延安市生態修復雙贏模式實證研究

曹世雄,劉 偉,趙麥換,馮 飛

1 延安大學經濟管理學院,延安 716000 2 中央民族大學經濟學院,北京 100081 3 中山大學大氣科學學院,廣州 510275 4 黃河勘測規劃設計有限公司,鄭州 450003

土壤侵蝕引發的土地退化是全球面臨的重大環境問題之一[1- 2]。全球土地退化面積3600萬km2,占地球陸地面積的四分之一,直接經濟損失每年高達8500億美元[2]。我國土地退化面積約330萬km2,占國土總面積的三分之一,影響著18個省、400多個縣,威脅著4億多人口,直接導致1200萬人口處于貧困狀態,占全國貧困人口的28.5%[3]。土地退化導致可耕地面積逐步減少,貧困化問題也呈加劇態勢[4]。由于缺乏選擇,這些地區的居民往往被迫從事不可持續的生產活動,如森林砍伐、過度放牧、開墾荒地,從而造成土地退化[5]。貧困導致土地退化、土地退化進一步加劇貧困的惡性循環被稱為“貧困陷阱”,嚴重困擾著這些地區居民的生存與社會經濟發展[6]。

土地退化是自然和人為等多重因素共同作用的結果[7- 8],氣候變化和人類活動對植被變化有重要影響,地表植被變化也會影響氣候變化[9- 10]和人類活動[11-12]。自然學科的一些學者認為,氣候變化影響土壤質量、植被覆蓋度、物種組成、水文循環,因而導致了土地退化[13- 14]；人文學科一些學者認為,不可持續的人類活動(如過度放牧、過度采伐、地下水開采等)對生態系統施加了巨大壓力,進而導致了水土流失,加劇了土地退化[15- 16]。但是,以前的研究要么集中在與氣候變化有關的氣象因素[1]、要么集中在與人類活動有關的人為因素[4],鮮有基于長期數據監測下對自然與人為等多重因素之間相互作用的定量評估[13-14]。這些互不關聯的研究結果,很難為環境管理提供科學依據,從而制約了生態環境保護的進一步發展。

傳統生態系統恢復的工作重點是重新建立生態干擾機制或者非生物條件、并依靠生態系統演替過程促進生物群落恢復。但是,生物因素和氣候環境之間強烈的相互作用可以改變以生態系統演替為基礎的環境工程結果[17- 18]。因此,如何正確認識生態修復與社會經濟發展的相互關系,有的放矢地建立有效應對機制,仍然是我國乃至全球生態修復研究的重要課題[19-20]。尋找擺脫“越窮越墾、越墾越窮”的被動局面,實現生態修復與居民生計改善的雙贏目標,無疑是生態修復的根本出路[21]。

由此可見,土地退化是自然和人為等多重因素共同作用的結果,因此,生態修復不僅要依據氣候與地理條件開展生態治理,同時要改變當地居民的生產生活行為,發展有利于生態修復的綠色產業,使當地居民的生產生活行為既可以提高收入、改善生活,又有利于生態修復。從而擺脫“越窮越墾、越墾越窮”的被動局面,實現生態修復與居民生計改善的雙贏目標。為了提高效率,生態修復應通過關鍵因素對生態系統演化的影響評估,明確歷史時期不同治理措施對生態系統恢復的貢獻度,結合地方氣候條件、土地退化程度、以及當地居民的生產生活方式,科學配置生態修復治理措施,使退化生態系統逐步恢復到健康穩定的自然狀態。為了驗證這一假設的科學性和可行性,該研究依據生態修復雙贏理論,在陜西省延安是開展了為期16年的實證研究。

1 延安市生態修復雙贏模式的探索與實踐

1.1 研究區概況

延安市位于陜西省北部黃土丘陵溝壑區,總面積3.7×106hm2,年均氣溫9.6℃,極端最低氣溫-11℃、極端最高氣溫28.2℃,年均降水513 mm,且81.4%集中在5—10月主汛期。2015年全市人口2.2×106,其中農村人口1.9×106,年人均純收入6180元。1999年延安市在全國率先開展退耕還林試點工作。

1.2 生態修復雙贏模式

為了全面認識氣候變化和人類活動對生態系統演化的影響,該研究通過衛星或遙感數據,以歸一化差分植被指數值NDVI(Normalized Difference Vegetation Index,一般應用于檢測植被生長狀態、植被覆蓋度)代替植被變化,獲取研究區各個年度植被變化的平均值。并從統計年鑒或者社會調查方法獲得可能影響植被變化的所有氣候和人類活動指標的年度數據。

統計指標包括：(1)農村社會發展指標：農村人口、農業勞動力、公路綠化里程、鐵路綠化里程、礦區綠化面積；(2)農村經濟發展指標：農業GDP,農業收入、農村人均收入、耕地面積、播種面積、復種指數、基本農田面積、糧食產量、糧食單產、各種家畜存欄量；(3)環境政策指標：封山禁牧面積、封山育林面積、人工造林面積、人工種草面積、退耕面積、生態項目投資；(4)氣候環境指標：年均溫度、年均降水量、極端溫度、>0℃和>10℃積溫、太陽輻射、地下水位、地表水量等統計監測指標。

為了去除統計單位不同造成的影響,相關研究使用每個指標的年度變化率面板數據去識別關鍵因素,并且比較他們對NDVI的貢獻。為了避免重疊因素對結果的影響,該研究應用2011版本的STATA軟件的回歸分析模型(http://www.stata.com)計算所有雙驅動因素之間關系的回歸系數,最后確定關鍵指標。面板數據模型如下：

yit=a+bxit+uit

(1)

式中,yit是指在t年i地區的NDVI值,xit是相應的影響因素,uit是誤差,a和b是回歸系數。

為了解釋在回歸分析中變量因素自相關的可能性,可以使用Breusch-Godfrey LM 測試,最終得到輔助回歸系數R。依據(n-1)R近似服從自由度為1的卡方分布來確定有沒有出現顯著自相關。然后將原始數據xit減去xit的均數〗后,再除以xit的標準差,從而得到標準化的a和b。最后計算項目區中不同變量對NDVI變化的貢獻率,并依據貢獻率、結合地方氣候條件、土地退化程度配置生態修復治理措施。計算的模型如下：

(2)

式中,Coni是變量i對NDVI的貢獻,|SCVi|是變量i標準化系數值的絕對值、通過系數b來計算。

2000年,測算了延安市歷史時期關鍵指標對植被變化的貢獻率。結果表明,農村人口減少、農民收入增加、耕地面積減少、封山育林、礦區和道路綠化對本年度植被的貢獻率分別為18.8、11.4、11.1、6.1、11.8%,并存在時滯效應(對第二年和第三年的影響分為8.5、20.4、25.5、0、0%和0、9.9、11.5、15.9、0%)；氣候變化(氣溫和降水)對本年度的影響為18.1、19.0%(表1)。

表1 各因素對1982至1999年間延安市NDVI變化的相對貢獻

顯著性水平Significance levels: ** 1%, * 5%

依據補短板原理,延安市政府在國家退耕還林植樹造林基礎上,增加了以下治理策略：(1)通過人均0.17 hm2基本農田建設促進坡地退耕還林；(2)多種經營大力發展經濟林增加農民的收入；(3) 大力開展封山育林和封山禁牧,依靠自然力量恢復植被；(4)通過城市化和生態移民減少環境壓力；(5)加大礦區和道路邊坡水土保持工作力度,保護生態環境。

2 實施效果

結果顯示,1999至2016年延安市人工造林、果樹種植、封山育林、道路綠化、基本農田、農民純收入分別增長了111.7%、98.1%、74.2%、35.3%、17.0%、203.1%(圖1)；NDVI增長了49.8%(圖2)。

圖1 1999—2016年延安市主要生態經濟指標增長情況Fig.1 The primary ecological economics change in Yan′an City from 1999 to 2016

衛星圖片顯示,精準治理前的1982—1999年,延安市NDVI增長速度是陜西省平均水平的41.2%,精準治理后是陜西省平均水平的 194.8%(圖2,圖3)。精準治理對本年度、第二年度、及第三年度的貢獻分別為74.0%、72.1%、67.7%(表2)。

圖2 延安市和陜西省精準治理項目前后NDVI變化圖Fig.2 NDVI change in Yanan City and Shaanxi Province before and after the Targeted path

圖3 延安市1984、1999、2016NDVI圖Fig.3 NDVI in Yanan City from 1984 to 1999 and 2016

指標Factors第一年 First year第二年 Second year第三年 Third yearR2貢獻率Contribution/%R2貢獻率Contribution/%R2貢獻率Contribution/%精準治理 農村人口-0.743??5.77-0.743??2.10-0.743??5.07Targeted measures農民純收入0.331?23.630.331?40.600.331?37.56基本農田 0.647??14.620.647??5.390.744??3.10封山禁牧面積0.628??16.68-0.705??11.460.628??7.89道路礦區綠化面積0.691??13.310.691??12.550.691??14.03退耕還林 人工造林面積0.513??12.110.513??5.420.513??15.30Grain for Green經濟林面積0.612??5.620.612??17.730.612??5.66氣候變化氣溫 0.678??2.890.678??2.120.678??3.41 Climate change降水 0.043 ns5.360.0432.810.0437.99

顯著性水平: ** 1%, * 5%

3 討論

生態修復工程作為一項公共政策,其根本目標是實現人類社會經濟的可持續發展[6,22]。研究結果表明,通過發展農村經濟實現環境保護是可持續發展的長期策略[23]。因此,在處理生態建設與社會經濟發展的關系上,不應一味尋找資源替代品,而應做好生態建設與社會經濟發展的平衡[24]。由此可見,社會經濟發展在環境保護工作中起著至關重要的作用,其不僅影響項目區內人群之間利益分配的公平性,也影響項目區外受項目影響人群之間利益分配的公平性[25- 27]。

生態恢復對未來生態系統和社會經濟系統的結構和組成有著復雜而難以估量的影響[8,28]。即使生態恢復的意圖良好,恢復策略適合環境條件,也有必要考慮該項目的社會經濟后果[23]。特別是像我國這樣經濟發展迅速、人口密集、地理環境差異顯著的國家更是如此[29]。通過改善居民生計、增加農村居民收入,可以有效提高他們對生態恢復活動的積極性。也只有這樣,生態脆弱地區的居民才有可能擺脫貧困陷阱[21]。實踐表明,雙贏策略對延安生態修復做出了重大貢獻(表2)。

生存權高于所有其他權利[30]。因此,生態修復與精準扶貧的有效對接才是區域可持續發展的根本出路。對于生態脆弱區的居民,生態退化和貧困化相互作用,極易形成貧困陷阱。采取有效措施消除貧困,為當地居民提供更好和可持續的發展策略,可顯著提高生態修復效果[21]。國家或地方政府實施生態修復工程時,必須充分考慮相關地區的社會和經濟需要,通過技術培訓、就業幫扶、綠色產業發展等方法,使當地居民在項目結束后也有穩定的就業和收入來源[23]。如果一個項目不能為當地居民提供良好生計,任何保護環境的語言都是空話[31]。

生態系統復雜多變,如降水對干旱少雨的干旱地區無疑是植被修復的甘露,但對積溫不足的高寒地區,降水增加會減少光照,影響植物的光和作用[7]。干旱地區植樹造林通常需要灌溉才能存活[32],但樹木蒸散發進一步增加了土壤水分消耗,使本來就有限的水資源更加緊張[3]。相對于自然因素(如降水、光照)直接作用于植物的生長發育,人工措施對生態系統的影響是漸漸的,需要較長時間的響應過程,這很好地說明了人類活動的時滯效應[33]。生態退化與經濟發展之間的關系、以及環境保護與消除貧困之間的聯系都是動態的,也存在區域差異[34- 35]。自然生態系統具有復雜性特征[36],在受到人為干擾或者環境變化(如氣候變化)時,生態系統自我恢復會更加困難[37]。在氣候變化、環境退化、生態系統日益脆弱化的大背景下,環境管理更加需要負有彈性的解決方案[38]。這進一步說明生態修復需要全面了解氣候變化和人類活動之間的交互作用,從而針對這些因素的相關性制定出切實可行的應對措施。

退化的生態系統處于極不穩定狀態,景觀連續性和結構變化、物種喪失、優勢物種變化、不同營養層次相互作用,都會引起土壤和其他生物群落的變化[39]。當外部擾動引起主要物種、土壤、或者生態群落內部其他資源發生變化時,生態群落結構極有可能表現出突然變化[40- 42]。而不適當的生態修復方式會導致退化生態系統朝逆向方向發展[17,43]。不同地區氣候不同、社會經濟發展水平不同,生態修復的路徑也不盡相同[36]。因此,尊重地方差異,在不同地區采取因地制宜的差異性策略是未來環境管理學研究的重要方向。

生態修復是對受損生態系統的修補、而不是重建。正如該研究結果顯示,生態修復雙贏模式的理念與方法,可以有效減少生態修復的盲目性、降低生態工程成本,達到事半功倍的效果。科學合理的生態修復是基于長期土地凈收益最大化的綜合結果,而不是追求某個單一指標(比如森林覆蓋度)的最大化和短期利益最大化。通過分析生態系統演化的驅動力,因地制宜生態治理,是生態修復的根本出路。雖然該研究的理論方法還很粗糙,但是研究結果反映出的問題值得重視。生態修復雙贏模式的研究結果可以幫助相關部門獲得更加有效的規劃方案,為環境保護和社會經濟發展提供理論基礎,該方法的成熟與應用將對我國社會經濟可持續發展產生深遠影響。