农地整理前后生态价值变化

农地整理前后生态价值变化

农地整理是我国应对经济发展的土地资源瓶颈约束,促进土地集约利用,推进城市化和新农村建设的一项重要举措。农地整理的总体目标是通过田、水、路、林、村综合整治,增加有效耕地面积,提高耕地质量和农业综合生产能力,改善农业生产条件和生态环境,实现土地资源可持续利用。生态系统服务价值是生态经济学中的重要概念,国内外学者对此进行了卓有成效的研究。Costanza等[1]以“全球生态系统服务价值和自然资本”为题的重要论文开创了生态系统服务价值(EcosystemServicesValue,ESV)研究领域,在国际学术界掀起了生态系统服务价值研究热潮。随后,我国学者在其影响下开始对我国自然草地[2-3]、城市生态系统[4-5]、森林生态系统[6-7]、流域生态系统[8-11]、旅游区生态系统[12]、区域生态系统[13-15]、ESV环境评价[16]、土地覆被/利用变化的生态效应[17-19]、土地利用格局界定[20]、稻田生态系统[21]等方面的服务价值进行了研究。近年来,有学者开始关注土地整理区的生态系统服务价值[22]。但是,这些研究仍然存在不足,如未能给生态系统服务价值测算结果赋予动态特征,也没有考虑地貌类型对农地整理项目区生态系统服务价值变化的影响。基于此,我们在湖北省境内选取3个位于不同地貌类型区的农地整理项目,并测算出项目实施前后整理区的生态系统服务价值,以揭示农地整理前后生态系统服务价值变化及其区域差异,为促进农地整理可持续发展提供科学依据和案例支持.   1材料与方法   1.1研究区概况   为分析地貌类型对农地整理项目区生态系统服务价值变化的影响,分别从湖北境内的平原地区、丘陵地区、低山地区各选择一个农地整理项目作为研究对象。本研究选择当阳市两河镇等4个镇(办)高产农田建设示范工程项目(简称“当阳项目”)、钟祥市石牌镇高产农田建设示范工程项目(简称“钟祥项目”)、竹山县擂鼓镇等两个镇低丘岗地改造项目(简称“竹山项目”)。本研究的数据来源于课题组对项目的实地调查和规划设计资料。   “当阳项目”位于当阳市玉阳办事处、半月镇、草埠湖镇、两河镇,涉及玉阳办事处白龙村,半月镇龙台村、罗店村、红光村和宇宙村,草埠湖镇马窑村,两河镇富里寺村、胡场村、麦城村、民主村、糜城村、群丰村、群合村、双龙村、孙场村、友谊村和赵闸村。项目区土地总面积2896.63hm2,其中建设规模为2004.62hm2。项目区属平原地貌,地形较为平坦,最高点在项目区西部、海拔49.50m,最低点位于项目区东部、海拔42.50m,相对高差7m。土质较肥沃,耕作层厚;气候属亚热带大陆季风性湿润气候,四季分明,日照充足,气候温和,雨量充沛但降雨分布不均匀。土壤类型为黄棕壤、灰紫色土和中性紫色土。项目区的主要作物有水稻、油菜和棉花。   “钟祥项目”位于钟祥市西南部,涉及杜横店和胡冲2个行政村。项目区土地总面积1733.29hm2,其中建设规模为1448.91hm2。项目区属丘陵地貌,地形起伏较大,地势总体上北高南低,最高点海拔92.88m,最低点海拔41.80m,相对高差为51.08m。耕作区内现有沟渠,由于长期弃用,已成为断断续续的废弃土坑,造成了耕作区局部起伏,不利于排灌和机械化耕作。项目区气候属中纬度北亚热带半湿润季风气候,光照充足、气候温和、雨量充沛、无霜期长、四季分明、雨热同季。土层较厚,土壤肥沃。项目区的主要作物有水稻、小麦、油菜和棉花。   “竹山项目”位于竹山县擂鼓镇和秦古镇,涉及7个行政村和1个居民委员会。项目区土地总面积为1028.04hm2,其中建设规模为904.44hm2。项目区属低山地貌,东与房县接壤,北与郧县交界,南与神龙架林区和重庆市巫溪县相邻,西与竹溪县连畔,地形复杂多样。项目区最高点海拔511.50m,最低点海拔364.85m。气候属北亚热带山地季风气候,年平均温度18℃;年平均降雨量850mm左右,主要集中在6~9月份,空气相对湿度为80%;土壤类型主要有黄壤、水稻土,土壤肥力中等。项目区的主要作物有玉米、小麦和油菜。   1.2研究方法   生态系统服务价值评估是由Costanza等人提出来的,在其研究中,Costanza等不仅测算了耕地、园地、林地、水域、草地等生态系统服务价值,还测算了荒漠等未利用地的服务价值,并认为建设用地(交通用地、居民点用地、水工建筑用地)不具有生态服务价值,本研究也沿用这一观点。由于国外的评估方法在我国直接运用存在低估或忽略了某些生态系统服务价值的缺陷,因此谢高地等[23]在对我国700位具有生态学背景的专业人员问卷调查的基础上进行了改进,得到新的生态系统服务单价表。但是,谢高地等[23]所计算的生态系统单位面积生态服务价值是某一年期的价值,而实际上它会随着时间的推移、人类需求的增长、原生态资源的供给稀缺而越来越高。因此,本研究考虑以CPI指数(消费物价指数)增长率和间隔年数(表1)来改进谢高地等人的计算结果。我国生态系统服务价值转换公式可表示为:VCjk后=VCjk前×仪n1(1+CPI)(1)式中,VCjk后为考虑到时间推移、需求增长、资源稀缺等因素后,利用消费物价指数转换得到的中国生态系统单位面积生态服务价值;VCjk前为谢高地等[23]的研究计算获得中国生态系统单位面积生态服务价值;仪n1(1+CPI)为转换系数。根据转换系数计算公式,计算得到2007—2011年生态服务价值的增长系数。将表1中每一分项乘以2011年对应的转换系数计算得到转换后的我国生态系统单位面积生态服务价值,见表2。借鉴Costanza等提出的生态系统价值计算公式,我们测算了3个农地整理项目区的生态系统服务价值。具体计算公式如下:ESV=ΣAk×VCk(2)ESVf=ΣAk×VCfk(3)式中,ESV为农地整理项目区生态系统服务价值(元/年),Ak为第k类土地利用类型的面积(hm2),VCk第k中土地利用类型的生态价值系数(元/hm2•年),ESVf为生态系统单项服务功能价值(元/年),VCfk为单项服务功能价值系数(元/hm2•年)。   2结果与分析   2.13个农地整理前后土地利用类型的变化#p#分页标题#e#   根据“当阳项目”、“钟祥项目”、“竹山项目”整理前后的土地利用类型面积,计算得到结构调整前后变化情况,见表3。从表3可以看出:(1)从新增耕地数量来看,增加耕地数量最多的是“竹山项目”、净增348.94hm2,增加耕地最少的是“钟祥项目”、净增44.27hm2;从新增耕地率来看,按从大到小排序为“竹山项目”、“当阳项目”、“钟祥项目”,分别为38.58%、3.11%、3.06%;从新增耕地的来源看,处于平原地区的“当阳项目”新增耕地主要来源于田埂系数的降低和废弃沟渠的平整,处于丘陵地区的“钟祥项目”新增耕地主要来源于田坎系数的降低和荒草地的开发,处于低山地区的“竹山项目”新增耕地主要来源于低效林地和园地整理,以及荒草地开发。(2)从水域用地数量来看,“当阳项目”整理后的灌排沟渠更加有序,沟渠密度减小,以及部分坑塘被填,导致水域用地面积减少;“钟祥项目”和“竹山项目”因增修了渠道、清淤了坑塘、修建了蓄水池,导致水域及水利设施用地增加。(3)从交通用地数量来看,“竹山项目”净增20.90hm2,“钟祥项目”净增7.32hm2,“当阳项目”减少5.61hm2。“竹山项目”、“钟祥项目”交通用地增加是因为增加了路网密度,“当阳项目”交通用地减少是由于减小了路网密度。   2.23个农地整理项目区的整体生态系统服务价值变化   利用公式(2)和公式(3),结合表2和表3计算得到“当阳项目”、“钟祥项目”、“竹山项目”在农地整理前后的生态系统服务价值(表4)。从表4可以看出,3个典型项目区的生态系统服务价值分别减少271.0×104、51.0×104、8.0×104元/年。其中,生态系统服务价值减少最多的是“竹山项目”区,主要是由于园地、林地、荒草地部分或全部被开发成耕地;“当阳项目”区生态系统服务价值减少的主要原因是杂乱无序的土质沟渠、影响田块规整的部分小坑塘被平整;“钟祥项目”区的生态系统服务价值减少,主要是由于部分田坎被整理成耕地。2.33个农地整理项目区的单项生态系统服务价值变化利用公式(2)和公式(3),结合表2和表3计算得到“当阳项目”、“钟祥项目”、“竹山项目”整理前后单向生态系统服务价值(表5)。从表5可以看出:(1)3个农地整理项目区的食物生产价值都得到提高,粮食生产能力得到增强。(2)“当阳项目”的水文调节价值、废物处理价值和美学景观功能都有较大下降,其中,水文调节价值损失最大、为24.0×104元/年;位于损失第2位的是废物处理价值、为17.0×104元/年;而生物多样性价值减少4.0×104元/年。(3)“钟祥项目”的食物生产价值获得了较小的提高,为1.0×104元/年;但造成了气体调节和气候调节价值损失,分别为3.0×104元/年和2.0×104元/年;项目区水域用地的增加,使得区内的废物处理价值增加2.0×104元/年。(4)“竹山项目”的食物生产价值提高了11.0×104元/年,但气体调节、生物多样性、气候调节、保持土壤的能力都有较大下滑,分别损失51.0×104、50.0×104、43.0×104、40.0×104元/年。此外,原材料生产价值和提供美学景观价值分别下降32.0×104、27.0×104元/年。   3结论与讨论   本研究在湖北境内选取位于平原地区的“当阳项目”、位于丘陵地区的“钟祥项目”、位于低山地区的“竹山项目”作为研究对象,借鉴Costanza等提出的生态系统服务价值测算公式,考虑时间推移、人类需求增加、生态资源供给稀缺等使生态服务价值越来越高,利用CPI(消费物价指数)增长率和间隔年数,更新了谢高地等人计算获得的单位面积生态服务价值表,赋予了该单价表动态特征,并将该表用于测算3个典型农地整理项目区的生态系统服务价值。本研究得到的主要结论如下:   (1)从土地利用类型变化看,新增耕地数量最多的是位于低山地区的“竹山项目”、净增348.84hm2;新增耕地的数量居中的是位于平原地区的“当阳项目”、净增62.32hm2。新增耕地最少的是位于丘陵地区的“钟祥项目”、仅增44.27hm2。从水域用地数量的增减来看,项目之间差异较大,水域用地增加最多的是位于低山地区的“竹山项目”、净增51.16hm2;水域用地增加居中的是位于丘陵地区的“钟祥项目”,净增2.53hm2;水域用地减少的是位于平原地区的“当阳项目”、净减24.04hm2。3个农地整理项目区的未利用土地数量(包括田坎、荒草地)都有所减少,未利用土地数量减少最多的是位于低山地区的“竹山项目”、净减92.93hm2,减少居中的是位于丘陵地区的“钟祥项目”、净减54.50hm2,减少最少的是位于平原地区的“当阳项目”、净减31.39hm2。   (2)从项目区生态系统服务价值看,表现出明显的区域差异。生态系统服务价值减少最多的是位于低山地区的“竹山项目”、净减271.0×104元/年,减少居中的是位于平原地区的“当阳项目”、净减51.0×104元/年,减少最少的是位于“丘陵地区”的钟祥项目、净减8.0×104元/年。其原因在于:“竹山项目”区大面积的园地、林地和荒草地被开发整理成耕地,“当阳项目”区一定数量的水域用地(坑塘)和未利用土地被整理成耕地,“钟祥项目”区一定数量的未利用土地被整理成耕地。   (3)从单项生态系统服务价值看,位于低山地区的“竹山项目”的气体调节、维护生物多样性、气候调节、水文调节、保持土壤和废物处理价值都存在显著下降,其中气体调节价值的损失51.0×104元/年,维护生物多样性价值的损失50.0×104元/年,提供景观美学功能价值损失27.0×104元/年。位于丘陵地区的“钟祥项目”的气体调节、保持土壤、气候调节和维持生物多样性的价值都有少量损失,其中气体调节价值损失3.0×104元/年。位于平原地区的“当阳项目”的水文调节、废物处理价值损失较大,分别为24.0×104、17.0×104元/年。从食物生产价值看,位于低山地区的“竹山项目”的食物生产价值增加最多、为11.0×104元/年,位于丘陵地区的“钟祥项目”的食物生产价值增加1.0×104元/年,位于平原地区的“当阳项目”的食物生产价值增加2.0×104元/年。#p#分页标题#e#   (4)从3个位于不同地貌类型的农地整理项目区的生态系统服务价值变化看,现阶段的农地整理不仅没有提高生态系统服务价值反而使之降低,这表明当前农地整理项目在实施过程中缺乏对农田生态系统服务价值应有的重视,不太符合可持续农地整理的要求。由此得到的政策启示是:农地整理目标必须从新增耕地数量向更加注重耕地质量和生态环境转变,紧紧围绕和考虑生产、生活和生态,实施数量、质量、生态三位一体的整理模式。   本研究也存在两点不足:一是未能进一步细分土地利用类型(如将耕地细分为水田、旱地、菜地等),可能导致分7析结果未能准确地反映生态系统服务价值的变化;二是没有根据湖北省的区域差异对谢高地等的研究结果(单位面积生态服务价值表)进行区域修正,有待后续对其进行研究。