基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的黑河中游退耕還林生態(tài)補償研究

蒙吉軍,王 雅,江 頌

北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院,地表過程分析與模擬教育部重點實驗室, 北京 100871

我國自1999年開始的退耕還林工程,是迄今為止政策性最強、投資量最大、涉及面最廣、群眾參與程度最高的一項生態(tài)建設(shè)工程[1]。退耕還林工程的實施,改變了中西部地區(qū)墾荒種糧的傳統(tǒng)耕作習(xí)慣,對區(qū)域生態(tài)建設(shè)及社會經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。在退耕還林工程實施中,生態(tài)補償作為經(jīng)濟手段發(fā)揮了重要作用。對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的科學(xué)界定,則是生態(tài)補償機制的理論依據(jù)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)包括了人類從生態(tài)系統(tǒng)獲得的各種直接或間接收益,有供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù)和支持服務(wù)[2]。但是,除了能被直接利用的部分供給服務(wù)外,大多數(shù)其他服務(wù)都具有公共物品性和外部性,其價值無法依靠傳統(tǒng)的市場經(jīng)濟體現(xiàn),市場調(diào)控對其往往也是無效的[3]。生態(tài)補償是以保護和可持續(xù)利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)為目的,根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值、生態(tài)保護成本、發(fā)展機會成本,以經(jīng)濟手段為主調(diào)節(jié)利益相關(guān)者利益關(guān)系,促進補償活動、調(diào)動生態(tài)保護積極性的公共制度[4]。由于生態(tài)補償可以有效地將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)外部的、非市場的價值轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟或其他動力,成為解決生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)負(fù)外部性的關(guān)鍵手段,也是增加生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給、促進區(qū)域生態(tài)恢復(fù)的重要保障。

近年來,圍繞補償標(biāo)準(zhǔn)的確定,學(xué)者們探索出了成本法、意愿法和價值當(dāng)量法三類計算方法[5]：① 成本法按生態(tài)保護與建設(shè)的投入和機會成本確定補償標(biāo)準(zhǔn),在實踐中應(yīng)用較廣?？追脖蟮萚6]運用“成本-效益分析法”和“工業(yè)發(fā)展機會成本法”測算出東江源流域生態(tài)補償總額。但生態(tài)建設(shè)投入不一定能帶來等量的生態(tài)效益,成本補償難以實現(xiàn)利益分配的公平。② 意愿法根據(jù)效用最大化原理,在市場條件下直接調(diào)查人們對區(qū)域環(huán)境改善、資源保護的支付意愿,或?qū)Νh(huán)境破壞、資源損失的受償意愿[7]。張志強等[8]通過調(diào)查黑河流域居民對恢復(fù)張掖地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的支付意愿,計算出恢復(fù)該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的每年經(jīng)濟補償總額。該方法調(diào)查資料容易獲取,可操作性強,但受主觀因素影響大,且難以協(xié)調(diào)支付意愿和接受意愿的不對稱問題。③ 價值當(dāng)量法以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量為基礎(chǔ),計算生態(tài)保護過程提供的補償。劉春臘等[9]結(jié)合國內(nèi)外學(xué)者對不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的判斷,提出了基于生態(tài)價值當(dāng)量的中國省域生態(tài)補償額度測算思路與計算模型。但生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量是區(qū)域和生態(tài)系統(tǒng)的平均水平表征,難以體現(xiàn)區(qū)域差異和生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部差異。因此,單純地只考慮機會成本、參與意愿或生態(tài)服務(wù)當(dāng)量來確定生態(tài)補償標(biāo)準(zhǔn)具有片面性[10]。最小數(shù)據(jù)法耦合了機會成本和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給,通過機會成本空間分布推導(dǎo)新增生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給曲線,可以更加科學(xué)靈活地確定生態(tài)補償標(biāo)準(zhǔn)[11]。

黑河中游地處河西走廊中段,綠洲較為集中,人類活動密集,生態(tài)環(huán)境脆弱。近年來該地區(qū)生境質(zhì)量、水源涵養(yǎng)、氣體調(diào)節(jié)等多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給顯著減少[12]。黑河中游的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量對全流域、甚至西北地區(qū)都至關(guān)重要,為保障區(qū)域生態(tài)安全,張掖市一直十分注重完善生態(tài)補償機制,大力推進退耕還林還草生態(tài)建設(shè)工程。本文以黑河中游為研究區(qū),通過評估退耕還林的水源涵養(yǎng)、土壤保持和氣體調(diào)節(jié)的服務(wù)增量和農(nóng)民機會成本,利用最小數(shù)據(jù)法推導(dǎo)補償價格與退耕還林比例的關(guān)系曲線。在需要退耕的范圍內(nèi),構(gòu)建黑河中游林地適宜性評價指標(biāo)體系,依據(jù)林地適宜性高的耕地優(yōu)先還林的原則進行退耕還林空間識別,從而模擬不同補償情景下的預(yù)期退耕比例和區(qū)域,為黑河中游退耕還林工程和生態(tài)補償實踐提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)來源

黑河是中國第二大內(nèi)陸河,鶯落峽至正義峽之間為中游,流程185 km,介于96°42′—102°04′E、37°45′—42°40′N之間,行政上包括甘肅省張掖市的山丹、民樂、甘州、臨澤、高臺以及肅南明花區(qū),總面積19578 km2,是古絲綢之路和居延古道的交匯點。區(qū)域南鄰高聳的祁連山,北依龍首山和合黎山,南北兩山之間為走廊平原,綠洲、荒漠、戈壁、沙漠?dāng)嗬m(xù)分布。黑河中游屬于典型的溫帶大陸性干旱氣候,區(qū)域年降水量僅54.9—436.2 mm,且年內(nèi)分布不均,大多集中在6—9月,全年蒸發(fā)總量高達1700 mm。區(qū)域內(nèi)近70%的土地為未利用地,且在西北部地區(qū)連片分布；耕地面積3018.58 km2(占總面積的15.4%),集中分布在黑河干流貫穿的中部走廊平原和祁連山山麓地帶；林地總面積僅為525.34 km2(占總面積的2.68%),主要分布在南部的祁連山和東部的焉支山。黑河中游自2002年開始實施退耕還林工程,至2014年累計完成7.64×104hm2,發(fā)放補助資金10.5億元,受惠退耕人口近20萬人。退耕工程區(qū)主要分布在祁連山、大黃山天然林區(qū)的陡坡耕地和中部綠洲邊緣地帶的沙化耕地。通過退耕還林工程的實施,區(qū)域生態(tài)環(huán)境得到初步改善,已有80%的退耕面積成林,森林覆蓋率提高了1.21%；帶動了林果、草畜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)了糧-經(jīng)二元結(jié)構(gòu)向糧-經(jīng)-林(草)三元結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。

本研究所用基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)(包括行政區(qū)劃、居民點、道路、水系、灌渠等)來源于中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)科學(xué)數(shù)據(jù)中心的“黑河計劃數(shù)據(jù)管理中心”(http://westdc.westgis.ac.cn/heihe/)。DEM數(shù)據(jù)來源于美國馬里蘭大學(xué)全球土地覆被數(shù)據(jù)庫,分辨率為30 m×30 m。2014年土地利用數(shù)據(jù)源于USGS(http://earthexplorer.usgs.gov/)提供的Landsat8影像,利用ENVI 4.7進行人機交互式目視解譯獲得,解譯精度為88.76%,并根據(jù)研究目的和區(qū)域特征,將土地利用類型劃分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地6類。氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)共享網(wǎng)(http://cdc.nmic.cn/home.do)地面氣象站日值數(shù)據(jù)；土壤數(shù)據(jù)來源于FAO基于世界土壤數(shù)據(jù)庫(HWSD)中國土壤數(shù)據(jù)集[13]；黑河中游沙地、鹽堿地和戈壁的空間數(shù)據(jù)來源于中科院寒旱所的《中國1∶10萬沙漠分布圖》；地下水埋深通過張掖市水務(wù)局提供的張臨高平原監(jiān)測井的地下水位監(jiān)測數(shù)據(jù)空間插值與地圖資料數(shù)字化相結(jié)合的方式獲得；FPAR數(shù)據(jù)來源于美國國家航空航天局MODIS網(wǎng)站(http://modis.gsfc.nasa.gov/)的MOD15A2。農(nóng)民人均純收入增長率、農(nóng)業(yè)家庭經(jīng)營性收入占農(nóng)民人均純收入的比例來源于《張掖市統(tǒng)計年鑒(2014)》。張掖市新一輪退耕還林還草的申報面積、資金預(yù)算等數(shù)據(jù)來源于《張掖市新一輪退耕還林還草總體方案(2014)》。

2 研究方法

2.1 生態(tài)補償?shù)睦碚撘罁?jù)

假設(shè)土地利用方式為林地和耕地時土地所有者獲得的收益分別為A和B(B>A)(圖1)[14],林地轉(zhuǎn)換為耕地時造成的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)損失為C。由于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的公共物品特性,在沒有生態(tài)補償?shù)那闆r下,土地所有者會選擇獲利更大的耕地利用方式。如果對土地所有者進行一定的生態(tài)補償D(0B,則土地所有者就會愿意保留林地利用方式,用較小的補償避免了較大的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)損失,而生態(tài)補償?shù)暮诵膯栴}就是如何確定科學(xué)經(jīng)濟的補償D。

圖1 生態(tài)補償理論框架Fig.1 The theoretical framework of ecological compensation

2.2 退耕還林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)增量估算

退耕還林后,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)主要體現(xiàn)在水源涵養(yǎng)、土壤保持和固碳能力3個方面,取林地和耕地對應(yīng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的差值,即為退耕還林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)增量。

(1)水源涵養(yǎng)

本文利用InVEST模型中的Water Yield 產(chǎn)水模塊進行產(chǎn)水量估算。這是一種基于Budyko曲線[15]和年平均降水的水量平衡估算方法,不考慮地表水與地下水的交互作用,認(rèn)為某柵格單元的降水量減去沒有上游徑流補給時蒸散發(fā)的水量即為產(chǎn)水量[16]。柵格單元在某種特定植被類型下的年平均產(chǎn)水量計算公式為：

(1)

式中,Yxj為柵格單元x中植被類型為j的年產(chǎn)水量；AETxj為柵格單元x中植被類型為j的實際蒸散量；Px為柵格單元x的年平均降水量。AETxj可由潛在蒸散量推算,根據(jù)Penman-Montieith公式[17]計算黑河中游及其周邊12個氣象站2014年均潛在蒸散,再利用ArcGIS克里金插值得到中游年均潛在蒸散。其他參數(shù)設(shè)置參考模型說明及已有研究[18]。

(2)土壤保持

本文采用通用土壤侵蝕方程來計算土壤侵蝕量[19],通過比較假設(shè)無植被覆蓋和實際植被條件下的土壤侵蝕差異來表征土壤保持功能,其大小與土壤條件、氣候、地形、植被以及人類活動(如農(nóng)業(yè)耕作、水壩建設(shè)等)密切相關(guān)。該方程為：

USLEx=Rx·Kx·LSx·Cx·Px

(2)

式中,USLEx表示x的土壤侵蝕量；Rx表示降水侵蝕力,反映了區(qū)域降水對土壤侵蝕的潛在作用；Kx為土壤可侵蝕性因子；LSx為坡長坡度因子；作物管理因子Cx是在相同土壤、坡度和降雨條件下,特定作物或植被情況時的土壤流失量與耕種過后連續(xù)休閑地的土壤流失量的比值。水土保持措施因子Px是采取水保措施后,土壤流失量與順坡種植時的土壤流失量的比值。

(3)固碳能力

NPP是扣除植物自身呼吸消耗后,真正用于植物生長和生殖的光合產(chǎn)物量或有機碳量[20],可表征生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力。本文采用CASA模型[21]進行NPP估算：

NPPcasa=APAR×ε

(3)

式中,APAR表示植被所吸收的光合有效輻射,ε表示光能轉(zhuǎn)化率。其中,APAR取決于太陽總輻射和植被光合有效輻射(FPAR)的吸收比例。

2.3 機會成本

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給的機會成本指為提供某種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)而放棄的其他收益[22],退耕還林的機會成本即為耕地轉(zhuǎn)化為林地后農(nóng)民經(jīng)濟收益的損失。本文假設(shè)退耕還林后,農(nóng)民在短期內(nèi)無法獲得林地的經(jīng)濟收益,則耕地收益即可表征退耕還林的機會成本。以黑河中游47個鄉(xiāng)鎮(zhèn)單位面積耕地收入為樣本,利用SPSS進行正態(tài)性檢驗：峰度為-0.688,偏度為0.514,二者絕對值均小于1；單樣本k-s檢驗的顯著性檢驗值為0.200,大于0.05。因此,黑河中游退耕還林的單位面積機會成本服從正態(tài)分布,均值為14015.29元/hm2,標(biāo)準(zhǔn)差為6391.2元/hm2。且單位產(chǎn)水量、土壤保持量和固碳量的機會成本也服從正態(tài)分布,均值分別為158.01元/m3、13.26元/t、32.47元/kg。

2.4 生態(tài)補償標(biāo)準(zhǔn)

圖2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給推導(dǎo)Fig.2 Derivation of ecosystem services supply

本研究采用最小數(shù)據(jù)法耦合機會成本和服務(wù)增量,求取生態(tài)供給曲線和生態(tài)補償標(biāo)準(zhǔn)。假設(shè)農(nóng)戶在某地塊s上可以做出兩種利用決策,即a和b。a表示耕地,單位面積耕地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給量記作0；b表示林地,并假設(shè)單位面積林地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給量為e。這種假設(shè)并不失一般性,因為考慮的是退耕還林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化情況,e即為退耕還林后單位面積土地所能提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給目標(biāo)。最小數(shù)據(jù)法推導(dǎo)過程[4,23]如圖2。

假如農(nóng)戶對某地塊的利用決策是以自身利益最大化為目標(biāo)的,假設(shè)其在單位面積土地上所期望得到的收益為v(p,s,z),其中p表示土地利用產(chǎn)出的價格參數(shù)；s表示地塊；z=a,b表示耕地或林地。若w(p,s)=v(p,s,a)-v(p,s,b)≥0,則耕地收益大于林地,農(nóng)戶會選擇土地利用方式a,反之選b。將所有土地單元上的ω(p,s)排序,確定概率密度函數(shù)φ(ω),則可計算出采用土地利用方式b的土地單元的比例為r(p)：

(4)

總面積為H的土地,在私人均衡下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給的期望值s(p)：

s(p)=r(p)·H·e

(5)

(6)

s(p,pe)=s(p)+r(p,pe)·H·e

(7)

2.5 退耕還林情景設(shè)置及空間識別

(1)退耕還林情景設(shè)置

根據(jù)規(guī)劃目標(biāo)和條件,設(shè)置3種情境進行模擬分析。

情景1：2014年6月,國務(wù)院批準(zhǔn)《張掖市新一輪退耕還林還草總體方案》,全市申報耕地退耕還林面積1.56×104hm2,占總耕地面積的5.17%,故設(shè)定情景1的目標(biāo)為實現(xiàn)退耕還林比例5.17%,相應(yīng)補償標(biāo)準(zhǔn)為4381.35元/hm2。

情景2：2015年12月,國家8部門聯(lián)合下發(fā)了《關(guān)于擴大新一輪退耕還林還草規(guī)模的通知》。通知明確指出,國家按照每公頃22500元進行退耕還林補助,分三次下發(fā)。據(jù)此設(shè)定情景2為每公頃耕地退耕還林每年補助7500元,即補償標(biāo)準(zhǔn)為7500元/hm2。

情景3：根據(jù)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地收入統(tǒng)計,黑河中游耕地純收入均值為14015.29元/hm2。在實地調(diào)研中發(fā)現(xiàn),研究區(qū)坡耕地、沙化耕地及鹽堿化耕地等的收益均低于耕地平均機會成本,約為1500—3000元/hm2。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合土地適宜性分級的基本方法[24],以耕地平均機會成本的20%作為坡耕地、沙化耕地及鹽堿化耕地等的平均收益。據(jù)此設(shè)定情景3的補償標(biāo)準(zhǔn)為2803.06元/hm2。

(2)退耕還林空間識別

① 退耕范圍識別。在張掖市《新一輪退耕還林還草總體方案》中,將陡坡耕地、沙化耕地及鹽堿地作為退耕對象。因此本研究利用DEM數(shù)據(jù)計算坡度,并基于《中國1∶10萬沙漠分布圖》,提取研究區(qū)15°以上的坡耕地及沙化、鹽堿化耕地作為退耕范圍。

② 還林空間識別。選取地形(包括海拔、坡度和坡向)、氣候(包括年均降水量、≥10℃積溫和太陽總輻射)、土壤(包括有效土層厚度、有機碳含量和土壤質(zhì)地)和水源(包括地下水埋深和距灌渠距離)四類指標(biāo)11個因子,通過林地生態(tài)適宜性評價進行還林空間識別,指標(biāo)權(quán)重由熵權(quán)法獲得。利用自然斷裂法將評價結(jié)果分為5類：高度適宜、適宜、較適宜、較不適宜和不適宜。

3 研究結(jié)果

3.1 退耕還林后生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)增量

黑河中游不同土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力均值如表1?？梢钥闯?林地在土壤保持和固碳方面均具有最高的供給能力,耕地在水源涵養(yǎng)和土壤保持方面的供給能力均較低。退耕還林后,單位面積水源涵養(yǎng)、土壤保持和固碳3種生態(tài)系統(tǒng)服增量分別為8.87 mm/m2、105.67 kg/m2和43.16 g/m2。

表1 黑河中游不同土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力

3.2 補償標(biāo)準(zhǔn)和退耕還林比例曲線

黑河中游單位耕地機會成本的概率密度分布函數(shù)如圖3。在概率密度分布函數(shù)基礎(chǔ)上,根據(jù)公式(4)積分可求得在不進行生態(tài)補償時退耕還林的比例為1.42%,此時可以增加產(chǎn)水量3.8×105m3,土壤保持量4.53×106t,固碳量1.85×106kg。當(dāng)實施生態(tài)補償時,根據(jù)單位耕地機會成本概率密度分布和公式(6),利用MATLAB推出單位耕地補償價格與退耕比例的關(guān)系曲線(圖4)。

圖3 單位耕地機會成本概率密度函數(shù) Fig.3 The probability density function of opportunity cost Per area of farmland

圖4 單位耕地補償價格與退耕還林比例關(guān)系 Fig.4 The relationship between the prices of payments and the area proportion of returning farmland to forest

根據(jù)補償標(biāo)準(zhǔn)與退耕比例關(guān)系曲線和單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)增量,計算出3種情景下的補償標(biāo)準(zhǔn)、退耕比例和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給增量(表2)。

由表2可知,根據(jù)最小數(shù)據(jù)法的計算結(jié)果,若要實現(xiàn)《新一輪退耕還林還草總體方案》目標(biāo),完成退耕比例5.17%,耕地補償標(biāo)準(zhǔn)需達到4381.35元/hm2,需要總金額0.68億元。補償金額與退耕比例為非線性關(guān)系,當(dāng)補償標(biāo)準(zhǔn)達到目前政策標(biāo)準(zhǔn)7500元/hm2,可實現(xiàn)退耕比例達13.98%,預(yù)計退耕還林補償總額為3.16億元,而張掖市新一輪退耕還林工程總投資5.61億元,因此新一輪退耕還林的計劃投資金額可以滿足當(dāng)前補償標(biāo)準(zhǔn)下的退耕還林目標(biāo)。如果以單位坡耕地、沙化耕地及鹽堿化耕地退耕還林的機會成本2083.06元/hm2為補償標(biāo)準(zhǔn),僅能實現(xiàn)2.55%的耕地退耕,需總金額0.22億元。

表2 情景模擬結(jié)果

3.3 退耕范圍確定及林地適宜性分析

黑河中游退耕范圍如表3和圖5。黑河中游耕地面積為3018.58 km2,15°以上坡耕地、沙地、戈壁及鹽堿地等初步退耕范圍為612.09 km2,占耕地總面積的20.28%。目前,需退耕的坡耕地面積很小,集中分布在祁連山山前地區(qū),其中15°—25°耕地面積為11.30 km2,25°以上坡耕地僅為1.61 km2,由此可見上一輪的退耕還林工程中,坡耕地的退耕效果顯著。沙化耕地、鹽堿地和戈壁是退耕還林的主要區(qū)域,主要分布在綠洲與未利用地的過渡區(qū)域。其中沙化耕地超過退耕范圍總面積的50%,尤其集中分布在中部黑河支流干涸河谷周邊。鹽堿化的耕地集中于西北部地區(qū),而戈壁則多分布于耕地的邊緣地帶。

表3 退耕范圍內(nèi)土地利用類型面積統(tǒng)計

黑河中游退耕范圍內(nèi)的林地適宜性評價結(jié)果如表4和圖6。山丹縣的退耕地林地適宜性最強,其次為臨澤縣,并且呈現(xiàn)從臨澤縣向東南和西北兩側(cè)適宜性減小的空間分布規(guī)律。由表4看出,在612.09 km2的退耕范圍內(nèi),66.12%耕地適宜退耕還林,其中高度適宜還林的耕地僅有9 km2,主要是山丹縣的一些坡耕地。適宜和較適宜林地生長的面積接近390 km2,主要分布在臨澤縣及甘州區(qū)和高臺縣北部靠近黑河干流的區(qū)域。不適宜和較不適宜還林的耕地面積為204.26 km2,占退耕范圍總面積的33.88%,主要分布在民樂縣、肅南縣及高臺和甘州的南部地區(qū)。

表4 黑河中游退耕范圍內(nèi)林地適宜性統(tǒng)計

3.4 退耕還林空間識別

針對無生態(tài)補償、情景1、情景2和情景3四種情況,根據(jù)退耕范圍內(nèi)的林地適宜性評價結(jié)果和對應(yīng)的退耕比例,基于林地適宜性高的耕地優(yōu)先退耕的原則,利用ArcGIS選取相應(yīng)的退耕單元,從而識別4種情況下的退耕還林空間分布(圖7和表5)。

圖5 黑河中游退耕范圍 Fig.5 The scope of returning farmland in the middle reaches of Heihe River

圖6 黑河中游林地適宜性評價結(jié)果 Fig.6 The result of forest land suitability evaluation in the middle reaches of Heihe River

圖7 黑河中游不同情景下的退耕還林空間分布Fig.7 The spatial distribution in different scenarios in the middle reaches of Heihe River

類別 Type無生態(tài)補償 No eco-compensation情景1 Scenario 1情景2 Scenario 2情景3 Scenario 3面積Area/km2比例Proportion/%面積Area/km2比例Proportion/%面積Area/km2比例Proportion/%面積Area/km2比例Proportion/%高度適宜Very suitable9.0021.009.005.779.002.139.0011.69適宜Suitable33.8679.00147.0694.23183.8743.5767.9788.31較適宜More suitable————205.8148.77——較不適宜Less suitable————23.325.53——不適宜Unsuitable————————

由圖7和表5可知,如不實施生態(tài)補償工程,僅有42.86 km2(1.42%)的耕地愿意實施退耕還林,退耕區(qū)域的林地適宜性為高度適宜和適宜類,且退耕還林的地塊主要位于走廊平原的臨澤縣和甘州區(qū),以及地形條件極好的山丹縣。

情景1：根據(jù)張掖市實際申報退耕還林面積設(shè)定的退耕比例5.17%。超過90%的退耕還林地塊集中分布于臨澤縣、甘州區(qū)和高臺縣,尤其是距黑河干流較近的沙化耕地,水源條件較好,全部為高度適宜和適宜類,有利于林地的成活和生長。因此,《張掖市新一輪退耕還林還草方案》中規(guī)劃實現(xiàn)5.17%的退耕還林目標(biāo)具有科學(xué)性和可行性,可保障較高的生態(tài)效益。

情景2：根據(jù)目前國家的補償標(biāo)準(zhǔn)7500元/hm2設(shè)定的退耕還林目標(biāo)?；谧钚?shù)據(jù)法的計算,在現(xiàn)行補償標(biāo)準(zhǔn)下可實現(xiàn)退耕還林面積為4.22×104hm2,遠(yuǎn)超過目前申報的1.56×104hm2?？臻g識別結(jié)果顯示,臨澤縣和高臺縣依舊是主要的還林區(qū)域,占總體退耕還林面積的60%以上。還林耕地中,包含了全部適宜林地生長的地塊,僅剩5.53%的林地適宜性為較不適宜,因此可以基本保障退耕后的林地生長,實現(xiàn)較高的生態(tài)收益。

情景3：根據(jù)黑河中游坡耕地、沙化耕地及鹽堿化耕地的機會成本2803.06元/hm2設(shè)定的補償標(biāo)準(zhǔn)。退耕區(qū)域主要分布在臨澤縣、甘州區(qū)、高臺縣及山丹縣,且全部適宜林地生長。但退耕總面積僅有約0.77×104hm2,可作為退耕還林資金較少時的備選方案。

4 結(jié)論與討論

黑河中游總體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力一般,區(qū)域差異較大,呈現(xiàn)東南部能力強,西北部能力弱的空間分布特征。土壤保持和固碳能力最強的均為林地,退耕還林后,單位面積水源涵養(yǎng)、土壤保持和固碳三種生態(tài)系統(tǒng)服增量分別為8.87 mm/m2、105.67 kg/m2和43.16 g/m2,表明退耕還林有助于提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的能力。在退耕范圍內(nèi),66.12%耕地適宜退耕還林,其中高度適宜還林的主要是山丹縣的一些坡耕地,適宜和較適宜林地生長的耕地主要分布在黑河干流周邊。如果不實施生態(tài)補償工程,僅有42.86 km2(1.42%)的耕地愿意實施退耕還林；當(dāng)補償標(biāo)準(zhǔn)達到2803.06元/hm2時,退耕的76.97 km2(2.55%)地塊全部適宜林地生長；當(dāng)補償標(biāo)準(zhǔn)達到4381.35元/hm2時,可實現(xiàn)5.17%耕地退耕,且全部為高度適宜和適宜還林的耕地；當(dāng)補償金額達到7500元/hm2時,可實現(xiàn)退耕比例13.98%,且多數(shù)屬于宜林的地塊,可基本保障退耕后的林地生長。

隨著退耕還林比例從1.42%到13.98%的逐漸增加,還林耕地按照林地適應(yīng)性從高到低逐步增加。退耕還林的空間分布以臨澤縣為中心,向四周擴張,同時存在以北部耕地和未利用地交界處為基線,由北向南逐步推進擴張的變化趨勢。退耕還林的初衷是為了增加生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給,促進生態(tài)系統(tǒng)平衡,同時幫助農(nóng)民脫貧致富。但是由于黑河中游干旱的自然地理條件和尖銳的水資源供需矛盾,退耕還林的實施需要科學(xué)謹(jǐn)慎,避免盲目退耕導(dǎo)致還林后林木難以成活、水資源矛盾深化等問題。本研究充分考慮這一實際情況,根據(jù)不同實施情況構(gòu)建3種退耕還林情景,基于林地適宜性評價結(jié)果針對不同情景確定的退耕還林空間單元可以科學(xué)指導(dǎo)退耕還林工程實施,保障退耕還林的可行性,實現(xiàn)退耕還林初衷,促進生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)增加。

最小數(shù)據(jù)法是一種耦合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與機會成本,利用數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)生態(tài)補償標(biāo)準(zhǔn)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給曲線的方法。如果實現(xiàn)5.17%的耕地退耕還林,利用最小數(shù)據(jù)法求得每年補償標(biāo)準(zhǔn)為4381.35元/hm2,略小于目前7500元/hm2的補償標(biāo)準(zhǔn)。因此,利用最小數(shù)據(jù)法可以求得理論上相對高效和經(jīng)濟的補償標(biāo)準(zhǔn)。但是,最小數(shù)據(jù)法并沒有考慮退耕還林實際推行過程中的農(nóng)民意愿、地域文化等其他現(xiàn)實阻力。且退耕還林工程一旦實施,農(nóng)民將長期無法從耕地中獲得收益,而生態(tài)補償是一種短期的資金補助。如果不能將解放出來的生產(chǎn)力創(chuàng)造新的價值,那么從長遠(yuǎn)角度來看,生態(tài)補償項目難以持續(xù)推進。因此針對生態(tài)補償機制的研究,在尋找科學(xué)方法確定合理經(jīng)濟補償標(biāo)準(zhǔn)的同時,需要進一步研究如何建立配套的長效機制,鼓勵并幫助失地農(nóng)民就業(yè)致富,這樣才能提高農(nóng)民參與積極性,促進生態(tài)補償項目的可持續(xù)發(fā)展,最終實現(xiàn)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的改善。