趙俊銳,朱道林

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)土地資源管理系,北京100193;2.山東省淄博市國(guó)土資源局,山東淄博255032)

土地開發(fā)整理,包括土地開發(fā)、農(nóng)用地整理、居民點(diǎn)整理、土地復(fù)墾等,是以未利用地或廢棄居民點(diǎn)用地為對(duì)象、整理增加耕地為目標(biāo)的土地利用調(diào)整措施.土地開發(fā)整理除了直接的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益,即增加耕地,提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平外,也使生態(tài)環(huán)境發(fā)生變化.

目前,全國(guó)用于基本農(nóng)田保護(hù)和建設(shè)、土地整理、耕地開發(fā)的總投入,每年合計(jì)在1 000億元左右[1].但是,國(guó)家和地方巨額的財(cái)力、人力、物力的投入,是否達(dá)到土地開發(fā)整理預(yù)期的目標(biāo),在多大程度上緩解了我國(guó)人地矛盾,改善了農(nóng)村生態(tài)環(huán)境,提高了土地生產(chǎn)能力,土地開發(fā)整理產(chǎn)生了正的還是負(fù)的外部效益等一系列問題,都必須在分析了解土地開發(fā)整理投資項(xiàng)目實(shí)際取得的效益的基礎(chǔ)上進(jìn)行判斷與回答.

本文運(yùn)用能值分析理論和方法,把自然環(huán)境系統(tǒng)與人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)有機(jī)地聯(lián)系和統(tǒng)一起來,通過計(jì)算分析土地開發(fā)整理前后自然環(huán)境系統(tǒng)無償能值輸出的變化量情況,研究土地開發(fā)整理的生態(tài)效益.

1 土地開發(fā)整理生態(tài)效益分析評(píng)價(jià)因子的選取

1.1 固碳制氧能值

植物通過光合作用固定太陽能,吸收空氣中的CO2等物質(zhì),并將其轉(zhuǎn)化為有機(jī)質(zhì),增加生物量,同時(shí)釋放出.相關(guān)研究證實(shí),生態(tài)系統(tǒng)每生產(chǎn)1.00 g植物干物質(zhì)能固定1.63 g釋放1.20 g.未利用土地主要為落葉灌叢,計(jì)算時(shí)參照落葉灌叢的年凈生產(chǎn)量.參照有關(guān)研究,釋放O2的能值轉(zhuǎn)換率為5.11×107sej/g,吸收CO2的能值轉(zhuǎn)換率為3.78×107sej/g[4].

市場(chǎng)價(jià)值法中農(nóng)作物生物量與其經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的關(guān)系式為

式中:Q為農(nóng)作物生物量;B為經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量;R為經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量含水率;f為經(jīng)濟(jì)系數(shù).

1.2 土壤肥力保持的能值

選取土地開發(fā)整理前后,土壤保持量中N、P、K含量的變化情況作為因子,計(jì)算土壤肥力保持的能值量,然后通過分析土壤的化學(xué)性質(zhì)計(jì)算土壤肥力保持的能值.

應(yīng)用通用土壤流失方程(USLE)對(duì)不同土地利用類型的土壤侵蝕的現(xiàn)實(shí)侵蝕量和潛在侵蝕量分別進(jìn)行估算,潛在侵蝕量與土壤侵蝕量?jī)烧咧罴礊樯鷳B(tài)系統(tǒng)土壤保持量.USLE方程的形式為

式中:A為土壤侵蝕量(t/(hm2?a)).R為降雨侵蝕力因子,采用R=0.009計(jì)算,Pˉ為年平均降雨量(mm)為平均年最大60 min、1 440min雨量(mm),根據(jù)文獻(xiàn)[5] R值取355.1(參考濟(jì)南取值).K為土壤可蝕性因子,可從諾漠圖中查得,項(xiàng)目區(qū)為0.6(砂質(zhì)粘壤)t/hm2[6].LS為地形因子,以長(zhǎng)20 m、寬5 m、坡度為10°為標(biāo)準(zhǔn)小區(qū),按LS=1.07計(jì)算[5],其中λ為坡長(zhǎng)(m),a為坡度(b).C為地表植被覆蓋因子,當(dāng)?shù)孛嫱耆懵稌r(shí),C值為1.0;如果地面得到良好的保護(hù)時(shí),C=0.001;根據(jù)文獻(xiàn)[7] 中覆蓋的草地確定C值取值為0.15.P為土壤保持措施因子,0代表無侵蝕地區(qū),1代表未采取任何水保措施的地區(qū),參考文獻(xiàn)[7] ,草地取值為1.

根據(jù)文獻(xiàn)[6] 可知,氮的能值轉(zhuǎn)換率為4.63×109sej/g,磷的能值轉(zhuǎn)換率為1.78×1010sej/g,鉀的能值轉(zhuǎn)換率為1.74×109sej/g.

1.3 表土形成能值

選取土地開發(fā)整理前后,土壤形成的數(shù)量作為因子,計(jì)算土壤形成的能值量.

農(nóng)業(yè)土壤的形成不僅受到自然成土因素(母質(zhì)、地形、氣候、生物和時(shí)間)的影響,還受到耕種、施肥、灌溉等農(nóng)業(yè)技術(shù)措施和平整土地、修筑梯田、改良土壤和營(yíng)造防護(hù)林帶等農(nóng)田基本建設(shè)措施的影響.根據(jù)有關(guān)資料,土壤生物區(qū)系每年可以促使每公頃土地形成1t的表土[8],單位面積的耕地和未利用地土壤形成的價(jià)值分別為1 291.90元/hm2?a、17.7元/hm2?a[9].土壤形成的能值轉(zhuǎn)換率為1.70×109sej/g[4].

1.4 土壤蓄水能值

選取土地開發(fā)整理前后土壤的持水量作為因子,重點(diǎn)分析土壤含水能力,計(jì)算土壤蓄水的能值量.

生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水分功能主要表現(xiàn)在截留降水、增強(qiáng)土壤下滲、抑制蒸發(fā)、緩和地表徑流和增加降水等方面.土壤中多余的水分以重水的形式保存到土層當(dāng)中,從而起到了涵養(yǎng)水分的作用.采用土壤畜水法來評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水分功能.根據(jù)相關(guān)的資料可知,土壤容重ρ為1.30 t/m3[10],土壤水吉布斯自由能為4.94×103J/kg,能值轉(zhuǎn)換率為4.80×104sej/J[11].

1.5 生物多樣性能值

選取土地開發(fā)整理前后項(xiàng)目區(qū)植物物種的物種數(shù)作為因子,根據(jù)這些物種活動(dòng)分布面積占全球的比例,可計(jì)算出生物多樣性能值總量(地球面積5.21×1014m2)[12],從而計(jì)算生物多樣性保持的能值量.

Ager估計(jì)在地球歷史的長(zhǎng)河中,1.5×109個(gè)生物種的形成經(jīng)過了2×109a的進(jìn)化.平均每個(gè)物種的太陽能值,可以用地球年能值總量9.44×1024sej/a計(jì)算[8]:

(9.44×1024sej/a)×(2×109a)/(1.5×109種)=1.26×1025sej/種

土地開發(fā)整理對(duì)未利用土地進(jìn)行開發(fā),破壞了原有植被,因此主要考慮未利用土地植被的變化情況.魯中山區(qū)位于山東省中部,該區(qū)植物種類豐富,有維管植物151科,644屬,1 402種[13],主要以松類、柏類和落葉闊葉樹為主,灌木分布最廣的是黃荊、酸棗和胡枝子,還有紫穗槐、白蠟、金銀花、玫瑰花以及近幾年引進(jìn)的沙棘等.草類主要有苜蓿、黃背草、白羊草、狗尾草、茵陳蒿、藎草、馬唐、鬼針草、畫眉草等.

2 土地開發(fā)整理實(shí)證分析

2.1 窯峪流域土地整理項(xiàng)目

淄博市窯峪流域土地整理項(xiàng)目區(qū)位于淄博市博山區(qū)池上鎮(zhèn)窯峪流域,處于東經(jīng)、北緯之間,東至趙莊村,南臨七峪村,北至板山村,西至西池村界,包括池上鎮(zhèn)東池、小里、大里、河南、陡溝、西陳疃、東陳疃7個(gè)村,人口3 216人,勞動(dòng)力1 845人,人均耕地686.67 m2.項(xiàng)目區(qū)地貌類型屬于丘陵地區(qū),土壤類型為棕壤,土壤偏砂,土層厚度15～30 cm,底部為易風(fēng)化的片麻巖.項(xiàng)目總投資747萬元,建設(shè)規(guī)模331.9公頃.項(xiàng)目區(qū)土地利用類型面積及變化見表1.

表1 項(xiàng)目區(qū)土地利用類型面積及變化 hm2

2.1.1 土地開發(fā)整理項(xiàng)目實(shí)施前生態(tài)效益

2.1.1.1 固碳制氧的能值

項(xiàng)目區(qū)主要種植小麥、花生、黃煙,利用公式,計(jì)算其相應(yīng)的生物量,結(jié)果見表2.計(jì)算時(shí),花生經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的含水率和經(jīng)濟(jì)系數(shù)參考文獻(xiàn)[10] ,小麥參考稻谷的折算系數(shù),黃煙參考蔬菜的折算系數(shù).未利用土地主要為落葉灌叢,計(jì)算時(shí)參照落葉灌叢的凈生產(chǎn)量每公頃29 017(t/a)[14].結(jié)合相應(yīng)的能值轉(zhuǎn)換率,項(xiàng)目區(qū)土地開發(fā)整理前釋放O2的能值量為7.87×1016sej,能值貨幣價(jià)值為3.77×104＄;吸收CO2的能值量為7.91×1016sej,能值貨幣價(jià)值為3.78×104＄.

表2 項(xiàng)目區(qū)土地開發(fā)整理前地固碳制氧數(shù)量計(jì)算表

2.1.1.2 土壤肥力保持能值

(1)土壤肥力保持量的計(jì)算

項(xiàng)目區(qū)土壤侵蝕量為

潛在侵蝕量計(jì)算不考慮地表植被覆蓋因子C和人為管理因子P,即令C=1、P=1.

這時(shí)USLE方程的形式為

潛在侵蝕量與土壤侵蝕量?jī)烧咧罴礊樯鷳B(tài)系統(tǒng)土壤保持量.即

(2)土壤肥力保持的能值計(jì)算

項(xiàng)目區(qū)內(nèi)土壤為棕壤,單位面積土壤中N、P、K含量分別為

結(jié)合相應(yīng)的能值轉(zhuǎn)換率,計(jì)算項(xiàng)目區(qū)土地開發(fā)整理前土壤保持能值量,結(jié)果見表3.

表3 項(xiàng)目區(qū)土地開發(fā)整理前土壤保持能值計(jì)算表

項(xiàng)目區(qū)耕地的土壤保持的能值為

2.1.1.3 表土生成能值

項(xiàng)目區(qū)土地開發(fā)整理前表土生成的能值如下:

2.1.1.4 涵養(yǎng)水源能值

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)的實(shí)際情況,整理前田間持水量取15%,計(jì)算土壤涵養(yǎng)水源功能能值.

2.1.1.5 生物多樣性能值

2.1.2 土地開發(fā)整理項(xiàng)目實(shí)施后生態(tài)效益

2.1.2.1 固碳制氧的能值

土地開發(fā)整理后,項(xiàng)目區(qū)的各種作物的產(chǎn)量得到明顯的提高.同時(shí),園地主要用于種植蘋果、梨、棗、板栗等,均為落葉闊葉樹種.相關(guān)研究表明,落葉闊葉林的年凈第一性生產(chǎn)力為459.70 g/(cm2?a),即凈生產(chǎn)量每公頃45 970(t/a)[14],固碳制氧數(shù)量計(jì)算見表4.

結(jié)合相應(yīng)的能值轉(zhuǎn)換率,計(jì)算得項(xiàng)目區(qū)土地開發(fā)整理后釋放O2的能值量為1.05×1017sej,能值貨幣價(jià)值為5.00×104＄;吸收CO2的能值量為1.05×1017sej,能值貨幣價(jià)值為5.02×104＄.

2.1.2.2 土壤肥力保持能值

(1)土壤肥力保持量的計(jì)算

經(jīng)過土地開發(fā)整理,項(xiàng)目區(qū)的地形坡度由原來的小于20°變?yōu)?.001～0.004°.根據(jù)文獻(xiàn)[6] 可知,山地旱地確定C值取值為0.22,P值取值為0.6.計(jì)算土地開發(fā)整理后項(xiàng)目區(qū)耕地的土壤保持量為

表4 項(xiàng)目區(qū)土地開發(fā)整理后固碳制氧數(shù)量計(jì)算表

(2)土壤肥力保持的價(jià)值計(jì)算

經(jīng)過土地開發(fā)整理,計(jì)算得項(xiàng)目區(qū)單位面積耕地中的氮、磷、鉀的含量分別為

項(xiàng)目區(qū)土地開發(fā)整理后土壤保持能值見表5.

表5 項(xiàng)目區(qū)土地開發(fā)整理后農(nóng)地土壤保持能值計(jì)算表

2.1.2.3 表土生成能值

項(xiàng)目區(qū)土地開發(fā)整理后,耕地的面積增加了45.44hm2,園地增加3.1 hm2,但整理前后土壤的生成能力并沒有太大的變化,因此在計(jì)算時(shí)仍按照每公頃土地形成1t的表土來計(jì)算整理后表土生成的價(jià)值.土地開發(fā)整理后項(xiàng)目區(qū)每年表土生成能值計(jì)算如下:

2.1.2.4 涵養(yǎng)水源能值

土地開發(fā)整理修成梯田后,項(xiàng)目區(qū)的土壤田間持水能力會(huì)有一定的提高,因此在計(jì)算時(shí)采用32%的持水量常數(shù).

2.1.2.5 生物多樣性能值

項(xiàng)目區(qū)開發(fā)整理后,未利用土地變更為耕地與園地,耕地的面積增加了45.44hm2,園地增加3.1 hm2,主要是種植糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物等.糧食作物以小麥、玉米、甘薯、高粱、大豆為主,經(jīng)濟(jì)作物有棉花、花生、黃煙等,多為二年三作.栽培較多的果樹有蘋果、梨、桃、葡萄、杏、柿、棗、山楂、核桃、板栗、櫻桃、李、花椒等,另外生物地堰主要栽種金銀花、苜蓿草等23種植物[15].生物多樣性能值計(jì)算如下:

2.1.3 項(xiàng)目區(qū)土地開發(fā)整理前后生態(tài)能值變化

根據(jù)以上得到的土地開發(fā)整理前后各因子的能值量及能值貨幣價(jià)值,按照公式計(jì)算可以得到項(xiàng)目區(qū)土地開發(fā)整理前后的生態(tài)效益計(jì)算結(jié)果見表6.Vi中,i=1,2,…,5,分別代表固碳制氧、土壤肥力保持、表土生成、涵養(yǎng)水源、生物多樣性的保護(hù)五項(xiàng)生態(tài)效益因子.按照公式V實(shí)施=V后-V前計(jì)算得到土地開發(fā)整理實(shí)施的生態(tài)效益.式中:V實(shí)施是土地開發(fā)整理項(xiàng)目實(shí)施取得的生態(tài)效益;V前是項(xiàng)目區(qū)土地開發(fā)整理前全部土地的生態(tài)價(jià)值之和;V后是項(xiàng)目區(qū)土地開發(fā)整理后全部土地的生態(tài)價(jià)值之和.

?

2.2 花林流域土地整理項(xiàng)目(計(jì)算過程略)

山東省淄博市花林流域土地開發(fā)整理項(xiàng)目區(qū)位于博山區(qū)東南池上鎮(zhèn)花林流域,東經(jīng)118°06′03″～118°09′53″、北緯36°18′23″～36°20′25″.涉及花林、七峪、店子、吳家臺(tái)、趙莊5個(gè)村,共有人口4 065人,其中勞動(dòng)力2 128個(gè).項(xiàng)目區(qū)地貌類型屬于丘陵地區(qū),土壤類型為棕壤,土壤偏砂,土層厚度15～30cm,底部為易風(fēng)化的片麻巖.項(xiàng)目總投資1 575萬元,建設(shè)規(guī)模647.4公頃(見表7).項(xiàng)目區(qū)土地開發(fā)整理前后生態(tài)能值變化見表8.

表7 項(xiàng)目區(qū)土地利用類型面積及變化hm2

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3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

(1)通過窯峪流域土地整理項(xiàng)目與花林流域土地整理項(xiàng)目的實(shí)施,項(xiàng)目區(qū)表土的形成、土壤肥力保持、涵養(yǎng)水源的能值均有所增加.說明通過項(xiàng)目的實(shí)施,一些技術(shù)措施的使用,耕地、園地面積增加及單位產(chǎn)量增加,農(nóng)作物總產(chǎn)量提高,土壤保持、水土保持能力得到了提高.

(2)項(xiàng)目區(qū)生物多樣性的能值減少.分析原因,主要是由于項(xiàng)目區(qū)開發(fā)了大面積未利用土地,用于種植農(nóng)作物和經(jīng)濟(jì)作物,造成自然物種種類減少和自然物種占用土地面積的減少.因此,在土地開發(fā)整理時(shí),要盡可能減少土地開發(fā),增加土地整理,最大限度不破壞生態(tài)系統(tǒng)的整體性,維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定.

(3)窯峪流域O2的釋放、CO2的吸收的能值變化為正值,花林流域?yàn)樨?fù)值.分析原因,主要是由于窯峪流域項(xiàng)目區(qū)主要為土地整理,未利用土地開發(fā)較少,只有8.11 hm2,而花林流域開發(fā)了大面積未利用土地,達(dá)129.51 hm2.

(4)兩個(gè)項(xiàng)目區(qū)生態(tài)系統(tǒng)無償能值的投入造成的產(chǎn)品和服務(wù)的能值量均增加了1.65×1017sej,相應(yīng)的能值貨幣價(jià)值增加了7.9×104＄.比較而言,窯峪流域土地整理項(xiàng)目投資績(jī)效比較高.

3.2 討論

土地開發(fā)整理引起了土地利用結(jié)構(gòu)變化,導(dǎo)致了區(qū)域產(chǎn)品和服務(wù)價(jià)值的增減,表現(xiàn)在生態(tài)效益方面就是系統(tǒng)的無償能值利用的增減變化.因此應(yīng)將合理開發(fā)利用土地資源,使土地開發(fā)整理向改善生態(tài)環(huán)境、保護(hù)生態(tài)資源方面發(fā)展,作為土地開發(fā)整理過程中的重要內(nèi)容.

(1)土地作為自然的產(chǎn)物,其質(zhì)量的提高必須遵循自然生態(tài)規(guī)律.在進(jìn)行土地開發(fā)整理時(shí),必須充分考慮土地生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的特點(diǎn),考慮系統(tǒng)內(nèi)各生態(tài)因素間的相互平衡,考慮土地生態(tài)系統(tǒng)與其他各相關(guān)環(huán)境系統(tǒng)間的相互關(guān)系,將土地生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與與周圍生態(tài)環(huán)境作為一個(gè)有機(jī)整體考慮.

(2)生態(tài)系統(tǒng)具有整體性,在土地開發(fā)整理時(shí),減少土地開發(fā),增加土地整理,盡可能不破壞生態(tài)系統(tǒng)的整體性,維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定.

(3)生態(tài)系統(tǒng)的平衡穩(wěn)定依賴于物種多樣性.生物多樣性較高的群落意味著該植物群落具有較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和功能多樣性.因此,在土地開發(fā)整理中要注意維護(hù)生物多樣性.

總之,土地作為自然的產(chǎn)物,其質(zhì)量的提高必須遵循自然生態(tài)規(guī)律.在進(jìn)行土地開發(fā)整理時(shí),必須充分考慮土地生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的特點(diǎn),考慮系統(tǒng)內(nèi)各生態(tài)因素間的相互平衡,考慮土地生態(tài)系統(tǒng)與其他各相關(guān)環(huán)境系統(tǒng)間的相互關(guān)系,將土地生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與與周圍生態(tài)環(huán)境作為一個(gè)有機(jī)整體考慮.

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