于博威，饒恩明，晁雪林，史建康，張翠萍，徐衛(wèi)華,*，肖　燚，歐陽(yáng)志云

1 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心, 城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京　100085 2 海南省環(huán)境科學(xué)研究院，?？凇?71126

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海南島自然保護(hù)區(qū)對(duì)土壤保持服務(wù)功能的保護(hù)效果

于博威1，饒恩明1，晁雪林1，史建康2，張翠萍2，徐衛(wèi)華1,*，肖燚1，歐陽(yáng)志云1

1 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心, 城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100085 2 海南省環(huán)境科學(xué)研究院，?？?71126

摘要:自然保護(hù)區(qū)建設(shè)是保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重要手段，在防治土壤侵蝕和維持生態(tài)安全方面具有不可替代的作用。以1988年、1998年和2008年3期遙感影像為基礎(chǔ)，分析海南保護(hù)區(qū)對(duì)土壤保持功能的長(zhǎng)期保護(hù)效果，探討引起保護(hù)區(qū)土壤保持功能變化的影響因素。結(jié)果表明：(1)海南島保護(hù)區(qū)內(nèi)部平均單位面積土壤保持量是1951.59 t hm-2a-1，分別是區(qū)外0—5、5—10km和海南島全省平均水平的2.4、3.2、2.9倍，保護(hù)區(qū)在土壤保持功能的保育方面發(fā)揮著重要作用；(2)在時(shí)間尺度上，1988—2008年保護(hù)區(qū)內(nèi)外土壤保持功能呈現(xiàn)不同程度的退化趨勢(shì)，其中保護(hù)區(qū)外圍退化程度顯著高于保護(hù)區(qū)內(nèi)部(P<0.05)，后10年的退化程度顯著高于前10年(P<0.05)；(3)從驅(qū)動(dòng)因素上看，1988—2008年經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增加和耕地?cái)U(kuò)張是影響保護(hù)區(qū)土壤保持功能退化的主要因素，其中在前10年，土壤保持功能與單位面積地區(qū)生產(chǎn)總值、單位面積第一產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值、人口密度和耕地比例呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，而在后10年，土壤保持功能與單位面積地區(qū)生產(chǎn)總值、人口密度和耕地比例呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，由此，應(yīng)權(quán)衡土壤保持功能保護(hù)與人為活動(dòng)的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：自然保護(hù)區(qū)；土壤保持；保護(hù)效果；海南島

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過(guò)程所形成及所維持的人類(lèi)賴(lài)以生存的自然環(huán)境條件和效用[1- 2]。然而，這些服務(wù)功能越來(lái)越受到人類(lèi)活動(dòng)的威脅[3]。近年來(lái)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的保護(hù)正在成為應(yīng)用生態(tài)學(xué)研究的重要領(lǐng)域[4]。自然保護(hù)區(qū)建設(shè)是保護(hù)自然生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程及其相應(yīng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重要手段，評(píng)價(jià)已建的保護(hù)區(qū)對(duì)這些服務(wù)的保護(hù)效果至關(guān)重要[5]。已有多數(shù)研究集中于評(píng)估保護(hù)區(qū)對(duì)生物多樣性的保護(hù)效果[6- 11]，或者集中于對(duì)單個(gè)保護(hù)區(qū)進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的靜態(tài)價(jià)值評(píng)估[12- 18]，而對(duì)保護(hù)區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能保護(hù)效果的長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估關(guān)注不足。

土壤保持功能是指森林、草地等生態(tài)系統(tǒng)對(duì)土壤起到的覆蓋保護(hù)及對(duì)養(yǎng)分、水分調(diào)節(jié)過(guò)程，以防止地球表面的土壤被侵蝕、或因過(guò)度使用而發(fā)生鹽堿化等化學(xué)變化，以及其他土壤化學(xué)污染的作用[3,19]。土壤保持作為生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)服務(wù)之一，在應(yīng)對(duì)中國(guó)乃至全球的重大環(huán)境問(wèn)題——土壤侵蝕方面發(fā)揮重要作用[20]。然而，土壤保持生態(tài)服務(wù)一方面受到氣候變化的負(fù)面影響[21]，另一方面受到人類(lèi)活動(dòng)的強(qiáng)烈影響[3]。基于此，在過(guò)去的10年間，不少學(xué)者認(rèn)為，在以傳統(tǒng)的生物多樣性保護(hù)的基礎(chǔ)上，考慮土壤保持等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的系統(tǒng)性保護(hù)策略將會(huì)更高效[22-23]，并且制定了土壤保持等關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)保護(hù)優(yōu)先區(qū)[24]，但只有少數(shù)研究評(píng)估了現(xiàn)有保護(hù)區(qū)對(duì)土壤保持功能的保護(hù)效果[5,25- 27]。

海南島發(fā)育并保存著我國(guó)最大面積的熱帶雨林、季雨林生態(tài)系統(tǒng)，在土壤保持生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)中發(fā)揮著巨大的作用[28]，但因人類(lèi)活動(dòng)影響，大量的天然林被轉(zhuǎn)變成人工林，導(dǎo)致土壤保持功能出現(xiàn)明顯退化[29]。保護(hù)區(qū)對(duì)土壤保持功能的保護(hù)具有重要作用[27]，但其保護(hù)效果并不清楚。基于此，本研究以海南島為研究區(qū)，選擇海南建省(1988年)，生態(tài)省規(guī)劃(1998年)和生態(tài)補(bǔ)償制度建設(shè)(2008年)3個(gè)重要的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，探究20年間海南島保護(hù)區(qū)對(duì)土壤保持功能的長(zhǎng)期保護(hù)效果，分析引起土壤保持功能變化的關(guān)鍵因子，研究結(jié)果旨在為海南島土壤保持功能的保育和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1研究區(qū)概況

海南島位于我國(guó)最南端，總面積3.39萬(wàn)km2，地勢(shì)中間高四周低，由山地、丘陵、臺(tái)地、平原組成的近似環(huán)形的層狀地貌，梯級(jí)結(jié)構(gòu)明顯[30]。海南島地處熱帶北緣，屬熱帶季風(fēng)海洋性氣候，降雨總量多，年平均雨量為1500—2000mm，時(shí)空分布不均，雨水主要集中在夏季，東部多于西部，山區(qū)多于平原。海南島由于島內(nèi)地形、母質(zhì)、生物和氣候等成土因素的多樣性，發(fā)育了多種類(lèi)型的土壤，土壤分布具有明顯的垂直和地域分異規(guī)律。由濱海至山地土壤分布依次為濱海沼澤鹽土、濱海砂土、水稻土、紅褐土、磚紅壤、赤紅壤、山地黃壤及山地灌叢草甸土等，其中磚紅壤是海南島的水平地帶性土壤[20]。

截止2012年底，海南省共有50個(gè)不同級(jí)別和不同類(lèi)型的自然保護(hù)區(qū)，總面積為273.53萬(wàn)hm2，占海南省陸地面積的6.97%，主要分布在中部山區(qū)及沿海岸帶[31]。初步形成了以生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)、野生生物物種保護(hù)、自然遺跡保護(hù)、海岸線(xiàn)保護(hù)等為保護(hù)目標(biāo)的較齊全的自然保護(hù)區(qū)體系[32]。但是，隨著海南人口的急劇增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)土地資源的開(kāi)發(fā)力度不斷加大，熱帶雨林生態(tài)系統(tǒng)的面積逐漸減少，土壤侵蝕加劇，保護(hù)區(qū)建設(shè)面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

2數(shù)據(jù)與方法

2.1數(shù)據(jù)來(lái)源

圖1　2008年海南島生態(tài)系統(tǒng)分布圖Fig.1　Ecosystem distribution maps of Hainan Island in 2008

生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型圖由1988年、1998年和2008年3個(gè)時(shí)段海南Landsat TM遙感影像解譯獲得，結(jié)合海南島區(qū)域特征，將生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型分為天然林、漿紙林、橡膠林、熱作園、灌叢、草地、水田、旱地、城鎮(zhèn)、濕地與沙地等類(lèi)型(圖1)，綜合提取精度達(dá)到88%以上，有關(guān)分類(lèi)過(guò)程詳見(jiàn)相關(guān)文獻(xiàn)[33- 34]。經(jīng)濟(jì)、人口與耕地等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)自海南統(tǒng)計(jì)年鑒[35- 37]。

2.2研究方法

2.2.1選取自然保護(hù)區(qū)

本研究不包括島嶼保護(hù)區(qū)與海岸帶保護(hù)區(qū)，因?yàn)檫@些保護(hù)區(qū)主要保護(hù)重要的海洋生態(tài)系統(tǒng)，土壤保持功能基本可以忽略，同時(shí)考慮到此類(lèi)保護(hù)區(qū)無(wú)法進(jìn)行內(nèi)外比較。此外，為了反映海南保護(hù)區(qū)對(duì)土壤保持功能的長(zhǎng)期保護(hù)效果，選擇海南建省(1988年)作為基準(zhǔn)年，選取此年及以前建立的保護(hù)區(qū)為分析對(duì)象?；谝陨虾Y選標(biāo)準(zhǔn)，最終選取了20個(gè)自然保護(hù)區(qū)作為研究對(duì)象。

2.2.2土壤保持計(jì)算方法

生態(tài)系統(tǒng)土壤保持量用潛在土壤侵蝕量與現(xiàn)實(shí)土壤侵蝕量之差進(jìn)行估算[2,38]。前者不考慮地表植被覆蓋因子和土壤保持措施因子，其計(jì)算公式為：

Ap=R·K·LS

(1)

后者考慮地表植被覆蓋因子和土壤保持措施因子，其計(jì)算公式為：

Ar=R·K·LS·C·P

(2)

由式(1)和(2)，計(jì)算土壤保持量：

Ac=Ap-Ar

(3)

式中，Ac為土壤保持量(t hm-2a-1);Ap為潛在土壤侵蝕量(t hm-2a-1);Ar為實(shí)際土壤侵蝕量(t hm-2a-1);R為降雨侵蝕力因子(MJ mm hm-2h-1a-1)；K為土壤可蝕性因子(t hm2h hm-2MJ-1mm-1)；LS為坡長(zhǎng)-坡度因子；C為地表植被覆蓋因子；P為土壤保持措施因子。有關(guān)參數(shù)的獲取及算法詳見(jiàn)相關(guān)文獻(xiàn)[20]。

2.2.3保護(hù)區(qū)土壤保持評(píng)估方法

首先利用ArcGIS 10.1軟件對(duì)整個(gè)保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)及單個(gè)保護(hù)區(qū)分別向外作緩沖區(qū)0—5km及5—10km，記為區(qū)外0—5km與區(qū)外5—10km，然后將保護(hù)區(qū)圖層、區(qū)外0—5km圖層及區(qū)外5—10km圖層分別與3個(gè)時(shí)段的土壤保持圖層進(jìn)行疊加，統(tǒng)計(jì)整體保護(hù)區(qū)及單個(gè)保護(hù)區(qū)內(nèi)外土壤保持量，并計(jì)算變化量。對(duì)20個(gè)保護(hù)區(qū)土壤保持功能的變化進(jìn)行兩樣本顯著性檢驗(yàn)(當(dāng)Shapiro-Wilk檢驗(yàn)為正態(tài)分布時(shí)進(jìn)行t檢驗(yàn)，否則進(jìn)行Wilcoxon符號(hào)秩檢驗(yàn))。統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)分析在R 3.1.2(R Development Core Team)軟件中完成。

3研究結(jié)果

3.1土壤保持功能變化特征

3.1.1保護(hù)區(qū)內(nèi)外比較

3個(gè)時(shí)段(1988、1998、2008)保護(hù)區(qū)內(nèi)部單位面積土壤保持量都明顯高于區(qū)外(圖2)，其中保護(hù)區(qū)內(nèi)部平均單位面積土壤保持量是1951.59 t hm-2a-1，分別是區(qū)外0—5km和區(qū)外5—10km的2.4倍和3.2倍，是全省(平均值是667.04 t hm-2a-1)的2.9倍，區(qū)外相差不明顯。經(jīng)統(tǒng)計(jì)顯著性檢驗(yàn)，在3個(gè)時(shí)段，保護(hù)區(qū)內(nèi)部單位面積土壤保持量顯著高于區(qū)外0—5km(P<0.01)和區(qū)外5—10km(P<0.01)，而區(qū)外兩個(gè)區(qū)域之間相差不顯著(P>0.05)。表明多數(shù)保護(hù)區(qū)內(nèi)部土壤保持能力較強(qiáng)，區(qū)外土壤保持能力較差，但是從變異程度上來(lái)看，保護(hù)區(qū)內(nèi)部的土壤保持能力變異最大(SD=987)，區(qū)外依次變小(SD=654，SD=513)。

圖2　保護(hù)區(qū)內(nèi)外土壤保持功能與絕對(duì)變化量Fig.2　Soil conservation service and capacity change inside and outside nature reserves

1988—2008年，保護(hù)區(qū)內(nèi)外土壤保持總量持續(xù)減少(圖2)，其中保護(hù)區(qū)內(nèi)部從1988年的35803.17萬(wàn)t減少到2008年的35493.16萬(wàn)t，20年共減少310.01萬(wàn)t，減幅為0.87%。減幅最大的是區(qū)外0—5km為2.57%，其次是區(qū)外5—10km為2.38%。經(jīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，保護(hù)區(qū)內(nèi)部土壤保持量變化不顯著(P>0.05)，區(qū)外都顯著減少(P<0.01)。從土壤保持功能(單位面積土壤保持量)來(lái)看，20年來(lái)持續(xù)削弱，其中保護(hù)區(qū)內(nèi)部從1988年的1957.38 t hm-2a-1減少到2008年的1940.43 t hm-2a-1，減少了16.95 t hm-2a-1，減少最大的是區(qū)外0—5km為21.29 t hm-2a-1，減少最小的是區(qū)外5—10km為14.67 t hm-2a-1(生態(tài)系統(tǒng)趨向均衡化)。經(jīng)檢驗(yàn)，土壤保持功能變化顯著性與土壤保持量相一致。表明保護(hù)區(qū)對(duì)土壤保持功能的喪失具有明顯抑制作用。

前后10年兩個(gè)階段存在明顯差異。保護(hù)區(qū)內(nèi)部土壤保持量在前10年減少了7.80萬(wàn)t，平均每年減少0.78萬(wàn)t，減幅為0.02%；后10年減少了302.21萬(wàn)t，平均每年減少30.22萬(wàn)t，減幅為0.84%；單位面積土壤保持量在前10年減少了0.43 t hm-2a-1，后10年減少了16.42 t hm-2a-1。區(qū)外土壤保持量和土壤保持功能的變化趨勢(shì)與區(qū)內(nèi)相一致，即后10年減少量大于前10年。經(jīng)檢驗(yàn)，保護(hù)區(qū)內(nèi)外土壤保持量和土壤保持功能在前10年退化不顯著(P>0.05)，而在后10年呈顯著退化趨勢(shì)(P<0.01)。表明保護(hù)區(qū)在前10年對(duì)土壤保持服務(wù)的保護(hù)效果比較明顯，但后10年明顯削弱。

3.1.2保護(hù)區(qū)之間比較

1988—1998年，50%的保護(hù)區(qū)內(nèi)部土壤保持功能都有不同程度的增強(qiáng)，這些保護(hù)區(qū)主要分布在白沙縣、陵水縣和文昌市等地，單位面積增量最大的是南灣保護(hù)區(qū)為79.31 t hm-2a-1。另50%的保護(hù)區(qū)內(nèi)部呈現(xiàn)不同程度退化，主要分布在東方市、儋州市、五指山市和樂(lè)東縣等地，單位面積減少量最大的是會(huì)山保護(hù)區(qū)為44.18 t hm-2a-1。區(qū)外兩個(gè)區(qū)域都有55%的保護(hù)區(qū)呈不同程度減弱，減量最大的是五指山保護(hù)區(qū)，分別為50.20 t hm-2a-1與27.03 t hm-2a-1。從變化的絕對(duì)量來(lái)看(表1)，保護(hù)區(qū)內(nèi)外土壤保持總減少量分別是總增加量的1.09、4.53、3.06倍，保護(hù)區(qū)區(qū)外減少量分別是區(qū)內(nèi)減少量的7.26倍和6.17倍。保護(hù)區(qū)內(nèi)減少最大的是五指山保護(hù)區(qū)為38.21萬(wàn)t，區(qū)外減少量最大的仍是五指山保護(hù)區(qū)，分別是173.00萬(wàn)t與131.59萬(wàn)t。從相對(duì)變化量來(lái)看，保護(hù)區(qū)內(nèi)東寨港保護(hù)區(qū)減幅最大，為9.13%，區(qū)外減幅最大的分別是五指山保護(hù)區(qū)(3.04%)和南灣保護(hù)區(qū)(2.06%)。

1998—2008年，除了禮季、大田、甘什嶺和霸王嶺保護(hù)區(qū)區(qū)內(nèi)土壤保持功能在不同程度上有所增強(qiáng)外，其余80%的保護(hù)區(qū)均呈不同程度退化，區(qū)內(nèi)單位面積減量最大的是番加保護(hù)區(qū)為126.02 t hm-2a-1。區(qū)外0—5km和5—10km范圍內(nèi)功能退化的保護(hù)區(qū)分別占95%和90%，單位面積減量最大的分別是番加保護(hù)區(qū)為60.29 t hm-2a-1和上溪保護(hù)區(qū)為35.74 t hm-2a-1。從變化的絕對(duì)量來(lái)看，保護(hù)區(qū)內(nèi)外總減少量分別是總增加量的19.44、20.51、72.87倍，保護(hù)區(qū)區(qū)外減少量分別是區(qū)內(nèi)減少量的3.34倍和3.92倍。保護(hù)區(qū)內(nèi)外減少量最大的是吊羅山保護(hù)區(qū)，分別減少了89.55萬(wàn)t、265.79萬(wàn)t、222.69萬(wàn)t。從相對(duì)變化量來(lái)看，保護(hù)區(qū)內(nèi)番加保護(hù)區(qū)減幅最大，為13.53%，區(qū)外減幅最大的分別是南灣保護(hù)區(qū)(14.25%)和東寨港保護(hù)區(qū)(6.02%)。

以上分析表明，保護(hù)區(qū)土壤保持無(wú)論從變化的單位量、絕對(duì)量還是相對(duì)量來(lái)看，后10年的退化程度明顯高于前10年。

1988—2008年，區(qū)內(nèi)土壤保持功能發(fā)生不同程度退化的保護(hù)區(qū)占55%，主要分布在白沙縣、萬(wàn)寧市、樂(lè)東縣和五指山市等地，區(qū)外則有80%的保護(hù)區(qū)呈不同程度退化。保護(hù)區(qū)內(nèi)和區(qū)外0—5km單位面積減量最大的保護(hù)區(qū)是番加保護(hù)區(qū)，分別為150.92 t hm-2a-1和83.76 t hm-2a-1，區(qū)外5—10km范圍則是五指山保護(hù)區(qū)，為58.17 t hm-2a-1。從變化的絕對(duì)量來(lái)看，保護(hù)區(qū)內(nèi)外總減少量分別是總增加量的8.01、25.62、59.10倍，保護(hù)區(qū)區(qū)外減少量分別是區(qū)內(nèi)減少量的4.57倍和4.69倍。保護(hù)區(qū)內(nèi)外變化絕對(duì)量最大的是吊羅山保護(hù)區(qū)，分別減少了93.60萬(wàn)t、412.45萬(wàn)t、328.85萬(wàn)t。從相對(duì)變化量來(lái)看，保護(hù)區(qū)內(nèi)和區(qū)外0—5km減幅最大的是番加保護(hù)區(qū)，分別是15.79%和9.11%，區(qū)外5—10km范圍減幅最大的是東寨港保護(hù)區(qū)，為4.86%。表明20年間，保護(hù)區(qū)及周?chē)貐^(qū)土壤保持功能明顯退化，且保護(hù)區(qū)外部的退化程度明顯高于保護(hù)區(qū)內(nèi)部。

表1　自然保護(hù)區(qū)土壤保持量變化特征

3.2保護(hù)區(qū)土壤保持功能的影響因素

為識(shí)別人為活動(dòng)對(duì)保護(hù)區(qū)土壤保持功能的影響，本研究選取了能反映保護(hù)區(qū)土壤保持功能狀況的單位面積土壤保持量，以及單位面積地區(qū)生產(chǎn)總值、單位面積第一產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值、單位面積第二產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值、人均地區(qū)生產(chǎn)總值、人口密度和耕地比例等能反映社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度的因子進(jìn)行統(tǒng)計(jì)相關(guān)性分析。結(jié)果表明：在前10年單位面積土壤保持量與單位面積地區(qū)生產(chǎn)總值、單位面積第一產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值、人口密度和耕地比例呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)；在后10年單位面積土壤保持量與單位面積地區(qū)生產(chǎn)總值、人口密度和耕地比例呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。與前10年相比，后10年單位面積土壤保持量與單位面積地區(qū)生產(chǎn)總值、人口密度的相關(guān)性R2分別從0.20、0.41減少到0.17、0.36，與耕地比例的相關(guān)性R2從0.33增加到0.47。在20年間的相關(guān)關(guān)系與后10年相同，即單位面積土壤保持量與單位面積地區(qū)生產(chǎn)總值、人口密度和耕地比例呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)(圖3)。

圖3　人類(lèi)活動(dòng)對(duì)保護(hù)區(qū)土壤保持功能的影響Fig.3　The impact of human activities on soil conservation service of nature reserves

4討論

海南島土壤保持功能研究已經(jīng)有了一定的基礎(chǔ)[20,28-30,38]，這些研究主要考慮不同生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型土壤保持功能特征或相應(yīng)的價(jià)值評(píng)估，但沒(méi)有涉及土壤保持功能的保護(hù)效果評(píng)估方面，并且多數(shù)研究屬于靜態(tài)評(píng)估，沒(méi)有納入土壤保持功能及脅迫因子的動(dòng)態(tài)信息。本研究首次評(píng)價(jià)了海南自然保護(hù)區(qū)體系及單個(gè)保護(hù)區(qū)對(duì)土壤保持功能的長(zhǎng)期保護(hù)效果。

通過(guò)比較，保護(hù)區(qū)內(nèi)的土壤保持功能顯著優(yōu)于保護(hù)區(qū)外圍(P<0.05)，而外圍兩個(gè)區(qū)域相差不顯著(P>0.05)，3個(gè)時(shí)段保護(hù)區(qū)內(nèi)部平均單位面積土壤保持量是1951.59 t hm-2a-1，分別是區(qū)外0—5、5—10km和海南島全省平均水平的2.4、3.2、2.9倍。20年間保護(hù)區(qū)外圍退化程度顯著高于區(qū)內(nèi)(P<0.05)，其中在前10年，土壤保持量在保護(hù)區(qū)外圍的減少總量分別是區(qū)內(nèi)減少總量的7.26倍和6.17倍，在后10年則分別是區(qū)內(nèi)減少總量的3.34倍和3.92倍?？傮w看來(lái)，1988—2008年，無(wú)論從變化的單位量、絕對(duì)量還是相對(duì)量來(lái)看，保護(hù)區(qū)內(nèi)外土壤保持功能都呈現(xiàn)不同程度的退化趨勢(shì)，但保護(hù)區(qū)具有明顯的抑制作用。由此，保護(hù)區(qū)在維護(hù)海南土壤保持功能方面的重要性不言而喻，但其有效性并未得到充分的體現(xiàn)，還有待提高。

保護(hù)區(qū)土壤保持功能不僅受到自然因素的影響，而且也受到人類(lèi)活動(dòng)的強(qiáng)烈影響，比如土地開(kāi)墾、水資源開(kāi)發(fā)利用、森林采伐等人類(lèi)活動(dòng)通過(guò)改變生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)影響生態(tài)系統(tǒng)的土壤保持功能[39]。研究發(fā)現(xiàn),人類(lèi)活動(dòng)對(duì)海南島保護(hù)區(qū)土壤保持功能的影響程度與人口增加有關(guān)，1988—2008年海南人口進(jìn)入了一個(gè)快速增長(zhǎng)的階段，根據(jù)海南省1988—2008年統(tǒng)計(jì)年鑒，海南全島人口從1988年的627萬(wàn)人急劇增長(zhǎng)到2008年的860萬(wàn)人[35,37]，人口增長(zhǎng)率為37.16%。人口的急劇增長(zhǎng)使得人們利用海南自然資源、改變自然環(huán)境的速度和規(guī)模迅速增加：一方面直接加劇了對(duì)生態(tài)系統(tǒng)土壤保持功能的干擾[40]；另一方面人口數(shù)量的增加導(dǎo)致天然林的面積減少[33]，間接引起土壤保持功能的退化。另外，人口數(shù)量的攀升還驅(qū)動(dòng)了耕地的擴(kuò)張，耕地?cái)U(kuò)張是導(dǎo)致保護(hù)區(qū)土壤保持功能降低的又一重要原因，全省耕地面積由1988年的4.32×105hm2增加的2008年的4.38×105hm2，增長(zhǎng)率為1.39%，其中旱地增長(zhǎng)率為17.67%[35,37]。海南耕地的單位面積土壤保持量明顯低于天然植被[20,29]，由此，耕地面積的增加直接削弱了海南生態(tài)系統(tǒng)的土壤保持功能。此外，為了滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在國(guó)家和地方政府的政策倡導(dǎo)下，自20世紀(jì)50年代以來(lái)，海南大規(guī)模種植橡膠，到1988年橡膠林的面積達(dá)到3.57×105hm2，占全島總面積的10.53%，截止2008年，橡膠林面積為4.55×105hm2，占全島總面積的13.41%。橡膠產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展在一定程度上促進(jìn)了海南經(jīng)濟(jì)的繁榮，但在此過(guò)程中，大量的天然林被群落結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、物種組成單一的橡膠林所取代，由于橡膠林的土壤保持功能遠(yuǎn)小于熱帶雨林[41]，因此，橡膠林的擴(kuò)張化必然造成海南島土壤保持功能?chē)?yán)重退化。

綜上所述，海南自然保護(hù)區(qū)對(duì)土壤保持功能的維持至關(guān)重要，但由于受到自然因素和人類(lèi)活動(dòng)的影響，保護(hù)區(qū)的有效性并未得到充分的體現(xiàn)，甚至出現(xiàn)退化的現(xiàn)象。為了加強(qiáng)保護(hù)區(qū)對(duì)土壤保持功能的保護(hù)效果，提出如下建議：

(1)提高保護(hù)區(qū)的管理水平保護(hù)區(qū)內(nèi)的土壤保持功能不但沒(méi)有明顯好轉(zhuǎn)，反而出現(xiàn)退化趨勢(shì)，并且退化程度隨時(shí)間而增大，為此，應(yīng)從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能管理的角度[42]，提高管理者對(duì)保護(hù)區(qū)的管理水平[43]，認(rèn)識(shí)到保護(hù)區(qū)的重要性，嚴(yán)格保護(hù)天然林，充分發(fā)揮保護(hù)區(qū)的保護(hù)作用。

(2)恢復(fù)保護(hù)區(qū)外圍的土壤保持功能盡管保護(hù)區(qū)外圍的單位面積土壤保持量小于保護(hù)區(qū)內(nèi)部，但是土壤保持總量卻大于區(qū)內(nèi)，因此，也不能忽視保護(hù)區(qū)外圍土壤保持量的變化。

(3)加強(qiáng)已建保護(hù)區(qū)對(duì)土壤保持功能的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估以前的研究多集中于評(píng)估海南保護(hù)區(qū)對(duì)生物多樣性的保護(hù)方面[44-46]，而對(duì)保護(hù)區(qū)的土壤保持功能的長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)關(guān)注不足，導(dǎo)致無(wú)法對(duì)土壤保持功能的動(dòng)態(tài)變化、人類(lèi)干擾活動(dòng)等進(jìn)行精確評(píng)估。

(4)將土壤保持功能納入保護(hù)區(qū)規(guī)劃體系在現(xiàn)有的海南自然保護(hù)區(qū)的確立中，對(duì)土壤保持功能的考慮不足，加上人類(lèi)活動(dòng)對(duì)土壤保持功能的負(fù)面影響不斷增大，因此有必要根據(jù)生物多樣性保護(hù)優(yōu)先級(jí)與土壤保持功能重要性等級(jí)的相關(guān)關(guān)系采取更有針對(duì)性的區(qū)域化保護(hù)策略[31,47-48]。

(5)確定土壤保持功能保護(hù)需求空間海南的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口等因素與土壤保持功能具有顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，為協(xié)調(diào)保護(hù)與發(fā)展，應(yīng)確定海南土壤保持功能保護(hù)需求及其空間優(yōu)化布局，保障海南生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展。

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基金項(xiàng)目:全國(guó)生態(tài)環(huán)境十年變化(2000—2010年)遙感調(diào)查與評(píng)估項(xiàng)目(STSN-04-00)

收稿日期:2015- 04- 05;

修訂日期:2016- 01- 25

*通訊作者

Corresponding author.E-mail: xuweihua@rcees.ac.cn

DOI:10.5846/stxb201504050682

Evaluating the effectiveness of nature reserves in soil conservation on Hainan Island

YU Bowei1, RAO Enming1, CHAO Xuelin1, SHI Jiankang2，ZHANG Cuiping2，XU Weihua1,*, XIAO Yi1, OUYANG Zhiyun1

1StateKeyLaboratoryofUrbanandRegionalEcology,ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China2HainanResearchAcademyofEnvironmentalSciences,Haikou571126,China

Abstract：Soil conservation is one of the most important regulating functions of ecosystems. However, it has been negatively affected by climate change and human activities. Hainan Island harbors the most extensive primary tropical rainforest in China. Vast areas of these natural forests have been converted into commercial plantations in the last few decades. Increasingly, it is becoming apparent that nature reserves (NRs) play a key role in ecosystem services and are vital for prevention of soil erosion and upkeep of ecological balance. However, little is known about their effectiveness due to the lack of systematic planning and spatial data on their extent and boundaries. Evaluating the effectiveness of existing NRs in the preservation of soil conservation function is an urgent task. Here, using satellite images from 1988, 1998, and 2008, we evaluated the effectiveness of NRs in maintaining soil conservation function on the Hainan Island. Additionally, we analyzed the main driving forces involved in soil conservation that have changed during the last two decades. Our results showed that:(1) The average soil conversation capacity per unit area in NRs was 1951.59 t hm-2a-1, which was 2.4 and 3.2 times larger than the average capacity registered 0—5 km and 5—10 km, respectively, away from the NRs and 2.9 times larger than the average capacity for the entire Island. Thus, NRs are critical for the maintenance of soil conservation function. (2) In the last two decades (1988—2008), soil conservation function showed a degradation trend inside and outside the NRs. Moreover, the degree of degradation outside NRs was significantly higher than inside NRs (P<0.05), and it was significantly higher in the last 10 years of the studied period than in the first 10 years of the same period (P<0.05). (3) From 1988 to 2008, economic development, population explosion, and expansion of cultivated land might have impaired soil conservation properties of the vegetation. Indicators such as gross regional product per area, population density, and area ratio of cultivated land were negatively correlated with soil conservation capacity (P<0.05). Furthermore, in the first 10 years of the studied period, in addition to these factors, gross domestic product of the primary industry per area was also negatively correlated with soil conservation capacity (P<0.05). Thus, tradeoffs should be made between protection of soil conservation function and human activities in order to attain coordinative development between eco-environmental protection and social economy.

Key Words:nature reserve; soil conservation service; conservation effectiveness; Hainan Island

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