延安市生態(tài)修復(fù)雙贏模式實(shí)證研究

曹世雄,劉 偉,趙麥換,馮 飛

1 延安大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,延安 716000 2 中央民族大學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)院,北京 100081 3 中山大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院,廣州 510275 4 黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司,鄭州 450003

土壤侵蝕引發(fā)的土地退化是全球面臨的重大環(huán)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(jīng)濟(jì)損失每年高達(dá)8500億美元[2]。我國(guó)土地退化面積約330萬km2,占國(guó)土總面積的三分之一,影響著18個(gè)省、400多個(gè)縣,威脅著4億多人口,直接導(dǎo)致1200萬人口處于貧困狀態(tài),占全國(guó)貧困人口的28.5%[3]。土地退化導(dǎo)致可耕地面積逐步減少,貧困化問題也呈加劇態(tài)勢(shì)[4]。由于缺乏選擇,這些地區(qū)的居民往往被迫從事不可持續(xù)的生產(chǎn)活動(dòng),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(dǎo)致土地退化、土地退化進(jìn)一步加劇貧困的惡性循環(huán)被稱為“貧困陷阱”,嚴(yán)重困擾著這些地區(qū)居民的生存與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展[6]。

土地退化是自然和人為等多重因素共同作用的結(jié)果[7- 8],氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)植被變化有重要影響,地表植被變化也會(huì)影響氣候變化[9- 10]和人類活動(dòng)[11-12]。自然學(xué)科的一些學(xué)者認(rèn)為,氣候變化影響土壤質(zhì)量、植被覆蓋度、物種組成、水文循環(huán),因而導(dǎo)致了土地退化[13- 14]；人文學(xué)科一些學(xué)者認(rèn)為,不可持續(xù)的人類活動(dòng)(如過度放牧、過度采伐、地下水開采等)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)施加了巨大壓力,進(jìn)而導(dǎo)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(guān)的氣象因素[1]、要么集中在與人類活動(dòng)有關(guān)的人為因素[4],鮮有基于長(zhǎng)期數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)下對(duì)自然與人為等多重因素之間相互作用的定量評(píng)估[13-14]。這些互不關(guān)聯(lián)的研究結(jié)果,很難為環(huán)境管理提供科學(xué)依據(jù),從而制約了生態(tài)環(huán)境保護(hù)的進(jìn)一步發(fā)展。

傳統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的工作重點(diǎn)是重新建立生態(tài)干擾機(jī)制或者非生物條件、并依靠生態(tài)系統(tǒng)演替過程促進(jìn)生物群落恢復(fù)。但是,生物因素和氣候環(huán)境之間強(qiáng)烈的相互作用可以改變以生態(tài)系統(tǒng)演替為基礎(chǔ)的環(huán)境工程結(jié)果[17- 18]。因此,如何正確認(rèn)識(shí)生態(tài)修復(fù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的相互關(guān)系,有的放矢地建立有效應(yīng)對(duì)機(jī)制,仍然是我國(guó)乃至全球生態(tài)修復(fù)研究的重要課題[19-20]。尋找擺脫“越窮越墾、越墾越窮”的被動(dòng)局面,實(shí)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)與居民生計(jì)改善的雙贏目標(biāo),無疑是生態(tài)修復(fù)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(jié)果,因此,生態(tài)修復(fù)不僅要依據(jù)氣候與地理?xiàng)l件開展生態(tài)治理,同時(shí)要改變當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活行為,發(fā)展有利于生態(tài)修復(fù)的綠色產(chǎn)業(yè),使當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活行為既可以提高收入、改善生活,又有利于生態(tài)修復(fù)。從而擺脫“越窮越墾、越墾越窮”的被動(dòng)局面,實(shí)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)與居民生計(jì)改善的雙贏目標(biāo)。為了提高效率,生態(tài)修復(fù)應(yīng)通過關(guān)鍵因素對(duì)生態(tài)系統(tǒng)演化的影響評(píng)估,明確歷史時(shí)期不同治理措施對(duì)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的貢獻(xiàn)度,結(jié)合地方氣候條件、土地退化程度、以及當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活方式,科學(xué)配置生態(tài)修復(fù)治理措施,使退化生態(tài)系統(tǒng)逐步恢復(fù)到健康穩(wěn)定的自然狀態(tài)。為了驗(yàn)證這一假設(shè)的科學(xué)性和可行性,該研究依據(jù)生態(tài)修復(fù)雙贏理論,在陜西省延安是開展了為期16年的實(shí)證研究。

1 延安市生態(tài)修復(fù)雙贏模式的探索與實(shí)踐

1.1 研究區(qū)概況

延安市位于陜西省北部黃土丘陵溝壑區(qū),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(nóng)村人口1.9×106,年人均純收入6180元。1999年延安市在全國(guó)率先開展退耕還林試點(diǎn)工作。

1.2 生態(tài)修復(fù)雙贏模式

為了全面認(rèn)識(shí)氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)演化的影響,該研究通過衛(wèi)星或遙感數(shù)據(jù),以歸一化差分植被指數(shù)值NDVI(Normalized Difference Vegetation Index,一般應(yīng)用于檢測(cè)植被生長(zhǎng)狀態(tài)、植被覆蓋度)代替植被變化,獲取研究區(qū)各個(gè)年度植被變化的平均值。并從統(tǒng)計(jì)年鑒或者社會(huì)調(diào)查方法獲得可能影響植被變化的所有氣候和人類活動(dòng)指標(biāo)的年度數(shù)據(jù)。

統(tǒng)計(jì)指標(biāo)包括：(1)農(nóng)村社會(huì)發(fā)展指標(biāo)：農(nóng)村人口、農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力、公路綠化里程、鐵路綠化里程、礦區(qū)綠化面積；(2)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)：農(nóng)業(yè)GDP,農(nóng)業(yè)收入、農(nóng)村人均收入、耕地面積、播種面積、復(fù)種指數(shù)、基本農(nóng)田面積、糧食產(chǎn)量、糧食單產(chǎn)、各種家畜存欄量；(3)環(huán)境政策指標(biāo)：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(tài)項(xiàng)目投資；(4)氣候環(huán)境指標(biāo)：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(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)。

為了去除統(tǒng)計(jì)單位不同造成的影響,相關(guān)研究使用每個(gè)指標(biāo)的年度變化率面板數(shù)據(jù)去識(shí)別關(guān)鍵因素,并且比較他們對(duì)NDVI的貢獻(xiàn)。為了避免重疊因素對(duì)結(jié)果的影響,該研究應(yīng)用2011版本的STATA軟件的回歸分析模型(http://www.stata.com)計(jì)算所有雙驅(qū)動(dòng)因素之間關(guān)系的回歸系數(shù),最后確定關(guān)鍵指標(biāo)。面板數(shù)據(jù)模型如下：

yit=a+bxit+uit

(1)

式中,yit是指在t年i地區(qū)的NDVI值,xit是相應(yīng)的影響因素,uit是誤差,a和b是回歸系數(shù)。

為了解釋在回歸分析中變量因素自相關(guān)的可能性,可以使用Breusch-Godfrey LM 測(cè)試,最終得到輔助回歸系數(shù)R。依據(jù)(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(xiàn)顯著自相關(guān)。然后將原始數(shù)據(jù)xit減去xit的均數(shù)〗后,再除以xit的標(biāo)準(zhǔn)差,從而得到標(biāo)準(zhǔn)化的a和b。最后計(jì)算項(xiàng)目區(qū)中不同變量對(duì)NDVI變化的貢獻(xiàn)率,并依據(jù)貢獻(xiàn)率、結(jié)合地方氣候條件、土地退化程度配置生態(tài)修復(fù)治理措施。計(jì)算的模型如下：

(2)

式中,Coni是變量i對(duì)NDVI的貢獻(xiàn),|SCVi|是變量i標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)值的絕對(duì)值、通過系數(shù)b來計(jì)算。

2000年,測(cè)算了延安市歷史時(shí)期關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)植被變化的貢獻(xiàn)率。結(jié)果表明,農(nóng)村人口減少、農(nóng)民收入增加、耕地面積減少、封山育林、礦區(qū)和道路綠化對(duì)本年度植被的貢獻(xiàn)率分別為18.8、11.4、11.1、6.1、11.8%,并存在時(shí)滯效應(yīng)(對(duì)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(duì)本年度的影響為18.1、19.0%(表1)。

表1 各因素對(duì)1982至1999年間延安市NDVI變化的相對(duì)貢獻(xiàn)

顯著性水平Significance levels: ** 1%, * 5%

依據(jù)補(bǔ)短板原理,延安市政府在國(guó)家退耕還林植樹造林基礎(chǔ)上,增加了以下治理策略：(1)通過人均0.17 hm2基本農(nóng)田建設(shè)促進(jìn)坡地退耕還林；(2)多種經(jīng)營(yíng)大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)林增加農(nóng)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(fù)植被；(4)通過城市化和生態(tài)移民減少環(huán)境壓力；(5)加大礦區(qū)和道路邊坡水土保持工作力度,保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

2 實(shí)施效果

結(jié)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(nóng)田、農(nóng)民純收入分別增長(zhǎng)了111.7%、98.1%、74.2%、35.3%、17.0%、203.1%(圖1)；NDVI增長(zhǎng)了49.8%(圖2)。

圖1 1999—2016年延安市主要生態(tài)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)增長(zhǎng)情況Fig.1 The primary ecological economics change in Yan′an City from 1999 to 2016

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

圖2 延安市和陜西省精準(zhǔn)治理項(xiàng)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(biāo)Factors第一年 First year第二年 Second year第三年 Third yearR2貢獻(xiàn)率Contribution/%R2貢獻(xiàn)率Contribution/%R2貢獻(xiàn)率Contribution/%精準(zhǔn)治理 農(nóng)村人口-0.743??5.77-0.743??2.10-0.743??5.07Targeted measures農(nóng)民純收入0.331?23.630.331?40.600.331?37.56基本農(nóng)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(qū)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(jīng)濟(jì)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(tài)修復(fù)工程作為一項(xiàng)公共政策,其根本目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[6,22]。研究結(jié)果表明,通過發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)是可持續(xù)發(fā)展的長(zhǎng)期策略[23]。因此,在處理生態(tài)建設(shè)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系上,不應(yīng)一味尋找資源替代品,而應(yīng)做好生態(tài)建設(shè)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的平衡[24]。由此可見,社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展在環(huán)境保護(hù)工作中起著至關(guān)重要的作用,其不僅影響項(xiàng)目區(qū)內(nèi)人群之間利益分配的公平性,也影響項(xiàng)目區(qū)外受項(xiàng)目影響人群之間利益分配的公平性[25- 27]。

生態(tài)恢復(fù)對(duì)未來生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成有著復(fù)雜而難以估量的影響[8,28]。即使生態(tài)恢復(fù)的意圖良好,恢復(fù)策略適合環(huán)境條件,也有必要考慮該項(xiàng)目的社會(huì)經(jīng)濟(jì)后果[23]。特別是像我國(guó)這樣經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速、人口密集、地理環(huán)境差異顯著的國(guó)家更是如此[29]。通過改善居民生計(jì)、增加農(nóng)村居民收入,可以有效提高他們對(duì)生態(tài)恢復(fù)活動(dòng)的積極性。也只有這樣,生態(tài)脆弱地區(qū)的居民才有可能擺脫貧困陷阱[21]。實(shí)踐表明,雙贏策略對(duì)延安生態(tài)修復(fù)做出了重大貢獻(xiàn)(表2)。

生存權(quán)高于所有其他權(quán)利[30]。因此,生態(tài)修復(fù)與精準(zhǔn)扶貧的有效對(duì)接才是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的根本出路。對(duì)于生態(tài)脆弱區(qū)的居民,生態(tài)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(dāng)?shù)鼐用裉峁└煤涂沙掷m(xù)的發(fā)展策略,可顯著提高生態(tài)修復(fù)效果[21]。國(guó)家或地方政府實(shí)施生態(tài)修復(fù)工程時(shí),必須充分考慮相關(guān)地區(qū)的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)需要,通過技術(shù)培訓(xùn)、就業(yè)幫扶、綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展等方法,使當(dāng)?shù)鼐用裨陧?xiàng)目結(jié)束后也有穩(wěn)定的就業(yè)和收入來源[23]。如果一個(gè)項(xiàng)目不能為當(dāng)?shù)鼐用裉峁┝己蒙?jì),任何保護(hù)環(huán)境的語言都是空話[31]。

生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜多變,如降水對(duì)干旱少雨的干旱地區(qū)無疑是植被修復(fù)的甘露,但對(duì)積溫不足的高寒地區(qū),降水增加會(huì)減少光照,影響植物的光和作用[7]。干旱地區(qū)植樹造林通常需要灌溉才能存活[32],但樹木蒸散發(fā)進(jìn)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(duì)于自然因素(如降水、光照)直接作用于植物的生長(zhǎng)發(fā)育,人工措施對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響是漸漸的,需要較長(zhǎng)時(shí)間的響應(yīng)過程,這很好地說明了人類活動(dòng)的時(shí)滯效應(yīng)[33]。生態(tài)退化與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系、以及環(huán)境保護(hù)與消除貧困之間的聯(lián)系都是動(dòng)態(tài)的,也存在區(qū)域差異[34- 35]。自然生態(tài)系統(tǒng)具有復(fù)雜性特征[36],在受到人為干擾或者環(huán)境變化(如氣候變化)時(shí),生態(tài)系統(tǒng)自我恢復(fù)會(huì)更加困難[37]。在氣候變化、環(huán)境退化、生態(tài)系統(tǒng)日益脆弱化的大背景下,環(huán)境管理更加需要負(fù)有彈性的解決方案[38]。這進(jìn)一步說明生態(tài)修復(fù)需要全面了解氣候變化和人類活動(dòng)之間的交互作用,從而針對(duì)這些因素的相關(guān)性制定出切實(shí)可行的應(yīng)對(duì)措施。

退化的生態(tài)系統(tǒng)處于極不穩(wěn)定狀態(tài),景觀連續(xù)性和結(jié)構(gòu)變化、物種喪失、優(yōu)勢(shì)物種變化、不同營(yíng)養(yǎng)層次相互作用,都會(huì)引起土壤和其他生物群落的變化[39]。當(dāng)外部擾動(dòng)引起主要物種、土壤、或者生態(tài)群落內(nèi)部其他資源發(fā)生變化時(shí),生態(tài)群落結(jié)構(gòu)極有可能表現(xiàn)出突然變化[40- 42]。而不適當(dāng)?shù)纳鷳B(tài)修復(fù)方式會(huì)導(dǎo)致退化生態(tài)系統(tǒng)朝逆向方向發(fā)展[17,43]。不同地區(qū)氣候不同、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不同,生態(tài)修復(fù)的路徑也不盡相同[36]。因此,尊重地方差異,在不同地區(qū)采取因地制宜的差異性策略是未來環(huán)境管理學(xué)研究的重要方向。

生態(tài)修復(fù)是對(duì)受損生態(tài)系統(tǒng)的修補(bǔ)、而不是重建。正如該研究結(jié)果顯示,生態(tài)修復(fù)雙贏模式的理念與方法,可以有效減少生態(tài)修復(fù)的盲目性、降低生態(tài)工程成本,達(dá)到事半功倍的效果?？茖W(xué)合理的生態(tài)修復(fù)是基于長(zhǎng)期土地凈收益最大化的綜合結(jié)果,而不是追求某個(gè)單一指標(biāo)(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(tài)系統(tǒng)演化的驅(qū)動(dòng)力,因地制宜生態(tài)治理,是生態(tài)修復(fù)的根本出路。雖然該研究的理論方法還很粗糙,但是研究結(jié)果反映出的問題值得重視。生態(tài)修復(fù)雙贏模式的研究結(jié)果可以幫助相關(guān)部門獲得更加有效的規(guī)劃方案,為環(huán)境保護(hù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供理論基礎(chǔ),該方法的成熟與應(yīng)用將對(duì)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。