生态退耕对安塞县土地利用及其生态服务功能的影响＊

冉圣宏 吕昌河 王 茜

(中国科学院地理科学与资源研究所,北京 100101)

生态退耕对安塞县土地利用及其生态服务功能的影响＊

冉圣宏 吕昌河 王 茜

(中国科学院地理科学与资源研究所,北京 100101)

以生态系统服务价值作为衡量区域生态服务功能的指标,对安塞县1998-2006年间生态服务功能的变化进行了分析。根据黄土丘陵沟壑区耕地坡度与水土流失相关关系以及农户调查数据,对安塞县耕地扰动调节、水分调节、水供应、侵蚀控制以及不同坡耕地食物供应能力的生态服务价值指数进行了修正。在此基础上,分析了安塞县退耕还林还草政策对区域生态服务功能变化的影响。结果表明:生态建设措施使得安塞县生态恶化的趋势得到扭转,其生态服务功能在1998-2006年间增加了12%,其中缓坡耕地、中坡耕地和陡坡耕地的退出,对安塞县生态服务功能增强的贡献率分别为25%,48%,27%。文章还对生态建设的监督与投资进行了讨论,认为基于实验的生态系统功能监测与评估技术才是生态系统服务价值评估的基础;生态建设所带来的生态效益的主要获益者是更大空间范围的利益相关者甚至全社会,因此作为社会代表的政府应成为生态建设的主要投资主体。

生态服务功能;生态退耕;土地利用变化;安塞县

生态退耕(退耕还林还草)是1999年以来影响安塞县乃至整个西部地区土地利用变化的最重要的政策措施。利用统计资料和农户调查资料,在分析生态退耕引起的土地利用变化的基础上,采用生态价值估算的方法,定量分析了1999-2006年间该政策引起的土地利用变化对区域生态的影响,估算了安塞县区域生态服务价值储量以及生态服务功能变化情况,揭示了生态建设的土地利用变化生态效应,可为区域生态建设对农户生计的影响及其补偿机制研究提供依据。

1 区域生态服务价值的变化

生态系统服务价值是衡量生态系统服务功能的一个可公度的定量指标,它指人类从生态系统中获得的收益。生态建设促进了土地利用的变化,改变生态系统所提供的生态服务功能,造成区域生态系统服务价值的改变[1]。

1.1 估算方法

生态系统服务价值的估算需要确定单个生态类型的单位面积生态服务价值和生态/土地利用类型的面积。1997年,Costanza等[2]将生态系统服务功能划分为大气调节、气候调节、扰动调节、水分调节、水供应、侵蚀控制、土壤形成、营养物循环、废物处理、传粉、生物控制、栖息地、食物供应、原材料、基因资源、娱乐、文化等17类,并分别计算了不同类型生态系统的各类型生态服务的价值。之后,我国也相继开展了生态服务价值的评估,如陈仲新、张新时[3]和谢高地等[4]分别对中国陆地生态系统、青藏高原生态系统、中国草地生态系统等进行了连续多年的研究,提出了一套比较适合中国特点的计算参数。本文主要以Costanza的生态服务价值参数为基础,考虑陈仲新、张新时以及谢高地等人的研究成果,对耕地和水域的生态价值作了适当调整。

根据生态特征和生态服务功能的相似性,对安塞县的土地利用类型进行了重新归类,划分为以下7类:耕地(含田坎、农田水利用地);园地;林地;草地;居民工矿用地(包括城乡居民点和工矿用地,其他农用地中的畜禽饲养地,设施农用地,农村道路);水域(包括湖、河及水库水面等);未利用地(包括沙地、盐碱地、裸土地、裸岩石砾地等)。

1.2 安塞县1998-2005年生态服务价值的变化

根据土地利用变更调查数据,以生态服务价值作为生态系统服务功能的定量评价指标,计算了安塞县1998-2005年生态服务功能的变化。表1是基于生态服务功能类型的安塞县生态服务价值的变化。

表1 安塞县1998-2005年基于生态服务类型的生态服务功能的变化(万元)Tab.1 Changes of ecosystem service value based on different ecosystem service types in Ansai County from 1998 to 2005(104Yuan)

从表1可以看出,安塞县1998-2005年间,其生态服务价值总体增加了11.61%,其中增加最快的生态服务类型为气候调节、原材料供应以及土壤形成价值,而生物控制和水供应功能则略有下降。

根据各主要土地利用类型的生态服务价值的变化看,农用地(耕地、园地、林地和草地)的生态服务价值有较大的提高,1998-2005年间增加了8 833.3万元,是安塞县生态服务功能增强的主要原因;而其他类型的生态服务功能则略有下降。

2 坡地退耕对安塞生态服务功能的影响

2.1 生态服务价值的修正

在大尺度上研究不同土地利用类型的生态服务价值时,为了简化计算,可将同一土地利用类型(对应同一生态系统)的单位面积生态服务价值视为一个常数。但在小尺度上,不同耕地类型的生态服务价值有较大的差别。例如,旱地与水田的生态服务功能就有很大差别,不同坡度旱地的生态服务功能也各不相同,对安塞县而言,陡坡耕地比缓坡耕地更容易导致水土流失。因此,在对安塞县耕地的生态服务价值进行研究时,应针对不同坡度的耕地类型,对其单位面积的生态价值指数进行修正。

在本研究中,主要对耕地的扰动调节(例如控制洪水等)、水分调节(例如农业灌溉等)、水供应(存储和保存水分)、侵蚀控制(主要指土壤侵蚀等)、食物供应(例如粮食产量)5类生态服务价值指数进行了修正。依据有关黄土丘陵沟壑区耕地坡度与水土流失相关关系的文献对安塞县耕地扰动调节、水分调节、水供应和侵蚀控制的生态服务价值指数的修正;对不同坡耕地食物供应能力的修正,则主要是耕地实地调研和农户调查数据,根据不同坡耕地的平均粮食产量来进行。不同坡耕地单位面积生态服务价值的修正值见表2。

根据相关文献和实地调研结果,安塞县在实施生态退耕政策之前的1998年坡耕地分布情况如表3。由表3可知,实施生态退耕前,安塞县15°以上的坡耕地占总耕地面积的44.5%,是导致该区域水土流失严重的重要原因之一[5-6]。

根据实地调研,在1998-2002年间,纳入安塞县生态建设范围的退耕坡地坡度基本都大于15°,其中15°-25°坡耕地占退耕总面积的49%,大于25°陡坡耕地占退耕总面积的50.9%,沙化耕地占退耕总面积的0.1%;2003年之后,陡坡耕地基本全部退耕,一些小于15°的生产力不高的缓坡耕地也陆续开始进入生态建设的范围,逐步转化为林地或草地。

在生态建设过程中,安塞县的坡耕地退耕后,主要转化为生态林、经济林和草地,由于经济林的生态服务功能更接近于园地,因此本研究在计算生态服务价值时,将经济林归入园地类。由于安塞县生态建设的主要措施就是坡耕地转换为林地、草地和园地,因此将园地、林地、牧草地生态服务功能的增加值之和作为生态建设对区域生态服务价值增加的贡献。于是可以得到安塞县退耕还林还草政策导致的生态服务功能的变化。

表2 安塞县不同坡耕地单位面积的生态服务价值修正值(元/hm2·a)Tab.2 Amended values of ecosystem service value of unit sloping cultivated land in Ansai County

表3 1998年安塞县坡耕地分布Tab.3 Sloping cultivated land distribution in Ansai County in 1998

2.2 退耕导致的生态服务价值的变化

根据安塞县不同坡耕地单位面积的生态服务价值修正值及不同坡地的退耕面积,计算了1998-2006年期间,安塞由退耕还林还草政策导致的生态价值的变化(表4)。由计算结果看,坡地退耕使安塞县园地、林地和草地生态服务价值增加了8 771.8万元。若考虑因耕地面积减少而导致的耕地生态服务价值的减少等因素,则在1998-2006年期间,安塞县生态服务价值净增加7 100万元,农用地生态服务价值增幅达13.3%。

退耕还林还草政策对不同类型生态服务价值变化的影响是不一样的,由表4可知,生态建设政策对安塞县气候调节的积极影响最大,其气候调节功能增强了38.23%;其次是原材料供应和土壤形成功能。退耕还林还草政策导致的不同类型生态服务价值的变化见表5。

2.3 不同类型坡耕地还林还草对生态服务变化的贡献率

根据安塞县不同坡地的退耕面积及其退耕去向,可计算不同类型坡耕地还林还草政策对区域生态服务价值变化的贡献率,见表6。由表6可知,对区域生态服务价值增加值贡献最大的是15°-25°的中坡耕地,达48.19%,这是由于该类耕地在安塞县分布范围广,退耕面积最大。实际上,大于25°陡坡耕地在2002年即已经基本退耕完毕,它们对安塞县生态服务价值的贡献率也高达27%。

3 讨 论

3.1 坡耕地生态价值指数的修正及其对计算结果的影响

目前大多数关于生态服务价值的研究都是以Costanza等学者的工作或者以联合国资助下的千年生态系统综合评估(Millennium Ecosystem Assessment)所定义的4大类25小类生态服务功能类型作为重要参考的[7]。在以上文献中,任何生态系统都具有生态服务功能,因此不同生态系统的生态服务价值都大于零,且将同一生态系统的生态服务价值视为一个常数。在大尺度尤其是全球尺度上估算生态系统的价值时,这样处理不仅是合理的,也是必要的。但在中小尺度上,同一类型的生态系统由于其结构不完全相同,其生态服务功能具有较大的差别,例如耕地对水土流失的影响,就与耕地坡度密切相关。在本文的研究中,对不同坡耕地的生态服务价值进行了修正,依据耕地坡度与水土流失相关关系对安塞县耕地扰动调节、水分调节、水供应和侵蚀控制的生态服务价值指数进行了修正,将坡耕地对生态具有破坏作用的生态服务类型的价值赋以一个负值,例如陡坡耕地对水土保持具有不利影响,因此将陡坡耕地的侵蚀控制价值修正为-42元/hm2·a等,这也正是本文与以往相关研究的不同之处。当然,随着人们对生态系统结构和功能认识的不断深入,基于实验技术的生态系统功能监测与评估才是估算生态系统服务价值的科学基础。

表4 安塞县退耕还林还草导致的生态服务价值的变化(万元)Tab.4 The changes of ecosystem services values resulting from replacing agriculture with forestation policies in Ansai County

表5 安塞县退耕还林还草导致的不同类型生态服务价值的变化(万元)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年间不同类型坡耕地还林还草对生态服务变化的贡献率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 坡耕地退耕对安塞县主要生态服务功能的影响

安塞县属典型的黄土高原沟壑区,长期以来,该区域粗放的农业经营方式使得该区域土地利用/覆被变化剧烈,区域生态环境问题尤其是水土流失严重。在实施生态建设措施以前,安塞县生态服务功能持续下降。实施退耕还林还草的生态建设措施后,其气候调节、原材料供应、动物栖息地和土壤形成功能等均超过30%。其中气候调节、动物栖息地和土壤形成功能增强的主要受益者已经不仅仅是当地居民,而是更大范围的利益相关者甚至是全社会。作为社会代表的政府成为最大的受益方,也就理所当然地成为生态建设的最大投资主体,承担了大部分生态效益的成本,以补贴的形式使得当地农民实际收入上升。

4 结 论

1999年实施的生态退耕政策极大地改变了安塞的土地利用结构,突出表现为坡耕地面积的减少和林地、果园面积的增加。土地利用方式的改变,明显地改善了安塞的生态条件,使区域的生态服务价值增加。根据估算,1998-2006年,由于土地利用结构的调整,使区域生态服务价值提高了近12%,主要得益于坡地退耕和植树造林面积的增加,其贡献率接近于50%。(编辑:李 琪)

References)

[1]吕昌河,程量.土地利用变化与生态服务功能冲突—以安塞县为例[J].干旱区研究,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]陈仲新,张新时.中国生态系统效益的价值[J].科学通报,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]谢高地,张镱锂,鲁春霞等.中国自然草地生态系统服务价值[J].自然资源学报,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]魏天兴,朱金兆.黄土残塬沟壑区坡度和坡长对土壤侵蚀的影响分析[J].北京林业大学学报,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,副研究员,主要研究方向为土地利用变化及其环境效应。通讯作者:吕昌河,博士,研究员,博导,主要研究方向为土地利用变化系统。

＊该文受中国科学院知识创新工程重要方向项目“景观格局与生态过程的尺度效应及尺度转换方法”(kzcx2-yw-421)和国家重点基础研究发展计划“干旱区绿洲化、荒漠化过程及其对人类活动、气候变化的响应与调控”(2009CB421300)资助。