專業(yè)化茶葉種植影響下的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評價
——以福建省安溪縣為例

稅 偉,陳毅萍,蘇正安,范水生

1 福州大學環(huán)境與資源學院, 福州 350116 2 中國科學院山地災害與環(huán)境研究所, 成都 610041 3 福建農(nóng)林大學安溪茶學院, 安溪 362400

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專業(yè)化茶葉種植影響下的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評價
——以福建省安溪縣為例

稅 偉1,陳毅萍1,蘇正安2,范水生3,*

1 福州大學環(huán)境與資源學院, 福州 350116 2 中國科學院山地災害與環(huán)境研究所, 成都 610041 3 福建農(nóng)林大學安溪茶學院, 安溪 362400

飲茶已逐漸成為世界潮流與時尚,不斷擴大的茶葉需求正不斷刺激茶葉的增產(chǎn),茶葉經(jīng)濟發(fā)展受到世界矚目,但關于規(guī)?；?、專業(yè)化茶葉種植對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的影響卻未得到相應的關注。為研究規(guī)模不斷擴大的專業(yè)化茶葉種植對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的影響,以專業(yè)化茶葉種植大縣安溪縣為研究對象,通過構(gòu)建由供給、調(diào)節(jié)和支持正、負服務組成的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評價指標體系,結(jié)合能值法,從不同專業(yè)化茶葉種植水平、不同農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)、不同地貌類型三個方面進行評估分析。研究結(jié)果表明：(1)安溪縣以專業(yè)化茶葉種植為主的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中供給、調(diào)節(jié)和支持三大服務功能的正服務價值都大于負服務價值,系統(tǒng)以提供正服務為主；(2)專業(yè)化茶葉種植具有較高的經(jīng)濟效益和較好的氣體、氣候調(diào)節(jié)能力,對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的供給與調(diào)節(jié)功能具有正效應；(3)但專業(yè)化種植過程中造成的土壤流失情況也較為嚴重,對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)支持功能的負面影響較大；(4)“茶-蔬”、“茶-果”等復合生態(tài)茶樹種植結(jié)構(gòu)有利于提高農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務功能,實現(xiàn)茶葉經(jīng)濟與農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的和諧發(fā)展。

生態(tài)系統(tǒng)服務；茶葉種植專業(yè)化；能值；安溪縣

生態(tài)系統(tǒng)服務是指生態(tài)系統(tǒng)所形成和維持的人類賴以生存和發(fā)展的環(huán)境條件與效用、資源與環(huán)境基礎[1-2],是人類直接或間接從生態(tài)系統(tǒng)中所得到的收益[3],生態(tài)系統(tǒng)功能是其基本來源,人類不同層次的需求則是其形成的基本動力[4]。關于生態(tài)系統(tǒng)服務的分類,Costanza等[3]在1997年提出了17項的分類方案,De Groot等則在2002年提出了包括調(diào)節(jié)功能、提供生境功能、供給服務和信息功能4類23項的服務功能分類[5],而目前接受度和應用率較高的是2005年MA提出的生態(tài)系統(tǒng)服務功能分類,包括供給功能、調(diào)節(jié)功能、文化娛樂功能以及支持功能4類[6]。

農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)所具有的功能和提供的服務對人類福祉具有重要貢獻[7],中國作為世界上最大的農(nóng)業(yè)大國,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性也直接影響了社會經(jīng)濟發(fā)展,因而農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)一直是生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評估的一個重要領域。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,茶葉是一種重要的種植作物,隨著越來越多的人把飲茶當做一種精神享受,茶已經(jīng)成為世界上最潮流、時尚的養(yǎng)生飲品,全世界不斷增加的飲茶需求使茶業(yè)經(jīng)濟發(fā)展不斷受到關注,然而關于規(guī)模不斷擴大的茶葉種植活動對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的影響的關注卻相對滯后。近30年來,學術界在生態(tài)系統(tǒng)服務價值研究中取得了前所未有的進展,其中對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務價值的研究近十幾年來也取得了一些成果[8],但目前針對我國規(guī)?；I(yè)化茶葉種植對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮服務功能的影響的相關研究還很缺乏?，F(xiàn)有的關于茶業(yè)的相關研究,大多從產(chǎn)業(yè)層面進行研究,如茶業(yè)的經(jīng)濟效益[9]、產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向[10-11]、茶產(chǎn)業(yè)空間分布格局[12]等,對茶葉的研究,則大多是對建立生態(tài)茶園的探索、對茶園水土保持的相關研究[13],以及對茶園建設管理過程中面臨的一些生態(tài)問題所進行的探討[14],而對于茶葉種植本身對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的影響的研究內(nèi)容則不多見。

中國是全球最重要的茶葉產(chǎn)銷大國,茶葉銷售量居世界前列,雖然關于茶葉種植對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的影響的相關研究不多,但伴隨著飲茶熱潮的發(fā)展,近十幾年來我國茶葉卻以不斷增產(chǎn)的趨勢發(fā)展,茶葉種植面積也伴隨著茶葉產(chǎn)量的增長而不斷擴張(圖1)。2014年,我國茶葉種植面積達到274.1萬hm2,居世界第一,茶葉產(chǎn)量達到209.2萬t,占世界茶葉產(chǎn)量的41.6%,居世界首位。而在不斷增產(chǎn)的茶葉中,烏龍茶是除綠茶外產(chǎn)量最大的茶類,而全國4/5的烏龍茶都來自福建省,其中安溪縣又是主要產(chǎn)區(qū),從2000年到2014年,安溪縣茶葉產(chǎn)量呈快速增長趨勢,茶葉種植面積總體上也不斷擴大(圖2),且2014年茶葉產(chǎn)量達到54175t,占全國茶葉產(chǎn)量的2.6%,茶葉種植面積達到4萬hm2,占全國茶葉種植面積的1.5%。但安溪縣茶葉產(chǎn)量的增長趨勢大于種植面積的擴張(圖2),因而不得不思考的是：隨著單位產(chǎn)量地不斷增加,規(guī)模化、專業(yè)化茶葉種植除了增加經(jīng)濟收益,對安溪縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)又會產(chǎn)生怎樣的影響？

圖1 中國2000—2014年茶葉產(chǎn)量與茶園種植面積情況Fig.1 China′s tea production and tea garden planting area in 2000—2014數(shù)據(jù)資料來源于國家統(tǒng)計局與中國茶葉流通協(xié)會

圖2 安溪縣2000—2014年茶葉產(chǎn)量與茶園種植面積情況Fig.2 Tea production and tea garden planting area of Anxi county in 2000—2014數(shù)據(jù)資料來源于《安溪統(tǒng)計年鑒》

飲茶需求刺激茶業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的背后,其所催生的規(guī)模化、專業(yè)化茶葉種植對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了怎樣的影響？專業(yè)化茶葉種植影響下的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務功能又有何特征？基于對專業(yè)化茶葉種植影響下農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值研究與探討相關工作的的缺乏,以及安溪縣作為專業(yè)化茶葉種植大縣的典型性與代表性,本文選擇安溪縣作為研究案例,通過對安溪縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)供給、調(diào)節(jié)與支持三大服務價值的評估,設置不同茶葉種植專業(yè)化水平、不同農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)、不同地貌類型3種情景,進行專業(yè)化茶葉種植影響下農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值的研究,揭示種茶、飲茶熱潮下,誘人的經(jīng)濟效益背后,規(guī)?；?、專業(yè)化茶葉種植對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的影響,以期為安溪縣,甚至為我國茶業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供借鑒參考。

1 研究區(qū)域概況

安溪縣,古稱清溪,位于福建省東南沿海,廈、漳、泉“閩南金三角”西北部,隸屬泉州市,縣域范圍位于東經(jīng)117°36′—118°17′,北緯24°50′—25°26′。全縣總面積3057.28km2,轄24個鄉(xiāng)鎮(zhèn)460個村居,人口108萬。安溪縣是世界名茶——鐵觀音發(fā)源地,素有“中國烏龍茶之鄉(xiāng)”的美稱,以茶業(yè)聞名全中國,號稱中國茶都。目前全縣茶葉主要種植品種為鐵觀音、黃金桂、毛蟹、本山、大葉烏龍和梅占等六個國家級茶樹良種,其中,鐵觀音種植面積占50%以上,是最主要的種植品種,整個縣域已經(jīng)成為我國茶葉種植專業(yè)化區(qū)域,從2009年起,已連續(xù)6年位于全國重點產(chǎn)茶縣首位。

茶業(yè)是安溪最重要的民生產(chǎn)業(yè)、支柱產(chǎn)業(yè),在促進農(nóng)民增收和推動社會經(jīng)濟發(fā)展上具有舉足輕重的作用。至2014年底,全縣涉茶行業(yè)總產(chǎn)值達到125億元,農(nóng)民人均年茶葉收入6720元,占農(nóng)民人均純收入的56%,各類茶葉加工企業(yè)1000多家,年產(chǎn)值500萬元以上的規(guī)模企業(yè)占15%,有80多萬人口得益于茶產(chǎn)業(yè)。因而為保障茶葉經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展,重視農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈源頭——種植業(yè)的生態(tài)友好性,關注規(guī)?；?、專業(yè)化茶葉種植對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的影響是至關重要和具有現(xiàn)實意義的工作。

圖3 安溪縣地理區(qū)位Fig.3 Geographic location of Anxi county

2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究方法與數(shù)據(jù)處理

2.1.1 能值法

本研究主要通過能值法進行農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值的量化,以能值的大小來表征生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值的大小。能值法主要是通過能值轉(zhuǎn)化率和能值轉(zhuǎn)換系數(shù),將不同單位的各種要素以類似消除量綱的方式統(tǒng)一表達為以太陽能(sej)為單位[15],使不同“質(zhì)量”的產(chǎn)品或服務之間能夠進行有效的比較與分析[16]。該方法是對生態(tài)系統(tǒng)和復合生態(tài)系統(tǒng)進行定量分析的新方法,可定量分析自然和人類社會經(jīng)濟的真實價值,能將生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)與社會經(jīng)濟系統(tǒng)統(tǒng)一起來,從根本上克服了單純著眼于生態(tài)分析或經(jīng)濟分析的局面,被認為是聯(lián)接生態(tài)學和經(jīng)濟學的橋梁,有助于調(diào)整生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展的關系[17],被廣泛用于分析國家或地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟狀態(tài)與規(guī)律[18-20]。

2.1.2 安溪縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評價指標體系構(gòu)建

在對安溪縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值的評價中,由于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的文化功能較弱,且難以量化,因而研究只對安溪農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的供給服務功能、調(diào)節(jié)服務功能和支持服務功能進行評估,而結(jié)合安溪的實際情況,研究中的安溪農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)主要包括了農(nóng)業(yè)和林業(yè)兩部分。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)受人類強烈干擾、高度依賴其他系統(tǒng),在為人類提供大量產(chǎn)品供給服務的同時也引起了其他一些服務的退化,甚至出現(xiàn)負的環(huán)境效應[21-22],所以在研究中不僅研究生態(tài)系統(tǒng)服務功能的正服務,也研究農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中出現(xiàn)的負服務。因而從供給服務、支持服務、調(diào)節(jié)服務、供給負服務、支持負服務和調(diào)節(jié)負服務6個方面構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評價指標體系,對安溪縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值進行評估,其中每個服務功能又由若干因子進行測度,共19個測度因子,具體測度指標及其能值轉(zhuǎn)換率如表1所示。

表1 基于能值法的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評價指標體系

*供給服務原始數(shù)據(jù)單位為“kg”,通過能值轉(zhuǎn)換系數(shù)轉(zhuǎn)換為“J”

2.1.3 專業(yè)化茶葉種植對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)影響研究的不同情景設置

圖4 安溪縣茶葉種植的Hoover地方化曲線Fig.4 Hoover localization curve of Anxi county′s tea planting

基于安溪縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值,為進一步探究專業(yè)化茶葉種植對其價值的影響,本研究通過不同專業(yè)化茶葉種植水平、農(nóng)業(yè)不同種植結(jié)構(gòu)和縣域不同地貌類型等不同情景進行安溪縣專業(yè)化茶葉種植影響下的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評估與分析。茶葉種植專業(yè)化程度影響種植規(guī)模與茶園管理水平,對農(nóng)業(yè)供給、支持、調(diào)節(jié)功能都可能產(chǎn)生影響；不同種植結(jié)構(gòu)其實也從另一個角度反應了茶葉種植的專業(yè)化程度,對驗證茶葉對農(nóng)業(yè)系統(tǒng)供給能力的影響,探究茶葉種植對系統(tǒng)穩(wěn)定性、調(diào)節(jié)能力的影響具有重要意義；不同地貌類型通過海拔高度劃分,對茶葉種植高度的合理調(diào)控,對農(nóng)業(yè)系統(tǒng)水土保持有重要的影響,尤其對農(nóng)業(yè)系統(tǒng)支持功能的可持續(xù)服務具有重要意義。具體情景設置和數(shù)據(jù)處理如下：

(1) 不同茶葉種植專業(yè)化水平劃分

通過計算Hoover地方化系數(shù)并繪制Hoover地方化曲線,發(fā)現(xiàn)安溪縣茶葉種植的Hoover地方化曲線呈彎曲狀(圖4),因而說明其專業(yè)化水平確實較高,存在地理集中,所以可進一步探究各鄉(xiāng)鎮(zhèn)之間茶葉種植專業(yè)化程度的空間分異。研究主要通過根據(jù)2012年年末各鄉(xiāng)鎮(zhèn)實有茶葉種植面積情況、區(qū)位商和集中化系數(shù)3種方法進行不同茶葉種植專業(yè)化水平的劃分(表2),并綜合3種方法計算的結(jié)果,最終確定安溪縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)茶葉種植的專業(yè)化程度級別(圖5),共分為高度專業(yè)化、較高專業(yè)化、中等專業(yè)化、較低專業(yè)化茶葉種植和無茶葉種植5個等級,其中非茶葉種植鄉(xiāng)鎮(zhèn)主要作為對照組進行設置。需要說明的時是,在進行區(qū)位商和集中化系數(shù)的計算時,由于數(shù)據(jù)資料的限制,主要利用茶葉與農(nóng)作物產(chǎn)量進行計算,而非產(chǎn)值。

表2 茶葉種植專業(yè)化水平劃分相關方法與結(jié)果

區(qū)位商是各鄉(xiāng)鎮(zhèn)茶葉產(chǎn)量占農(nóng)作物產(chǎn)量比例與全縣茶葉產(chǎn)量占農(nóng)作物產(chǎn)量比例的比值

(2) 不同農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)劃分

安溪縣各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)都有種植的作物主要包括稻谷、薯類、花生、蔬菜、茶葉和水果,由于宏觀統(tǒng)計數(shù)據(jù)難以確定出各鄉(xiāng)鎮(zhèn)具體的種植模式,本研究僅根據(jù)所獲得的各種種植作物的種植面積數(shù)據(jù),通過各種作物種植面積占總作物種植面積的比重(表3),簡單劃分出各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的種植結(jié)構(gòu),共分為以茶葉種植為主(A)、“茶-稻”種植結(jié)構(gòu)(B)、“茶-果”種植結(jié)構(gòu)(C)、“茶-稻-蔬”種植結(jié)構(gòu)(D)、“茶-稻-蔬-薯”種植結(jié)構(gòu)(E)和其他無茶種植結(jié)構(gòu)(F)6種結(jié)構(gòu)(圖6)。研究不同種植結(jié)構(gòu)下茶葉種植的生態(tài)效應時,其中無茶種植結(jié)構(gòu)作為對照組處理。

表3 安溪縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)種植結(jié)構(gòu)分類

當T<25%時,該鄉(xiāng)鎮(zhèn)為無茶葉種植鄉(xiāng)鎮(zhèn),作為對照組處理；當T>25%,R>20%,且T+R>60%時,該鄉(xiāng)鎮(zhèn)為“茶-稻”種植結(jié)構(gòu)；當T>25%,F>25%時,該鄉(xiāng)鎮(zhèn)為“茶-果”種植結(jié)構(gòu)；當T>25%,R>20%,V>20%時,該鄉(xiāng)鎮(zhèn)為“茶-稻-蔬”種植結(jié)構(gòu)；當T>25%,V>20%,Y>15%時,該鄉(xiāng)鎮(zhèn)為“茶-蔬-薯”種植結(jié)構(gòu)；當T>40%且R<20%時,該鄉(xiāng)鎮(zhèn)為以茶葉種植為主的種植結(jié)構(gòu)

圖5 安溪縣茶葉種植專業(yè)化水平分級Fig.5 Tea planting specialization level grading of Anxi county

圖6 安溪縣農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)分類Fig.6 Classification of Anxi county′s agriculture planting structure

(3) 不同地貌類型劃分

對安溪縣進行地貌類型的劃分主要是依據(jù)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的平均海拔進行劃分,各鄉(xiāng)鎮(zhèn)平均海拔數(shù)據(jù)主要利用安溪縣DEM數(shù)據(jù)獲取得到,運用ArcGIS軟件中空間分析工具中的分區(qū)統(tǒng)計功能,以安溪縣行政分區(qū)為分類區(qū)數(shù)據(jù)集,DEM數(shù)據(jù)(圖7)為被統(tǒng)計數(shù)據(jù)集,進行分區(qū)統(tǒng)計(分鄉(xiāng)鎮(zhèn)統(tǒng)計),再通過計算,得到安溪縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的平均海拔(表4)。對各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的平均海拔按照0—200m劃分為平壩、200—500m劃分為丘陵、500—700m劃分為低山、700—1000m劃分為中低山的標準,對籠統(tǒng)的“內(nèi)安溪、外安溪”進行重新劃分,將安溪縣分為平壩、丘陵、低山、中低山4種地貌類型進行研究(圖8),其中平壩地貌類型主要為非茶葉種植鄉(xiāng)鎮(zhèn),作為對照組處理。

表4 安溪縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)平均海拔高度

圖7 安溪縣高程情況Fig.7 Anxi county′s elevation

2.2 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)主要來源于《安溪統(tǒng)計年鑒2013》[26],其中能值轉(zhuǎn)換率相關數(shù)據(jù)主要借鑒藍盛芳等的《生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值分析》[23]、H.T.Odum[[24]和劉金娥等[25]的研究結(jié)果,能值折算系數(shù)相關數(shù)據(jù)和計算有機肥時所需的各種農(nóng)家肥的主要養(yǎng)分等相關數(shù)據(jù)主要來源于陳阜[27]的《農(nóng)業(yè)生態(tài)學》,安溪縣遙感影像、DEM數(shù)據(jù)等主要來源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺。

3 結(jié)果與分析

3.1 安溪縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值估算結(jié)果與分析

根據(jù)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評價指標體系進行了安溪縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)供給、調(diào)節(jié)與支持正、負服務功能的估算,通過計算結(jié)果(表5)可以發(fā)現(xiàn),安溪縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中三大服務功能價值都是正服務大于負服務,因而即使農(nóng)業(yè)系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生了負效應,但是系統(tǒng)仍以提供正服務為主。

為研究三大服務功能價值的空間分異情況,將計算結(jié)果通過ArcGIS軟件進行空間展示(圖9),可以發(fā)現(xiàn)：安溪縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)供給、調(diào)節(jié)和支持正、負服務功能價值的空間分布情況具有一定的相似性,縣域西南部服務價值都很高,龍涓鄉(xiāng)、長坑鄉(xiāng)、西坪鎮(zhèn)和虎邱鎮(zhèn)4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)在6個正負服務價值中都具有較大的影響,且供給正、負服務價值與支持正、負服務價值的空間分布總體上大致呈現(xiàn)“西高東低”的特征,調(diào)節(jié)正、負服務在空間分布上呈現(xiàn)出“南高北低”的特征。

表5 安溪縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值計算結(jié)果(sej)

圖9 安溪縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)三大服務價值空間分布Fig.9 Spatial distribution of agricultural ecosystem three service′s value of Anxi county

3.2 不同茶葉種植專業(yè)化水平對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務功能的影響

通過對安溪縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)茶葉種植情況進行“高度專業(yè)化、較高專業(yè)化、中等專業(yè)化、較低專業(yè)化、無茶葉種植”5個等級的劃分,并進行空間展示,發(fā)現(xiàn)其專業(yè)化等級分布在整個縣域空間上具有“西高東低”的特征(圖5)。而安溪縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中供給正、負服務以及支持正、負服務在在空間上也具有“西高東低”的特征,所以專業(yè)化茶葉種植與供給、支持正服務和供給、支持負服務之間都存在一定的正相關關系。

為進一步研究不同茶葉種植專業(yè)化水平影響下農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值的特征,將各鄉(xiāng)鎮(zhèn)按5個茶葉種植專業(yè)化水平等級進行劃分,計算每個專業(yè)化水平下農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值的均值作為該專業(yè)化水平的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值。從圖10中可以發(fā)現(xiàn),與“非茶葉種植”相比,專業(yè)化茶葉種植的總支持服務價值較低,但總體上總供給服務價值和總調(diào)節(jié)服務價值都較高。在總供給服務中,供給服務價值具有“中等專業(yè)化<較高專業(yè)化<高度專業(yè)化”的特征,隨著專業(yè)化等級的升高,系統(tǒng)的供給能力也不斷提高,其在單位面積下的供給服務價值也遵循這個規(guī)律(圖11),因而專業(yè)化茶葉種植具有較高生產(chǎn)力與經(jīng)濟效益,而與種植規(guī)模無關。在總調(diào)節(jié)服務中,不同專業(yè)化等級之間沒有明顯的規(guī)律,但進行專業(yè)化茶葉種植所具有的總調(diào)節(jié)服務價值要比未進行茶葉種植的高很多,而與總量計算中位于末尾情況截然相反的是,在單位面積下的總調(diào)節(jié)服務價值卻是非茶種植等級的最高(圖11),因而說明雖然單位面積上涉及茶葉專業(yè)化種植的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)在氣體、氣候調(diào)節(jié)方面的能力不如非茶種植農(nóng)業(yè)系統(tǒng),但是一定規(guī)模的茶葉種植在最終總量調(diào)節(jié)服務價值上卻具有明顯的優(yōu)勢。在總支持服務中,進行專業(yè)化茶葉種植的總支持服務價值要比非茶葉種植的低很多,對比單位面積下五個專業(yè)等級的總支持服務價值之間幾乎無差異的情況(圖11),可以發(fā)現(xiàn)規(guī)模不斷擴大的茶葉種植活動在水土保持方面具有劣勢,對農(nóng)業(yè)系統(tǒng)水土保持功能產(chǎn)生了一定的負效應。雖然與供給服務價值和調(diào)節(jié)服務價值相比,支持服務價值相對較小,但支持負服務對系統(tǒng)的影響也是不可忽視的,即專業(yè)化茶葉種植雖然具有較高的生產(chǎn)力和經(jīng)濟效益,但在種植過程造成的水土流失也是較為嚴重的。

圖10 安溪縣不同專業(yè)化茶葉種植間農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值情況Fig.10 Agricultural ecosystem services function value among different specialized tea planting in Anxi county

圖11 安溪縣不同專業(yè)化茶葉種植間單位面積農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值Fig.11 Agricultural ecosystem services function value of unit area among different specialized tea planting in Anxi county

3.3 不同種植結(jié)構(gòu)下茶葉種植對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務功能的影響

安溪縣農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)一共總結(jié)為6種結(jié)構(gòu),將各鄉(xiāng)鎮(zhèn)按這6種不同種植結(jié)構(gòu)進行分類,并取屬于該種種植結(jié)構(gòu)下鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)各服務功能價值的均值作為該類型種植結(jié)構(gòu)的服務功能價值(圖12),進行不同種植結(jié)構(gòu)下茶葉種植對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)影響的研究。通過結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),以茶為主的種植結(jié)構(gòu)在三大服務功能方面的價值都高于無茶葉種植結(jié)構(gòu),而6種種植結(jié)構(gòu)中,“茶-稻-蔬”種植結(jié)構(gòu)生態(tài)效應最好,在總供給、調(diào)節(jié)和支持服務中的價值最高,“茶-稻-蔬-薯”的生態(tài)效應最差,總供給服務價值甚至為負值。

圖12 安溪縣不同農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)間農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值情況Fig.12 Agricultural ecosystem services function value among different agricultural planting structures in Anxi county

與“以茶為主”的種植結(jié)構(gòu)相比,“茶-果”種植結(jié)構(gòu)在調(diào)節(jié)服務上具有更高的價值,且供給服務價值與支持服務價值又僅落后很小的差距,“茶-稻-蔬”種植結(jié)構(gòu)與之相比在三大服務功能價值上也都更具優(yōu)勢,因而對于安溪縣而言,在進行專業(yè)化茶葉種植活動時,應注意采用茶林、茶蔬復合生態(tài)種植結(jié)構(gòu),專業(yè)化種植并不代表專一化種植結(jié)構(gòu),采用混種結(jié)構(gòu)或復合種植結(jié)構(gòu)既能充分利用耕地資源,又能提高生物多樣性,能夠更好地實現(xiàn)專業(yè)化茶葉種植影響下農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)濟效益與生態(tài)效益的和諧發(fā)展。但也并不是種植結(jié)構(gòu)越復雜就越好,三大服務功能價值中都有“‘茶-稻’<‘茶-果’<‘茶-稻-蔬’”的規(guī)律,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值隨著種植結(jié)構(gòu)復雜程度的提高而增加,而“茶-稻-蔬-薯”種植結(jié)構(gòu)的三大服務功能價值在6種種植結(jié)構(gòu)卻又是最低的,供給服務甚至以提供負服務為主,水土流失情況較為嚴重。因而因地制宜,采取適合的復合種植結(jié)構(gòu)對于安溪縣以專業(yè)化茶葉種植為主的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展至關重要。

3.4 不同地貌類型下茶葉種植對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務功能的影響

通過對安溪縣進行不同地貌類型的劃分可以發(fā)現(xiàn),內(nèi)安溪海拔較高,主要為低山和中低山,外安溪海拔較低,主要為平壩和丘陵,整個縣域地勢呈“西高東低”的特征。為進一步具體分析不同地貌類型下安溪專業(yè)化茶葉種植對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的影響,將各鄉(xiāng)鎮(zhèn)按不同地貌類型進行劃分,取屬于每種地貌類型下鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值的均值作為該地貌類型的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務價值(圖13)。

圖13 安溪縣不同地貌類型間農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值情況Fig.13 Agricultural ecosystem services function value among different geomorphic types in Anxi county

通過結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),三大服務功能價值中都有“平壩<丘陵<低山”的規(guī)律,海拔高度與農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務功能在一定程度上存在正相關,海拔較高鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)供給能力較高,氣體、氣候調(diào)節(jié)能力也較好。雖然支持服務功能價值與海拔高度之間也具有一定的正相關,但可以發(fā)現(xiàn)總支持服務價值相比供給與調(diào)節(jié)服務價值要小很多,因而雖然安溪縣農(nóng)業(yè)系統(tǒng)支持服務以提供正服務為主,但支持負服務價值也占了較大的比例,土壤流失情況較嚴重。高海拔地貌類型區(qū)正是茶葉種植專業(yè)化程度高的區(qū)域,所以雖然不斷提高茶葉種植海拔高度可以擴大種植規(guī)模,從而提高供給,獲取較高的經(jīng)濟效益,但是不斷向山頂擴張的茶葉種植活動,不僅容易造成水土流失,且由于茶葉種植的專業(yè)化,一定程度上又降低了農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的生物多樣性,造成系統(tǒng)穩(wěn)定性下降,從而對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)造成了較大的負面影響。因而,關注不同地貌類型下進行專業(yè)化茶葉種植活動對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的影響,一定程度上控制茶葉種植“上山”高度,對于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的保護具有重要意義。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

生態(tài)系統(tǒng)服務、功能與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力之間具有緊密的聯(lián)系,而量化評估生態(tài)系統(tǒng)服務價值是人類對生態(tài)系統(tǒng)的認識成果作用于經(jīng)濟決策過程的紐帶,因而量化評估農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)系統(tǒng)服務功能就顯得非常必要[6,28]。目前國內(nèi)外對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值估算的研究成果,大多是利用單位面積價值對總量的靜態(tài)估算[29]和引入生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量[30]進行計算的貨幣法,或市場價值法、替代成本法和影子工程法[31-34]等經(jīng)濟學方法,這些方法實際上都缺乏對生態(tài)系統(tǒng)類型、質(zhì)量狀況的時空差異的考慮,估算結(jié)果難以反映生態(tài)系統(tǒng)服務價值在空間分布上的真實狀況[35],且由于匯率變化、統(tǒng)計口徑等原因,計算所得的結(jié)果可比性較差。而本研究采用能值法進行生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值的量化估算,將生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值統(tǒng)一折算為太陽能值,從而避免了折算為價值帶來的無法橫向進行有效、精確比較以及不同年份匯率變化導致的不可比較性等問題,較全面科學地評價、分析了安溪縣專業(yè)化茶葉種植對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的影響。

安溪縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)供給、調(diào)節(jié)和支持服務都是正服務大于負服務,系統(tǒng)總體上呈現(xiàn)出正效應,這與其他大多數(shù)的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評估研究的結(jié)果是相一致的。元媛等人[36]對欒城縣農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)進行了正、負服務的研究,肖玉等人[34]對華北平原農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)正、負效應進行綜合評價,無論是大范圍的華北平原,還是小區(qū)域的欒城縣的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng),以小麥-玉米為主要種植結(jié)構(gòu)的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)都是以提供正服務為主,而專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)也以提供正服務為主,所以專業(yè)化茶葉種植相較于普通農(nóng)田作物的種植,對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的負面影響還是較小的,只要通過合理的茶園管理,便可凸顯其在供給能力、氣體與氣候調(diào)節(jié)能力方面的優(yōu)勢。不過,產(chǎn)量不斷增加、不斷“上山”的茶葉種植活動在水土保持方面所具有的劣勢也是不可忽視的。在Zeng等人[37]在對安溪縣茶葉生產(chǎn)鏈的能值與經(jīng)濟評估中,發(fā)現(xiàn)安溪縣茶葉種植過程中存在過度使用化肥的問題,因而專業(yè)化茶葉種植造成的水土流失問題,不僅會降低農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的支持功能,也一定程度上會加劇供給負服務的效應,降低農(nóng)業(yè)系統(tǒng)資源投入的有效利用率,并造成環(huán)境污染。所以為確保安溪縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能夠繼續(xù)保持以提供正服務為主的狀態(tài),實現(xiàn)茶葉種植大縣茶業(yè)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展,對茶葉種植海拔高度進行調(diào)控,一定程度上退茶還林是必要的。

另外,一定程度上提高茶葉種植的生物多樣性,豐富種植結(jié)構(gòu)對水土保持、提高農(nóng)業(yè)系統(tǒng)穩(wěn)定性也是有益的舉措。單一茶樹種植會破壞茶園中天敵昆蟲的棲身和繁衍,使生物鏈由復雜變?yōu)楹唵?會減弱系統(tǒng)的生物防治效果,而且茶樹長期無喬木等樹木遮蔭和保護,其抗逆性也會降低,從而影響茶樹的正常生長[38]。而復合種植結(jié)構(gòu)能夠極大提高系統(tǒng)的生產(chǎn)力,增加產(chǎn)品、大氣調(diào)節(jié)、空氣凈化等功能價值,從而顯著提高系統(tǒng)的總服務價值[39]。很多學者對稻魚、稻鴨等農(nóng)田種植模式的研究也都表明,復合種植模式相較于傳統(tǒng)的單一種植模式的生態(tài)服務功能價值更高[40-41]。不過從研究結(jié)果我們也發(fā)現(xiàn),進行茶葉種植時采取復合種植結(jié)構(gòu)也并不是越復雜越好,應該因地制宜選擇合適的復合茶樹種植結(jié)構(gòu),以提高安溪縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和服務功能,實現(xiàn)茶葉經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

評價生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值就是評價生態(tài)系統(tǒng)及其過程對人類社會產(chǎn)生的效用[42],而農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)及其過程不僅會提供對人類社會有益的效應,還會產(chǎn)生一些損害人類社會福利的影響,這些負效應同樣會對人類社會產(chǎn)生深遠的影響,是不可忽略的。但目前大量有關生態(tài)系統(tǒng)服務研究中,大多只考慮生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的正效應,而忽略了生態(tài)系統(tǒng)在提供正效應時伴隨產(chǎn)生的負效應。本研究則構(gòu)建了由6個一級指標,19個二級指標組成的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評價指標體系,從供給功能、調(diào)節(jié)功能和支持功能3個農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務功能展開研究,綜合考慮其正、負效應,較全面系統(tǒng)地評價了安溪縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的服務功能價值,為安溪縣茶葉經(jīng)濟與農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展提供了一定的參考依據(jù),也為我國茶業(yè)的生態(tài)友好發(fā)展提供了一定的借鑒。不過,由于本研究主要基于宏觀統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行具體評估與分析,因而在研究中相關的統(tǒng)計分析較少,對不同種植結(jié)構(gòu)與地貌類型等情景的設置也還缺乏較為客觀的論證,在今后的研究中期望可以進一步完善。

4.2 結(jié)論

以專業(yè)化茶葉種植為主的安溪縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的供給、調(diào)節(jié)和支持三大服務的正服務都大于負服務,雖然專業(yè)化茶葉種植對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)造成了負效應,但是系統(tǒng)仍然以提供正服務為主。專業(yè)化茶葉種植具有較高的供給能力與經(jīng)濟效益,在氣體、氣候調(diào)節(jié)方面具有一定的優(yōu)勢,但對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的支持服務也有較大的負面影響,在專業(yè)化種植過程中水土流失情況較為嚴重。不過“茶-蔬”、“茶-果”等復合茶樹種植結(jié)構(gòu)在一定程度上能夠通過增加茶園的生物多樣性、提高茶葉品質(zhì),提高系統(tǒng)的總服務價值,實現(xiàn)茶葉經(jīng)濟與農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的和諧發(fā)展。因而進行適當?shù)姆N植區(qū)域調(diào)控和種植結(jié)構(gòu)調(diào)整將有利于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)繼續(xù)以提供正服務為主發(fā)展,實現(xiàn)經(jīng)濟與生態(tài)的可持續(xù)和諧發(fā)展。

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Agricultural ecosystem services function value evaluation under the influence of specialized tea planting:A case study in Anxi, Fujian Province

SHUI Wei1, CHEN Yiping1, SU Zheng′an2, FAN Shuisheng3,*

1CollegeofEnvironmentandResources,FuzhouUniversity,Fuzhou350116,China2InstituteofMountainHazardsandEnvironment,ChineseAcademyofSciences,Chengdu610041,China3AnxiCollegeofTeaScience,FujianAgricultureandForestryUniversity,Anxi362400,China

The drinking of tea has gradually become the world trend and fashion, the constantly expanded demand of tea stimulate its production, and the economic development of tea has drawn the world′s attention, but the influence of large-scaled and specialized tea plangting on agriculture ecosystem didn′t get the corresponding focus. In order to study the ecological effect of specialized tea planting on agricultural ecosystem with the expanded planting size, we chose Anxi that a county with specialized tea planting as a case. Evaluation based on three aspects which contain different specialized tea planting level, agricultural planting structures and geomorphic types through the method of emergy and the building of agricultural ecosystem services function value evaluation index system.The evaluation index system including positive and negative services of the provisioning, regulating and supporting function. The results show that (1) all the three services function have higher value on positive service, and the agriculture ecosystem that mainly based on specialized tea planting of Anxi give priority to providing positive service; (2)specialized tea planting has high economic benefit and well gas and climate regulation ability, which has a positive effect on the agricultural ecosystem′s provisioning and regulating services function; but(3)soil erosion cased by specialized tea planting is a little serious, which has a negative influence on agricultural ecosystem supporting function;(4) the "tea-vegetation" and "tea-fruit" multiple ecological planting structure is conducive to improving agricultural ecosystem services function, and achieve the harmonious development of the tea economy and agricultural ecosystem.

ecosystem services; specialized tea planting; emergy; Anxi county

國家社會科學基金資助項目(12CJL063);國家自然科學基金資助項目(41401313)

2016- 02- 07; 網(wǎng)絡出版日期:2017- 02- 17

10.5846/stxb201602070268

*通訊作者Corresponding author.E-mail: nt666@126.com

稅偉,陳毅萍,蘇正安,范水生.專業(yè)化茶葉種植影響下的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評價——以福建省安溪縣為例.生態(tài)學報,2017,37(10):3311- 3326.

Shui W, Chen Y P, Su Z A, Fan S S.Agricultural ecosystem services function value evaluation under the influence of specialized tea planting:A case study in Anxi, Fujian Province.Acta Ecologica Sinica,2017,37(10):3311- 3326.