黃土丘陵溝壑區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的物質(zhì)量及價值量評價

郝仕龍,李春靜,李壁成

（1華北水利水電學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院,鄭州450011;2.中國科學(xué)院水利部水土保持研究所,陜西楊陵 712100）

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)一般指自然生態(tài)系統(tǒng)及其所屬物種支撐和人類生存的條件和過程[1],1997年Holdren和Ehrlich首次指出“生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)”的概念以來[2],許多生態(tài)學(xué)者和經(jīng)濟(jì)學(xué)家開始對全球或區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能和價值進(jìn)行了評價研究[3-9],對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的評價方法主要有兩類,一類是物質(zhì)量評價法,另一類是價值量評價法。物質(zhì)量評價法主要是從物質(zhì)量的角度對生態(tài)系統(tǒng)提供的服務(wù)進(jìn)行整體評價,而價值量評價法主要是從價值量的角度對生態(tài)系統(tǒng)提供的服務(wù)進(jìn)行評價。量化研究與分析生態(tài)系統(tǒng)自組織過程的行為與功能,評估和模擬生態(tài)系統(tǒng)的行為模式及發(fā)展方向,對確定生態(tài)系統(tǒng)在社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的貢獻(xiàn)和作用及其對干擾的反應(yīng)都具有十分重要的意義。

黃土高原丘陵溝壑區(qū)是我國典型的農(nóng)牧交錯區(qū)和生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū),資源和環(huán)境問題一直是困擾該區(qū)穩(wěn)定發(fā)展的瓶頸,受到人類認(rèn)識水平,科技水平和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的局限,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變動有時帶有盲目性和不合理性,這種盲目性和不合理性造成農(nóng)業(yè)資源的浪費(fèi)和破壞,以及系統(tǒng)自我維持能力的下降,從而使經(jīng)濟(jì)效益下降[10]。而這一矛盾導(dǎo)致的直接后果是系統(tǒng)生產(chǎn)力水平低下,以往的經(jīng)濟(jì)學(xué)或生態(tài)學(xué)方法并不能清楚地分析資源環(huán)境的利用與保護(hù)及其相互作用的本質(zhì)關(guān)系。而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的物質(zhì)量及價值量評估為解決這一問題提供了很好的工具。

1 研究地域、數(shù)據(jù)來源及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

固原上黃試驗區(qū)位于寧夏南部黃土丘陵溝壑區(qū)的河川鄉(xiāng)上黃村,土地總面積7.61 km2,屬暖溫帶半干旱區(qū)。海拔1 534.3～1 822 m,年平均降水420 mm,干燥度1.55,年日照時數(shù)2 518 h,年平均氣溫6.9℃,≥10℃積溫 2 350℃,無霜期155 d,現(xiàn)有農(nóng)戶111戶,519人,回民、漢民村各一個,其中回民占24.6%,人均土地1.47 hm2,人均耕地0.15 hm2。

1.2 數(shù)據(jù)來源

(1)土地利用數(shù)據(jù) 。1982年由寧夏測繪局繪制的1∶1萬地形圖,主要是農(nóng)地規(guī)劃和農(nóng)田基本建設(shè)用圖,農(nóng)、林、草地等地類界線在圖中都已標(biāo)明,因而是比較理想的地理底圖和土地利用信息源。以此圖為基礎(chǔ),并通過查閱試區(qū)“六五”前期資料和農(nóng)戶調(diào)查,核對了土地利用歷史,編制了1982年土地利用圖,以此作為試區(qū)建點(diǎn)時和“六五”前期的工作基礎(chǔ)?！捌呶濉逼陂g,開展了航空遙感監(jiān)測試驗研究,分別于1987年和1990年進(jìn)行了彩紅外攝影,并編制了土地利用圖等專題圖件,“八五”又進(jìn)行了地面補(bǔ)充調(diào)查,編制了試區(qū)土地利用圖件,制圖比例尺為1∶1萬?！熬盼濉崩?995年彩紅處航空攝影像片為信息源,采用4D技術(shù),編制了試區(qū)彩紅外正射影像圖,進(jìn)行了土地利用圖件的編制實驗研究,提高了精度與速度?！笆濉焙笃谠凇熬盼濉钡幕A(chǔ)上,對土地利用進(jìn)行了全面的調(diào)查,掌握了土地利用動態(tài)變化情況。

(2)農(nóng)村社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。在研究期間內(nèi),該試區(qū)不同時期的社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)主要來源于參與式農(nóng)村評估方法(Participatory Rural Appraisal,PRA),獲得不同時期該試區(qū)家庭經(jīng)濟(jì)狀況、人口數(shù)量、糧食生產(chǎn)、收入變化等相關(guān)數(shù)據(jù)。

(3)綜合治理措施及其效益。根據(jù)試區(qū)不同時期的綜合治理研究報告,主要有不同時期的綜合治理措施,及這些措施的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)及社會效益的變化。

1.3 研究方法

(1)物質(zhì)量

式中:Q(t)——t時間生態(tài)系統(tǒng)提供的總服務(wù);Qn(t)——生態(tài)系統(tǒng)在t時刻提供的第n種服務(wù);n——服務(wù)種類;t——某一時間;Δt——時間增量;Q(t+Δt)——生態(tài)系統(tǒng)在(t+Δt)時間提供的總服務(wù);Qn(t+Δt)——生態(tài)系統(tǒng)在(t+Δt)時刻提供的第n種服務(wù)。

如果Qn(t+Δt)≥Q(t)(Δt≥0),那么認(rèn)為該生態(tài)系統(tǒng)是處于比較理想的狀態(tài)。

(2)價值量

式中:P(t)——生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在t時間的價格向量;Pi(t)——第i種服務(wù)在t時間的價格(i=1,2,…,n);v(t)——生態(tài)系統(tǒng)在t時間服務(wù)的價值量,如果v(t+Δt)＞v(t),說明該生態(tài)系統(tǒng)處于比較理想的狀態(tài)。

2 結(jié)果與分析

2.1 物質(zhì)量分析

上黃試區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)不同時期物質(zhì)量變化情況如表1所示,根據(jù)公式(1)和(2),該試區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的物質(zhì)量主要由農(nóng)作物、森林、牧草及果業(yè)構(gòu)成。研究初期,該試區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)所產(chǎn)生的物質(zhì)總量為959.1 t,到2005年達(dá)到2851.9 t,增長了197.35%。其中農(nóng)作物、森林、牧草及果業(yè)物質(zhì)量分別從1982年的600.9,14,342.6,1.6 t增長到2005年的689.4,449.3,1 306.3,406.9 t。

從1982年上黃試區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的物質(zhì)量構(gòu)成來看,農(nóng)作物物質(zhì)量所占比重較大,占總物質(zhì)量的62.7%,其次是牧草,占35.7%,森林及果業(yè)所占比重較少,分別為 1.5%和 0.17%。2005年,上黃試區(qū)農(nóng)作物、牧草、森林及果業(yè)物質(zhì)量比重分別為24.2%,15.8%,50.6%,14.2%。研究期間內(nèi),該試區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的物質(zhì)量農(nóng)作物比重所占下降了38.5%,而牧草、森林及果業(yè)物質(zhì)量分別上升了14.9%,13.3%,14%。從該試區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的物質(zhì)量變化來看,說明上黃試區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能處于比較理想的狀態(tài)。

表1 上黃試區(qū)不同時期農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)物質(zhì)量變化

2.2 價值量分析

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量是根據(jù)公式(3)及(4)來計算,其中農(nóng)作物的價值量(除秸桿物質(zhì)量)及果業(yè)的價值量是根據(jù)各物質(zhì)的物質(zhì)量與相應(yīng)價格的乘積來計算;而農(nóng)作物秸桿、灌木林、疏林地、牧草的價值量是根據(jù)其轉(zhuǎn)換效能來計算,把這些物質(zhì)量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)羊單位,根據(jù)不同物質(zhì)的轉(zhuǎn)換效能分別計算;喬木林的價值是根據(jù)木材的價格來計算。根據(jù)“九五”時期研究成果,平均1.4 t的牧草可轉(zhuǎn)換成一個標(biāo)準(zhǔn)羊單位,而每噸秸桿可轉(zhuǎn)換為0.93個羊單位。經(jīng)計算上黃試區(qū)1982年農(nóng)業(yè)生態(tài)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值總量為15.86萬元,相應(yīng)的農(nóng)作物、森林、牧草及果業(yè)的價值量分別為12.70,1.52,1.44,0.20萬元,而2005年農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值總量為127.61萬元,相應(yīng)的農(nóng)作物、森林、牧草及果業(yè)的價值量分別為29.11,1.01,36.58,60.91萬元。

從上黃試區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值量來看,1982年該試區(qū)經(jīng)營方式以傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)為主,占總價值量的80.07%,而森林、牧草及果業(yè)所占經(jīng)濟(jì)份額相對較小。2005年,試區(qū)經(jīng)過農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)生較大的變化,傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的絕對優(yōu)勢已不存在,果業(yè)在該試區(qū)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要地位,占農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量的47.73%。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)及牧草并重的發(fā)展趨勢,并分別占農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量的22.81%和28.67%。上黃試區(qū)2005年農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量是1982年農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值是的7.05倍,從農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值量角度來看,表明上黃試區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能處于比較理想的狀態(tài),經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的優(yōu)化措施

上黃試區(qū)自1982年以來,對該試區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行了多次調(diào)整,主要措施包括土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整、農(nóng)作物品種的引種、果業(yè)品種的選育、引導(dǎo)農(nóng)民投入變化、建設(shè)基本農(nóng)田、人工種草及退耕還林還草等(圖1)。

(1)土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整。①耕地總量減少,質(zhì)量得到提高。1982年上黃試區(qū)耕地面積為279.9 hm2,到2005年耕地面積減少到79.4 hm2,整個研究期間內(nèi)共減少200.5 hm2,在耕地中坡耕地變化最為明顯,在整個研究期間坡耕地共減少206.6 hm2,耕地變化的方向主要是耕地向園地、林地及草地轉(zhuǎn)變;②園地變化。園地在試區(qū)主要是指果園,果園面積變化的特點(diǎn)是在整個研究期間內(nèi)表現(xiàn)不斷增長的態(tài)勢。研究初期,上黃試區(qū)果園面積只有0.4 hm2,2005年試區(qū)果園面積為11.1 hm2,增長了26.8倍。;③林草地變化。研究初期,上黃試區(qū)林草覆蓋度為50.45%,2005年達(dá)到75.48%,整個研究期間內(nèi)提高了25.03%。林地增加明顯,1982年上黃試區(qū)林地面積僅為9.3 hm2,2005年林地面積達(dá)到229.0 hm2,23 a間共增加了219.7 hm2,增加了23.6倍。草地面積總體變化不大,但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)性變化顯著,主要表現(xiàn)為人工草地的大量增加和天然草地的急劇減少,研究初期,上黃試區(qū)人工草地面積僅為5.0 hm2,2005年增長到 275.5 hm2,而天然草地面積從1982年的369.6 hm2減少到2005年的60.0 hm2。

圖1 上黃試區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功解調(diào)查模式

(2)引選抗旱耐寒、優(yōu)質(zhì)高效的良種。上黃試區(qū)干旱少雨,冬冷春寒,因此,不斷引選抗旱耐寒的優(yōu)質(zhì)高效作物良種,是該試區(qū)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要措施。研究期間內(nèi),上黃試區(qū)共引進(jìn)小麥、玉米、馬鈴薯、谷子、豆類、蕎麥及油料等作物優(yōu)良品種43個,經(jīng)過品種的比較,鑒選出的冬小麥良種寧冬一號、隴鑒127、西峰20等,鑒選的玉米中早熟品種有戶單4號、中單2號、掖單13,鑒選的脫毒馬鈴薯品種有津引1號、7號、大白花,鑒選的胡麻優(yōu)良品種有寧亞10號、蒙亞8號等。

篩選出的主要優(yōu)新果樹良種有25個,主要有梨品種系列:早酥、七月酥、八月酥、八月紅等,杏品種系列:紅梅杏、華縣大接杏等;蘋果品種系列:藤木1號、紅嘎拉、早捷等;葡萄品種系列:乍娜、京亞等。

(3)增加肥料投入。肥力是發(fā)展高效生態(tài)農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ),又是有效利用土壤儲水和提高作物水分利用效率的重要手段。長期以來,上黃試區(qū)由于植被稀疏、廣種薄收,濫墾濫牧,水土流失嚴(yán)重,造成土壤貧瘠,加之畜牧業(yè)發(fā)展滯后,有機(jī)肥供應(yīng)不足,因而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力低下。1982年,上黃試區(qū)肥料投入總量為22.0 kg/hm2,到“十五”時期肥料投入總量達(dá) 144.5 kg/hm2,增長了 5.6倍。

上黃試區(qū)經(jīng)過二十多年的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整,該試區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的物質(zhì)量及價值量變化較大,農(nóng)村經(jīng)濟(jì)模式主要由傳統(tǒng)粗放的經(jīng)營模式轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代集約化的經(jīng)營模式,1982年,上黃試區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的土地總面積為664.9 hm2,所產(chǎn)生的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)總量為 15.86萬元,傳統(tǒng)農(nóng)作物面積為279.9 hm2,生產(chǎn)的價值量為12.70萬元,2005年,該試區(qū)農(nóng)作物面積為79.4 hm2,產(chǎn)生的價值量為29.11萬元,特別是果園面積只有11.1 hm2,所產(chǎn)生的價值量高達(dá)60.91萬元的經(jīng)濟(jì)效益。上黃試區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在價值量提高的同時,其物質(zhì)量也有較大的提高,特別是服務(wù)于生態(tài)建設(shè)的人工草地的面積及所產(chǎn)生的物質(zhì)總量都有較大程度的提高,1982年,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)于生態(tài)目的的土地利用面積為383.9 hm2,而人工草地面積僅有5.0 hm2,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)于生態(tài)目的的物質(zhì)總量為356.6 t,到2005年,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)于生態(tài)目的的土地利用面積達(dá)574.4 hm2,人工草地面積200.4 hm2,物質(zhì)總量達(dá)1 755.6 t。表明上黃試區(qū)經(jīng)過二十多年的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整及優(yōu)化措施,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的物質(zhì)量及價值量都有較大程度的提高,生態(tài)系統(tǒng)處于較為理想的狀態(tài)。

4 結(jié)論

(1)上黃試區(qū)整個研究期間內(nèi),農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的物質(zhì)總量變化較大且內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化明顯,1982年,上黃試區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的物質(zhì)總量為959.1 t,到2005年達(dá)到 2851.9 t,增長了197.35%。其中農(nóng)作物、森林、牧草及果業(yè)物質(zhì)量分別從1982年的600.9,14,342.6,1.6 t增長到 2005年的689.4,449.3,1 306.3及406.9 t,表明該試區(qū)已從以傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)為主的物質(zhì)生產(chǎn)轉(zhuǎn)為以牧為主,林、牧及果業(yè)齊頭并進(jìn)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)物質(zhì)生產(chǎn)方式。

(2)上黃試區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值量在整個研究期間也有較大的變化,1982年農(nóng)業(yè)生態(tài)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值總量為15.86萬元,而2005年農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的價值總量為127.61萬元。該試區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量各內(nèi)部構(gòu)成也呈現(xiàn)出較大的不同,主要表現(xiàn)為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值量在總價值量比重明顯下降,1982年,傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值量為12.70萬元,占當(dāng)時總價值量的80.07%,2005年,傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值量為29.11萬元,占總價值量的22.81%,減少57.26個百分點(diǎn)。從農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值量角度來看,果業(yè)占主導(dǎo)地位,其價值量占總價量的47.73%。

(3)上黃試區(qū)經(jīng)過二十多年的農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的物質(zhì)量及價值量的明顯變化表示該試區(qū)發(fā)展的總體思路為保生態(tài)求發(fā)展,即生態(tài)治理的基礎(chǔ)上,謀求經(jīng)濟(jì)上的發(fā)展,在生態(tài)治理方面,主要是進(jìn)行退耕還林還草,研究期間內(nèi)共退坡耕地200.5 hm2,經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要是在保障糧食作物生產(chǎn)的基礎(chǔ)上,大力發(fā)展牧業(yè)及果業(yè)。

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