退耕还林对河北顺平县土地利用变化及生态系统服务价值的影响

赵丽,张蓬涛,朱永明

(河北农业大学城乡建设学院,河北保定071001)

生态系统服务价值(ecosystem services values)的概念由Daliy等人[1-2]较为完整地提出,它是指生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用。生态系统服务是人类生存和发展的基本条件,是人类所拥有的关键自然资本,并且这种服务可以通过经济价值进行估算[3]。土地利用/覆盖变化影响着生态系统服务价值,对其进行系统的核算,可以量化土地利用结构对生态系统服务价值的影响,对生态系统服务和社会经济系统长期协调发展具有重要意义[4]。退耕还林(还草)工程作为重要的生态工程之一,引发的直接变化就是土地利用结构的变化,进而也使得该区域的自然生态系统产生了相应的变化。本研究以河北省顺平县为研究对象,对顺平县2001-2008年退耕前后的土地利用变化对生态服务价值的影响进行定量研究,为退耕还林工程的实施效果分析和土地资源的可持续利用提供决策支撑。

1 研究区概况和退耕还林情况

顺平县位于北纬 38°45′-39°09′,东经 114°50′-115°20′,隶属于河北省保定市,位于河北省中部偏西,太行山东麓,全县海拔高度在50～1 006.7 m,属低山丘陵区,地势由西北向东南倾斜,自然分为低山、丘陵、平原三大地貌类型。全县总面积708 km2,耕地面积26 666.67 hm2,人口 30万,辖 10个乡(镇),237个行政村。该县地理位置优越,为保定西部重要的交通枢纽;其林果业发展迅速,被国家农业部、林业总局命名为“中国苹果之乡”、“中国桃之乡”。

退耕还林的根本目的是防治水土流失和土地沙化,重点要退的耕地是粮食产量较低、水土流失严重的坡耕地,以及易造成土地沙化的耕地。这些耕地保水保肥能力较差,土壤干旱、瘠薄,种粮效益低下,比较适合于种草或种树[5]。顺平县于2002年开始实施退耕还林,截至 2008年底,已累计实施退耕还林11 133.33 hm2,林木成活率达90%以上。农户在退耕前收入主要以种植粮食、经济作物、饲养畜禽和外出务工为主,退耕后的补助一般在其收入中所占比重占30%左右,并且补助到期后,其所种植的经济林已经有了一定的收益,大部分退耕户的收入可维持原水平或有些提高,但个别农户由于缺乏劳动力或是对经济林经营管理不到位,收入有所下降。随着项目的推进,项目的生态效益也逐渐显现。通过2002年以来的退耕还林工程建设,林木覆被率提高了2%,水土流失现象得到有效缓解,水土流失面积减少了 15 km2,土壤侵蚀由过去的320 t/(km2◦a)下降到现在的120 t/(km2◦a),项目区内植被覆盖率提高了4%,有效改善山前和下游的生产条件,减轻了自然灾害的发生。

2 资料来源与研究方法

2.1 资料来源

土地利用数据主要来源于顺平县国土资源局2001-2008年土地利用现状变更数据;社会经济资料来源于《顺平县社会经济统计年鉴(2001-2008年)》。

2.2 土地利用变化分析

土地利用类型动态度是指某研究区一定时间范围内某种土地利用类型的数量变化情况。应用土地利用动态度分析土地利用类型的动态变化,可以真实反映区域土地利用/覆盖中土地利用类型的变化剧烈程度[5],其表达式如式(1)。

式中:Ua、Ub——研究期初及研究期末某一种土地利用类型的数量;T——研究时段长。

2.3 土地利用的生态系统服务价值测算

Costanza等人[7]通过研究具体地提出了生态系统服务评估的框架,探索分析了生态系统服务价值评估的原理与方法,引起了众多学者的广泛关注。但该方法由于某些数据偏差较大,对不同地区的适用程度较差。谢高地等人[8]在Costanza等提出的评价模型基础上,对国内200多位生态学学者进行问卷调查,得出了中国生态系统服务价值当量因子表。生态系统服务价值当量因子是指生态系统产生的生态服务的相对贡献大小的潜在能力,定义为1 hm2全国平均产量的农田每年自然粮食产量的经济价值。以此可将权重因子表转换成当年生态系统服务单价表,经过综合比较分析,确定1个生态服务价值当量因子的经济价值量等于当年全国平均粮食单产市场价值的1/7。其计算公式如式(2)。

式中:Ea——单位面积农田生态系统提供生产服务功能的经济价值;i——作物种类;pi——i种作物全国平均价格(元/kg);qi——i种粮食作物单产(kg/hm2);mi——i种粮食作物面积(hm2);M——n种粮食作物总面积(hm2)。

然后应用Costanza等人的估算方法[7],分析研究区的生态系统服务价值变化。计算公式如式(3)。

式中:VES——生态系统服务价值(元);Ak——研究区域k种土地利用类型的面积(hm2);VCk——k种土地的生态价值系数,即单位面积生态系统服务价值[元/(hm2◦a)]。

3 结果与分析

3.1 土地利用类型变化分析

根据顺平县土地利用现状数据,利用公式(1)计算,可以得出退耕前后各种土地利用类型变化的动态度(表1)。

从表1来看,在整个研究期内,耕地、其他农用地和未利用地面积有不同程度的减少,与此同时,园地、林地、建设用地、水域面积则相应的有所增加。其中:耕地面积减少最大,达5 787.19 hm2,其次是未利用地,减少面积达1 976.36 hm2;面积增加的地类中,园地面积增加最大,达4 326.99 hm2,其次为建设用地,面积增加1 881.33 hm2,林地面积增加了1 041.41 hm2。从土地利用动态度上看,除水域面积(通过实际情况调查,主要是由于2006年顺平县人民政府大力发展水工建筑,仅一年水工建筑用地面积就增加了266.7 hm2所致,其余年份水域面积变化不大)外,园地、林地面积的变化速度较快,2001-2008年平均年增长速度为11.15%,10.43%,其2001-2005年的动态度明显高于2005-2008年的动态度。其次为建设用地,平均每年以4.53%的速度增长,其2001-2005年的动态度高于2005-2008年的动态度。耕地面积则每年以3.05%的速度减少,其2001-2005年的动态度也高于2005-2008年的动态度。耕地面积的减少,园地、林地面积的大幅增加与这段时期国家推行的“退耕还林”政策有着直接的关系,另外,土地利用动态度的阶段性变化较大,主要是与该区域2002年开始实施退耕还林,至2005年已基本形成气候,之后进程逐渐减缓,主要以巩固为主有关。同时,建设用地在2005年之后增长速度也明显减缓,这与当地的内涵挖潜与集约利用相结合所起到的成效有关。另外,荒山匹配造林使得未利用地的面积逐年下降。同时,随着社会经济的发展,建设用地的需求也不断增加,从而导致了其他利用类型面积的减少。

表1 顺平县2001-2008年土地利用类型面积和动态度

3.2 土地利用生态系统服务价值分析

根据《顺平县社会经济统计年鉴》,以顺平县2001-2008年平均粮食产量4 804 kg/hm2为该区基准单产,粮食单价按2008年我国粮食主产区粮食均价1.50元/kg,根据公式(2)得出顺平县农田自然粮食产量的经济价值为1 029.43元/(hm2◦a),据此可测算出各土地利用类型的生态价值系数VC(表2),结合文献[8]和公式(3),得出顺平县退耕前后(2001-2008年)土地利用生态系统服务价值量(表3)。

表2 顺平县生态系统服务价值表

表3 顺平县2001-2008年生态系统服务价值

结合表1、表3可以看出退耕前后随着土地利用结构的变化,顺平县的土地利用生态服务价值也相应的发生变化,价值量总体增加。生态系统服务价值从2001年的32 238.51万元增加到2008年的37 727.04万元,7 a间增加了 5 488.53万元,年增长率为2.27%,说明顺平县境内的整体生态环境是向着健康方向发展的。

从总体上看,耕地、园地和林地的生态服务居前3位,它们对土地利用系统的生态服务价值贡献率达到92%以上。其中,2001-2008年耕地的生态服务价值从59.80%降到40.19%,园地、林地的生态服务价值分别从 25.77%、8.72%提高到 39.20%、12.90%。另外,水域的生态服务价值也有一定提高,未利用地的生态服务价值稍有降低。园地、林地面积增加对生态系统服务价值增加的贡献较大,主要与园地、林地的生态系统服务价值系数明显高于耕地的生态系统服务价值系数有关。

3.3 生态服务价值与主要社会经济因子的相关分析

社会经济的发展必然会对土地利用结构产生一定的影响,本研究选取总人口、GDP和农民人均纯收入作为主要社会经济因子,探讨其与生态服务价值之间的关系。通过SPSS 13.0统计软件对其2001-2008年数据做相关性分析,其结果显示,顺平县生态系统服务价值与总人口、GDP和农民人均纯收入均表现为0.01水平下显著正相关,相关性系数分别为0.878,0.874和0.882。其中,总人口的增加,必然会增加对土地的需求,从而引发土地利用结构的变化;GDP、农民人均纯收入与生态系统服务价值朝着同方向发展,说明经济的发展未对当地的生态系统产生负向影响。可见,顺平县在发展社会经济的同时,对生态环境的保护也给予了充分的重视,同时也反映出退耕还林工程在改善顺平县生态环境的同时,注重林果业的合理发展和农民就业渠道的拓宽,从而促进了农民人均纯收入的提高,对社会经济的发展起到了一定的积极作用。

4 结论

(1)随着“退耕还林”工程的实施,顺平县土地利用结构发生了变化,耕地、其他农用地和未利用地面积减少,园地、林地面积有了显著增加,极大地改善了顺平县的生态环境质量。

(2)顺平县退耕前后生态系统服务价值的变化分析结果表明:退耕后,顺平县的生态系统服务总值增加,7 a间增加了5 488.53万元,年增长率为2.27%,说明顺平县的退耕还林工程取得的成效是显著的。服务价值变化中,由于园地、林地的生态系统服务价值系数高于耕地的生态系统服务价值系数,故园地、林地面积增加带来的生态系统服务价值增长速度明显高于耕地减少带来的生态系统服务价值下降速度。

(3)顺平县生态系统服务价值与总人口、GDP和农民人均纯收入均表现为显著正相关,可见,顺平县在发展社会经济的同时,对生态环境的保护也给予了充分的重视,这与退耕还林工程的实施具有直接关系。

[1] 谢高地,鲁春霞,成升魁.全球生态系统服务价值评估研究进展[J].资源科学,2001,23(6):5-9.

[2] 张志强,徐中民,程国栋.生态系统服务与自然资本价值评估[J].生态学报,2001,21(11):1918-1926.

[3] 武丽娜,杨君,段建南,等.中南丘陵县域土地利用变化对生态服务价值的影响:以湖南省醴陵市为例[J].水土保持通报,2009,29(4):169-173.

[4] 赵军,杨凯.生态系统服务价值评估研究进展[J].生态学报,2007,27(1):346-350.

[5] 查小春,赖作莲.退耕还林对铜川市农村经济结构的影响研究[J].干旱区资源与环境,2010,24(2):38-43.

[6] 边亮,胡志斌,宋伟东.陕西省长武县土地利用变化的生态环境效应评价[J].生态学杂志,2009,28(9):1743-1748.

[7] Costanza R,d'Arge R,deGroot R,et al.The value of the world's ecosystem services and natural capita[J].Nature,1997,386:253-260.

[8] 谢高地,鲁春霞,冷允法,等.青藏高原生态资产的价值评估[J].自然资源学报,2003,18(2):189-196.