基于適應(yīng)性視角的稻作梯田生態(tài)系統(tǒng)演變特征研究
——以紫鵲界梯田為例

周松秀

(衡陽師范學(xué)院 城市與旅游學(xué)院，湖南 衡陽 421002)

全球變化下的適應(yīng)性已成為氣候變化與區(qū)域響應(yīng)研究的熱點(diǎn)。政府間氣候變化專業(yè)委員會(IPCC，Intergovernmental Panel on Climate Change)自1990年發(fā)布的第一份評估報(bào)告以來，歷次評估報(bào)告都把增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的適應(yīng)性、維系糧食生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展作為氣候變化公約目標(biāo)。本世紀(jì)以來，我國學(xué)者對人-地系統(tǒng)屬性的研究包括脆弱性、敏感性、彈性、適應(yīng)性、暴露和易損性等方面，這些屬性互相影響和關(guān)聯(lián)，或具有因果關(guān)系[1-2]，其中，適應(yīng)性研究是這些屬性的研究重點(diǎn)。劉穎慧[3]等在區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)過程功能和結(jié)構(gòu)對全球變化響應(yīng)和適應(yīng)性等方面取得了系列原創(chuàng)性的研究成果，引領(lǐng)了生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)性研究的框架和研究手段。吳麗麗[4]等從敏感區(qū)定性劃分、區(qū)域脆弱性的定量分析、糧食作物的脆弱性分析等3方面探討了我國1990~2010年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對氣候變化的脆弱和適應(yīng)對策的研究進(jìn)展并進(jìn)行展望。王志強(qiáng)[5]等以北方農(nóng)牧交錯帶雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)的大同縣作為研究區(qū)，對農(nóng)業(yè)旱災(zāi)適應(yīng)性進(jìn)行定量研究。王褀[6]等從壓力子系統(tǒng)和承載力子系統(tǒng)2個(gè)方面，揭示了農(nóng)牧交錯帶的鄂爾多斯市烏審旗生態(tài)承載力動態(tài)變化。陳佳[7]等提出了基于風(fēng)險(xiǎn)擾動的適應(yīng)性分析框架，采用風(fēng)險(xiǎn)-適應(yīng)能力指數(shù)評估方法分析了榆林市水土流失風(fēng)險(xiǎn)以及人地系統(tǒng)適應(yīng)能力時(shí)空演化特征。作者團(tuán)隊(duì)長期以來從事南方丘陵區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境脆弱性和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)性研究，并取得了系列成果[8-10]。綜觀農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)性的研究成果，專家學(xué)者對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)核心區(qū)和糧食主產(chǎn)區(qū)的適應(yīng)性研究成果豐富。農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)是農(nóng)耕智慧的結(jié)晶，是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展之本。2002年，聯(lián)合國糧農(nóng)組織秉承世界糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，啟動了“全球重要農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)動態(tài)保護(hù)與適應(yīng)性管理”項(xiàng)目(Globally Important Agricultural Heritage Systems，簡稱GIAHS)。各國高度重視，通過調(diào)研論證，建立全球重要農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)名錄并在世界范圍內(nèi)予以認(rèn)可與保護(hù)。專家學(xué)者就其獨(dú)特的農(nóng)業(yè)景觀、生物多樣性、農(nóng)業(yè)文化民俗傳承等開展研究[11-15]?；谔萏镛r(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)傳承的視角，紫鵲界梯田區(qū)引起了眾多學(xué)者的關(guān)注[16-17]。農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)的瀕危性特點(diǎn)反映了適應(yīng)性正在發(fā)生演變。本文基于適應(yīng)性視角，對紫鵲界梯田農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)地生態(tài)系統(tǒng)演變特征進(jìn)行研究，以期為稻作梯田生態(tài)環(huán)境保護(hù)研究提供借鑒，為區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)保護(hù)傳承提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

紫鵲界梯田主要位于湖南省新化縣西南部的水車鎮(zhèn)境內(nèi)，屬于雪峰山中部的奉家山體系[18]，低山丘陵地貌，海拔400~1 236 m，梯田坡度約25°~50°[19]，位于110°52'E~111°01'E，27°40'N~27°45'N[20]，面積約為5 300 hm2。梯田約10萬余丘[17]，500多級，單丘面積在0.066 hm2以下，集中分布在樓下、白水、龍普、石豐、金龍、正龍、金竹、白源、長石、錫溪、老莊、龍湘、直樂、奉家等14個(gè)村，集中連片面積為1274 hm2。紫鵲界梯田區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫13.7℃，年降水量1 650~1 700 mm。無霜期260天，日照時(shí)數(shù)1 488 h［18］。土壤為花崗巖風(fēng)化形成的紅壤，土層厚度100 cm以上，持水性強(qiáng)；砂土質(zhì)地[21]，給水性能強(qiáng)。森林覆蓋率60%以上[22]。梯田區(qū)上方茂密的森林及林下深厚土層儲水，形成巨大的地下儲水庫。梯田區(qū)地面無塘無庫，無人工水利設(shè)施，依靠獨(dú)特的地下天然自流灌溉系統(tǒng)，形成了具有2 000多年歷史的梯田農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)[23]。紫鵲界梯田2013年5月成為中國首批19個(gè)重要農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)之一，2014年9月被授牌列入首批世界灌溉工程遺產(chǎn)名錄，2016年7月國家農(nóng)業(yè)部將“湖南新化紫鵲界梯田”“福建尤溪聯(lián)合梯田”“江西崇義客家梯田”和“廣西龍脊梯田農(nóng)業(yè)系統(tǒng)”組成的“中國南方稻作梯田系統(tǒng)”項(xiàng)目推薦評選全球重要農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)，正式申請全球重要農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)[15]。2018年4月紫鵲界梯田獲批全球重要農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)。隨著紫鵲界梯田農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)景觀關(guān)注度的提高，旅游業(yè)快速發(fā)展，農(nóng)家樂大量涌現(xiàn)。農(nóng)家樂的水塔、水窖、水池等大量攔截自流泉水[24]，灌溉水源減少。2015年末水車鎮(zhèn)核心景區(qū)的14個(gè)村中，梯田旱化面積達(dá)100 hm2以上，拋荒和旱化面積近1/10，從山下至山上梯田退化程度加重[25]。

2 紫鵲界梯田生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)性量化

為了客觀反映紫鵲界梯田生態(tài)環(huán)境保護(hù)的迫切程度，本研究擬采用適應(yīng)性進(jìn)行表達(dá)。根據(jù)IPCC[26]給出的適應(yīng)性的定義和專家學(xué)者[3-7]的研究成果，筆者認(rèn)為梯田生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)性是梯田在全球氣候變化背景下，自然環(huán)境、社會因素和經(jīng)濟(jì)因素相互耦合，系統(tǒng)所表現(xiàn)出來的保持原有屬性，提升和發(fā)展系統(tǒng)性能的能力，包括吸收有利因素提升系統(tǒng)的學(xué)習(xí)能力，以及忍受和消化不利因素提高系統(tǒng)閾值的能力。

影響紫鵲界梯田生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)性的因素較多，各因素相互耦合，驅(qū)動機(jī)制復(fù)雜?；谙到y(tǒng)理論，影響梯田生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)性因素包括自然因素、社會因素和經(jīng)濟(jì)因素。量化梯田生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)性，需要構(gòu)建指標(biāo)體系，利用評價(jià)模型，計(jì)算適應(yīng)能力指數(shù)。

2.1 指標(biāo)體系的構(gòu)建

量化指標(biāo)體系需從自然環(huán)境、社會環(huán)境和經(jīng)濟(jì)環(huán)境構(gòu)成的環(huán)境系統(tǒng)中選擇具有典型性、代表性、普適性、驅(qū)動性或限制性的評價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建指標(biāo)體系。本文擬從3個(gè)方面選擇16個(gè)基礎(chǔ)指標(biāo)構(gòu)建評價(jià)指標(biāo)體系。

2.1.1 自然環(huán)境因素

①地質(zhì)、地貌、土壤、水文因素

自然環(huán)境包括地質(zhì)、地貌、土壤、水文、氣候、植被等。紫鵲界梯田不在地殼活動帶上，地質(zhì)、地貌條件在小時(shí)間尺度內(nèi)變化很小，因而地質(zhì)、地貌條件變化產(chǎn)生的擾動較小。在25°-50°的丘陵坡地上，形成了千年梯田，這與這里的花崗巖結(jié)構(gòu)及其水理特性密切相關(guān)。21世紀(jì)以來，梯田系統(tǒng)在氣候變化和人類活動的強(qiáng)烈干預(yù)下，水土流失問題凸顯，致使土地生產(chǎn)力和產(chǎn)量下降，生態(tài)功能退化。因而把水土流失面積作為評價(jià)指標(biāo)。其指標(biāo)性質(zhì)為負(fù)相指標(biāo)，即水土流失面積越大，生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)性越低。

②氣候、植被因素

氣候是自然環(huán)境中最活躍的因素，對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)影響極大，因而其宏觀和微觀指標(biāo)都必須予以考慮。年平均降水量、年平均氣溫和相對濕度等屬于宏觀氣候指標(biāo)，決定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)類型和種植制度。對于亞熱帶山地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)而言，暖濕多雨更有利于梯田農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因而作為正向指標(biāo)列入指標(biāo)體系。無霜期、∑≥10℃活動積溫等指標(biāo)屬于微觀氣候指標(biāo)，對于狹生態(tài)幅生物來說，直接影響其生長、產(chǎn)量和品質(zhì)。其值越大，狹生態(tài)幅生物的最適范圍越大，適應(yīng)能力越高，屬于正向指標(biāo)。T≥37℃高溫天數(shù)是微觀氣候指標(biāo)，發(fā)生在伏旱時(shí)期，高于37℃的氣溫超過了農(nóng)作物生長繁育最適范圍，甚至超過作物耐受范圍的閾值，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力下降，作物減產(chǎn)或絕收，農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降。天數(shù)越多，誘發(fā)旱災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)越大，對作物的危害越大，屬于負(fù)相指標(biāo)。植被覆蓋是紫鵲界梯田生態(tài)系統(tǒng)形成和發(fā)展的基礎(chǔ)。紫鵲界梯田區(qū)60%的森林覆蓋率與厚達(dá)100cm的深厚土層環(huán)境共同形成了自流灌溉系統(tǒng)。森林的涵養(yǎng)水源、保持水土、調(diào)節(jié)局地氣候等功能可提高生態(tài)系統(tǒng)的適應(yīng)性，森林覆蓋率屬于正向指標(biāo)。

2.1.2 社會因素

自然因素可理解為生態(tài)環(huán)境的本底條件，社會因素是生態(tài)系統(tǒng)演變的重要驅(qū)動因素[8]。隨著我國快速城鎮(zhèn)化，農(nóng)業(yè)勞動力資源出現(xiàn)老弱化[27]。勞動力資源流失與紫鵲界梯田的撂荒和旱化密切相關(guān)，致使生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)性降低，因而把勞動力資源作為正向指標(biāo)列入評價(jià)指標(biāo)體系。耕地面積、水稻面積占比(水稻播種面積/糧食播種面積)反映了紫鵲界梯田稻作農(nóng)業(yè)活態(tài)傳承特點(diǎn)，前者體現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模，后者表達(dá)稻作農(nóng)業(yè)的延續(xù)性和彈性，二者都是表達(dá)適應(yīng)性的重要正向指標(biāo)。農(nóng)村農(nóng)業(yè)補(bǔ)助屬于國家政策對農(nóng)業(yè)發(fā)展的扶持，水車鎮(zhèn)的農(nóng)村農(nóng)業(yè)補(bǔ)助多用于水浚維護(hù)、田埂修筑等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，以保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)條件，屬于正向指標(biāo)。

2.1.3 經(jīng)濟(jì)因素

經(jīng)濟(jì)因素是影響農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)性的又一類重要因素。紫鵲界梯田區(qū)傳統(tǒng)稻作農(nóng)業(yè)產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)良，但是經(jīng)濟(jì)比較效益低，雜交稻等非本土物種的種植及農(nóng)藥化肥的使用，短時(shí)期的經(jīng)濟(jì)效益得到提高，但是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)性發(fā)生改變。本文把農(nóng)藥使用量，化肥施用量、農(nóng)民年均純收入列入評價(jià)指標(biāo)體系。把農(nóng)藥使用量、含N化施使用量、含P化肥施用量作為負(fù)相指標(biāo)列入指標(biāo)體系。農(nóng)民年均純收入反映農(nóng)民富裕程度。農(nóng)民年均純收入屬于正向指標(biāo)列入評價(jià)指標(biāo)體系。本研究構(gòu)建的指標(biāo)體系見表1。基礎(chǔ)指標(biāo)數(shù)據(jù)直接獲得或通過簡單計(jì)算所得。

2.2 研究對象和研究時(shí)域

本研究以紫鵲界梯田集中連片的新化縣西部水車鎮(zhèn)的樓下、白水、龍普、石豐、金龍、老莊、龍湘、正龍、金竹、白源、柳雙、長石、石禾和直樂等14個(gè)村為研究對象。研究時(shí)段是2008-2017年共10年。盡管時(shí)間尺度較小，但是這10年紫鵲界梯田生態(tài)環(huán)境在水田旱化、水源減少、水土流失等方面問題突出，其生態(tài)環(huán)境保護(hù)及其農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)保護(hù)和傳承受到廣泛關(guān)注，而且這個(gè)時(shí)段的自然條件數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)資料有一些專門的采集和整理機(jī)構(gòu)，資料數(shù)據(jù)具有相對完整性和可獲得性。

表1 紫鵲界梯田生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)性評價(jià)指標(biāo)體系Tab.1 Twenty-two evaluation indexes of agricultural ecosystem adaptability

2.3 量化方法與步驟

本研究采用主成分分析法確定指標(biāo)權(quán)重，累計(jì)求和各指標(biāo)適應(yīng)能力數(shù)值可得相應(yīng)年份的適應(yīng)能力值。主成分分析法是一種客觀確定指標(biāo)權(quán)重的方法，能避免主觀隨意性。主成分分析通過降維去相關(guān)提取主成分，把眾多評價(jià)指標(biāo)用少數(shù)幾個(gè)綜合因子(主成分)來表達(dá)。數(shù)據(jù)處理和計(jì)算利用Matlab7.0進(jìn)行。具體步驟：①負(fù)向指標(biāo)處理。評價(jià)指標(biāo)有正向和負(fù)向2類，將負(fù)向指標(biāo)原始數(shù)據(jù)取倒數(shù)使其正向化。②數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。采用標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)化對評價(jià)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)(負(fù)向指標(biāo)取其倒數(shù))進(jìn)行無量綱化處理。③主成分解釋。計(jì)算相關(guān)系數(shù)矩陣、特征根、主成分貢獻(xiàn)率、累計(jì)貢獻(xiàn)率以及主成分載荷矩陣，根據(jù)特征根大于1、累計(jì)貢獻(xiàn)率大于85%的原則，確定主成分個(gè)數(shù)。④計(jì)算主成分權(quán)重。計(jì)算每個(gè)主成分占累計(jì)貢獻(xiàn)率的比重，即主成分權(quán)重。⑤計(jì)算評價(jià)指標(biāo)權(quán)重。根據(jù)主成分載荷矩陣每個(gè)指標(biāo)的載荷值和主成分權(quán)重，計(jì)算各評價(jià)指標(biāo)權(quán)重。⑥計(jì)算指標(biāo)適應(yīng)能力數(shù)值。評價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值與其權(quán)重相乘，即為各指標(biāo)適應(yīng)能力數(shù)值。⑦計(jì)算適應(yīng)能力指數(shù)。指標(biāo)適應(yīng)能力數(shù)值累計(jì)求和，即得適應(yīng)能力指數(shù)。具體計(jì)算模型見參考文獻(xiàn)[9]。

2.4 計(jì)算結(jié)果

2.4.1 主成分特征值和貢獻(xiàn)率

利用Matlab7.0對樣本進(jìn)行分析，提取主成分和各主成分載荷值，主成分個(gè)數(shù)為5個(gè)。本文把這5個(gè)主成分記為Z1、Z2、Z3、Z4、Z5(表2)(表3)。

表2 特征值及主成分貢獻(xiàn)率Tab.2 The eigenvalues and the contribution rate of principal component.

表3 主成分載荷矩陣Tab.3 Loadings matr ix in principal component

2.4.2 評價(jià)指標(biāo)權(quán)重和適應(yīng)能力指數(shù)

評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重由各主成分貢獻(xiàn)率和各指標(biāo)在主成分上的載荷值決定，具體計(jì)算方法見參考文獻(xiàn)[9]。從計(jì)算結(jié)果看，各評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重差異較大(表1第6列)。適應(yīng)能力指數(shù)按照公式(1)進(jìn)行計(jì)算[9-10]，計(jì)算結(jié)果見表4。

式(1)中：ACIi為第i年的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)能力指數(shù)；Wj為第i年第j個(gè)評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重；X*ij為第i年第j個(gè)評價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值。

由于評價(jià)指標(biāo)體系的差異性及各指標(biāo)權(quán)重賦值方法不盡相同，目前適應(yīng)能力的分級尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。分級的基本思路是對研究對象的適應(yīng)能力在既定的時(shí)空中的相對大小進(jìn)行區(qū)分或分段。參照以往的關(guān)于適應(yīng)能力等級的研究成果[10]和紫鵲界近10年適應(yīng)能力指數(shù)的變化特點(diǎn)(圖1)，采用自然斷點(diǎn)分級法(Jenks)進(jìn)行分類，即以2013年適應(yīng)能力指數(shù)在坐標(biāo)軸附近為斷點(diǎn)，之前年份的適應(yīng)能力值都集中在第4象限，之后年份的適應(yīng)能力指數(shù)則集中在第一象限，且各段的波動都較小，因而把研究時(shí)域的適應(yīng)能力等級劃分為3級:低適應(yīng)能力、中適應(yīng)能力和高適應(yīng)能力(表4)。

表4 各年份農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)能力指數(shù)及級別Tab.4 Adaptability degree of 10 years

3 紫鵲界梯田生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)性演變特征

由表4和圖1可知，紫鵲界梯田生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)能力在研究時(shí)域內(nèi)具有顯著的階段性演變規(guī)律，以2013年作為斷點(diǎn)，分成3個(gè)階段，從第1階段到第3階段體現(xiàn)為跳躍式上升的特點(diǎn)。

圖1 2008-2017年適應(yīng)能力演變Fig.1 The evolution of agriculture ecosystem adaptability from2008-2017

3.1 困低狀適態(tài)應(yīng)，能傳力統(tǒng)小物幅種波多動樣上性升減階少段：梯?田區(qū)處于貧

研究時(shí)域內(nèi)2008-2012年為低適應(yīng)能力階段，年際變化小，呈小幅波動上升趨勢。這與當(dāng)?shù)氐淖匀弧⑸鐣?、?jīng)濟(jì)因素密切相關(guān)。從主成分分析可以看出，第1主成分貢獻(xiàn)率超過48%，表明適應(yīng)能力演變的關(guān)鍵綜合因子是第1主成分，即Z1是第1驅(qū)動力，可概括為低收入階段的農(nóng)業(yè)掠奪式發(fā)展方式，對適應(yīng)性演變起決定性作用。第1主成分載荷量大于0.8的因子有8個(gè)，分別是森林覆蓋率、農(nóng)民年均純收入、農(nóng)藥使用量、水土流失面積、相對濕度、化肥施用量和農(nóng)村農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼。本階段適應(yīng)能力低與農(nóng)民處于貧困狀態(tài)及農(nóng)業(yè)掠奪式發(fā)展方式致使傳統(tǒng)物種多樣性減少密切相關(guān)。從實(shí)地走訪和水車鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)站獲得的資料數(shù)據(jù)顯示，2008-2012年水車鎮(zhèn)農(nóng)民收入構(gòu)成主要為種植、養(yǎng)殖和外出務(wù)工收入，農(nóng)民年均純收入在1 915~2 678元之間，種植業(yè)以糧食作物為主，兼顧發(fā)展農(nóng)業(yè)特產(chǎn)，來自梯田種養(yǎng)業(yè)的收入占農(nóng)民收入的1/3，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)不合理。同時(shí)，研究區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，交通不便，郵政、通訊覆蓋率低，科技和資金投入不足。新化縣是湖南省的貧困縣，而水車鎮(zhèn)又是新化縣的貧困鎮(zhèn)，經(jīng)濟(jì)收入來源較為單一且傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)收入低。(資料數(shù)據(jù)來自于2016年1月、2016年3月、2018年2月和2018年4月先后4次對水車鎮(zhèn)進(jìn)行走訪和實(shí)地考查，以及水車鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)站)。作者對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)內(nèi)容調(diào)研發(fā)現(xiàn)，上世紀(jì)80年代以前，當(dāng)?shù)靥萏飬^(qū)主要種植傳統(tǒng)水稻、玉米、紅薯等糧食作物，本土傳統(tǒng)水稻品種達(dá)20種以上。由于傳統(tǒng)水稻種植的比較效益低，加之旅游業(yè)的發(fā)展，2008年以來，紫鵲界梯田種植的傳統(tǒng)水稻品種不足10種，小麥基本消失，玉米種植面積增大。水稻種植業(yè)中，雜交水稻種植面積占90%，10%的梯田種植糯稻、黑米、紅米等傳統(tǒng)稻種，且傳統(tǒng)稻種主要分布于核心景區(qū)用于景區(qū)觀賞。紅冬粘、白米冬粘、紅毛粘、掃帚糯、梨子糯、香糯等品種大多種植在海拔800 m以上的高寒山區(qū)，耐寒抗病性強(qiáng)。雜交水稻廣泛取代品種多樣的本土特色稻種，盡管能提高單產(chǎn)和短期經(jīng)濟(jì)效益，但是紫鵲界梯田區(qū)稻作物種的多樣性遭到嚴(yán)重破壞，一些承載著農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)基因的傳統(tǒng)水稻品種逐漸消失，影響農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的適應(yīng)性。這個(gè)階段，農(nóng)民為了提高糧食單產(chǎn)，農(nóng)藥化肥的普遍使用并取代傳統(tǒng)綠肥，土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞，面源污染加劇，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的適應(yīng)能力較低。

3.2 中適應(yīng)能力斷點(diǎn)階段：環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受到關(guān)注，多因子耦合下的生態(tài)響應(yīng)滯后性顯著

中適應(yīng)能力階段為研究時(shí)域的過渡期，是適應(yīng)能力指數(shù)變化斷點(diǎn)所對應(yīng)的時(shí)間2013年。本階段的適應(yīng)能力是第1驅(qū)動力(第1主成分)和第2驅(qū)動力(第2主成分氣候變化干預(yù))耦合形成，即極端高溫天氣事件影響下的農(nóng)業(yè)掠奪式開發(fā)方式受到關(guān)注并通過梯田修復(fù)的方式力圖矯正。適應(yīng)能力在前階段基礎(chǔ)上穩(wěn)定提高，適應(yīng)性增強(qiáng)趨勢明顯。隨著本世紀(jì)初紫鵲界梯田獨(dú)特的農(nóng)業(yè)生態(tài)景觀和農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)被關(guān)注，經(jīng)濟(jì)活躍度和知名度得到提高，2008-2012年的某些環(huán)境掠奪式經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式引起了當(dāng)?shù)卣蛯＜覍W(xué)者的重視，相關(guān)職能部門采取措施，力圖矯正。政府部門、旅游公司和當(dāng)?shù)鼐用窆餐瑓⑴c紫鵲界梯田區(qū)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。當(dāng)?shù)卣种匾曌嚣o界梯田遺產(chǎn)的保護(hù)，投入了大量資金進(jìn)行梯田修復(fù)和田埂修筑。這些社會、經(jīng)濟(jì)行為有利于紫鵲界梯田區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的改善和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)性的提高。由于生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)性對社會、經(jīng)濟(jì)投入響應(yīng)具有滯后性，適應(yīng)能力提高還需要對有利因子的學(xué)習(xí)和消化后才能顯著體現(xiàn)。此外，第2驅(qū)動力氣候干預(yù)此時(shí)會與第1驅(qū)動力社會經(jīng)濟(jì)條件改善相互耦合影響適應(yīng)性。2013年7月1日至8月15日，受副熱帶高壓控制，梯田區(qū)連續(xù)日最高氣溫≥35℃日數(shù)達(dá)36天，為有記載以來的極大值。這種高溫少雨的極端氣象事件增大了干旱和梯田旱化的風(fēng)險(xiǎn)。因而本階段農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)能力有所提高但幅度不大。

3.3 高適應(yīng)能力穩(wěn)定上升階段：梯田生態(tài)系統(tǒng)綠色發(fā)展顯著，農(nóng)業(yè)扶持效果明顯

研究時(shí)域內(nèi)2014-2017年為高適應(yīng)能力階段，本階段相對于前6年，適應(yīng)能力發(fā)生了飛躍式的提升。高適應(yīng)能力階段內(nèi)適應(yīng)能力年際波動較小，呈穩(wěn)健上升趨勢。基于自流灌溉水源的紫鵲界梯田獨(dú)特的農(nóng)業(yè)遺存，森林覆被起關(guān)鍵作用。紫鵲界梯田區(qū)森林覆蓋率高，原生植被在幾次“大辦”運(yùn)動中被嚴(yán)重?fù)p毀，代之以次生林和人工林，主要建群樹種的林冠層植被有松、杉、樟、楓、竹、油茶和油桐等，中層植被為各種灌木，底層是以蕨類為主的草本植物，生物多樣性豐富。紫鵲界梯田傳統(tǒng)農(nóng)耕文化中森林是其核心要素之一，森林保護(hù)已成傳統(tǒng)，歷年森林覆蓋率均在50%以上。加之申遺的宣傳和推動，2012年以來，森林覆蓋率持續(xù)增長，2017年達(dá)到58.7%，林木綠化率達(dá)61.3%。隨著綠色生產(chǎn)和綠色食品的倡導(dǎo)及推進(jìn)，紫鵲界梯田申遺把傳統(tǒng)農(nóng)耕和綠色產(chǎn)品作為重要內(nèi)容。2014年以來，梯田農(nóng)藥化肥的使用量銳減，相對于低適應(yīng)能力階段和中適應(yīng)能力階段用量達(dá)到減半的程度。紫鵲界梯田區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展正在積極探索農(nóng)藥化肥減量的生態(tài)模式與路徑。據(jù)調(diào)查，2016年紫鵲界梯田區(qū)有農(nóng)戶9 800多戶，可耕梯田約1 990 hm2。為提高村民種田積極性，當(dāng)?shù)卣?009年開始實(shí)施150元/hm2的農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼。問卷調(diào)查顯示，當(dāng)?shù)?5.33%的居民農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識較高，71.67%的居民能感知農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境發(fā)生了變化需要保護(hù)，說明農(nóng)村居民對生態(tài)環(huán)境保護(hù)的必要性已達(dá)成共識。走訪調(diào)查還發(fā)現(xiàn)，紫鵲界梯田區(qū)近5年來一直在積極推廣病蟲害生態(tài)防治技術(shù)，即稻田養(yǎng)鴨養(yǎng)魚及保護(hù)青蛙，用天敵捕食田間害蟲；同時(shí)使用農(nóng)民自制滅蟲工具來防治蟲害。以稻-鴨(魚)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)為例，鴨(魚)既能捕食稻田害蟲防治蟲害，又通過翻動犁底層之上的水稻土改善水耕人為土的透氣性和團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，鴨糞是良好的有機(jī)肥料，魚的排泄物中含有氮磷等養(yǎng)分，為水稻生產(chǎn)提肥料，從而有效減少了化肥農(nóng)藥使用量，有利于傳統(tǒng)農(nóng)耕文化的傳承和發(fā)展[28]。研究表明：稻魚共生或稻鴨共生田的農(nóng)田環(huán)境，植株發(fā)病率較小，養(yǎng)魚養(yǎng)鴨田水稻紋枯病發(fā)病率為4.7%，一般水田為8.5%[29]。這種復(fù)合生態(tài)模式不僅節(jié)約種田成本，還能增加除稻谷以外的鴨或魚的產(chǎn)出，提升從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的家庭經(jīng)營收入在農(nóng)村居民可支配收入中的比例[30]。自紫鵲界農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)被關(guān)注和認(rèn)同以來，生態(tài)扶貧逐漸落實(shí)，旅游公司和相關(guān)職能部門投入資金對核心區(qū)梯田田埂進(jìn)行修復(fù)，農(nóng)村農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼力度加大，青壯年勞動力回鄉(xiāng)發(fā)展農(nóng)家樂兼顧稻田耕作。勞動力、農(nóng)業(yè)投入和扶持政策等的改善，梯田生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)性顯著提高。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

作者團(tuán)隊(duì)長期致力于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)性時(shí)空演變特征及驅(qū)動機(jī)制的研究，對衡陽盆地的案例研究取得了系列成果。衡陽盆地是典型的稻作農(nóng)業(yè)區(qū)，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)，商品率較高。而紫鵲界梯田區(qū)屬于山地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)較落后，具有農(nóng)區(qū)、觀光體驗(yàn)鄉(xiāng)村旅游地和農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)地等多重屬性。梯田農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)性研究一方面可以借鑒已有的研究成果，另一方面更要著眼于其自流灌溉、山高坡陡等特質(zhì)，因而在評價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建時(shí)，要考慮到研究區(qū)具有特殊意義的指標(biāo)，如T≥37℃高溫天數(shù)，相對濕度、水土流失、農(nóng)村農(nóng)業(yè)補(bǔ)助等指標(biāo)，并借助于實(shí)地考察和田野調(diào)查資料對評價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行修正。在分析評價(jià)結(jié)果時(shí)，本文借助了實(shí)地考察和田野調(diào)查的資料數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。目前有關(guān)梯田農(nóng)業(yè)遺產(chǎn)地適應(yīng)性定量研究成果不多，尤其是紫鵲界梯田區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)演變定量研究成果少，難以對研究成果進(jìn)行對比。今后作者團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)對農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)地尤其是紫鵲界梯田生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行更深入的研究，開展更廣泛更全面的實(shí)地調(diào)查和考察，將對枯枝落葉層、土壤理化特性和水文特征等微觀指標(biāo)，抽取研究樣本，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測定獲取特征數(shù)據(jù)，建立更科學(xué)客觀的定量評價(jià)指標(biāo)體系，使研究成果更客觀更接近真相，更好地為農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)地的生態(tài)環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)的活態(tài)傳承及研究區(qū)生態(tài)文明建設(shè)與社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供借鑒。紫鵲界梯田遺產(chǎn)今后的傳承和發(fā)展更要考慮空間依賴和空間外溢[31]，吸納周邊地區(qū)有利因素，將保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境作為農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)地社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要目標(biāo)。

4.2 研究結(jié)果

紫鵲界梯田作為全球重要農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)引起了廣泛關(guān)注。梯田旱化、水源減少等生態(tài)環(huán)境問題日益突出。本文基于適應(yīng)性視角對生態(tài)系統(tǒng)演變進(jìn)行量化，分析其演變特征。本文從自然因素、經(jīng)濟(jì)因素和社會因素三個(gè)方面選取16個(gè)指標(biāo)，建立了研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)性評價(jià)指標(biāo)體系，用主成分分析法提取5個(gè)主成分，計(jì)算各評價(jià)指標(biāo)權(quán)重。采用加權(quán)指數(shù)求和模型，計(jì)算2008-2017年紫鵲界梯田農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)能力指標(biāo)。為了使研究結(jié)論更可靠，作者團(tuán)隊(duì)于2016年1月、2016年3月、2018年2月和2018年4月先后4次對水車鎮(zhèn)進(jìn)行走訪和實(shí)地考察。本文結(jié)合模型計(jì)算和實(shí)地考察資料研究發(fā)現(xiàn)：紫鵲界梯田生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)性時(shí)間演變呈現(xiàn)由低到高的趨勢，可分為三個(gè)階段：2008-2012年為低適應(yīng)能力小幅波動上升階段，梯田區(qū)處于貧困狀態(tài)，傳統(tǒng)物種多樣性減少。2013年為中適應(yīng)能力斷點(diǎn)階段，梯田區(qū)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受到關(guān)注，多因子耦合下的生態(tài)響應(yīng)滯后性顯著。2014-2017年為高適應(yīng)能力穩(wěn)定上升階段，梯田生態(tài)系統(tǒng)綠色發(fā)展顯著，農(nóng)業(yè)扶持效果明顯。

(感謝衡陽師范學(xué)院地理科學(xué)專業(yè)張符連、蘇玲兄和曾雅玲等同學(xué)在本文的數(shù)據(jù)采集方面所給予的幫助和支持。)