生態退耕對安塞縣土地利用及其生態服務功能的影響＊

冉圣宏 呂昌河 王 茜

(中國科學院地理科學與資源研究所,北京 100101)

生態退耕對安塞縣土地利用及其生態服務功能的影響＊

冉圣宏 呂昌河 王 茜

(中國科學院地理科學與資源研究所,北京 100101)

以生態系統服務價值作為衡量區域生態服務功能的指標,對安塞縣1998-2006年間生態服務功能的變化進行了分析。根據黃土丘陵溝壑區耕地坡度與水土流失相關關系以及農戶調查數據,對安塞縣耕地擾動調節、水分調節、水供應、侵蝕控制以及不同坡耕地食物供應能力的生態服務價值指數進行了修正。在此基礎上,分析了安塞縣退耕還林還草政策對區域生態服務功能變化的影響。結果表明:生態建設措施使得安塞縣生態惡化的趨勢得到扭轉,其生態服務功能在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,對安塞縣生態服務功能增強的貢獻率分別為25%,48%,27%。文章還對生態建設的監督與投資進行了討論,認為基于實驗的生態系統功能監測與評估技術才是生態系統服務價值評估的基礎;生態建設所帶來的生態效益的主要獲益者是更大空間范圍的利益相關者甚至全社會,因此作為社會代表的政府應成為生態建設的主要投資主體。

生態服務功能;生態退耕;土地利用變化;安塞縣

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

1 區域生態服務價值的變化

生態系統服務價值是衡量生態系統服務功能的一個可公度的定量指標,它指人類從生態系統中獲得的收益。生態建設促進了土地利用的變化,改變生態系統所提供的生態服務功能,造成區域生態系統服務價值的改變[1]。

1.1 估算方法

生態系統服務價值的估算需要確定單個生態類型的單位面積生態服務價值和生態/土地利用類型的面積。1997年,Costanza等[2]將生態系統服務功能劃分為大氣調節、氣候調節、擾動調節、水分調節、水供應、侵蝕控制、土壤形成、營養物循環、廢物處理、傳粉、生物控制、棲息地、食物供應、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系統的各類型生態服務的價值。之后,我國也相繼開展了生態服務價值的評估,如陳仲新、張新時[3]和謝高地等[4]分別對中國陸地生態系統、青藏高原生態系統、中國草地生態系統等進行了連續多年的研究,提出了一套比較適合中國特點的計算參數。本文主要以Costanza的生態服務價值參數為基礎,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價值作了適當調整。

根據生態特征和生態服務功能的相似性,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、農田水利用地);園地;林地;草地;居民工礦用地(包括城鄉居民點和工礦用地,其他農用地中的畜禽飼養地,設施農用地,農村道路);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年生態服務價值的變化

根據土地利用變更調查數據,以生態服務價值作為生態系統服務功能的定量評價指標,計算了安塞縣1998-2005年生態服務功能的變化。表1是基于生態服務功能類型的安塞縣生態服務價值的變化。

表1 安塞縣1998-2005年基于生態服務類型的生態服務功能的變化(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,其生態服務價值總體增加了11.61%,其中增加最快的生態服務類型為氣候調節、原材料供應以及土壤形成價值,而生物控制和水供應功能則略有下降。

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

2 坡地退耕對安塞生態服務功能的影響

2.1 生態服務價值的修正

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

在本研究中,主要對耕地的擾動調節(例如控制洪水等)、水分調節(例如農業灌溉等)、水供應(存儲和保存水分)、侵蝕控制(主要指土壤侵蝕等)、食物供應(例如糧食產量)5類生態服務價值指數進行了修正。依據有關黃土丘陵溝壑區耕地坡度與水土流失相關關系的文獻對安塞縣耕地擾動調節、水分調節、水供應和侵蝕控制的生態服務價值指數的修正;對不同坡耕地食物供應能力的修正,則主要是耕地實地調研和農戶調查數據,根據不同坡耕地的平均糧食產量來進行。不同坡耕地單位面積生態服務價值的修正值見表2。

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

根據實地調研,在1998-2002年間,納入安塞縣生態建設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°的生產力不高的緩坡耕地也陸續開始進入生態建設的范圍,逐步轉化為林地或草地。

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

表2 安塞縣不同坡耕地單位面積的生態服務價值修正值(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 退耕導致的生態服務價值的變化

根據安塞縣不同坡耕地單位面積的生態服務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致的生態價值的變化(表4)。由計算結果看,坡地退耕使安塞縣園地、林地和草地生態服務價值增加了8 771.8萬元。若考慮因耕地面積減少而導致的耕地生態服務價值的減少等因素,則在1998-2006年期間,安塞縣生態服務價值凈增加7 100萬元,農用地生態服務價值增幅達13.3%。

退耕還林還草政策對不同類型生態服務價值變化的影響是不一樣的,由表4可知,生態建設政策對安塞縣氣候調節的積極影響最大,其氣候調節功能增強了38.23%;其次是原材料供應和土壤形成功能。退耕還林還草政策導致的不同類型生態服務價值的變化見表5。

2.3 不同類型坡耕地還林還草對生態服務變化的貢獻率

根據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域生態服務價值變化的貢獻率,見表6。由表6可知,對區域生態服務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年即已經基本退耕完畢,它們對安塞縣生態服務價值的貢獻率也高達27%。

3 討 論

3.1 坡耕地生態價值指數的修正及其對計算結果的影響

目前大多數關于生態服務價值的研究都是以Costanza等學者的工作或者以聯合國資助下的千年生態系統綜合評估(Millennium Ecosystem Assessment)所定義的4大類25小類生態服務功能類型作為重要參考的[7]。在以上文獻中,任何生態系統都具有生態服務功能,因此不同生態系統的生態服務價值都大于零,且將同一生態系統的生態服務價值視為一個常數。在大尺度尤其是全球尺度上估算生態系統的價值時,這樣處理不僅是合理的,也是必要的。但在中小尺度上,同一類型的生態系統由于其結構不完全相同,其生態服務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。在本文的研究中,對不同坡耕地的生態服務價值進行了修正,依據耕地坡度與水土流失相關關系對安塞縣耕地擾動調節、水分調節、水供應和侵蝕控制的生態服務價值指數進行了修正,將坡耕地對生態具有破壞作用的生態服務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研究的不同之處。當然,隨著人們對生態系統結構和功能認識的不斷深入,基于實驗技術的生態系統功能監測與評估才是估算生態系統服務價值的科學基礎。

表4 安塞縣退耕還林還草導致的生態服務價值的變化(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致的不同類型生態服務價值的變化(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服務變化的貢獻率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服務功能的影響

安塞縣屬典型的黃土高原溝壑區,長期以來,該區域粗放的農業經營方式使得該區域土地利用/覆被變化劇烈,區域生態環境問題尤其是水土流失嚴重。在實施生態建設措施以前,安塞縣生態服務功能持續下降。實施退耕還林還草的生態建設措施后,其氣候調節、原材料供應、動物棲息地和土壤形成功能等均超過30%。其中氣候調節、動物棲息地和土壤形成功能增強的主要受益者已經不僅僅是當地居民,而是更大范圍的利益相關者甚至是全社會。作為社會代表的政府成為最大的受益方,也就理所當然地成為生態建設的最大投資主體,承擔了大部分生態效益的成本,以補貼的形式使得當地農民實際收入上升。

4 結 論

1999年實施的生態退耕政策極大地改變了安塞的土地利用結構,突出表現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條件,使區域的生態服務價值增加。根據估算,1998-2006年,由于土地利用結構的調整,使區域生態服務價值提高了近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)

[1]呂昌河,程量.土地利用變化與生態服務功能沖突—以安塞縣為例[J].干旱區研究,2007,24(3):302-306.[Lv Changhe,Cheng Liang.StudyonLand Use Change and the Corresponding Contradictionsof Ecological Services—A Case Study in Ansai County,the Loess Plateau[J].Arid Z one Research,2007.24(3):302-306.]

[2]Costanza R,d’Arge R,Groot R,et al.The Value of the World’S Ecosystem Services and Natural Capital[J].Nature,1997,387:253-260.

[3]陳仲新,張新時.中國生態系統效益的價值[J].科學通報,2000,45(1):17-19.[Chen Zhongxin,Zhang Xinshi.The Value of Ecosystem in China[J].Chinese Science Bulletin.2000,45(1):17-19.]

[4]謝高地,張鐿鋰,魯春霞等.中國自然草地生態系統服務價值[J].自然資源學報,2001,16(1):49-51.[Xie Gaodi,Zhang Y ili,Lu Chunxia,et al.Study on Valuation of Rangeland Ecosystem Services of China[J].Journal of Natural Resources,2001,16(1):49-51.]

[5]Lu,CH.Breaking the Spiral of Unsustainability:An Exploratory Land Use Study for Ansai,the Loess Plateau of China.Ph.D.Thesis[D].Wageningen University,Wageningen,the Netherlands,2000.

[6]魏天興,朱金兆.黃土殘塬溝壑區坡度和坡長對土壤侵蝕的影響分析[J].北京林業大學學報,2002,24(1):59-62.[Wei Tianxin,ZhuJinzhao.Effects of Slope Length and Grade on Soil Erosion in the Gully Regions in Loess Plateau[J].Journal of Beijing Forestry University,2002,24(1):59-62.]

[7]The Conceptual Frame Working Group.The Conceptual Frame Working Group of the Millennium Ecosystem Assessment[M].Ecosystems and Human Well Being.Washington D C:Island Press,2003.

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境效應。通訊作者:呂昌河,博士,研究員,博導,主要研究方向為土地利用變化系統。

＊該文受中國科學院知識創新工程重要方向項目“景觀格局與生態過程的尺度效應及尺度轉換方法”(kzcx2-yw-421)和國家重點基礎研究發展計劃“干旱區綠洲化、荒漠化過程及其對人類活動、氣候變化的響應與調控”(2009CB421300)資助。