李學東,劉云慧,李鵬山,伍盤龍,宇振榮,5,*

1 山東建筑大學建筑城規(guī)學院,濟南 250101 2 中國農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院,北京 100193 3 成都市土地整治和生態(tài)修復(fù)中心,成都 100036 4 內(nèi)蒙古大學生態(tài)與環(huán)境學院,呼和浩特 010021 5 國土資源部農(nóng)用地質(zhì)量與監(jiān)控重點實驗室,北京 100035

我國是世界上生態(tài)脆弱區(qū)分布面積最大、類型最多、脆弱性表現(xiàn)最明顯的國家之一[1—3]。根據(jù)《全國主體功能區(qū)規(guī)劃》,我國極度脆弱區(qū)域占9.7%,重度脆弱區(qū)域占19.8%,中度脆弱區(qū)域占25.5%,中度以上生態(tài)脆弱區(qū)域占全國陸地國土空間的55%[4]。我國的生態(tài)脆弱區(qū)大多位于農(nóng)牧、林牧、農(nóng)林等復(fù)合交錯帶,通常具有系統(tǒng)抗干擾能力弱、時空波動性強、邊緣效應(yīng)顯著等多種特征；而生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差,對環(huán)境變化反應(yīng)敏感,容易受到外界的干擾而發(fā)生退化是生態(tài)脆弱區(qū)的主要特征[5]。

我國的生態(tài)脆弱區(qū)通常也是經(jīng)濟相對落后,人民生活貧困的地區(qū)[6—8]。該類地區(qū)農(nóng)村居民點規(guī)模小、分布分散,生態(tài)環(huán)境監(jiān)管薄弱；農(nóng)村居民點作為生態(tài)脆弱區(qū)中主要人類活動區(qū),成為導致生態(tài)脆弱區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降的重要干擾源。農(nóng)村居民點整治是推進農(nóng)村居民點布局優(yōu)化的重要手段,在解決我國農(nóng)村居民點規(guī)模小、分布分散問題中發(fā)揮著重要作用[9—11]。開展生態(tài)脆弱區(qū)農(nóng)村居民點整治效益評估,對于完善生態(tài)脆弱區(qū)生態(tài)環(huán)境保護政策,優(yōu)化農(nóng)村居民點整治模式具有積極推動作用。

農(nóng)村居民點整治效益可分為經(jīng)濟效益、社會效益、生態(tài)效益3個方面。Fang等以吉林省長春市A、B村為例,對“按需分配”與“按房產(chǎn)分配”兩種宅基地交換公寓模式的經(jīng)濟/社會效益進行了研究,結(jié)果表明：采用“按房產(chǎn)分配”比“按需分配”模式取得了更好的社會/經(jīng)濟效益[12]。Lo等對陜西省與山西省30個扶貧安置點調(diào)查結(jié)果表明：長距離安置的經(jīng)濟收益優(yōu)于短途安置,但農(nóng)民面臨更高的非農(nóng)就業(yè)挑戰(zhàn)[13]。孫琦以山東省肥城市陶陽村、澗北村和張店村為例,對原地整治、異地搬遷、中心村合并3種模式的經(jīng)濟效益進行了研究,結(jié)果表明：原地整治模式對農(nóng)民生產(chǎn)基本沒有影響、異地搬遷模式產(chǎn)生了一定的負面影響、中心村合并模式對農(nóng)民生產(chǎn)既有正面影響又有負面影響[14]。竇敬麗,張軍連等對北京市順義區(qū)郎中村與福建省泉州市玉美村農(nóng)村居民點整治生態(tài)效益評估結(jié)果表明：農(nóng)村居民點整治可產(chǎn)生明顯的生態(tài)效益,其價值主要受農(nóng)民的收入水平、文化程度、對農(nóng)村居民點整治的支持意愿等因素的影響[15]。李雙成對貴州省異地扶貧搬遷項目的經(jīng)濟/社會/生態(tài)綜合效益研究結(jié)果表明：異地扶貧搬遷實現(xiàn)了發(fā)展與生態(tài)的雙贏,村民搬遷后經(jīng)濟收入增加,并且村民搬遷后原有土地開展生態(tài)退耕,為“山水林田湖草”生命共同體修復(fù)提供了土地資源保障[16]。李倩則對南鄭縣高臺鎮(zhèn)12個村農(nóng)村居民點整治的綜合效益進行了評估,結(jié)果表明：農(nóng)民人均收入、新增耕地面積、新增建設(shè)用地指標等多項效益為正向變動,平均耕作半徑、景觀多樣性與均勻度等呈負向變化[17]。

當前農(nóng)村居民點整治效益研究多關(guān)注局域尺度農(nóng)村居民點整治的經(jīng)濟/社會/生態(tài)效益,較少關(guān)注區(qū)域尺度農(nóng)村居民點布局優(yōu)化對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響,而關(guān)于生態(tài)脆弱區(qū)農(nóng)村居民點布局優(yōu)化所產(chǎn)生的生態(tài)效益的研究則更少。根據(jù)生態(tài)環(huán)境部印發(fā)的《全國生態(tài)脆弱區(qū)保護規(guī)劃綱要》,四川省西昌市位于我國西南山地農(nóng)牧交錯生態(tài)脆弱區(qū),該地區(qū)地形起伏大、水熱條件垂直變化明顯,土壤瘠薄、植被稀疏,受人為活動的強烈影響,區(qū)域生態(tài)退化明顯[5]。2017年,作者應(yīng)西昌市政府要求,制定了西昌市農(nóng)村居民點布局優(yōu)化方案,并針對西昌市面臨的植被退化、水土流失、面源污染等生態(tài)環(huán)境問題,利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和交易綜合評估模型InVEST(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade-offs)模型中的生境質(zhì)量評估模塊、沉積物持留率分析模塊、養(yǎng)分輸出率分析模塊評估了西昌市農(nóng)村居民點布局優(yōu)化對區(qū)域生境質(zhì)量、土壤輸出量與氮(N)、磷(P)輸出量的影響。InVEST模型由美國斯坦福大學、大自然保護協(xié)會與世界自然基金會聯(lián)合開發(fā),當前廣泛應(yīng)用于區(qū)域尺度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估之中[18—20]。

1 研究區(qū)域簡介與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域簡介

西昌市位于四川省西南部,幅員面積約2655 km2；中部為沿斷裂線發(fā)育的安寧河谷,由北向南貫穿全境,約占市域總面積的20%；兩側(cè)分布著磨盤山、牦牛山、螺髻山、瀘山等山脈,約占市域總面積的80%(圖1)。西昌市位于我國西南山地農(nóng)牧交錯生態(tài)脆弱區(qū),當前面臨著植被破壞、水土流失、山洪與泥石流災(zāi)害頻發(fā)、水體富營養(yǎng)化等多種生態(tài)環(huán)境問題。

圖1 西昌市位置與地形圖Fig.1 Location and topographic map of Xichang City

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究所采用的數(shù)據(jù)庫為西昌市國土資源局提供的西昌市2015年土地利用變更數(shù)據(jù)庫,土地利用分類與全國第二次土地調(diào)查土地分類一致,坐標系采用西安80坐標系,并通過了矢量數(shù)據(jù)的拓撲檢查；高程數(shù)據(jù)精度為10 m×10 m。本研究所采用的生境質(zhì)量評估模型中的干擾源信息表、不同類型生境對不同干擾源敏感性信息表,沉積物持留率評估模型中的降雨侵蝕性因子、土壤侵蝕性因子數(shù)據(jù),養(yǎng)分輸出率評估模型中的不同土地利用類型N/P負荷、不同土地利用類型N/P持留率、不同土地類型達到最大養(yǎng)分持留率的路徑長度等相關(guān)數(shù)據(jù)均通過查閱相關(guān)文獻獲得。

2 西昌市農(nóng)村居民點布局優(yōu)化方案

前期研究表明：西昌市微型(0.1 hm2以下)與小型(0.1—1 hm2)農(nóng)村居民點斑塊數(shù)量占到總斑塊數(shù)量的94.8%,占總面積的71.1%；農(nóng)村居民點破碎化程度高成為導致西昌市生活、生產(chǎn)、生態(tài)三類空間質(zhì)量下降的重要因素[21]。本研究根據(jù)前期研究結(jié)果,結(jié)合西昌市面臨的多種生態(tài)環(huán)境問題,制定了以農(nóng)村居民點布局優(yōu)化為核心的土地利用調(diào)整方案,即通過中心村建設(shè)來引導農(nóng)民集中居住,減少農(nóng)民生產(chǎn)生活對生態(tài)環(huán)境的影響。其中,高山陡坡區(qū)為西昌市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與生態(tài)敏感性雙高的區(qū)域,農(nóng)村居民點與農(nóng)田逐漸向低山緩坡區(qū)與河谷平原區(qū)轉(zhuǎn)移,騰退土地開展植被恢復(fù)。低山緩坡區(qū)為西昌市“林田沖突”與“林居沖突”最嚴重區(qū)域,現(xiàn)狀居民點可逐漸向大于0.5 hm2,且交通便捷的農(nóng)村居民點集中,騰退土地恢復(fù)為林地。河谷平原區(qū)為西昌市耕地數(shù)量-質(zhì)量最高的區(qū)域,現(xiàn)狀居民點可逐漸向大于3 hm2,且基礎(chǔ)設(shè)施完善的農(nóng)村居民點集中,騰退土地復(fù)墾為耕地[21]。根據(jù)西昌市農(nóng)村居民點方案,西昌市三類空間面積比例變化如表1與圖2所示。其中,生活空間面積占比由原來的4.0%,下降到2.2%；生產(chǎn)空間面積占比由原來的25.6%,下降到25.3%；生態(tài)空間面積占比由原來的70.4%,增長到72.4%。

圖2 西昌市農(nóng)村居民點布局優(yōu)化前后生活-生產(chǎn)-生態(tài)空間面積變化Fig.2 Changes in the areas of life-production-ecological space after layout optimization of rural settlements in the Xichang City

表1 西昌市農(nóng)村居民點布局優(yōu)化前后生活-生產(chǎn)-生態(tài)空間面積比例變化

3 研究方法

3.1 生境質(zhì)量評估方法

(1)InVEST生境質(zhì)量評估模塊簡介

生境是指生物賴以生存的外部環(huán)境,生境質(zhì)量是指生境對于生物生存的適宜程度。InVEST生境質(zhì)量評估模塊可以結(jié)合研究區(qū)域土地利用狀況及導致生境質(zhì)量下降的干擾源信息生成研究區(qū)域生境質(zhì)量分布圖。該模塊以研究區(qū)域土地利用圖作為分析該區(qū)域生境質(zhì)量的數(shù)據(jù)基礎(chǔ),土地利用信息以柵格數(shù)據(jù)形式存儲,每個柵格代表一種土地利用類型。使用者根據(jù)研究的物種的不同確定哪些土地利用類型可以作為生境,并對不同土地利用類型進行賦值,最適宜的生境賦值為1,非生境賦值為0[22]。

該模塊同樣以柵格數(shù)據(jù)的形式存儲干擾源信息,以及不同生境對不同干擾源的敏感程度。某種干擾源對某種生境的相對威脅程度可以采用0—1之間的數(shù)值進行表示,1代表威脅程度最高,0代表威脅程度最低,某一干擾源對同種生境的干擾程度隨距離的增加而降低。InVEST生境質(zhì)量評估模塊提供了線性函數(shù)(公式1)與指數(shù)函數(shù)(公式2)兩種方法來描述某種干擾源的威脅在空間上隨距離的衰減情況[23]。

(1)

(2)

式中,irxy為干擾源r(用柵格x表示)對某種生境(用柵格y表示)質(zhì)量的影響；dxy是柵格x與y之間的線性距離；drmax是干擾源r的最大威脅距離[24]。

(2)數(shù)據(jù)來源與參數(shù)設(shè)置

利用InVEST生境質(zhì)量評估模塊,開展西昌市農(nóng)村居民點布局優(yōu)化前后生境質(zhì)量評估,需要輸入的主要數(shù)據(jù)和參數(shù)包括：西昌市農(nóng)村居民點布局優(yōu)化前后土地利用圖、西昌市干擾源信息表、西昌市不同生境類型對不同干擾源敏感性信息表等,各類數(shù)據(jù)的來源、格式與精度如表2與表3所示。

表2 西昌市生境質(zhì)量評估模型的數(shù)據(jù)來源與參數(shù)設(shè)置

表3 西昌市生境質(zhì)量評估模型干擾源信息表

3.2 水土流失狀況評估方法

(1)InVEST模型中沉積物持留率分析模塊簡介

某區(qū)域水土流失狀況主要受降雨強度、土壤特性、地形地貌、植被覆蓋度等自然因素,以及毀林開荒、農(nóng)作物種植等人為因素影響。InVEST沉積物持留率分析模塊分為3個子模塊,可綜合多種自然與人文因素來模擬陸地上各類沉積物的產(chǎn)生、流動與匯集過程來評估不同土地利用方式下水土流失情況[27—29]。

模塊一：土壤流失量計算。采用土壤流失方程來計算每個柵格每年的土壤流失狀況(公式3)。

uslei=Ri×Ki×LSi×Ci×Pi

(3)

式中,uslei為柵格i的年土壤流失量,單位為thm-2a-1；Ri為降雨侵蝕性因子,單位為MJmmhm-2h-1a;Ki為土壤易侵蝕程度,單位為thm2hrMJ-1hm-2mm-1；LSi為坡長梯度因子,Ci為植被覆蓋與管理因子,Pi為水土保持措施因子。

模塊二：土壤持留量計算。該模塊通過計算每個柵格的連通性指數(shù)(IC)來推算土壤持留率,計算方法如公式4—6所示。連通性指數(shù)描述了沉積物的源和匯之間的水文聯(lián)系,IC值越高,源頭的土壤侵蝕越有可能流入?yún)R中。某柵格的IC值與其上游匯水區(qū)屬性(Dup)和下游匯流路徑屬性(Ddn)有關(guān),如果該柵格上游區(qū)域面積大、坡度緩、植被覆蓋度高,則Dup值較低,沉積物進入河流的可能性較低。同樣,如果該柵格與下游水體間的匯流路徑長、坡度緩、植被覆蓋度高,則Ddn較低。

(4)

(5)

(6)

模塊三：土壤輸出量計算。柵格i的土壤輸出量和流域出口處總土壤輸出量根據(jù)公式7—8計算。

Ei=uslei×SDRi

(7)

E=∑iEi

(8)

式中,Ei為柵格i的土壤輸出量,為該柵格中每年實際進入水體的土壤總量,單位為 thm-2a-1；E為流域內(nèi)總的土壤輸出量,單位為 thm-2a-1。

(2)數(shù)據(jù)來源與參數(shù)設(shè)置

利用InVEST模型中的沉積物持留率分析模塊開展西昌市農(nóng)村居民點布局優(yōu)化前后土壤流失量評估,需要輸入的主要數(shù)據(jù)和參數(shù)包括：西昌市數(shù)字高程模型、農(nóng)村居民點布局優(yōu)化前后土地利用圖、流域劃分圖、降雨侵蝕性因子分布圖、土壤侵蝕性因子分布圖等,各類數(shù)據(jù)與參數(shù)如表4所示。

表4 西昌市沉積物持留率評估模型的數(shù)據(jù)來源與參數(shù)設(shè)置

圖3 西昌市土壤質(zhì)地、有機物含量、降雨侵蝕因子與土壤易侵蝕性因子分布圖Fig.3 Distribution map of soil texture, organic matter content, rainfall erosivity and soil erodibility in Xichang City

3.3 水體污染負荷評估方法

(1)InVEST養(yǎng)分輸出率分析模塊簡介

該模塊根據(jù)物質(zhì)守恒定律,描述了N、P等營養(yǎng)物質(zhì)在空間中的運動,共分為4個子模塊。與更復(fù)雜的養(yǎng)分模型不同,該模型通過經(jīng)驗關(guān)系反應(yīng)養(yǎng)分在空間上的長期-穩(wěn)定流動,忽略了養(yǎng)分循環(huán)細節(jié)[31—34]。

modified.loadxi=loadxi×RPIxi

(9)

RPIi=RPi/RPav

(10)

式中,RPIi為柵格i的產(chǎn)流系數(shù),RPi為柵格i的降雨量,RPav為流域內(nèi)年平均降雨量。每個柵格的營養(yǎng)負荷可以分為沉積物約束部分和溶解于水中部分,前者代表通過地表或淺層地下徑流輸送的養(yǎng)分,后者代表通過地下流輸送的養(yǎng)分。

模塊二：地表養(yǎng)分持留率計算。InVEST模型中養(yǎng)分輸出率分析模塊利用養(yǎng)分輸出率來反映上游柵格到下游柵格的養(yǎng)分輸出量。其中地表流養(yǎng)分輸出率計算方法如公式11—12所示。

(11)

(12)

式中,IC0和k是校準參數(shù),ICi是地形指數(shù),NDR0,i是下游柵格未持留的養(yǎng)分比例。該模塊將沿著水體流動路徑,根據(jù)每種土地利用類型之間的總距離,計算每個柵格對養(yǎng)分的持留量。來自同一土地利用/覆蓋類型的每個柵格將為總持留率貢獻較小的值,直到達到給定土地利用類型的最大養(yǎng)分持留率為止。

模塊三：地下養(yǎng)分持留率計算。NDR模型中地下養(yǎng)分持留率采用公式13計算：

(13)

式中,effsubs為地下流最大養(yǎng)分持留率,無量綱；lsubs為地下流達到最大養(yǎng)分持留率的最大匯流路徑距離(m),li為柵格i到溪流的匯流路徑長度(m)。

模塊四：流域養(yǎng)分輸出量計算。柵格i的養(yǎng)分輸出量和流域出口總養(yǎng)分輸出量按公式14—15計算：

“路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索?！弊鳛槭姓こ谈苯?jīng)理兼總工程師的他總能身先士卒，沖在市政工程項目的最前列，面對困難，廢寢忘食變成了他的常態(tài)，直到解決團隊所面臨的難題，才肯休息。這樣的工作方式，讓他早早地彎了腰，少了發(fā)。沒有人不在乎自己的外貌，但是這個黝黑的漢子卻依然奮斗在工程的第一線。

xexpi=loadsurf,i×NDRsurf,i+loadsubs,i×NDRsubs,i

(14)

(15)

式中,xexpi為柵格i的養(yǎng)分輸出量,loadsurf,i為柵格i的地表年平均營養(yǎng)負荷,NDRsurf,i為柵格i的地表養(yǎng)分輸出率,loadsubs,i為柵格i的地下年平均營養(yǎng)負荷,NDRsubs,i為柵格i的地下養(yǎng)分輸出率,xexptot為流域總養(yǎng)分輸出量。

(2)數(shù)據(jù)來源與模型參數(shù)設(shè)置

利用InVEST模型中的養(yǎng)分輸出率分析模塊開展西昌市農(nóng)村居民點布局優(yōu)化前后水體污染負荷評估需要輸入的主要數(shù)據(jù)和參數(shù)包括：西昌市數(shù)字高程模型(DEM)、農(nóng)村居民點布局優(yōu)化前后土地利用圖、西昌市流域劃分圖、西昌市年降雨量分布圖、不同土地利用類型N/P負荷、不同土地利用類型N/P持留率等,各類數(shù)據(jù)與參數(shù)的數(shù)據(jù)來源、格式與精度如表5所示。

表5 西昌市水體污染負荷評估模型的數(shù)據(jù)來源與參數(shù)設(shè)置

4 研究結(jié)果

4.1 生境質(zhì)量評估結(jié)果

農(nóng)村居民點布局優(yōu)化前,西昌市生境質(zhì)量平均得分為0.58分,生境質(zhì)量較高的區(qū)域主要位于高山陡坡區(qū),生境質(zhì)量較差的區(qū)域主要位于低山緩坡區(qū)與河谷平原區(qū)(圖4)。農(nóng)村居民點布局優(yōu)化后,西昌市低山緩坡區(qū)和河谷平原區(qū)生境質(zhì)量得到大幅提升,高山陡坡區(qū)生境質(zhì)量也有所改善,西昌市生境質(zhì)量平均得分變?yōu)?.71分,較農(nóng)村居民點布局優(yōu)化前提高了22.4%。所以,西昌市農(nóng)村居民點布局優(yōu)化方案中通過推進小型與微型農(nóng)村居民點向大中型農(nóng)村居民點的集聚,以及開展退耕還林、增加農(nóng)田半自然生境等各類措施,可以有效的減少農(nóng)民的生產(chǎn)生活對生態(tài)環(huán)境的干擾,提高生境質(zhì)量。

4.2 水土流失狀況評估結(jié)果

西昌市磨盤山、牦牛山、螺髻山的溝谷地帶是最易發(fā)生水土流失的區(qū)域。該區(qū)域距離水體匯流路徑較近,并且匯流路徑兩側(cè)分布有大量的小微型居民點與坡耕地,農(nóng)民的生產(chǎn)生活易導致植被破壞與土壤擾動,引發(fā)水土流失(圖4)。農(nóng)村居民點布局優(yōu)化前西昌市總的土壤侵蝕量為9795.2×104t/a,土壤流入水體量為698.6×104t/a；農(nóng)村居民點布局優(yōu)化后西昌市總的土壤侵蝕量為9522.2×104t/a,土壤流入水體量為666.2×104t/a。農(nóng)村居民點布局優(yōu)化后土壤侵蝕量下降了2.8%,土壤流入水體量下降4.6%。

4.3 水體污染負荷評估結(jié)果

西昌市安寧河谷兩側(cè)的山谷地帶地勢較陡、坡耕地數(shù)量多、農(nóng)村居民點破碎化程度高,為西昌市單位面積N、P輸出量最高的區(qū)域。安寧河谷平原區(qū)為西昌市N、P輸出總量最高的區(qū)域,但該區(qū)域地勢相對平緩,單位面積N、P輸出量相對較少(圖4)。農(nóng)村居民點布局優(yōu)化前西昌市N、P負荷為934.2、209.4 t/a,流入水體的N、P負荷為199.6、57.5 t/a。農(nóng)村居民點布局優(yōu)化后流域內(nèi)N、P負荷為894.3、197.3 t/a,流入水體的N、P負荷為173.5、52.8 t/a。農(nóng)村居民點布局優(yōu)化后相較于農(nóng)村居民點布局優(yōu)化前N、P總負荷分別下降4.3%與5.8%,流入水體中的N、P負荷分別下降13.1%與8.2%。

圖4 西昌市農(nóng)村居民點布局優(yōu)化前后生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評價結(jié)果Fig.4 Evaluation results of ecosystem service functions before and after the layout optimization of rural settlements in Xichang City

5 討論

5.1西昌市農(nóng)村居民點布局優(yōu)化對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能影響機制

世界是普遍聯(lián)系的統(tǒng)一整體,任何問題的出現(xiàn)通常不是單一因素引起的,而是系統(tǒng)內(nèi)部多種要素共同變化的結(jié)果。本研究對西昌市農(nóng)村居民點與農(nóng)田破碎化過程、植被破壞過程、山洪與泥石流災(zāi)害發(fā)生過程、水體污染過程等多種景觀過程進行了綜合分析,研究結(jié)果表明：農(nóng)村居民點破碎化是導致西昌市農(nóng)田破碎化、植被退化、山洪與泥沙流災(zāi)害頻發(fā)、水土流失、水體污染、景觀視覺質(zhì)量下降等多種問題的關(guān)鍵因素(圖5)。農(nóng)村居民點布局優(yōu)化對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響體現(xiàn)在以下三個方面。

圖5 西昌市景觀綜合過程分析Fig.5 Integrated landscape process in Xichang City

(1)農(nóng)村居民點數(shù)量與面積的減少,降低了森林火災(zāi)、土地開墾等植被破壞事件發(fā)生的概率。

實地調(diào)查發(fā)現(xiàn),森林火災(zāi)是導致西昌市植被退化的關(guān)鍵因素,而火災(zāi)成因多為燒荒開荒、燒牧場、烘烤食物、吸煙、烤火、小孩玩火等人為因素。例如,2019年2月12日,西昌市黃水鄉(xiāng)鹿鶴村六組發(fā)生森林火災(zāi),過火面積17 hm2,火災(zāi)起因是黃水鄉(xiāng)鹿鶴村6組村民用打火機焚燒雜草引發(fā)(圖6)。農(nóng)民毀林開荒、毀林建房也是導致西昌市植被退化的重要人為因素。西昌市“林田爭地”與“林居爭地”現(xiàn)象普遍,而農(nóng)村居民的破碎化使得生態(tài)管護難度與成本增加,森林防火和植被保護難度增大(圖7)。

植被破壞進一步導致生境質(zhì)量的下降與生物多樣性的喪失,加上西昌市具有“山高坡陡,降雨集中”的地貌與氣候特征,使得西昌水土流失嚴重,山洪與泥石流災(zāi)害頻發(fā)。農(nóng)村居民點布局優(yōu)化后農(nóng)村居民點數(shù)量下降,小型與微型居民點對生境的干擾減少,降低了森林火災(zāi)、土地開墾等植被破壞事件發(fā)生的概率；所以,生境質(zhì)量評分提高了22.4%。另外,農(nóng)村居民點布局優(yōu)化后林地面積的增加,耕地與農(nóng)村居民點面積的減少導致土壤侵蝕量下降,而徑流匯流路徑兩側(cè)退耕還林與退居還林使得土壤流入水體量進一步減少；所以,農(nóng)村居民點布局優(yōu)化后西昌市土壤侵蝕量下降了2.8%,土壤流入水體量下降4.6%。

圖6 2019年2月12日西昌市黃水鄉(xiāng)森林火災(zāi)(圖片來源：涼山州電視新聞網(wǎng))Fig.6 Forest fire in Huangshui Township on February 12, 2019 (Photo source: Liangshan TV and News Network)

圖7 西昌市“林田爭地”與“林居爭地”現(xiàn)象Fig.7 Forest land occupied by farmland and rural settlements in Xichang City

(2)農(nóng)村居民點數(shù)量與面積的減少,降低了垃圾回收成本與污水處理成本,N、P輸出量下降。

西昌市小型與微型農(nóng)村居民點數(shù)量多、分布廣,導致農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本高,環(huán)衛(wèi)設(shè)施與污水處理設(shè)施覆蓋率低,農(nóng)村垃圾回收成本高,生活污水處理率低,水體面源與點源污染嚴重。農(nóng)村居民點布局優(yōu)化后,小型與微型農(nóng)村居民點數(shù)量與農(nóng)村居民點總面積下降,將使有限的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)資金實現(xiàn)更高的環(huán)衛(wèi)設(shè)施與污水處理設(shè)施覆蓋率。所以,農(nóng)村居民點布局優(yōu)化后西昌市N、P總負荷分別下降4.3%與5.8%,流入水體中的N、P負荷分別下降13.1%與8.2%。

(3)農(nóng)村居民點數(shù)量與面積的減少,降低了農(nóng)田破碎化程度,有助于鄉(xiāng)村景觀風貌的提升。

農(nóng)村居民點破碎化增加了農(nóng)田孔隙度與農(nóng)田道路密度,成為導致西昌市農(nóng)田破碎化的主要因素之一。農(nóng)田破碎化進一步導致西昌市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械化與專業(yè)化水平低,加上西昌市人均居民點面積大,農(nóng)田面積占比小,成為制約西昌市農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素。另外,農(nóng)村居民點破碎化使得西昌市開闊田園景觀區(qū)減少,致使鄉(xiāng)村景觀風貌受損；二是農(nóng)村居民點破碎化使得村莊規(guī)劃與管理成本增加,村莊形式及色彩多樣,視覺效果差。所以,農(nóng)村居民點布局優(yōu)化有利于降低西昌市農(nóng)田破碎化狀況,提升鄉(xiāng)村景觀風貌。

5.2 研究不足與展望

通常伐木者多沿道路進行樹木的砍伐,以方便木材的運輸,所以農(nóng)村道路是導致森林質(zhì)量下降的重要干擾源。西昌市隨著農(nóng)村居民點數(shù)量與面積的減少,村莊與村莊之間道路密度也將逐漸降低。所以,西昌市農(nóng)村居民點布局優(yōu)化除了可以直接減少對生境質(zhì)量的干擾外,也可以通過降低村落間道路密度來間接對生境質(zhì)量產(chǎn)生影響。但是,隨著農(nóng)村居民點數(shù)量的減少,農(nóng)村道路密度的變化預(yù)測難度較大。所以,本研究僅分析了農(nóng)村居民點布局優(yōu)化對區(qū)域生境質(zhì)量的直接影響,忽略了因農(nóng)村道路密度下降而帶來的間接影響。與生境質(zhì)量評估類似,本研究僅考慮了農(nóng)村居民點布局優(yōu)化對土壤侵蝕量與土壤流入水體量的直接影響,忽略了人為干擾降低、生境質(zhì)量提升等間接因素對西昌市土壤侵蝕量影響。關(guān)于N、P輸出量的分析,本研究也忽略了農(nóng)田集中連片程度提高帶來的施肥效率增加對西昌市N、P負荷的影響。

另外,本研究未能定量化分析農(nóng)村居民點布局優(yōu)化對耕地質(zhì)量與景觀視覺質(zhì)量的影響,相關(guān)研究者可進一步定量化分析農(nóng)村居民點布局優(yōu)化對多種區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的綜合影響,以及不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能間的相互作用,明確農(nóng)村居民點布局優(yōu)化對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能影響機制。

6 結(jié)論

四川省西昌市位于我國西南山地農(nóng)牧交錯生態(tài)脆弱區(qū),當前面臨著植被退化、水土流失、面源污染等多種生態(tài)環(huán)境問題。通過開展中心村建設(shè),來引導小型與微型農(nóng)村居民點向大中型農(nóng)村居民點聚集,西昌市生境質(zhì)量平均得分可提高22.4%,土壤輸出量下降4.6%,N、P輸出量下降13.1%與8.2%。所以,農(nóng)村居民點布局優(yōu)化有利于生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的提升。

農(nóng)村居民點布局優(yōu)化后,農(nóng)村居民點數(shù)量與面積的減少,降低了森林火災(zāi)、土地開墾等植被破壞事件發(fā)生的概率,成為促使西昌市生境質(zhì)量提升的主要原因；而農(nóng)村居民點與農(nóng)田面積下降,林地面積的增加是導致西昌市土壤輸出量與N、P輸出量下降的主要原因。農(nóng)村居民點數(shù)量減少,可降低垃圾回收成本與污水處理成本,從而促使 N、P輸出量進一步下降。

本研究忽略了農(nóng)村道路密度下降對西昌市生境質(zhì)量的間接影響,人為干擾降低、生境質(zhì)量提升等間接因素對西昌市土壤侵蝕量的影響,以及農(nóng)田集中連片程度提高帶來的施肥效率增加對西昌市N、P負荷的影響。另外,本研究未能定量化分析農(nóng)村居民點布局優(yōu)化對耕地質(zhì)量與景觀視覺質(zhì)量的影響,相關(guān)研究者可進一步定量化分析農(nóng)村居民點布局優(yōu)化對多種區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的綜合影響,以及不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能間的相互作用,明確農(nóng)村居民點布局優(yōu)化對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能影響機制。