“三生”用地結(jié)構(gòu)變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和農(nóng)戶生計的影響*
——以太行山區(qū)洞陽坡小流域?yàn)槔?/h1>

2022-07-08 02:38:16李彥鑫付同剛蔣莞艷劉金銅

中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(中英文)訂閱 2022年7期 收藏

關(guān)鍵詞：三生陽坡連翹

齊 菲,李彥鑫,高 會,付同剛,王 豐,2,蔣莞艷,2,劉金銅**

(1.中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心/中國科學(xué)院農(nóng)業(yè)水資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/河北省土壤生態(tài)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 石家莊 050022; 2.中國科學(xué)院大學(xué) 北京 100049)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指生態(tài)系統(tǒng)對人類的福祉,山區(qū)作為一個復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng),能為人類提供多種直接或間接的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),如氣候調(diào)節(jié)、自然資源供給、生物多樣性保護(hù)等。土地利用是人類活動最直接的反映,土地利用變化通過改變生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、過程和功能進(jìn)而影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化的重要驅(qū)動力之一。農(nóng)戶生計是農(nóng)村家庭謀求生存的基本方式,其依賴于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)中各種物質(zhì)資源和環(huán)境,土地利用的改變亦會對農(nóng)戶生計產(chǎn)生影響。探究山區(qū)土地利用變化引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化對于優(yōu)化山區(qū)土地資源配置、維護(hù)山區(qū)生態(tài)安全具有重要意義。

前人已從小流域尺度對土地利用引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和農(nóng)戶生計變化進(jìn)行了研究,但還存在不足,如Tolessa等和Leh等發(fā)現(xiàn)埃塞俄比亞西北部芬查流域和阿肯色州西北部典型農(nóng)業(yè)流域土地利用變化下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)顯著提高,但僅考慮了對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響,沒有考慮農(nóng)戶生計; Amsalu等揭示了埃塞俄比亞貝雷薩流域土地利用最重要的變化是天然林的減少以及種植園、牧場面積的增加,使得農(nóng)戶收入增加、農(nóng)戶生計多樣化,但是實(shí)施這種策略并沒有考慮流域整體的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值,對土地利用變化引起的生態(tài)效應(yīng)的研究也不夠完善,不能確保其在該地區(qū)具有可持續(xù)性。同時,基于“生產(chǎn)、生活、生態(tài)”的“三生”視角開展土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響的研究受到越來越多的學(xué)者關(guān)注,從 “三生”用地變化的角度進(jìn)行區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究多集中于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)或城鎮(zhèn)化快速發(fā)展區(qū),研究尺度也多以區(qū)域、省域、市域等宏觀大尺度為主,如戴文遠(yuǎn)等研究發(fā)現(xiàn)福州新區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)下降的主要原因是生產(chǎn)空間和生活空間對生態(tài)空間的侵占; 秦方研究表明“三生”用地轉(zhuǎn)變導(dǎo)致鄭州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)持續(xù)降低; 少有文章對于山區(qū)進(jìn)行研究,山區(qū)小流域“三生”用地變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和農(nóng)戶生計影響尚缺乏系統(tǒng)的研究。

太行山區(qū)是華北平原尤其京津地區(qū)的重要生態(tài)屏障和水源涵養(yǎng)地,也是生態(tài)敏感區(qū),在過去的幾十年內(nèi)太行山區(qū)由于受人類活動的影響,多個小流域土地利用結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了很大的變化,進(jìn)而影響了山區(qū)小流域“三生”用地結(jié)構(gòu)、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和山區(qū)農(nóng)戶生計。洞陽坡小流域位于太行山中山區(qū)井陘縣內(nèi),是太行山區(qū)由亞高山區(qū)向丘陵區(qū)過渡的典型過渡性地理空間。鑒于此,本文以太行山中山區(qū)典型小流域洞陽坡為研究對象,定量分析2000-2020年洞陽坡小流域 “三生”用地轉(zhuǎn)型的動態(tài)變化特征,并采用改進(jìn)的當(dāng)量因子法評估其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),探討了“三生”用地變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及農(nóng)戶生計的影響,以期為山區(qū)小流域尺度生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)同發(fā)展提供一定的決策參考。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

洞陽坡小流域位于太行山區(qū)中南段西麓地帶井陘縣內(nèi)(114°08′00″～14°11′00″E,37°51′00″～37°52′30″N),面積為526.59 hm(圖1)。最高海拔為1118 m,最低海拔為492 m。氣候?qū)贉貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候,四季分明,夏季涼爽多雨,是避暑度假勝地,冬季由于地勢擋住西北冷空氣直接入侵,氣候溫和,2020年平均氣溫11.2 ℃,年降雨量692.3 mm,其中7-9月份為雨季,降雨量約為435.4 mm,占全年降雨量的62.89%。

圖1 研究區(qū)洞陽坡小流域位置圖Fig.1 Location map of the study area,Dongyangpo watershed

小流域內(nèi)僅有兩個行政村,包含蒼巖山鎮(zhèn)洞陽坡村和南王莊鄉(xiāng)皂門溝村,人口數(shù)量少,且存在人口遷移,外來干擾較少,洞陽坡小流域所在的井陘縣又是典型的山區(qū)貧困縣,交通不便導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)落后和生態(tài)的脆弱相疊加,使得研究區(qū)貧困程度加深。

為綠化荒山和脫貧,洞陽坡小流域選擇了本地具有經(jīng)濟(jì)價值的優(yōu)勢種連翹()進(jìn)行大面積種植,并進(jìn)行了一系列的省級森林公園開發(fā)活動。洞陽坡小流域整體是典型的人工林生態(tài)系統(tǒng),小流域內(nèi)植被主要以人工林為主,自2001年起人工種植了連翹80萬株、香椿()10萬株、毛梾()5萬株,同時還分散種植了杜梨()、黃櫨()、楸樹()、合歡()、欒樹()、刺槐()等其他樹種,于2009年被評為河北省省級森林公園。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)主要包括土地利用、高程(DEM)、矢量及社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。土地利用數(shù)據(jù)來源于2000年Landsat遙感影像、2010年SPOT-5遙感影像和2020年GF-1遙感影像,通過幾何校正、圖像配準(zhǔn)、人工目視解譯等預(yù)處理,參照《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T 21010-2017)和劉紀(jì)遠(yuǎn)等的分類方法,將土地利用分為林地、耕地、草地、建設(shè)用地、未利用地、水域6類,同時根據(jù)實(shí)地調(diào)研將林地細(xì)分為香椿林地、毛梾林地、連翹林地和其他林地4類。DEM數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn/),分辨率為30 m×30 m; 矢量數(shù)據(jù)來源于《河北洞陽坡省級森林公園總體規(guī)劃》; 社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于洞陽坡小流域農(nóng)戶問卷調(diào)查數(shù)據(jù)。

2 研究方法

2.1 “三生”用地變化

本文根據(jù)前人擬定的“三生空間”分類方案,以突出主體功能為原則,基于洞陽坡小流域的土地利用類型,構(gòu)建了適宜洞陽坡小流域的“三生”用地分類體系(表1)?！叭庇玫貏討B(tài)變化研究通過轉(zhuǎn)移矩陣模型實(shí)現(xiàn),根據(jù)轉(zhuǎn)移矩陣,可以計算不同用地數(shù)量的轉(zhuǎn)入面積和轉(zhuǎn)出面積。

表1 洞陽坡小流域“三生”用地分類體系Table 1 Classification system of “Production-Living-Ecological” lands in Dongyangpo watershed

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估及參數(shù)修訂

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指人類能從生態(tài)系統(tǒng)中獲取的價值量,當(dāng)量法是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)計算最常用的方法,但在小流域尺度上還需要進(jìn)一步優(yōu)化。本文參考謝高地等推算的我國陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量,結(jié)合洞陽坡小流域?qū)嶋H情況,利用自然修訂系數(shù)和人文修訂系數(shù)調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)當(dāng)量因子。自然修正系數(shù)參考Gao等利用植被凈初級生產(chǎn)力(NPP)修訂的太行山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量表,人文系數(shù)利用洞陽坡小流域人均收入與全國收入的比值進(jìn)行調(diào)整,通過農(nóng)戶問卷調(diào)查得出洞陽坡小流域2020年人均收入為25 680元,對比同期全國人均收入為32 189元,得出人文修訂系數(shù)為0.798。

連翹果實(shí)是優(yōu)質(zhì)的中藥原材料,連翹葉可制作為連翹茶; 毛梾是木本油料植物,毛梾果實(shí)含油達(dá)27%～38%,可供食用或作高級潤滑油,油渣也可作飼料。通過專家咨詢和市場調(diào)查得知連翹生產(chǎn)價值約9萬元·hm,毛梾生產(chǎn)價值約為75萬元·hm,因此按價值比例調(diào)整了連翹林地和毛梾林地的原材料生產(chǎn)服務(wù)當(dāng)量。

同時,連翹樹姿優(yōu)美,花期長、花量多,盛開時滿枝金黃,芬芳四溢,令人賞心悅目,其根系發(fā)達(dá),具有良好的水土保持作用,是國家推薦的退耕還林優(yōu)良生態(tài)樹種和黃土高原防治水土流失的最佳經(jīng)濟(jì)作物,因此適當(dāng)提高了連翹的土壤保持服務(wù)和美學(xué)景觀服務(wù)的當(dāng)量因子。鑒于香椿葉可食用,因此將香椿的食品生產(chǎn)服務(wù)當(dāng)量調(diào)整為與旱地相同。

經(jīng)過調(diào)整后,最終得到洞陽坡小流域單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)當(dāng)量表(表2)。

表2 修訂后的洞陽坡小流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量表Table 2 Revised ecosystem services value equivalents of Dongyangpo watershed

利用修正后的生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量因子進(jìn)行計算,公式如下:

式中:ESV為區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的總價值(元),S是類型生態(tài)系統(tǒng)面積(hm2),是第類生態(tài)系統(tǒng)第項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的單位面積價值(元·hm),為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總數(shù),為生態(tài)系統(tǒng)類型總數(shù),為單位面積自然農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)食物生產(chǎn)價值(元·hm),e為表2中的當(dāng)量因子。

2.3 農(nóng)戶生計調(diào)查

農(nóng)戶生計的數(shù)據(jù)來自于2021年3-4月在洞陽坡小流域進(jìn)行實(shí)地入戶調(diào)查,采用不重復(fù)抽樣的方法隨機(jī)抽取農(nóng)戶進(jìn)行調(diào)查。為保證信息的準(zhǔn)確性,數(shù)據(jù)調(diào)查利用開放式問卷通過采訪農(nóng)戶獲取該家庭2000年和2020年社會經(jīng)濟(jì)等相關(guān)數(shù)據(jù),最后收回有效農(nóng)戶生計調(diào)查問卷50份,并運(yùn)用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的匯總與分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 “三生”用地變化

基于遙感解譯數(shù)據(jù)得到洞陽坡小流域2000年、2010年和2020年土地利用分布圖(圖2),2000-2020年間,洞陽坡小流域土地利用變化主要表現(xiàn)為草地面積的減少以及香椿林地、毛梾林地、連翹林地和其他林地4類林地面積的增加。根據(jù)2000-2020年3期的土地利用分類數(shù)據(jù),結(jié)合表1中的“三生”用地功能分類方法,得到洞陽坡小流域“三生”用地分布圖(圖3),2000-2020年間生態(tài)用地為洞陽坡小流域的主要類型。

圖2 洞陽坡小流域2000—2020年土地利用分布圖Fig.2 Land use distribution of Dongyangpo watershed from 2000 to 2020

圖3 洞陽坡小流域2000—2020年“三生”用地分布圖Fig.3 Distribution of “Production-Living-Ecological” lands in Dongyangpo watershed from 2000 to 2020

為細(xì)化“三生”用地的動態(tài)變化程度,探討了洞陽坡小流域“三生”用地空間格局的演變特征。研究時段內(nèi),洞陽坡小流域生態(tài)用地于2000-2010年減少9.2×10m,2010-2020年增加1.38×10m; 生產(chǎn)用地2000-2020年總面積減少1.62×10m; 生活用地在研究期內(nèi)總面積增加0.16×10m?？傮w上,洞陽坡小流域“三生”用地結(jié)構(gòu)基本保持不變(表3)。

表3 洞陽坡小流域2000—2020年“三生”用地結(jié)構(gòu)變化情況Table 3 Change of “Production-Living-Ecological” land structure in Dongyangpo watershed from 2000 to 2020

為進(jìn)一步探明洞陽坡小流域“三生”用地格局演變的具體情況,分別構(gòu)建了洞陽坡小流域2000-2010年和2010-2020年“三生”用地轉(zhuǎn)移矩陣(表4)。結(jié)果表明,2000-2010年,洞陽坡小流域生活用地的增加主要來源于對生態(tài)用地和生產(chǎn)用地的侵占。洞陽坡小流域“三生”用地各類型兩兩相互轉(zhuǎn)換的情況較少,僅有生態(tài)用地向生活用地、生產(chǎn)用地向生活用地的轉(zhuǎn)換,其中生態(tài)用地轉(zhuǎn)出面積最多,達(dá)0.92×10m,占轉(zhuǎn)移總面積的86.79%。2010-2020年,生態(tài)用地和生產(chǎn)用地向生活用地轉(zhuǎn)移的面積幅度降低,“三生”用地變化主要表現(xiàn)為生產(chǎn)用地向生態(tài)用地的轉(zhuǎn)變,生產(chǎn)用地轉(zhuǎn)出面積達(dá)1.44×10m,占轉(zhuǎn)移總面積的96.64%。

表4 2000—2010年和2010—2020年洞陽坡小流域“三生”用地轉(zhuǎn)移矩陣Table 4 Land transfer matrixs of “Production-Living-Ecological” lands in Dongyangpo watershed from 2000 to 2010 and 2010 to 2020×104 m2

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)對“三生”用地變化的響應(yīng)

3.2.1 生態(tài)系統(tǒng)總服務(wù)價值

將生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量因子(表2)與“三生”用地面積相乘,可得出2000-2020年洞陽坡小流域各空間類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(表5)。

表5 洞陽坡小流域2000—2020年“三生”用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值Table 5 Ecosystem services values of “Production-Living-Ecological” lands in Dongyangpo watershed from 2000 to 2020

從生態(tài)系統(tǒng)總服務(wù)價值來看,洞陽坡小流域2000年、2010年和2020年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分別為962萬元、2356萬元和2492萬元。其中,生態(tài)用地對生態(tài)系統(tǒng)總服務(wù)的貢獻(xiàn)最大,在各時段的生態(tài)系統(tǒng)總服務(wù)均占總量的99%以上。

2000年,洞陽坡小流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)中調(diào)節(jié)服務(wù)＞支持服務(wù)＞供給服務(wù)＞文化服務(wù),而2010年和2020年洞陽坡小流域供給服務(wù)增加4種服務(wù),表現(xiàn)為供給服務(wù)＞調(diào)節(jié)服務(wù)＞支持服務(wù)＞文化服務(wù)(圖4)。

圖4 洞陽坡小流域2000—2020年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值Fig.4 Ecosystem service values of Dongyangpo watershed from 2000 to 2020

總體而言,2000-2020年洞陽坡小流域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)均處于持續(xù)上升趨勢,尤以2000年以后上升明顯,變化率達(dá)146.89%。其中,生態(tài)用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值處于增長趨勢,共計增加1531.2萬元,主要?dú)w因于林地面積的增加使得洞陽坡小流域生態(tài)用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能得以提升; 生產(chǎn)用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值則處于下降趨勢,共計減少1.33萬元,主要?dú)w因于耕地面積逐年減少使得其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)下降; 生活用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)始終為0,所以未發(fā)生變化。

3.2.2 單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值

利用ArcGIS 10.4軟件,基于面轉(zhuǎn)柵格功能繪制了2000年、2010年和2020年洞陽坡小流域每公頃的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間差異,并根據(jù)自然斷裂點(diǎn)法將單位面積(每公頃)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值劃分為0～1萬元、1萬～2萬元、2萬～5萬元、5萬～20萬元和大于20萬元共計5個等級(圖5)。

從單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值來看(圖5),洞陽坡小流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在空間上表現(xiàn)為東部和西北部生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值相對較高,西部和中南部生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相對較低的趨勢。西部存在部分未利用地,同時海拔較高,人工種植較為困難,土地利用類型主要為草地導(dǎo)致西部生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與林地相比相對較低。同時,由于洞陽坡小流域內(nèi)的建設(shè)用地主要位于中南部,所以中南部生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)較低。

圖5 洞陽坡小流域2000—2020年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間分布圖Fig.5 Spatial distribution of ecosystem services values in Dongyangpo watershed from 2000 to 2020

從4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型來看(表6),2000-2020年,“三生”用地的4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能也呈現(xiàn)出不同的趨勢,生態(tài)用地單位面積供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)和文化服務(wù)等的價值逐年提高,生產(chǎn)用地和生活用地單位面積的4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值不變。其中生態(tài)用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)2000年以調(diào)節(jié)服務(wù)為主,2010年和2020年以供給服務(wù)和調(diào)節(jié)服務(wù)為主,而在生產(chǎn)用地中除文化服務(wù)外,其余3種服務(wù)功能都是生產(chǎn)用地的主體功能。

表6 洞陽坡小流域2000—2020年“三生”用地單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值Table 6 Ecosystem services per unit area of “Production-Living-Ecological” lands in Dongyangpo watershed from 2000 to 2020

3.2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)對“三生”用地轉(zhuǎn)型的響應(yīng)

根據(jù)前文研究表明,洞陽坡小流域在2000年至2020年“三生”用地結(jié)構(gòu)基本保持不變,而根據(jù)表5的結(jié)果,2020年洞陽坡小流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值比2000年共提高1531.2萬元,因此需要進(jìn)一步探明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)對“三生”用地轉(zhuǎn)型的響應(yīng)。

結(jié)合土地利用轉(zhuǎn)移矩陣(表4)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)當(dāng)量因子表(表2),計算得出2000-2020年洞陽坡小流域“三生”用地轉(zhuǎn)型導(dǎo)致的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化(圖6、表7)。

表7 2000—2020年洞陽坡小流域“三生”用地轉(zhuǎn)型導(dǎo)致的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化Table 7 Changes of ecosystem service values caused by “Production-Living-Ecological” land use transformation in Dongyangpo watershed from 2000 to 2020

圖6 2000—2020年洞陽坡小流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化的空間分布圖Fig.6 Spatial distribution of ecosystem services change in Dongyangpo watershed from 2000 to 2020

結(jié)果表明:洞陽坡小流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提高的主要原因是生態(tài)用地內(nèi)部功能的變化,生態(tài)用地內(nèi)部功能轉(zhuǎn)變,但生態(tài)用地總面積保持不變,具體到各土地利用類型,表現(xiàn)為大量草地轉(zhuǎn)化為以連翹為代表的林地,如香椿林地、毛梾林地和其他林地,其中草地轉(zhuǎn)為香椿林地增加34.31萬元的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),轉(zhuǎn)為毛梾林地增加608.56萬元,轉(zhuǎn)為連翹林地增加735.80萬元,轉(zhuǎn)為其他林地增加153.52萬元,共提高1532.19萬元的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),占生態(tài)系統(tǒng)總服務(wù)提高量的99.95%,說明這部分生態(tài)用地內(nèi)部功能的變化對于洞陽坡小流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的提升起到了主導(dǎo)作用。

此外,鑒于連翹帶來的經(jīng)濟(jì)效益高,自2010年起,洞陽坡小流域內(nèi)部分耕地轉(zhuǎn)為連翹林地,使得生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)也有所增加,促進(jìn)了當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶生計及生態(tài)效益的提升?？傮w來說,洞陽坡小流域主要通過人工造林和退耕還林等措施提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值提高的同時,生活用地對其他用地的侵入也對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境產(chǎn)生了損耗,降低了生態(tài)環(huán)境質(zhì)量,尤其以生活用地對生態(tài)用地的侵入影響最大,共有0.97×10m生態(tài)用地轉(zhuǎn)為生活用地,降低了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),且少量的生產(chǎn)用地向生活用地的轉(zhuǎn)移降低了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)降低主要由于洞陽坡省級森林公園的建設(shè)對生態(tài)用地和生產(chǎn)用地的侵占。

總體而言,洞陽坡小流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值提高的主要原因是生態(tài)用地中大量的草地轉(zhuǎn)化為以連翹為代表的林地,共提高1532.19萬元的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值,林地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的提高對生態(tài)系統(tǒng)總服務(wù)價值提高的貢獻(xiàn)率為99.95%。

3.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值增加對農(nóng)戶生計的貢獻(xiàn)

3.3.1 連翹林地供給服務(wù)價值的增加量

基于解譯的洞陽坡小流域土地利用數(shù)據(jù)和改進(jìn)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)當(dāng)量因子表,得到洞陽坡小流域和連翹林地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(表8)。

表8 2000—2020年洞陽坡小流域及其連翹林地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)增加量Table 8 Ecosystem services value increase in Dongyangpo watershed and Forsythia suspensa forest land from 2000 to 2020

從生態(tài)系統(tǒng)總服務(wù)來看,2000年到2020年洞陽坡小流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)增加1529.87萬元,20年來小流域內(nèi)大量的草地轉(zhuǎn)化為以連翹為代表的林地,即 “三生”用地內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化下,洞陽坡小流域生態(tài)系統(tǒng)總服務(wù)顯著提高。通過大量種植本地優(yōu)勢樹種連翹,連翹林地的生態(tài)系統(tǒng)總服務(wù)增加1000.58萬元,占小流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)增加的65.40%,說明連翹林地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)占比高,在小流域起著至關(guān)重要的作用。

從供給服務(wù)來看,洞陽坡小流域和連翹林地的供給服務(wù)價值的增加量分別為995.71萬元和428.63萬元,連翹林地供給服務(wù)價值的增加量占小流域供給服務(wù)價值增加量的43.05%,占小流域生態(tài)系統(tǒng)總服務(wù)價值增加量的28.02%,可見連翹林地的供給服務(wù)對小流域生態(tài)系統(tǒng)總服務(wù)的重要性。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)就是生態(tài)系統(tǒng)對人類提供的各種福祉,供給服務(wù)對小流域農(nóng)戶福祉的貢獻(xiàn)最為直觀,是農(nóng)戶基本物質(zhì)需求得到滿足的根本來源,連翹林地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給效益的提高能增加農(nóng)戶收入,進(jìn)而影響農(nóng)戶生計。

3.3.2 連翹林地供給服務(wù)對農(nóng)戶生計的貢獻(xiàn)

為研究連翹林地供給服務(wù)對農(nóng)戶生計的貢獻(xiàn),進(jìn)行了洞陽坡小流域農(nóng)戶生計調(diào)研。參與問卷調(diào)查的農(nóng)戶中,受訪者以男性居多,共32人,占調(diào)查總數(shù)的64%。受訪者以年齡較大的居多,40歲以上的受訪者共45人,占總數(shù)的90%,40歲以下的僅有5人。這主要是因?yàn)槟贻p人多在外打工,在家務(wù)農(nóng)的以中老年人為主。在所有受訪者中,初中及以下文化程度的有34人,占總數(shù)的68%,本科及以上僅有2人,說明受訪農(nóng)戶整體文化水平較低。整體上,受訪者年齡大、男性多、文化水平低。

據(jù)調(diào)查統(tǒng)計,2000年月收入在1000元以下的為39戶,而在2020年僅有2戶,2000年每戶耐用消費(fèi)品數(shù)量平均值為0.78,2020年增加為3.36。小流域內(nèi)原有建檔立卡貧困戶11戶26人,截至2020年底已全部脫貧。

通過分析小流域農(nóng)戶基于連翹林地提供的供給服務(wù)獲得的收入占總收入的比值(圖7),發(fā)現(xiàn)在參與調(diào)查的農(nóng)戶中,共有66%的農(nóng)戶通過受益于連翹林地帶來的供給服務(wù)獲得了收入,且有20%的農(nóng)戶收入顯著提高。

圖7 洞陽坡小流域連翹收入占總收入的比值Fig.7 Ratio of Forsythia suspensa income to total income in Dongyangpo watershed

同時,通過對比分析2000年和2020年洞陽坡小流域農(nóng)戶收入來源(圖8),研究表明以連翹為代表的人工林的種植改變了洞陽坡小流域的收入結(jié)構(gòu),使得農(nóng)戶收入多樣化。2000年洞陽坡小流域農(nóng)戶收入以務(wù)農(nóng)為主,由于耕地質(zhì)量不佳、水資源缺乏等問題所致的收入不穩(wěn)定一直是農(nóng)戶的困擾。到2020年,連翹的大規(guī)模種植拓寬了農(nóng)戶家庭的收入來源,農(nóng)戶通過連翹采摘能獲得一定的收入,每年3、4月連翹開花引來大規(guī)模游客參觀,游客購買柴雞蛋等山區(qū)農(nóng)產(chǎn)品也能帶動更多的農(nóng)戶做小生意增加收入,同時農(nóng)戶也可以通過洞陽坡小流域內(nèi)森林公園建設(shè)打工和外出打工的形式獲得收入。

圖8 洞陽坡小流域2000年和2020年收入來源Fig.8 Income sources of Dongyangpo watershed in 2000 and 2020

總體上,連翹林地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給效益的提高增加了洞陽坡小流域的農(nóng)戶收入,與2000年相比,2020年洞陽坡小流域農(nóng)戶月收入有所提高,共有66%的農(nóng)戶通過連翹林地的供給服務(wù)獲得了收入,且有20%的農(nóng)戶收入顯著提高。同時,連翹種植還拓寬了農(nóng)戶收入來源,使得農(nóng)戶生計多樣化。連翹種植帶來的“三生”用地變化對農(nóng)戶收入來源結(jié)構(gòu)起到了優(yōu)化調(diào)整的作用。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

4.1.1 基于特定區(qū)域的當(dāng)量因子法的修正

本文通過對洞陽坡小流域“三生”用地結(jié)構(gòu)變化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究,探明了生態(tài)用地對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的貢獻(xiàn)最大,主要表現(xiàn)為人工造林后林地面積的增加帶來了區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的提高,這與彭媛媛在太行山西部的研究結(jié)果相同,由于林地在總生態(tài)服務(wù)價值中貢獻(xiàn)率較高,林地面積的增加顯著提高了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。

就研究方法而言,本文在使用當(dāng)量法的過程中,為減少當(dāng)量表與研究區(qū)現(xiàn)狀的脫節(jié),結(jié)合洞陽坡小流域?qū)嶋H情況,綜合自然因素和人文因素進(jìn)行了系數(shù)修正,并通過專家咨詢和市場調(diào)查獲得連翹、毛梾的生產(chǎn)價值,進(jìn)一步按價值比例調(diào)整了原材料生產(chǎn)服務(wù)當(dāng)量。宋敏敏等和Renetzeder等曾指出要想準(zhǔn)確獲取區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值,唯一方法就是采用特定區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的特定單位。這種基于特定區(qū)域的當(dāng)量因子法的修正結(jié)果具有的高精度和可信服度,有利于展現(xiàn)小流域人工造林后的實(shí)施效果,也有利于提高小流域內(nèi)農(nóng)戶對生態(tài)效益的重視程度。

當(dāng)然,本研究在修正方法上有待完善,雖然本文以NPP和人均收入為代表綜合考慮了影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的自然因素和人文因素,但洞陽坡小流域是太行山區(qū)典型的過渡性地理空間,在人文自然復(fù)合作用下,影響其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的因素有很多,如地貌、氣候變化、生物多樣性、城市化等。因此,還需要進(jìn)一步的探索,以便構(gòu)建更為精準(zhǔn)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)估算模型。

4.1.2 連翹林地帶來生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益的權(quán)衡

我國是全球人工林總面積貢獻(xiàn)最大的國家,人工林面積達(dá)7.9×10m,占全球人工林總面積的28.4%和中國森林總面積的38.0%,然而我國人工林總體上質(zhì)量不高,經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益也較低,急需提升人工林的質(zhì)量及其多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。人工種植下如何權(quán)衡好生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)系是當(dāng)前面臨且亟需解決的科學(xué)問題。

洞陽坡小流域通過大面積人工種植本地優(yōu)勢樹種連翹使得土地利用功能發(fā)生變化,在未破壞環(huán)境的情況下,不僅提升了洞陽坡小流域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),還帶來了一定的經(jīng)濟(jì)效益,提高了小流域內(nèi)農(nóng)戶的生活水平,實(shí)現(xiàn)了生態(tài)、經(jīng)濟(jì)的雙重發(fā)展。在小流域的生態(tài)系統(tǒng)供給服務(wù)中,連翹的原材料供給服務(wù)是農(nóng)戶維持生計與小流域直接經(jīng)濟(jì)效益的體現(xiàn)。在農(nóng)戶調(diào)查中也發(fā)現(xiàn),洞陽坡小流域內(nèi)有76%的受訪者參與了連翹種植,并且100%的受訪者表示支持連翹種植,他們愿意為小流域保護(hù)做出貢獻(xiàn)可能是由于他們需要從中獲取經(jīng)濟(jì)價值。

而在埃塞俄比亞高地貝雷薩流域,農(nóng)戶在流域內(nèi)陡坡上擴(kuò)大耕作、大面積破壞自然植被導(dǎo)致水土流失加劇,雖然這種模式能獲得短期的經(jīng)濟(jì)效益,但會加大流域內(nèi)生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益的不均衡,并不能保證該流域的長期可持續(xù)發(fā)展。委內(nèi)瑞拉安第斯山脈小流域中通過種植咖啡()取代了大面積的天然林,農(nóng)戶收入提高但生態(tài)環(huán)境被破壞,山體滑坡和洪水風(fēng)險加大,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)降低?？梢娫谛×饔蜷_展適當(dāng)?shù)娜宋慕?jīng)濟(jì)活動對于小流域可持續(xù)管理,發(fā)展生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益協(xié)同作用至關(guān)重要。

太行山區(qū)面臨人口、資源、環(huán)境三重壓力,本研究可為太行山區(qū)的生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)同發(fā)展提供一定的理論依據(jù)。連翹是洞陽坡小流域本地的優(yōu)勢樹種和經(jīng)濟(jì)樹種,建議后期對小流域內(nèi)的生態(tài)用地進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù),更好地發(fā)揮連翹種植的生態(tài)效益及經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 結(jié)論

本文基于“三生”視角,利用GIS空間分析與數(shù)理統(tǒng)計方法,分析了2000-2020年間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和農(nóng)戶生計對洞陽坡小流域“三生”用地結(jié)構(gòu)變化的響應(yīng),結(jié)論如下:

1)20年來,洞陽坡小流域“三生”用地結(jié)構(gòu)比例基本保持不變,呈現(xiàn)出生態(tài)用地＞生產(chǎn)用地＞生活用地; 但生態(tài)用地內(nèi)部的土地利用方式發(fā)生了變化,具體表現(xiàn)為人文作用下,主要表現(xiàn)為草地面積減少和林地面積增加,尤其當(dāng)?shù)貎?yōu)勢樹種連翹種植面積顯著增加。

2)洞陽坡小流域生態(tài)用地對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值的貢獻(xiàn)大,在各時段其生態(tài)服務(wù)價值均占總量的99%以上。洞陽坡小流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在空間上表現(xiàn)為東部和西北部相對較高,西部和中南部相對較低的趨勢。

3)20年來,洞陽坡小流域內(nèi)“三生”用地結(jié)構(gòu)比例不變,但生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值卻顯著提高,增加146.89%,其主要原因是生態(tài)用地中大量草地轉(zhuǎn)化為以連翹林為代表的林地,由此增加的生態(tài)服務(wù)價值對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值提高的貢獻(xiàn)率為99.95%。

4)20年來,洞陽坡小流域農(nóng)戶生計水平有所改善,連翹林地供給服務(wù)的增加占小流域供給服務(wù)增加的43.05%,占小流域生態(tài)系統(tǒng)總服務(wù)增加的28.02%,連翹林地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給效益的提高增加了洞陽坡小流域的農(nóng)戶收入,連翹種植帶來的“三生”用地變化對農(nóng)戶收入來源結(jié)構(gòu)也起到了優(yōu)化調(diào)整的作用。

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