小興安嶺—三江平原區(qū)生態(tài)問題辨析及山水林田湖草保護(hù)修復(fù)策略

李勇, 趙云澤, 卓志清, 曹夢(mèng), 黃元仿,2,*

小興安嶺—三江平原區(qū)生態(tài)問題辨析及山水林田湖草保護(hù)修復(fù)策略

李勇1, 趙云澤1, 卓志清1, 曹夢(mèng)1, 黃元仿1,2,*

1 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)土地科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 北京 100193 2 自然資源部農(nóng)用地質(zhì)量與監(jiān)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100035

為探討山水林田湖草系統(tǒng)治理策略, 實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的綜合提升, 以黑龍江省小興安嶺—三江平原區(qū)為研究對(duì)象, 在分析研究區(qū)不同土地利用類型變化的基礎(chǔ)上, 基于不同土地利用類型的生態(tài)服務(wù)價(jià)值的變化, 識(shí)別其面臨的主要生態(tài)環(huán)境問題, 提出研究區(qū)開展生態(tài)保護(hù)修復(fù)的策略。研究結(jié)果表明: (1)2005—2015年, 小興安嶺—三江平原區(qū)耕地面積持續(xù)增加, 林地、草地和濕地的面積持續(xù)下降, 土地利用結(jié)構(gòu)失衡。耕地面積主要由林地和草地轉(zhuǎn)入, 且主要分布在三江平原東部; (2)研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值從2005年的519.47億元下降至2015年的495.71億元。其中生物多樣性以及土壤保持功能下降最為嚴(yán)重。土地利用類型的急劇變化, 導(dǎo)致區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)供給服務(wù)失衡、土壤保持和生物多樣性功能下降及黑土退化等生態(tài)環(huán)境問題; (3)研究區(qū)山水林田湖草保護(hù)修復(fù)需突破行政邊界的限制, 合理規(guī)劃工程布局, 建立科學(xué)的評(píng)價(jià)體系和完善的監(jiān)管制度; 同時(shí), 需關(guān)注區(qū)域農(nóng)田土壤質(zhì)量變化, 突出黑土地作為珍稀自然資源在山水林田湖草生態(tài)系統(tǒng)中的重要性。

山水林田湖草; 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù); 生態(tài)保護(hù)修復(fù); 黑土; 小興安嶺—三江平原

0 前言

“山水林田湖草生命共同體”理念是“統(tǒng)籌實(shí)施山水林田湖草系統(tǒng)治理”的理論基礎(chǔ), 同時(shí)也是運(yùn)用系統(tǒng)工程思想和景觀生態(tài)學(xué)理論解決資源環(huán)境生態(tài)問題的重要方法論[1–2]。山水林田湖草生態(tài)保護(hù)修復(fù)要求打破“單一、分割式治理”的保護(hù)修復(fù)模式, 統(tǒng)籌治山、治水、治林和治田等多種治理措施, 以實(shí)現(xiàn)其生態(tài)系統(tǒng)功能的綜合提升[3]。近年來, 我國(guó)針對(duì)“山水林田湖草”生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)修復(fù)的理論研究[4–7]和工程實(shí)踐探索[8–9]已經(jīng)取得了一定成果, 但仍有諸多關(guān)鍵問題需要探究, 其中如何識(shí)別生態(tài)系統(tǒng)問題[10], 劃定優(yōu)先保護(hù)和治理區(qū)域, 更是山水林田湖草生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程的關(guān)鍵。有研究表明, 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與生態(tài)修復(fù)具有密切的關(guān)系, 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是生態(tài)修復(fù)的導(dǎo)向, 生態(tài)修復(fù)是實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的動(dòng)力[11-13]。我國(guó)已開展了較多生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究, 大多數(shù)是從不同尺度[14-15]和不同生態(tài)要素[16-18]單一地進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的評(píng)估, 而在生態(tài)修復(fù)和保護(hù)過程中, 缺少基于生態(tài)服務(wù)價(jià)值視角, 分析、識(shí)別生態(tài)系統(tǒng)問題的研究。由于生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、功能的差異性以及各要素之間相互制約、影響的原因, 致使不同地區(qū)生態(tài)保護(hù)和修復(fù)的策略存在差異[19–20]。因此, 明確區(qū)域山水林田湖草生態(tài)系統(tǒng)面臨的主要問題, 識(shí)別關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系, 是制定各類生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)與保護(hù)針對(duì)性策略的前提條件。

小興安嶺—三江平原區(qū)位于“兩屏三帶”中“東北森林帶”的中心地帶, 是國(guó)家生態(tài)安全戰(zhàn)略格局的重要部分, 也是我國(guó)重點(diǎn)森林生態(tài)功能區(qū)和濕地生態(tài)功能區(qū)。但由于受人為活動(dòng)和地質(zhì)災(zāi)害的影響, 區(qū)域生態(tài)安全遭受持續(xù)威脅。雖然近年來針對(duì)該區(qū)域?qū)嵤┑囊幌盗猩鷳B(tài)保護(hù)與建設(shè)重大工程取得了積極成效, 但是單一且相互獨(dú)立的修復(fù)模式導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)功能的綜合恢復(fù)和提升程度有限[21–23]。因此, 通過土地利用類型變化分析關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化, 明確區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)面臨的主要問題, 并針對(duì)性提出未來山水林田湖草保護(hù)與修復(fù)的策略建議, 對(duì)區(qū)域的生態(tài)環(huán)境建設(shè)和可持續(xù)性發(fā)展具有重要意義。本研究擬以黑龍江省小興安嶺—三江平原區(qū)域山水林田湖草生態(tài)保護(hù)修復(fù)為目標(biāo), 基于研究區(qū)不同土地利用類型的空間格局及服務(wù)價(jià)值的變化, 分析其生態(tài)環(huán)境面臨的主要問題, 并以此為基礎(chǔ)探討生態(tài)保護(hù)與修復(fù)的策略, 以期為開展“山水林田湖草”系統(tǒng)治理提供決策依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

小興安嶺—三江平原區(qū)(127°37'22.86" E—135° 5'55.28" E, 44°51'20.43" N—49°26'16.22" N)地處黑龍江省東部, 總面積9.96 × 104km2, 占黑龍江省國(guó)土總面積的21.06%(圖1)。區(qū)域地貌主要由西部小興安嶺、完達(dá)山山脈以及東部黑龍江、烏蘇里江及松花江沖積而成的低平原構(gòu)成。氣候?qū)贉貛駶?rùn)、半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候, 雨熱同期; 年均氣溫1.4℃—3.6℃, 年均降水量537.8—810.9 mm。主要土壤類型有暗棕壤、草甸土、沼澤土、白漿土、黑土、水稻土等, 山區(qū)多棕壤, 平原多白漿土, 草甸土和沼澤土分布較廣, 黑土則主要分布于完達(dá)山南北兩側(cè)山谷和松花江流域。研究區(qū)土地利用類型以耕地、林地、濕地、草地和建設(shè)用地等為主, 山、水、林、田、湖、草自然要素兼?zhèn)? 生態(tài)功能地位突出, 是我國(guó)重要的產(chǎn)品供給功能區(qū)和生物多樣性保護(hù)區(qū)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究涉及到的數(shù)據(jù)包括社會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)以及土壤屬性數(shù)據(jù)。其中糧食產(chǎn)量、農(nóng)業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)價(jià)格指數(shù)、耕地面積等社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來自中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒、黑龍江省各市縣統(tǒng)計(jì)年鑒; 2005年、2010年和2015年的3期土地利用數(shù)據(jù)(空間分辨率1 km)、DEM數(shù)據(jù)和土壤類型數(shù)據(jù)來自中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn)。2015年土壤有機(jī)質(zhì)含量來源于實(shí)地采集表層(0—20 cm)土壤樣品的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(重鉻酸鉀外加熱法), 2005年土壤有機(jī)質(zhì)含量來源于《測(cè)土配方施肥土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)集(2005—2014)》。

圖1 研究區(qū)地理位置

Figure 1 Location of the study area

1.3 研究方法

1.3.1 關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型的選擇

依據(jù)土地利用分類系統(tǒng)和景觀生態(tài)分類方法, 可將小興安嶺—三江平原區(qū)劃分為森林生態(tài)系統(tǒng)、草地生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)和濕地生態(tài)系統(tǒng)?；谏剿痔锖萆餐w理論, 結(jié)合小興安嶺—三江平原區(qū)保護(hù)黑土資源、生物多樣性和保障農(nóng)林產(chǎn)品供給的區(qū)域生態(tài)功能定位, 辨析研究區(qū)山水林田湖草面臨的主要生態(tài)環(huán)境問題, 因此選取區(qū)域內(nèi)土壤保持、生物多樣性、產(chǎn)品供給3個(gè)關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的指標(biāo), 以及耕地土壤質(zhì)量指標(biāo)(土壤有機(jī)質(zhì)), 共計(jì)4個(gè)問題診斷指標(biāo)進(jìn)行研究(表1)。

1.3.2 關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的估算

依據(jù)Costanza等[24]提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估體系, 參考謝高地等[25]修訂的適合中國(guó)陸地大尺度評(píng)估的“中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表”, 為研究區(qū)不同土地利用類型的各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行價(jià)值當(dāng)量賦值, 并通過公式(1)—(3)計(jì)算研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值:

2 結(jié)果與分析

2.1 小興安嶺—三江平原區(qū)土地利用類型演變

2.1.1 土地利用類型變化

分析土地利用類型變化是研究生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境問題的重要手段[26]。根據(jù)小興安嶺—三江平原區(qū)2005、2010和2015年的3期土地利用類型分布圖可以看出(圖2), 研究區(qū)的土地利用類型以林地和耕地為主, 其次是濕地和水域。不同土地利用類型的空間分布主要受地形和水資源分布的影響, 西北部和南部分別為小興安嶺和完達(dá)山山脈, 林地集中分布, 中部三江平原區(qū)地形平坦, 是耕地集中連片分布區(qū), 濕地則主要分布于黑龍江、烏蘇里江、松花江周邊及其支流沿岸地區(qū)。

由小興安嶺—三江平原區(qū)不同時(shí)期的土地利用類型面積(表2)可知, 耕地面積逐年增加, 而林地、草地、水域和濕地的面積逐年減少。2005—2015年期間, 研究區(qū)耕地面積累積增加約18.69 × 104ha,而林地、草地、水域、濕地的面積分別減少約9.23 × 104ha、0.86 × 104ha、0.04 × 104ha、8.82 × 104ha。其中, 林地面積比例降幅最大為0.96%, 其次是濕地面積占比, 降幅為0.89%。

2.1.2 土地利用類型轉(zhuǎn)移

由表3可知, 2005—2015年間, 小興安嶺—三江平原區(qū)各土地利用類型之間均出現(xiàn)了不同程度的轉(zhuǎn)化。研究區(qū)7種主要的土地利用類型中, 耕地是林地、濕地以及草地轉(zhuǎn)移的主要去向, 10年間約有11.08 × 104ha林地、10.80 × 104ha濕地以及1.22 × 104ha草地轉(zhuǎn)為耕地, 主要是為了滿足研究區(qū)持續(xù)增長(zhǎng)的農(nóng)業(yè)發(fā)展需要。研究區(qū)建設(shè)用地面積也呈現(xiàn)凈轉(zhuǎn)入的狀態(tài), 10年間分別約有9969 ha耕地、240.29 ha林地、437.75 ha草地以及206.71 ha濕地被建設(shè)用地所占用。2005—2015年, 耕地面積的轉(zhuǎn)出也較劇烈, 約有2.03 × 104ha 轉(zhuǎn)化為林地, 主要是由于土地綜合整治的實(shí)施加強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)林的建設(shè), 引起了農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的大幅度調(diào)整[27]; 另外, 由于大坡度、高海拔、土壤瘠薄等條件, 約有3877.59 ha的耕地轉(zhuǎn)化為草地。研究區(qū)10年間除耕地、建設(shè)用地以及未利用土地外, 其他土地利用類型均呈現(xiàn)凈轉(zhuǎn)出的狀態(tài)。

由2005—2015年研究區(qū)耕地、林地、草地3個(gè)主要土地利用類型的空間變化特征來看(圖3), 新增耕地的面積主要分布在三江平原地區(qū), 尤其在三江平原東部的同江、撫遠(yuǎn)、饒河等縣(市)新增耕地面積較大。研究區(qū)10年間林地和濕地面積分別減少約9.24 × 104ha、8.82 × 104ha, 濕地減少的面積主要分布在三江平原東部的松花江、撓力河以及別拉洪河沿岸地區(qū); 林地減少的面積主要集中在三江平原的東北部, 該地區(qū)的林地主要轉(zhuǎn)變?yōu)楦? 其余地區(qū)林地面積減少的地區(qū)呈散點(diǎn)狀分布。

圖2 2005—2015年小興安嶺—三江平原區(qū)土地利用空間分布圖

Figure 2 Spatial distribution of land use type in Xiaoxing'an Mountains-Sanjiang Plain from 2005 to 2015

表2 小興安嶺—三江平原區(qū)不同土地利用類型面積變化

表3 研究區(qū)2005—2015年土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣/ha

圖3 2005—2015年小興安嶺—三江平原區(qū)主要地類面積變化

Figure 3 Changes of land types in Xiaoxing'an Mountains-Sanjiang Plain from 2005 to 2015

2.2 小興安嶺—三江平原區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值

2.2.1 生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化

2005—2015年間, 小興安嶺—三江平原地區(qū)三種關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈現(xiàn)下降的趨勢(shì), 從2005年的519.47億元下降至2015年的495.71億元, 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化率達(dá)-4.54%, 其中產(chǎn)品供給生態(tài)服務(wù)價(jià)值呈現(xiàn)增加的趨勢(shì), 增長(zhǎng)率為2.34%, 而土壤保持和生物多樣性功能的服務(wù)價(jià)值均呈下降趨勢(shì), 土壤保持功能下降率最為嚴(yán)重, 達(dá)到6.18%。2005—2015年小興安嶺—三江平原區(qū)土壤保持和生物多樣性功能的生態(tài)服務(wù)價(jià)值下降率分別為2.50%和1.71%, 而2010—2015年兩種生態(tài)系統(tǒng)功能的服務(wù)價(jià)值下降率顯著增加, 分別達(dá)到3.77%和3.52%, 其中生物多樣性功能下降最為嚴(yán)重, 說明2010—2015年間研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)功能遭到了嚴(yán)重破壞。

2.2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值相對(duì)變化率

圖4顯示了小興安嶺—三江平原區(qū)不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和土地利用類型的生態(tài)服務(wù)價(jià)值相對(duì)變化率。就生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能差異性而言, 僅有產(chǎn)品供給功能的變化與總體生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化趨相反, 呈現(xiàn)輕微增加的趨勢(shì), 其余生態(tài)系統(tǒng)功能的服務(wù)價(jià)值均呈下降趨勢(shì), 土壤保持和生物多樣性功能變化幅度較大, 其中土壤保持功能的相對(duì)變化率大于1, 說明該功能的生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化程度大于研究區(qū)的平均水平, 表明主導(dǎo)土壤保持功能和生物多樣性功能的生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù), 是整個(gè)研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值提升的重要影響因素。就土地利用類型而言, 2005—2015年內(nèi)各種土地利用類型的生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化與研究區(qū)整體水平一致, 均呈下降趨勢(shì)。其中水域和濕地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值的相對(duì)變化率大于1, 分別為2.37和3.38, 說明此兩種土地利用類型的生態(tài)服務(wù)價(jià)值的變動(dòng)幅度遠(yuǎn)大于研究區(qū)整體變化幅度, 生態(tài)惡化程度較為嚴(yán)重, 表明濕地和水域的保護(hù)是小興安嶺—三江平原區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值改善的重要驅(qū)動(dòng)力。

表4 小興安嶺—三江平原區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化

圖4 2005—2015年研究區(qū)不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和土地利用類型的ESV相對(duì)變化率

Figure 4 The relative change rate of ESV of different ecosystem services and land use types from 2005—2015

2.3 小興安嶺—三江平原區(qū)生態(tài)環(huán)境面臨的主要問題

2.3.1 土地利用結(jié)構(gòu)失衡, 生態(tài)服務(wù)價(jià)值降低

不同土地利用方式的結(jié)構(gòu)失衡是造成生態(tài)系統(tǒng)功能失衡的直接影響因素。2005—2015年間, 小興安嶺—三江平原區(qū)耕地凈增18.69 × 104ha, 而其他的土地利用類型面積均呈降低的趨勢(shì), 其中林地和濕地面積下降最為嚴(yán)重, 分別為9.23 × 104ha和8.82 × 104ha。研究區(qū)耕地增量主要來自于濕地、林地和草地, 且三江平原東北部成為濕地轉(zhuǎn)化為耕地的主要區(qū)域, 這與滿衛(wèi)東等[28]和于杰[29]在三江平原區(qū)的研究結(jié)果一致。耕地的面積占比累年劇增, 導(dǎo)致小興安嶺—三江平原區(qū)的土地利用格局發(fā)生了顯著變化。有研究表明, 土地利用的變化不僅會(huì)帶來地表結(jié)構(gòu)的巨大變化, 而且會(huì)影響其物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)等生態(tài)過程, 對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能造成影響, 是導(dǎo)致小興安嶺—三江平原區(qū)生態(tài)系統(tǒng)功能失衡的主要原因[30-31]。

在冬天與春天之間那些含混不清的日子里，亂雨遷延著冬日的寒意。母親死后，一杭情緒一直比較低落。如果不是為了所謂的真相，也許他不會(huì)離開病中的母親，母親可能就不會(huì)出事。而自己拼命得到的，原來是一個(gè)錯(cuò)誤的真相。核桃臉被人收買了。而這個(gè)人不是夏冰，夏冰恰恰是被他誣陷的對(duì)象。所以，夏冰才想殺他。一定還有一個(gè)人，躲在暗中，操縱一切。

產(chǎn)品供給服務(wù)失衡。2005—2015年內(nèi)小興安嶺—三江平原區(qū)耕地的產(chǎn)品供給功能的服務(wù)價(jià)值占比分別為56.28%、57.18%和58.84%呈持續(xù)增加趨勢(shì)(圖5), 而林地、草地和濕地產(chǎn)品供給功能的服務(wù)價(jià)值總計(jì)分別為42.52%、41.64%和39.99%, 整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì), 說明不同土地利用類型的生態(tài)服務(wù)價(jià)值結(jié)構(gòu)逐漸失衡。同時(shí)耕地整體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值相對(duì)變化率為正值(圖4), 表明在2005-2015年間, 耕地的整體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈下降的趨勢(shì)。農(nóng)產(chǎn)品供給是耕地的主要生產(chǎn)功能, 研究區(qū)耕地面積的持續(xù)增加, 不僅是導(dǎo)致耕地產(chǎn)品供給的服務(wù)價(jià)值比例持續(xù)上升的主要原因, 也是導(dǎo)致產(chǎn)品供給服務(wù)失衡的重要因素。

土壤保持功能降低。2005—2015年, 小興安嶺—三江平原區(qū)土壤保持功能的服務(wù)價(jià)值下降率達(dá)到6.18%。和產(chǎn)品供給服務(wù)一樣, 2005年、2010年和2015年, 林地的土壤保持功能呈持續(xù)增加趨勢(shì), 而耕地、濕地和草地土壤保持功能的服務(wù)價(jià)值占比總計(jì)分別為39.55%、38.35%和36.70%, 整體比例呈現(xiàn)下降趨勢(shì)(圖5)。土壤保持功能的生態(tài)服務(wù)價(jià)值的相對(duì)變化率為正值且大于1, 說明主導(dǎo)土壤保持生態(tài)功能的森林生態(tài)系統(tǒng)惡化程度比較嚴(yán)重, 因此加強(qiáng)森林生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和恢復(fù)是提升研究區(qū)整體生態(tài)服務(wù)價(jià)值重要途徑。

生物多樣性功能降低。研究表明, 濕地對(duì)生物多樣性有重要作用, 但由于研究區(qū)灘涂濕地的開墾, 濕地面積持續(xù)減少, 使得土壤保持能力和生物多樣性整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)[32-33]。2005—2015年, 小興安嶺—三江平原區(qū)各類生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性服務(wù)價(jià)值一直呈下降趨勢(shì), 下降率達(dá)5.17%。2005年、2010年和2015年各類生態(tài)系統(tǒng)中, 林地、耕地和草地的生物多樣性服務(wù)價(jià)值占比均呈上升趨勢(shì)(圖5), 其中林地生物多樣性的服務(wù)價(jià)值占比分別為49.69%、50.71%和51.23%, 而濕地的生物多樣性服務(wù)價(jià)值及占比均呈下降趨勢(shì)。在不同土地利用類型中, 濕地的整體生態(tài)服務(wù)價(jià)值相對(duì)變化率最大為3.38, 表明濕地主導(dǎo)的各種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能嚴(yán)重下降, 導(dǎo)致研究區(qū)整體的生態(tài)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)失衡。因此, 保護(hù)和恢復(fù)濕地的生態(tài)功能是促進(jìn)研究區(qū)整體生態(tài)服務(wù)價(jià)值提高的重要且不可替代的手段。

2.3.2 耕地土壤質(zhì)量下降, 黑土退化

三江平原是黑龍江省“兩屏、一帶、一區(qū)”分布格局中“一區(qū)”的重要自然載體, 也是耕地集中連片分布的區(qū)域, 承擔(dān)著重要的糧食生產(chǎn)功能。由2005—2015年三江平原內(nèi)完達(dá)山以北地區(qū)耕地面積變化可以看出(圖6), 近10年間該區(qū)域新增耕地面積17.23 × 104ha, 約占小興安嶺—三江平原區(qū)新增耕地總面積的91.32%, 且新增面積主要集中在三江平原中部的松花江流域以及東北部地區(qū)。由于該地區(qū)開墾耕地較多, 林地、草地和濕地轉(zhuǎn)變?yōu)楦剡^程中以及重用輕養(yǎng)的農(nóng)作方式, 導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)快速下降的趨勢(shì)[34]。

2005年—2015年, 三江平原內(nèi)完達(dá)山以北地區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量下降趨勢(shì)十分明顯(圖7), 其中, 2005年土壤有機(jī)質(zhì)含量處于一級(jí)(> 40 g·kg-1)、二級(jí)(30—40 g·kg-1)和三級(jí)(20—30 g·kg-1)的耕地面積占比分別為40.30%、46.01%和13.69%, 而2015年相應(yīng)的面積比例分別為3.04%、68.17%和28.79%, 耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量整體呈下降趨勢(shì), 平均下降3.11 g·kg-1。

圖5 2005—2015年小興安嶺—三江平原區(qū)不同生態(tài)系統(tǒng)功能的服務(wù)價(jià)值比例變化

Figure 5 The proportions of service value of different ecosystems in Xiaoxing'an Mountains-Sanjiang Plain from 2005 to 2015

圖6 2005—2015年三江平原內(nèi)完達(dá)山以北地區(qū)耕地面積及變化

Figure 6 Changes of cultivated land area in Sanjiang Plain from 2005 to 2015

圖7 2005年、2015年三江平原完達(dá)山以北地區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量

Figure 7 Soil organic matter content in farmland of Sanjiang Plain in 2005 and 2015

圖8 小興安嶺—三江平原區(qū)黑土分布及其開墾強(qiáng)度的變化

Figure 8 Black soil distribution and reclamation intensity in Xiaoxing'an Mountains-Sanjiang Plain

3 討論

小興安嶺—三江平原區(qū)森林、濕地和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的格局與演變過程對(duì)區(qū)域整體生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有至關(guān)重要的作用, 雖然近年來小興安嶺—三江平原已開展了較多山水林田湖草生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程, 但區(qū)域綜合生態(tài)效益仍沒有提升, 因此亟需對(duì)今后的生態(tài)保護(hù)修復(fù)提出針對(duì)性的策略與建議。

3.1 突破行政邊界限制, 合理規(guī)劃工程布局

在黑龍江省未來的山水林田湖草保護(hù)修復(fù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中, 應(yīng)考慮突破行政邊界的限制, 綜合考慮區(qū)域自然及社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件, 并基于流域尺度(如松花江流域)規(guī)劃項(xiàng)目工程布局, 強(qiáng)化流域內(nèi)山水林田湖草保護(hù)修復(fù)的系統(tǒng)性。此外, 三江平原東部是森林、農(nóng)田和濕地生態(tài)系統(tǒng)變化最為劇烈的區(qū)域(圖3), 未來的保護(hù)修復(fù)工作在鞏固現(xiàn)有成果的基礎(chǔ)上, 需將保護(hù)修復(fù)的重點(diǎn)向該地區(qū)傾斜, 以便進(jìn)一步提升區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的綜合治理效果。

3.2 以問題為導(dǎo)向, 統(tǒng)籌治理

加快森林生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)進(jìn)度。采取更加嚴(yán)格的生態(tài)保護(hù)措施, 全面停止天然林商業(yè)性采伐、毀林開墾等破壞森林資源的行為, 繼續(xù)實(shí)行封山育林、鞏固退耕還林成果, 合理實(shí)施削坡造林工程、護(hù)坡工程和水土保持造林工程等, 堅(jiān)持森林撫育和保護(hù)恢復(fù)雙管齊下, 構(gòu)建健康穩(wěn)定的森林生態(tài)系統(tǒng)。

加快濕地破壞地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)。為遏制三江平原天然濕地生態(tài)系統(tǒng)退化趨勢(shì), 不僅需要通過生態(tài)補(bǔ)水、河湖水系連通、嚴(yán)格地下水管理等措施來確保重要濕地生態(tài)用水, 還需要開展區(qū)域土地整治修復(fù)工程, 如退耕還濕、退化濕地修復(fù)等, 通過恢復(fù)綠地、封灘育草、種植濕地植物等措施強(qiáng)化濕地生態(tài)功能。

加強(qiáng)黑土地保護(hù)力度。對(duì)三江平原的部分區(qū)域(尤其是黑土區(qū))由于耕地開墾強(qiáng)度過大出現(xiàn)的諸如有機(jī)質(zhì)減少、耕層變薄等耕地質(zhì)量退化問題, 應(yīng)采取合理的保護(hù)恢復(fù)措施。推廣保護(hù)性耕作技術(shù)應(yīng)用, 采取秸稈還田、增施有機(jī)肥及生物肥、輪作休耕等措施進(jìn)行綜合治理, 用養(yǎng)結(jié)合, 提升土壤有機(jī)質(zhì)含量, 改善土壤理化和生物性狀, 實(shí)現(xiàn)黑土地可持續(xù)開發(fā)利用。

3.3 強(qiáng)化要素與整體的關(guān)系, 建立科學(xué)評(píng)價(jià)體系

小興安嶺—三江平原區(qū)生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程應(yīng)明確為打造區(qū)域山水林田湖草生命共同體而服務(wù)的目標(biāo), 認(rèn)清要素間、要素與整體的關(guān)系并落實(shí)到工程措施上, 切忌打著“共辦一桌席”的名義, 最后“各炒一盤菜”。項(xiàng)目區(qū)績(jī)效考核指標(biāo)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)區(qū)域特點(diǎn)明確各指標(biāo)之間的關(guān)系, 建立合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系, 如考慮新增林草修復(fù)面積與新增礦山修復(fù)面積等指標(biāo)在評(píng)價(jià)過程中是否存在重疊等問題。同時(shí), 也應(yīng)結(jié)合小興安嶺—三江平原區(qū)的特點(diǎn)開展一定的科學(xué)研究, 如區(qū)域黑土質(zhì)量的演變及保護(hù)措施、水田的濕地功能綜合評(píng)估等, 保證在以后的修復(fù)保護(hù)過程中少走彎路、不走錯(cuò)路, 使決策更加科學(xué)合理。

3.4 完善監(jiān)管制度, 保障山水林田湖草系統(tǒng)治理

在小興安嶺—三江平原區(qū)森林和濕地修復(fù)過程中及時(shí)處理好人地矛盾, 做好退耕還林、還草、還濕等補(bǔ)償工作, 防止復(fù)耕。豐富生態(tài)補(bǔ)償?shù)膶?shí)踐形式, 如在松花江流域內(nèi)探索符合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況的流域補(bǔ)償機(jī)制, 建立優(yōu)良的生態(tài)資源組合開發(fā)模式。確立生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程長(zhǎng)效監(jiān)管措施, 加強(qiáng)監(jiān)管力度, 穩(wěn)步推進(jìn)區(qū)域綠色發(fā)展。

4 結(jié)論

2005—2015年, 小興安嶺-三江平原區(qū)耕地面積持續(xù)增加, 林地、濕地和草地的面積持續(xù)下降。近十年間, 耕地的凈轉(zhuǎn)入面積約為18.70 × 104ha, 而林地、草地、濕地的凈轉(zhuǎn)出面積達(dá)到18.90 × 104ha, 新增耕地面積主要由林地、濕地和草地轉(zhuǎn)入, 且集中分布在三江平原的東北部, 這主要受區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的影響。小興安嶺-三江平原區(qū)整體生態(tài)服務(wù)價(jià)值持續(xù)降低, 從2005年的519.47億元下降至2015年的495.71億元。三種主要生態(tài)系統(tǒng)功能, 僅有產(chǎn)品供給功能略有提高, 土壤保持和生物多樣性功能嚴(yán)重降低。

小興安嶺—三江平原區(qū)山水林田湖草各要素兼?zhèn)? 產(chǎn)品供給、土壤保持以及生物多樣性維持等生態(tài)系統(tǒng)功能突出。但由于長(zhǎng)期對(duì)人與自然的關(guān)系認(rèn)識(shí)不足, 導(dǎo)致區(qū)域耕地面積大量擴(kuò)張, 不僅造成森林、草地和濕地面積減少, 致使供給功能失衡、土壤保持功能下降以及濕地生物多樣性維持功能退化; 同時(shí)還存在耕地土壤質(zhì)量下降, 珍稀的黑土資源退化的現(xiàn)象。三江平原內(nèi)完達(dá)山以北地區(qū)的耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量平均下降14.60 g·kg-1, 且研究區(qū)82.65%的黑土已經(jīng)開墾為耕地。因此, 在山水林田湖草生態(tài)修復(fù)過程中應(yīng)注重提升耕地質(zhì)量, 加大黑土保護(hù)力度。

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Analysis of ecological problems and its conservation-restoration strategy of mountains, rivers, forests, farmlands, lakes and grasslands in the Xiaoxing'an Mountains-Sanjiang Plain

LI Yong1, ZHAO Yunze1, ZHUO Zhiqing1, CAO Meng1, HUANG Yuanfang1,2,*

1 College of Land Science and Technology, China Agricultural University, Beijing 100193, China 2 Key Laboratory of Agricultural Land Quality and Monitoring, Ministry of Natural Resources, Beijing 100035, China

In order to explore the systematic methods of restoration for complex ecosystem, composed of mountains, rivers, forests, farmlands, lakes and grasslands, and to improve the environment and bio-diversity function of ecosystem, this paper took Xiaoxing'an Moutains-Sanjiang Plain in Heilongjiang Province as the case study. It analyzed the diversity changes in different ecosystems in the study area, identified the key ecological problems, and proposed the strategies for implementing of ecological protection and restoration. The results are as follows. (1) From 2005 to 2015, the area of cultivated land increased continuously, while the area of woodland, grassland and wetland was declined. The new cultivated land area was mainly transferred from woodland and grassland. In addition, it was mainly distributed in the eastern part of Sanjiang Plain. (2) The ecosystem service value in Xiaoxing’an Mountains-Sanjiang Plain decreased from 51.94 billion yuan in 2005 to 49.57 billion yuan in 2015. The rapid changes of land use type resulted in the imbalance of supply and service of regional ecosystem, the decline of biodiversity and soil conservation function and the degradation of black soil in study area. (3)It is suggested that the planning for ecological protection and restoration should break through the restrictions of administrative boundaries in the future, make the layout of projects more reasonable, and establish a scientific evaluation system and perfect supervision system. Moreover, the attention should be paid to the soil quality of farmland, and highlighting the importance of black soil as a rare natural resource in the ecosystem.

mountains, rivers, forests, farmlands, lakes and grasslands; ecosystem services; ecological protection and restoration; black soil; Xiaoxing'an Moutains-Sanjiang Plain

李勇, 趙云澤, 卓志清, 等.小興安嶺–三江平原區(qū)生態(tài)問題辨析及山水林田湖草保護(hù)修復(fù)策略[J]. 生態(tài)科學(xué), 2023, 42(1): 95–104.

LI Yong, ZHAO Yunze, ZHUO Zhiqing, et al. Analysis of ecological problems and its conservation-restoration strategy of mountains, rivers, forests, farmlands, lakes and grasslands in the Xiaoxing'an Mountains-Sanjiang Plain[J]. Ecological Science, 2023, 42(1): 95–104.

10.14108/j.cnki.1008-8873.2023.01.011

X171.4

A

1008-8873(2023)01-095-10

2020-10-27;

2021-02-07

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFD0300801); 銀北灌區(qū)土地整治土壤水鹽運(yùn)動(dòng)模擬與排鹽空間配置(D010502)

李勇(1994—), 男, 山東菏澤人, 博士研究生, 主要從事土地利用研究, E-mail: liyong896363642@163.com

黃元仿, 男, 教授, 主要從事土地整治和耕地質(zhì)量提升研究, E-mail: yfhuang@ cau.edu.cn