土地整治對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響研究綜述

王 軍,鐘莉娜,應(yīng)凌霄

〔1.國土資源部土地整治中心/ 國土資源部土地整治重點實驗室,北京 100035;2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院,北京 100083〕

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是人類直接或間接從生態(tài)系統(tǒng)獲得的各種惠益[1]。近代以來,人類活動對地球的影響范圍和強度不斷增大,已經(jīng)成為地球生態(tài)系統(tǒng)的主導(dǎo)者,人類對生態(tài)系統(tǒng)的直接和間接作用顯著增強,強烈干預(yù)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能,消費生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[2]。如何全面認識和深入理解人類活動對生態(tài)環(huán)境的影響,將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評價納入管理決策,實現(xiàn)區(qū)域的協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展,是21世紀人類社會面臨的共同挑戰(zhàn)。

土地整治指為滿足人類生產(chǎn)、生活和生態(tài)功能的需要,對未利用、低效利用以及閑置、損毀和退化土地進行綜合治理的活動[3-4]。在全球變化、快速城鎮(zhèn)化和經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展進程中,有限的土地資源成為日益突出的社會問題之一[5-6]。世界上許多國家通過土地整治解決經(jīng)濟社會發(fā)展過程中土地利用問題，調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)和布局，緩解人地關(guān)系。土地整治已成為目前最大規(guī)模改變土地利用方式和影響陸地生態(tài)系統(tǒng)的有組織的人類活動之一[7]。土地整治在促進區(qū)域經(jīng)濟和社會效益的同時,也對自然生態(tài)系統(tǒng)的空間格局和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生了多種影響[8-10],這些影響需要持續(xù)的給予關(guān)注和調(diào)控[11-14]。近年來,中國的專家學(xué)者開始關(guān)注土地整治與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的關(guān)系、機制和評價等研究[7],但尚處于研究的初級階段[15]。筆者在闡述土地整治與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)關(guān)系的基礎(chǔ)上,總結(jié)了土地整治對不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其相互關(guān)系的影響,分析了土地整治對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響的尺度效應(yīng),提出了土地整治對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響的研究展望,以期對中國土地整治中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評價有所借鑒和參考,促進區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。

1 土地整治與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)

中國土地資源總量多,但是人均耕地少,耕地后備資源嚴重不足,土地利用粗放。為了保障糧食安全,國家于1998年提出開展土地整治。在1998年以前以“土地整理”概念為標志,1999—2007年以“土地開發(fā)整理”或“土地整理復(fù)墾開發(fā)”概念為標志,2008年黨的十七屆三中全會第一次在中央層面提出“土地整治”的概念,是對“土地整理”和“土地開發(fā)整理”概念的繼承和發(fā)展,也是對“土地整理復(fù)墾開發(fā)”的統(tǒng)稱[7]。2011年以來,中國整治農(nóng)用地0.35億hm2,建成高標準農(nóng)田0.27億hm2,補充耕地184.5萬hm2?！度珖恋卣我?guī)劃(2016—2020年)》提出在“十三五”時期確保建成0.27億hm2、力爭建成0.4億hm2高標準農(nóng)田的目標,通過土地整治補充耕地133.3萬hm2;通過農(nóng)用地整理改造中低等耕地0.13億hm2左右,開展農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),建成排灌渠道900萬km,建成田間道路600萬km[16]。土地整治的大規(guī)模實施深刻地影響著區(qū)域乃至全國的景觀格局與生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能,同時也會對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)造成顯著影響[17-18]。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)可滿足人類的需求,對人類社會的福祉產(chǎn)生重要影響,是人類生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。DAILY[19]最早提出了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的概念,認為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指“自然生態(tài)系統(tǒng)及其物種所提供的能滿足和維持人類生活所需要的條件和過程”。千年生態(tài)系統(tǒng)評估(The Millennium Ecosystem Assessment, MA)將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分為供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)和文化服務(wù)4大類[20]53-60。MA的衡量和評價方法主要包括以下3種:(1)由COSTANZA等[1]最早提出、在中國主要由XIE等[21]進行改進的價值量評價法[22-24],該方法計算的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值均以貨幣值為量綱,便于對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進行比較,因依賴人類的支付意愿,其結(jié)果的主觀性比較強;(2)以空間模型(包括InVEST、ARIES等模型)為基礎(chǔ)的物質(zhì)量評價法[25-28],采用這一評價方法得出的結(jié)果較客觀、恒定,能較準確地評價生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),不足的是由于各種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的單位不同,因此采用此方法難以比較和綜合各種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù);(3)采用統(tǒng)一的以太陽能等可用能為基礎(chǔ)測算的能值評價法[29-31],該方法有助于調(diào)整生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)系,為人類認識世界提供了一個重要的度量標準,但能值轉(zhuǎn)換率計算分析過程非常復(fù)雜。3種方法各有優(yōu)劣,在實際研究中,應(yīng)根據(jù)研究目的、區(qū)域和尺度、精度要求,結(jié)合經(jīng)費預(yù)算等條件選擇合適的方法對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進行評價。

從20世紀90年代開始,為維護地球的生態(tài)安全和促進區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展,聯(lián)合國通過并支持了多項涉及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的國際重大研究計劃,主要有政府間氣候變化專門委員會(IPCC)的全球氣候變化研究、國際生物多樣性計劃(DIVERSITAS)、未來地球(Future Earth)、國際長期生態(tài)監(jiān)測研究網(wǎng)絡(luò)(ILTER)、生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)政府間科學(xué)-政策平臺(IPBES)等。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究正經(jīng)歷著迅速的發(fā)展,成為當前生態(tài)學(xué)和地理學(xué)研究的熱點領(lǐng)域[32]。

2 土地整治對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響

土地利用/ 覆被是理解生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)形成與使用的重要本體[33]。一方面,土地整治通過改變土地利用/ 覆被的類型、結(jié)構(gòu)和格局間接影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),土地利用/ 覆被變化作為一種重要的驅(qū)動對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響已有廣泛研究[34-37]。同時,已有研究涉及不同自然條件和社會政策下未來基于經(jīng)濟發(fā)展或生態(tài)保護優(yōu)先的土地利用/ 覆被變化情景,從而能夠預(yù)測生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化[28,38-40];另一方面,土地整治通過土地平整、農(nóng)田水利、田間道路和生態(tài)防護等工程措施對生態(tài)效應(yīng)的影響,既有正向的,也有負向的,既有可逆的,也有不可逆的,對項目區(qū)的農(nóng)作物生產(chǎn)、氣候調(diào)節(jié)、水土保持等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生直接影響(表1)。而人類從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值中獲得生計保障、精神享受和環(huán)境宜居等福祉,根據(jù)社會發(fā)展不同階段的需求對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進行權(quán)衡與優(yōu)化,可為指導(dǎo)土地整治規(guī)劃設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)(圖1)。

表1不同土地整治工程的生態(tài)效應(yīng)及其影響的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)

Table1Ecologicaleffectsofdifferentkindsoflandconsolidationprojectsandthecorrespondingaffectedecosystemservices

土地整治工程生態(tài)效應(yīng)正向負向生態(tài)系統(tǒng)服務(wù) 土地平整工程 田塊平整利于灌溉,增加有效利用面積,提高生產(chǎn)能力和抵御自然災(zāi)害能力直接破壞地表植被及土壤種子庫;大型機械使用造成土壤板結(jié),破壞表層土,降低土壤質(zhì)量;造成土壤流失農(nóng)作物生產(chǎn)、土壤保持等 廢棄溝渠 坑塘填埋改變地貌,增加可使用土地表土流失,碾壓使土地板結(jié)碳固定、氣候調(diào)節(jié)、土壤保持、農(nóng)作物生產(chǎn)等 梯田修筑利于耕作,改變地貌,保持水土能力增強植被缺失,景觀變化水土保持、農(nóng)作物生產(chǎn)等 農(nóng)田水利工程耕地面積增加;通行改善;溝渠設(shè)計利于農(nóng)田灌溉排水,合理利用水資源溝渠設(shè)計使水易流失,生物生境破碎化;水泥大量使用影響生物多樣性,阻隔物種遷移;改變地下水文結(jié)構(gòu),影響水循環(huán),導(dǎo)致土壤次生鹽堿化水源涵養(yǎng)、土壤保持等田間道路工程改善農(nóng)田小環(huán)境;通行方便;道路廊道利于物種的空間運動及其生存和延續(xù)建設(shè)期間,水土流失嚴重,破壞土壤環(huán)境;生境破碎化,不利于物種擴散;人為踐踏使土地板結(jié),植被減少;人類活動增多,改變景觀格局和過程,損害斑塊內(nèi)部物種和稀有物種,導(dǎo)致生物多樣性降低水源涵養(yǎng)、土壤保持、碳固定、氣候調(diào)節(jié)等水土保持及生態(tài)防護林工程保持水土,改善環(huán)境景觀及保持生態(tài)平衡,防風(fēng)固沙,調(diào)節(jié)凈化空氣,提供動物棲息地景觀變化,不合理的防護林種植會破壞地下水結(jié)構(gòu)氣候調(diào)節(jié)、水土保持、水源涵養(yǎng)、碳固定等

改自劉世梁等[15]的論述。

2.1 土地整治對生態(tài)系統(tǒng)供給服務(wù)的影響

生態(tài)系統(tǒng)供給服務(wù)指生態(tài)系統(tǒng)通過初級和次級生產(chǎn)產(chǎn)生的能為人類帶來直接利益的產(chǎn)品,包括食品、木材、淡水等[41-42]。為了滿足人類對糧食等產(chǎn)品的需求,積極應(yīng)對未來氣候和經(jīng)濟社會的變化,需要建設(shè)生產(chǎn)力更高更穩(wěn)定、恢復(fù)性更強的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng),同時盡可能降低對生態(tài)環(huán)境的負面影響[43-44]。土地整治是在耕地數(shù)量銳減和糧食安全受到威脅的情況下提出的,其核心任務(wù)就是要提升糧食生產(chǎn)能力,這已經(jīng)在近年來的眾多研究中得到證實。張正峰等[45]認為增加耕地面積確實是通過土地整治滿足人類對糧食需求的重要措施,但可能會引起一些生態(tài)問題;王軍等[46]和WU等[47]指出土地整治能通過采用新技術(shù)提高耕地產(chǎn)量而提高糧食供給服務(wù)能力;HUANG等[48]研究表明中國農(nóng)村土地整治工程改善了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件,從而給糧食供給服務(wù)價值帶來正向影響;吳昊[49]針對中國東北地區(qū)土地整治研究表明通過優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)能提高供給服務(wù);VIALA[11]研究了俄羅斯、法國、西班牙和阿拉伯地區(qū)的土地整治項目,指出采取改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境等手段和措施,可以提高糧食抵御自然災(zāi)害的能力,從而保證耕地的糧食供給能力等等。

圖1 土地整治與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的關(guān)聯(lián)

2.2 土地整治對生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)服務(wù)的影響

相比于土地整治對生態(tài)系統(tǒng)供給服務(wù)的積極影響,其對調(diào)節(jié)服務(wù)的影響具有雙重性。耕地是CO2、CH4和N2O等多種溫室氣體的排放源之一[10,50],因而農(nóng)業(yè)對氣候調(diào)節(jié)服務(wù)的影響是負面的。ANDERSON-TEIXEIRA等[51]也指出,由于生物地球化學(xué)因素,一般情況下自然生態(tài)系統(tǒng)對氣候調(diào)節(jié)的價值要高于耕地,土地整治等帶來的耕地面積增加可能會導(dǎo)致區(qū)域的氣候調(diào)節(jié)作用減弱。王思乂[52]研究表明中國湖北省通山縣的土地整治項目改變了該地區(qū)耕地和林地的比例,對溫室氣體排放服務(wù)造成2.11萬元的生態(tài)負效益;而王璦玲等[53]則指出,在對中國低山丘陵區(qū)耕地的整治中通過加深土層、改善灌溉條件、采用覆膜種植技術(shù)等措施,使得氣候調(diào)節(jié)價值增加1倍多。

土地整治通過改變土地利用/ 覆被類型而影響土壤理化性質(zhì)及地表徑流、土壤滲透、深層滲透等水文過程,從而調(diào)節(jié)土壤侵蝕。LIU等[54]通過研究中國山東省新泰市的土地整治項目,指出土地整治中的客土覆蓋、深翻等工程措施改變了土壤可蝕性;土地平整等工程改變了項目區(qū)的坡長與坡度等地形條件,對生態(tài)系統(tǒng)的侵蝕控制和泥沙調(diào)節(jié)等服務(wù)功能產(chǎn)生影響。劉世梁等[55]針對丘陵地區(qū)土地整治項目建立坡面土壤侵蝕模型,結(jié)果表明,梯田建設(shè)對于土壤保持和產(chǎn)沙量都具有明顯影響,隨著坡度增加,梯田工程對于土壤保持的作用減弱,但有助于減少總產(chǎn)沙量。

土地整治對水資源調(diào)節(jié)服務(wù)的影響主要表現(xiàn)在以下方面:改變地表坡度、起伏度、粗糙度等,進而影響地表徑流的流向、流深和面積等屬性;改變地表植被覆蓋,影響滲透和蒸發(fā)過程,同時影響濾除、分解水中化學(xué)物質(zhì)和提供潔凈水資源的能力;農(nóng)田灌溉排水系統(tǒng)的重新規(guī)劃設(shè)計、灌溉方法與技術(shù)的更新等都會影響區(qū)域水資源的配置[17,56]。AERTS等[57]指出通過土地整治的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程措施能增加土壤水循環(huán)中的滲透、保持和蒸騰作用,還對暴風(fēng)雨具有一定的調(diào)節(jié)作用;但FIRBANK等[50]認為土地整治對水循環(huán)及水質(zhì)的調(diào)節(jié)服務(wù)具有負面影響。

2.3 土地整治對生態(tài)系統(tǒng)支持服務(wù)的影響

土地整治對生態(tài)系統(tǒng)支持服務(wù)的影響主要體現(xiàn)在土壤生境的形成、養(yǎng)分儲存和循環(huán)等方面。ADL[58]認為土地整治能促進項目區(qū)生物多樣性的恢復(fù);PéREZ等[59]在多米尼加礦區(qū)的研究認為實施土地復(fù)墾能促進土壤理化性質(zhì)的改善,提高土壤的支持服務(wù)能力;原野等[60]對中國平朔煤礦的研究表明,土地整治中表土覆蓋和配合施肥能起到加速復(fù)墾地區(qū)土壤熟化的作用;鐘莉娜等[61]以中國土地整治重大項目為例研究發(fā)現(xiàn),通過組織和優(yōu)化影響生境斑塊之間物質(zhì)流、能量流的循環(huán)過程,合理的整治規(guī)劃設(shè)計能有效地改善生境質(zhì)量;YUAN等[62]同樣指出,排土場空間優(yōu)化、土壤生境再造以及植被重建和景觀優(yōu)化等一系列整治恢復(fù)技術(shù)的實施,能有效地改善大型露天煤礦的土壤理化性質(zhì),促進土壤微生物生境和生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)。

2.4 土地整治對生態(tài)系統(tǒng)文化服務(wù)的影響

生態(tài)系統(tǒng)文化服務(wù)指通過精神滿足、發(fā)展認知、思考、消遣和體驗美感而使人類從生態(tài)系統(tǒng)獲得的非物質(zhì)收益,主要體現(xiàn)在文化多樣性、娛樂和生態(tài)旅游以及審美價值中[20]58-59。VITIKAINEN[63]比較分析了歐洲地區(qū)瑞典、德國、荷蘭和芬蘭等地的土地整治項目,認為土地整治對景觀的美化、生活質(zhì)量的提高和生物多樣性的保護具有十分重要的作用。嚴金明等[64]指出,中國的土地整治也應(yīng)高度重視保護鄉(xiāng)土文化,大力鼓勵土地整治以保護鄉(xiāng)土文明為前提,構(gòu)建獨特的、具有地域特征的自然風(fēng)貌、建筑民居和傳統(tǒng)文化。近年來,中國開展的生態(tài)型土地整治(ecological land consolidation)對鄉(xiāng)村景觀特征的提升、鄉(xiāng)村休閑旅游的發(fā)展以及鄉(xiāng)村基礎(chǔ)設(shè)施和生活條件的改善等方面愈加重視,土地整治成為提高鄉(xiāng)村景觀審美、促進鄉(xiāng)村娛樂和生態(tài)旅游的重要手段[65]。中國上海市郊野土地整治研究表明,生態(tài)保育、自然保護、休閑游樂和健身康體等功能在設(shè)計實施中得到體現(xiàn),發(fā)揮了土地整治在促進娛樂和生態(tài)旅游以及提高審美價值方面的作用[66-67]。

3 土地整治對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間關(guān)系的影響

土地整治對某一種生態(tài)因子的評價難以全面客觀地評價其對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響,各項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間存在協(xié)同(同時增強或減弱)、獨立(互不影響)、權(quán)衡(此消彼長)3種可能的相互關(guān)系[68]。在生態(tài)系統(tǒng)供給服務(wù)中,一種服務(wù)的提升常常以犧牲其他種類的供給服務(wù)或其他類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)為代價,對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系的忽視可能會導(dǎo)致某些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)下降,以至威脅整個生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全[69]。研究表明,同為供給服務(wù)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和漁業(yè)養(yǎng)殖之間存在權(quán)衡關(guān)系[70];生態(tài)系統(tǒng)的供給服務(wù)和調(diào)節(jié)服務(wù)之間的權(quán)衡關(guān)系最為明顯[71-72]。而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的協(xié)同關(guān)系存在于水質(zhì)調(diào)節(jié)與旅游景觀[73]、水源涵養(yǎng)與土壤保持[74]等關(guān)系中;生態(tài)系統(tǒng)管理需考慮多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),使其綜合效益最大[75]。土地整治對土地利用結(jié)構(gòu)和格局的改變會直接造成生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的空間競爭,同時也會使得多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型產(chǎn)生協(xié)同或此消彼長的改變。例如,一些多功能的自然和半自然生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)過土地整治轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)作物生產(chǎn)功能較突出的農(nóng)田,提高了生態(tài)系統(tǒng)的糧食生產(chǎn)服務(wù)而減弱了其他服務(wù)[76]。不少研究表明,自然和半自然生態(tài)系統(tǒng)不僅在生態(tài)上更加可持續(xù),文化價值更大,而且在經(jīng)濟收益上也常常高于高度利用或純粹保護的生態(tài)系統(tǒng)或景觀,可以為人類社會提供多種服務(wù)[77-78]。FOLEY等[43]對不同土地利用模式下區(qū)域的多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行比較研究,結(jié)果表明自然生態(tài)系統(tǒng)的農(nóng)作物生產(chǎn)價值較低,但其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值都很高;在集約農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中,只有農(nóng)作物生產(chǎn)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值較高,其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值均較低;而在兼顧不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式下,各項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能均衡高效發(fā)展。

基于對土地整治會影響不同類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間關(guān)系的認識,近年來,在相應(yīng)的研究中開始關(guān)注和綜合考慮多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),探討不同類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的關(guān)系。鄢大彬等[79]以采煤沉陷區(qū)土地復(fù)墾項目為研究對象,發(fā)現(xiàn)土地整治后的生態(tài)系統(tǒng)供給和調(diào)節(jié)服務(wù)增強,而支持和文化服務(wù)減弱;ZHANG等[80]通過對平原農(nóng)地土地整治項目區(qū)的研究指出,土地整治對糧食增產(chǎn)有積極作用,但同時削弱了景觀多樣性等其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù);而劉曉麗[81]的研究表明,項目區(qū)土地整治之后各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是協(xié)同提高的,這的確能通過綜合的生態(tài)型土地整治技術(shù)得以實現(xiàn)[82];ZHOU等[40]預(yù)測了在土地整治情景下未來土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的權(quán)衡關(guān)系。土地整治的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)集成與優(yōu)化在未來的研究中將更為重要,將為從科學(xué)知識到管理決策提供技術(shù)支撐。

4 土地整治對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響研究的尺度效應(yīng)

尺度效應(yīng)分析主要是評價和理解尺度變化對研究結(jié)果的影響,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)也會隨著研究尺度的變化而變化[83]。土地整治對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響具有較強的尺度依賴性,某一尺度上得到的研究結(jié)論必須經(jīng)過尺度轉(zhuǎn)換研究才能推廣到另外一種尺度上應(yīng)用。目前土地整治與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究多在單一尺度上進行,得到的結(jié)果不盡相同。例如,在村域或項目區(qū)尺度上,王璦玲等[53]的研究表明土地整治對生態(tài)系統(tǒng)的氣體調(diào)節(jié)服務(wù)價值增加的影響最大,而KE[82]認為土地整治對廢物處理的服務(wù)功能改善最明顯,對氣體調(diào)節(jié)服務(wù)影響較小;在縣域尺度上,張正峰等[84]和柳芳[85]的研究得出土地整治引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化具有相反的趨勢;在市域和區(qū)域尺度上,付光輝等[86]的研究表明土地整治能提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值,而KINDU等[87]和ZHAO等[88]認為人類對土地進行的開發(fā)復(fù)墾等整治活動降低了研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值。即使是對于同一研究區(qū),有學(xué)者通過多尺度對比分析發(fā)現(xiàn),不同尺度上土地整治對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響也并不一致,而此類綜合的多尺度研究不多。例如,王軍等[89]對中國吉林省大安市土地整治項目的研究發(fā)現(xiàn),項目區(qū)總的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在縣域、鎮(zhèn)域和村域尺度上分別下降33.08%、14.20%和10.47%;嚴慎純[90]的研究表明土地整治造成的景觀斑塊豐富度的改變與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的改變,在村域和鎮(zhèn)域尺度上有明顯相關(guān)性,且前者相關(guān)性較大,而在縣域尺度上沒有顯著相關(guān)性。已有的眾多特定尺度上土地整治對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響的研究,提供了針對單一尺度的有益見解,但未能清晰評價土地整治對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響在不同尺度的效應(yīng),缺乏尺度效應(yīng)的作用機制探討,使得尺度之間無法耦合,不利于建立普適性的指標體系或模型。

5 土地整治對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響研究的展望

中國的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究已成為影響國際相關(guān)領(lǐng)域研究的重要力量。中國地域遼闊,地形復(fù)雜多樣,自2008年土地整治上升為國家戰(zhàn)略以來,整治規(guī)模之大和類型之豐富是世界上其他國家所沒有的,為土地整治的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響研究提供了豐富多樣的區(qū)域案例。同時,“建設(shè)生態(tài)文明”提升為“千年大計”的戰(zhàn)略決策也為土地整治的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究提供了良好的發(fā)展機遇和空間。中國學(xué)者在土地整治與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)方面開展了有益探索,未來中國土地整治對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響研究的主要方向如下:

(1)加強土地整治對生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和過程影響的研究。土地整治是在短期內(nèi)有目的的通過工程和生物等措施改變生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和過程的活動,土地整治對生態(tài)系統(tǒng)時空結(jié)構(gòu)的影響通過3S技術(shù)和景觀格局分析技術(shù)容易測度[91],而對生態(tài)過程和功能的影響則是長期、復(fù)雜和非線性的[92]。土地整治工程實施后,土壤水文、生物組成等都處于動態(tài)變化之中,其生態(tài)效應(yīng)需要長期定點觀測和分析,然后才能定量研究物質(zhì)流和能量流對土地整治的響應(yīng)過程,深入分析土地整治對生態(tài)系統(tǒng)的影響,構(gòu)建土地整治對生態(tài)過程和功能影響的方法與模型,進而揭示這種影響機制與規(guī)律。

(2)強化土地整治中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其相互關(guān)系的研究。由于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)來源于生態(tài)系統(tǒng)的一種或多種功能組合[93],研究應(yīng)圍繞土地整治影響生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能—生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)—調(diào)節(jié)調(diào)控這一主線,基于生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和過程,探尋表征某種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的指標。同時,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的關(guān)系包括協(xié)同、獨立和權(quán)衡關(guān)系,對土地整治中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的管理和調(diào)控應(yīng)建立在對這些關(guān)系研究的基礎(chǔ)上[68]。保障國家糧食安全是土地整治的首要任務(wù)[3],土地整治中供給服務(wù)水平要求高。一般而言,生物多樣性高的自然生態(tài)系統(tǒng),其調(diào)節(jié)和文化服務(wù)水平較高,隨著人類利用強度的增加,生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)和文化服務(wù)水平逐漸降低[43]。在大力推進生態(tài)文明建設(shè)和保障國家糧食安全的戰(zhàn)略要求下,土地整治以供給服務(wù)為核心,通過區(qū)域分異、自組織和協(xié)同理論,分區(qū)域辨識土地整治影響下的供給服務(wù)與其他關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間尺度大小,明晰生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的快變化、慢變化相互作用關(guān)系,探究土地整治影響下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的權(quán)衡、獨立或協(xié)同關(guān)系,對區(qū)域的土地整治項目布局和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的優(yōu)化管理提供支撐和指導(dǎo)。

(3)加強土地整治的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)集成和優(yōu)化研究。在辨析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)協(xié)同/權(quán)衡關(guān)系的基礎(chǔ)上,對生態(tài)系統(tǒng)管理進行科學(xué)決策,是保障區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的有力支撐。在土地整治影響的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)中,以糧食生產(chǎn)為主的供給服務(wù)與調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù)有時是矛盾和對立的[76]。在土地整治實施過程中,面臨著增加耕地數(shù)量、改善生態(tài)環(huán)境和增加農(nóng)民收入等多重目標,因此,必須權(quán)衡關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能項,科學(xué)合理地集成服務(wù)項以實現(xiàn)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的優(yōu)化,進而調(diào)控土地整治影響的關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和時空布局。

(4)重視土地整治對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響的尺度效應(yīng)。土地整治影響下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)具有空間異質(zhì)性和時間動態(tài)性,且隨著時空尺度的推移發(fā)生改變[90],這樣的尺度依賴性源于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與生態(tài)過程中的尺度關(guān)聯(lián)[94]。土地整治對生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的形成與影響所涵蓋的時空尺度不盡相同,糧食、種子資源等供給服務(wù),土壤保持、侵蝕控制等部分調(diào)節(jié)服務(wù)主要在項目區(qū)和局地尺度發(fā)揮作用,而氣候調(diào)節(jié)、養(yǎng)分循環(huán)等更多的調(diào)節(jié)、娛樂文化服務(wù)則在大范圍內(nèi)發(fā)揮作用。同時,不同地區(qū)的自然和社會條件存在較大差異,在不同背景條件下,土地整治作用于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響有所不同,而這樣的比較研究不多。另外,土地整治中顯化的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)作用的時間跨度也存在差異性,如糧食生產(chǎn)、洪澇減緩在短期內(nèi)成效明顯,而水源涵養(yǎng)和污染控制則在長時間內(nèi)發(fā)揮作用[31]。因此,針對土地整治實施和研究的特點,探討對于短時期和長時期的項目區(qū)、局地、區(qū)域等不同時空尺度上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的耦合機制,構(gòu)建多尺度耦合模型,對實現(xiàn)多尺度土地整治的綜合管理與調(diào)控具有重要的科學(xué)意義和實用價值。