結構和格局，從而影響土地景觀生態(tài)系統(tǒng)服務功能。

0 引言

土地整治是對土地資源及其利用方式的再組織和再優(yōu)化過程，是一項復雜的系統(tǒng)工程[1]。從生態(tài)學的角度來看，土地整治作為一種人類干擾行為，它改變了區(qū)域土地利用/土地覆蓋方式，從而影響區(qū)域土地生態(tài)系統(tǒng)的類型、結構與功能，主要表現(xiàn)為景觀格局的變化、生物地球化學循環(huán)過程的變化及生物多樣性的喪失等[2]。當前，我國的土地整治已步入注重生態(tài)景觀理念的“山水林田湖草”生態(tài)化土地整治階段，需要運用“山水林田湖草系統(tǒng)治理”理念，采用系統(tǒng)論的觀點，對土地整治生態(tài)環(huán)境效應作用機制進行系統(tǒng)解析。

1 土地整治生態(tài)環(huán)境效應作用機制分析框架

在實踐中，根據(jù)整治對象，土地整治可分為農(nóng)用地整理、城鎮(zhèn)工礦建設用地整理、農(nóng)村建設用地整理、未利用土地開發(fā)、廢棄土地復墾等類型，并通過土地平整、灌溉與排水、田間道路，以及防護林與生態(tài)環(huán)境保持等工程組合，實現(xiàn)土地整治目標。在土地整治工程實施過程中，將對土地整治區(qū)及其背景區(qū)域的氣候、地貌、水文、土壤、植被、動物等自然要素產(chǎn)生影響，并促使土地利用類型及空間布局發(fā)生變化，從而引起整治區(qū)域景觀結構和格局的改變，最終影響土地生態(tài)系統(tǒng)服務功能[3]。因此，可以通過土地整治工程-土地自然要素/土地利用類型-土地景觀要素-土地生態(tài)服務功能的邏輯框架(圖1)，解析土地整治生態(tài)環(huán)境效應作用機制。

圖1 土地整治生態(tài)環(huán)境效應的作用機制分析框架

2 土地整治工程對自然要素的作用機制

土地是由氣候、地貌、水文、土壤、植被、生物以及人類活動組成的自然經(jīng)濟綜合體，各組成要素相互聯(lián)系、相互制約，形成有機統(tǒng)一的整體，其中任何要素發(fā)生變化，必然引起其余要素發(fā)生相應的變化。在土地整治過程中，通過實施土地平整、灌溉與排水、田間道路，以及防護林與生態(tài)環(huán)境保持等工程不同程度地改變著區(qū)域氣候、地貌、水文、土壤、植被、生物環(huán)境等土地構成要素，形成相互影響、相互制約的作用機制(表1)。

表1 土地整治工程對自然要素的作用機制

2.1 土地整治工程對氣候要素的影響

土地整治活動是一種微地貌的重建過程，其地表形態(tài)、植被覆蓋、水文結構、地表粗糙度、反射率等均發(fā)生改變，影響濕度、溫度以及風速等因素，進而引起局部小氣候的變化[4]。比如，將旱地改為水田，或將荒草地改為旱地，均加大區(qū)域的蒸發(fā)量，這種改變在降水豐沛的南方地區(qū)影響并不顯著，在某種程度上可以忽略不計[5]。又如，農(nóng)田防風林建設不僅可以降低風速，而且能涵養(yǎng)水分，改善農(nóng)田小氣候。

2.2 土地整治工程對地貌要素的影響

地貌是巖石圈表面的起伏狀態(tài)，是自然生態(tài)環(huán)境要素中的重要組成部分，也是土地構成要素之一。在土地整治中，土地平整工程改變區(qū)域地表形態(tài)，屬于微地貌改造。微地貌改造是對地表下墊面原有形態(tài)結構進行改造，從而影響或改變土壤性質、微生境、地表水蝕和降雨入滲等，從而達到改善立地條件、抑制水土流失、提高生態(tài)系統(tǒng)服務功能的目的[6]。

2.3 土地整治工程對水文要素的影響

水文是最為重要的自然生態(tài)環(huán)境因子之一。土壤、水文和植被決定著土地生態(tài)環(huán)境的整體質量，通過相互作用而構成穩(wěn)定的結構。土地整治中的土地平整工程、灌溉與排水工程、田間道路以及防護林工程建設，不僅會影響滲透、深滲透或表面徑流等水文過程，還可能影響地面徑流的產(chǎn)生過程，改變地表水系的網(wǎng)絡結構，影響水文及其生態(tài)過程。比如，坡地上地塊的方向會影響地表徑流的大小和沖刷過程發(fā)生；而通過“坡改梯”工程，可以減緩地表坡度，增加地表面積，有利于降水下滲，增加對地下水的補給，進而影響區(qū)域水文環(huán)境[7]。

2.4 土地整治工程對土壤要素的影響

土壤是自然生態(tài)環(huán)境中各種要素相互作用的產(chǎn)物，是結合有機界和無機界的紐帶，是聯(lián)系其他要素的關鍵環(huán)節(jié)。土地整治會對土壤性狀與養(yǎng)分循環(huán)產(chǎn)生重要影響，從而影響土壤侵蝕、土壤養(yǎng)分循環(huán)等相關生態(tài)過程。土地整治對土壤性狀的影響，可分為對土壤理化性狀的影響和對生物學特性的影響，前者主要是影響土壤通氣性、透水性、粘結力、可塑性等理化性質，后者主要是影響土壤微生物群落結構等生物學特性。適當或合理的土地平整可以使土壤通透性增強、有機質含量增加、肥力提高、植被覆蓋率增大等有益影響；過度或不當?shù)耐恋仄秸麆t可能導致土壤板結、有機質損失、通透性降低、蓄水蓄養(yǎng)能力減弱等不良后果[8]。

2.5 土地整治工程對植被要素的影響

植被是自然界中使有機界和無機界建立聯(lián)系的特殊產(chǎn)物之一，保證了自然生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展。土地整治中采取的一系列工程和生物措施會對地表的植被數(shù)量、質量產(chǎn)生影響。大規(guī)模的土地平整、田間道路和灌溉與排水工程，會直接破壞整治區(qū)地表植被及土壤中的植被種子，單一農(nóng)作物種植也會使土地整治區(qū)原生、次生自然植被和人工植被面積減少和退化[4-9]。在土地整治中，為增加耕地面積，將荒草地、零星的林地和園地開發(fā)為耕地，引起植被類型過度單一，使得土地生態(tài)系統(tǒng)功能的穩(wěn)定性趨弱，不利于維持系統(tǒng)平衡[10]。田間道路、灌排溝渠等線性工程會使許多連續(xù)的植被生境破碎化，并成為一些動物遷徙、植物孢粉運移的屏障[11]。

2.6 土地整治工程對動物要素的影響

動物是自然生態(tài)環(huán)境諸要素中對環(huán)境變化最敏感的要素，受其他自然生態(tài)環(huán)境要素的影響最為強烈。土地整治會不同程度改變地表形態(tài)、植被覆蓋、水文結構、土壤結構等，進而影響到動物的生存環(huán)境，而生境的改變可能對生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性帶來影響。比如，溝渠不僅提供生物覓食、筑巢、繁衍、棲息、避敵等生活空間，也可為鳥類和其他動物提供水源、食源和遷徙廊道，維持區(qū)域的食物鏈。但是，溝渠建設也會導致生境破碎化，使孤立的嵌塊體棲息地大量增加，在一定程度上阻礙農(nóng)田物種的擴散。

3 土地自然要素/土地利用類型變化對景觀要素的作用機制

通過實施不同類型的土地整治工程及其組合，使得區(qū)域土地構成要素發(fā)生相應改變，進而影響到耕地、林地、草地、田坎、道路、溝渠等土地利用類型及其空間組合的變化，從而對土地景觀要素和景觀格局產(chǎn)生影響。景觀格局是指大小和形狀各異的景觀元素在空間上的排列形式，可以采用“斑塊-廊道-基質”模式解釋。因此，通過調整地塊規(guī)模和形狀，布設排灌溝渠和田間道路，提高田塊規(guī)整度及連片程度，以及廊道的連通度，斑塊、廊道、基質的空間配置發(fā)生改變，景觀空間異質性和景觀格局多樣性發(fā)生變化(表2)[8-12]。

表2 土地自然要素/土地利用類型變化對景觀要素的作用機制

3.1 土地自然要素/土地利用類型變化對景觀斑塊要素的影響

斑塊是指與周圍環(huán)境(基底)在性質上或者外觀上不同的空間實體，表現(xiàn)為空間上的非連續(xù)性和斑塊內部的均質性。對于生物來說，斑塊有棲息、踏腳石、源和匯、屏障和通道等功能。土地整治引起土地自然要素/土地利用類型的變化，進而對斑塊數(shù)量、大小、形狀、密度以及邊界特征等產(chǎn)生影響，并影響著農(nóng)田生產(chǎn)效率、生態(tài)涵養(yǎng)功能、景觀和物種多樣性。

一般情況下，通過平整土地、歸并田塊、完善灌排設施和道路系統(tǒng)，會使斑塊數(shù)量減少，密度和邊界復雜度降低，斑形狀趨于規(guī)整；而對大斑塊進行分割，斑塊面積減小，數(shù)量和密度增加，形狀趨于簡單，破碎化程度增大[13]。

3.2 土地自然要素/土地利用類型變化對景觀廊道要素的影響

廊道是具有通道和屏障功能的線狀或帶狀景觀要素，是異于兩側基質的狹長地帶。廊道的數(shù)量、構成、寬度、質量及連續(xù)性決定了斑塊之間物質與能量流的運送效率、野生動物遷移效率等[14]。廊道類型、數(shù)量、長度、寬度、密度及連續(xù)性等的變化，影響區(qū)域的景觀格局。

在土地整治中，廊道主要指田間道路、排灌溝渠、防護林以及田坎、樹籬等，它們交互連接形成廊道網(wǎng)絡。破壞樹籬、填埋溝溪、減少田坎，會使廊道的數(shù)量、面積減少，空間分布特征改變[8]。完善田間灌排渠系和生態(tài)防護林網(wǎng)體系，增加廊道長度及密度，可以提高廊道連通度和封閉廊道網(wǎng)絡的環(huán)通度。另外，廊道作為斑塊邊界，同時也增加其隔離作用[13]。

3.3 土地自然要素/土地利用類型變化對基質要素的影響

基質是景觀中相對面積最大、連通性最好、動態(tài)控制性最強的景觀要素類型[15]?；|對斑塊等景觀要素內及景觀要素之間的物質能量流動、生物遷移覓食等生態(tài)學過程有明顯的控制作用，因而作為背景的基質對生物多樣性保護起關鍵作用。比如，以荒草地等未利用地為基質的景觀類型轉化為以耕地或林地為基質的景觀類型，主要景觀組分構成比例發(fā)生變化，進而景觀格局發(fā)生改變。

3.4 土地自然要素/土地利用類型變化對景觀多樣性的影響

景觀多樣性分為斑塊多樣性、景觀類型多樣性和格局多樣性，是景觀水平上生物多樣性的表征，是立地條件不同而形成不同的生態(tài)系統(tǒng)以及干擾的結果[16-17]。景觀格局多樣性是景觀水平上生物多樣性重要表征之一。

在農(nóng)用地整理中，通過調整田塊，優(yōu)化田間道路、排灌溝渠的空間布局，原有散亂的空間鑲嵌格局趨于規(guī)整，其他景觀類型(如小樹林、小坑塘、小片未利用地等)轉化為耕地，耕地基質的連通性加強。但在半人工化的耕地生態(tài)系統(tǒng)中，農(nóng)作物種類單一，景觀的異質程度大幅度下降，地方性植物和動物種群數(shù)量減少，生物的適應能力下降[18-19]。

4 土地景觀變化對生態(tài)服務功能的作用機制

土地景觀生態(tài)格局的改變影響著區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務功能。生態(tài)系統(tǒng)服務是指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)過程所形成及所維持的人類賴以生存的生物資源和自然環(huán)境條件及其效用[20]，可分為供給服務、調節(jié)服務、支持服務和文化服務。比如，改變景觀植被類型及覆被狀況，可提升農(nóng)產(chǎn)品等供給能力；改變斑塊形狀、調整廊道布局等，可提高局域氣候、水文等調節(jié)功能；改善地表與地下徑流的循環(huán)，可提高生態(tài)系統(tǒng)的支持功能；改變斑塊規(guī)整度、連通度，降低破碎度，可提高景觀的文化功能(表3)。

表3 土地景觀變化對生態(tài)服務功能的作用機制

4.1 土地景觀變化對供給服務的影響

土地景觀生態(tài)系統(tǒng)的供給服務主要有食物生產(chǎn)、原料生產(chǎn)、水資源供給等，為人類不斷提供食物及其他生產(chǎn)生活原料。比如，農(nóng)田景觀植被組成的單一化趨勢，使得原生、次生自然植被和人工植被面積減少和退化，同時單一農(nóng)作物環(huán)境適應力差，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性弱，不利于維持系統(tǒng)平衡，影響食物生產(chǎn)供給能力。因此，保留農(nóng)田景觀中的小樹林、小片荒草地、小水塘等，可以增加農(nóng)田景觀異質性，提高農(nóng)田系統(tǒng)穩(wěn)定性及供給服務能力。

4.2 土地景觀變化對調節(jié)服務的影響

土地景觀生態(tài)系統(tǒng)的調節(jié)服務主要有氣體調節(jié)、氣候調節(jié)、凈化環(huán)境、水文調節(jié)等。土地植被景觀類型、面積的變化，影響主要植被結構控制環(huán)境變化的反應能力，對局域氣候產(chǎn)生影響。農(nóng)田防護林景觀在改善農(nóng)田小氣候、凈化環(huán)境等方面發(fā)揮著重要作用。研究顯示，在有效防護范圍內，近地表的風速可降低30%～50%，土壤蒸發(fā)量可減少20%～30%，相對濕度可提高15%～25%[21]。灌排溝渠、田間道路等線狀景觀會改變地表水系格局，導致水遷移路徑變化，影響水文循環(huán)[22]，進而影響土地景觀生態(tài)系統(tǒng)的調節(jié)服務能力。

4.3 土地景觀變化對支持服務的影響

土地景觀生態(tài)系統(tǒng)的支持服務主要有土壤保持、維持養(yǎng)分循環(huán)、生物多樣性等。合理、適度的土地平整可以使土壤的通透性增強、有機質含量增加、肥力提高；完善的水利設施能有效防止土壤的鹽堿化[8]。微地形改造能創(chuàng)造厭氧和需氧環(huán)境下不同的土壤氮固定與轉化機制，進而加速氮循環(huán)過程[6]。農(nóng)田防護林、灌排溝渠等線狀景觀是連接不同景觀單元的重要紐帶，在提高生物物種多樣性，以及生物擴散和遷移中發(fā)揮著特殊的作用，也可為鳥類和其他動物提供水源、食源和遷徙廊道，維持區(qū)域的食物鏈，維護和支持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

4.4 土地景觀變化對文化服務的影響

土地景觀生態(tài)系統(tǒng)的文化服務主要有休閑娛樂、文化遺產(chǎn)、景觀美學等。通過不同景觀要素組合(大小、形態(tài)及其空間配置)，形成多樣化的景觀格局變化，提高景觀美學價值，為人們提供休閑、憩息場所。農(nóng)田景觀通過地形的起伏、植物四季色彩變化和田塊幾何形狀的改變，形成色彩斑斕、富有韻律感的農(nóng)田景觀，具有良好的景觀美學價值，供人們體驗、觀賞[23-24]。不當?shù)耐恋乩梅绞?，健康的生態(tài)系統(tǒng)受到損害，自然生態(tài)之美也將受到影響，從而影響人們的休閑、觀賞、娛樂。

5 結語

土地整治是一種對土地生態(tài)系統(tǒng)性的干擾，引起土地生態(tài)系統(tǒng)變化和響應，造成土地景觀格局發(fā)生變化，進而影響土地生態(tài)系統(tǒng)服務功能。土地整治對土地生態(tài)系統(tǒng)性的干擾是復雜的，農(nóng)用地整理、農(nóng)村建設用地整理、土地復墾和未利用土地開發(fā)，以及退化土地的生態(tài)修復，其具體作用機制會有所差異，但一般作用機制路徑仍然是：土地整治工程-土地自然要素/土地利用類型-土地景觀要素-土地生態(tài)服務功能。生態(tài)化土地整治是生態(tài)文明建設的必然要求，土地整治生態(tài)環(huán)境效應的作用機制是生態(tài)化土地整治理論的有益探索，對形成生態(tài)化土地整治理論具有借鑒意義。