杜國明, 孫曉兵, 劉彥隨

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院, 哈爾濱 150030; 2.中國科學(xué)院 地理科學(xué)與資源研究所, 北京 100101)

?

延安市退耕對生態(tài)的影響及其人文驅(qū)動因素分析

杜國明1,2, 孫曉兵1, 劉彥隨2

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院, 哈爾濱 150030; 2.中國科學(xué)院 地理科學(xué)與資源研究所, 北京 100101)

在對延安市生態(tài)退耕特征分析的基礎(chǔ)上，闡釋了其對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響，并借助STIRPAT模型探究了生態(tài)退耕過程中耕地面積變化與其人文驅(qū)動因素的定量關(guān)系。研究表明：2000—2013年延安市以耕地、林地、草地為主要景觀類型，而耕地面積大幅度減少，林地、草地面積穩(wěn)步增加，且耕地主要轉(zhuǎn)化為林地、草地，分別占其轉(zhuǎn)出量的28.627%，66.664%；延安市2000—2013年生態(tài)服務(wù)價值穩(wěn)步增加，增長率為7.624%，年均增長量為1.416億元，而耕地、草地、林地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值貢獻率依次遞增，建設(shè)用地比重逐漸增大，水域及荒漠則波動變化，且單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能值變異系數(shù)逐漸降低，各項生態(tài)服務(wù)功能呈現(xiàn)均衡化發(fā)展趨勢；人口數(shù)量增加、社會經(jīng)濟增長、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對耕地面積減少具有積極作用，而非農(nóng)業(yè)人口數(shù)量增加及農(nóng)村經(jīng)濟水平提升能夠促進耕地面積的增加，各驅(qū)動因素綜合影響著耕地面積變化及生態(tài)退耕過程與生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能影響顯著。

生態(tài)退耕; 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù); 人文驅(qū)動因素; 延安市

土地利用是一個自然要素與社會經(jīng)濟要素綜合作用的復(fù)雜過程[1]，不同因素直接或間接影響著土地利用變化，致使土地利用形式及程度具有差異性[2]，從而對包括生態(tài)服務(wù)在內(nèi)的土地利用系統(tǒng)功能產(chǎn)生顯著影響[3]。生態(tài)退耕主要是以生態(tài)恢復(fù)為目的，根據(jù)區(qū)域社會經(jīng)濟和自然環(huán)境需求對不宜耕農(nóng)田進行科學(xué)、有序的退耕還林、還草、還水等過程[4]。生態(tài)退耕會引起區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，進而影響區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[3-4]，因此，探究生態(tài)退耕對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響與揭示生態(tài)退耕過程中耕地變化的驅(qū)動因素對于改善區(qū)域生態(tài)服務(wù)功能及協(xié)調(diào)區(qū)域系統(tǒng)的人地關(guān)系具有重要意義。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、過程和功能所形成的維持人類生存與發(fā)展的自然環(huán)境與效用，以及直接或間接提供的產(chǎn)品與服務(wù)[5-6]。國內(nèi)外學(xué)者對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究由來已久[5-10]，1997年Costanza等[8]闡釋了自然資本與生態(tài)服務(wù)功能之間的關(guān)系，并用生態(tài)服務(wù)價值衡量生態(tài)系統(tǒng)功能，以貨幣化形式表征不同土地利用變化對生態(tài)服務(wù)功能的影響。已有研究主要從全球、國家、省域、縣域及流域等尺度從耕地[11]、林地[12]、草地[13]、濕地[14]、沙漠[15]等方面探究其生態(tài)服務(wù)價值的時空差異，揭示其土地利用結(jié)構(gòu)變化對生態(tài)服務(wù)價值的影響，但由人文因素作用強烈的生態(tài)退耕等工程對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響及其驅(qū)動因素研究相對較少。

20世紀50—60年代，在新型農(nóng)業(yè)發(fā)展模式的推動下，全國實行大范圍的開荒屯田，耕地面積迅速增加。到20世紀末期，過度的土地開墾致使社會經(jīng)濟與自然環(huán)境矛盾日益凸顯，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量不斷惡化[16-17]。為保障區(qū)域生態(tài)安全及提高環(huán)境質(zhì)量，1999年我國開始實行生態(tài)退耕政策，區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)逐步有所優(yōu)化，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量也隨之不斷改善。黃土高原自古以來水土流失情況嚴重，加之過度開墾致使區(qū)域生態(tài)環(huán)境與社會經(jīng)濟的矛盾更加尖銳[17]。因而，黃土高原作為我國生態(tài)退耕的主要區(qū)域，其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量隨著生態(tài)退耕的持續(xù)而有所改善，剖析生態(tài)退耕對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響對于生態(tài)環(huán)境保護及資源的可持續(xù)利用有著積極的作用。延安市作為黃土高原生態(tài)退耕的重點示范區(qū)，根據(jù)其區(qū)域土地利用現(xiàn)狀及特點，積極響應(yīng)國家生態(tài)退耕政策，區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量顯著提高[17-18]。本文以位于黃土高原中南部、生態(tài)退耕顯著的延安市為研究區(qū)，在分析土地利用變化特征的基礎(chǔ)上，探究生態(tài)退耕對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響，通過STIRPAT模型對生態(tài)退耕過程中引起耕地面積變化的人文因素進行定量分析，旨在闡釋延安市自生態(tài)退耕以來生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能演變過程及其人文驅(qū)動因素，并為其進行合理高效地生態(tài)退耕及生態(tài)環(huán)境保護提供科學(xué)借鑒。

1　研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1研究區(qū)概況

延安市位于黃土高原中南部，陜西省北部，黃河中游，地處北緯35°20′37″—37°29′29″，東經(jīng)107°38′57″—110°32′44″，土地面積為369.099萬hm2，轄1區(qū)12個縣。延安地勢西北高東南低，平均海拔1 200 m，地貌以高原、丘陵為主，地形以塬、梁、峁為主。屬半濕潤半干旱的大陸性季風氣候，四季分明、晝夜溫差大，年均溫度9.9℃，1月平均氣溫-5.5℃，7月平均氣溫23.1℃，年日照時數(shù)為2 300～2 700 h，無霜期170 d。區(qū)域內(nèi)有黃河、北洛河、延河、清澗河、仕望河及汾川河等河流及支流，年均降水約為537 mm，且降水時空分布不均，雨季多集中于6—9月份，降雨量從南部最高650 mm到北部最低380 mm依次遞減。土壤從南向北依次為淋溶褐土、褐土、石灰性褐土、褐土性土、粘化黑壚土、黃墡土、黑壚土、黃綿土、沙黑壚土、沙壤質(zhì)黃綿土。延安市2000年人口數(shù)量為196.640萬人，2013年人口數(shù)量為237.776萬人，年均增長率為14.7‰，而其GDP由130.630億元增加為1 354.140億元，年均增長率為19.708%。

1.2數(shù)據(jù)來源

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括2000年、2005年、2013年延安市土地利用數(shù)據(jù)及相關(guān)統(tǒng)計資料。其中，2000年、2005年土地利用數(shù)據(jù)主要來自于中國科學(xué)院“全國土地利用1∶10萬數(shù)據(jù)庫”，而2013年土地利用數(shù)據(jù)主要經(jīng)過人機交互式目視解譯而得。根據(jù)延安市土地利用狀況將其類型劃分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地(包括居民點、城鎮(zhèn)、工礦用地)及荒漠6類。通過選取云量較少且全覆蓋的2013年Landsat8 TM影像，由30 m分辨率的綠色、紅色、近紅外波段與15 m分辨率的全色波段融合成15 m分辨率的標準假彩色影像，經(jīng)過幾何校正、圖像增強等過程，以2005年為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行目視判讀提取2013年土地利用數(shù)據(jù)，并結(jié)合野外實地勘測進行檢驗，地類解譯精度不低于95%。研究所用的統(tǒng)計數(shù)據(jù)主要來自于2001—2014年《陜西統(tǒng)計年鑒》，部分年份數(shù)據(jù)源自《延安統(tǒng)計年鑒》。

2　研究方法

2.1生態(tài)退耕特征分析

本文借助退耕指數(shù)、退耕速率及林草覆蓋率表示生態(tài)退耕的程度。退耕指數(shù)是指生態(tài)退耕過程中耕地減少的百分比，退耕速率則表示單位時間內(nèi)退耕的百分比，而林草覆蓋率則表示單位面積土地中林地與草地面積所占比例。其中，退耕指數(shù)計算公式如下：

(1)

式中：K——生態(tài)退耕指數(shù)；Ca，Cb——研究初期和末期耕地面積。

2.2生態(tài)服務(wù)價值計算

1997年，Costanza等[8]將全球生物圈劃分為16種生態(tài)系統(tǒng)及17種生態(tài)系統(tǒng)功能，并以貨幣形式估算了其生態(tài)服務(wù)功能。因其是基于全球尺度且對有些土地利用類型估算有所偏差，故本文在Costanza[8]、Daily[9]等研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)謝高地等[5]修正的中國單位面積生態(tài)服務(wù)價值表，結(jié)合冉圣宏等[6]制定的建設(shè)用地生態(tài)服務(wù)價值對區(qū)域生態(tài)服務(wù)價值開展定量分析。區(qū)域生態(tài)服務(wù)價值與單項生態(tài)服務(wù)價值模型如下：

ESV=∑(Ak·VCk)

(2)

ESVf=∑(Ak·VCkf)

(3)

式中：ESV——區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(元)；Ak——區(qū)域第k種土地利用類型的面積(hm2)；VCk——第k種土地利用類型單位面積生態(tài)服務(wù)價值系數(shù)(元/hm2)；ESVf——區(qū)域第f項生態(tài)功能服務(wù)價值(元)；VCkf——第k種土地利用類型對應(yīng)的第f項生態(tài)服務(wù)價值系數(shù)(元/hm2)。

由于謝高地提供的為中國單位面積生態(tài)服務(wù)價值，因其地理區(qū)位、自然環(huán)境、社會經(jīng)濟及生物多樣性的不同而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能有所差異，一般而言，生物量越大，生態(tài)服務(wù)功能越強[5,10]，故需對生態(tài)服務(wù)價值系數(shù)進行修正。本文運用邁阿密模型對區(qū)域生態(tài)服務(wù)價值進行修正，其是以溫度及降水等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)估算生物生產(chǎn)力的模型，具體模型如下：

(4)

NPPR=3000(1-e-0.000664r)

(5)

式中：NPPT，NPPR——由年均溫度(℃)、年均降水量(mm)估算的生物生產(chǎn)力值；t，r——年均溫度及降水量。

通過2000—2013年全國和研究區(qū)溫度及降水量數(shù)據(jù)，估算全國及研究區(qū)的生物生產(chǎn)力值，并根據(jù)Liebig定律選取較小值為生物生產(chǎn)力值，以2000年為基準年對延安市生態(tài)服務(wù)價值系數(shù)進行修正(表1)，以準確表征研究區(qū)單位面積生態(tài)服務(wù)價值。

表1　延安市單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值　元/hm2

2.3STIRPAT人文驅(qū)動因素模型

STIRPAT模型是由IPAT環(huán)境壓力等式演化而來[19]，其主要是通過人口、富裕度和技術(shù)等的隨機回歸以分析各驅(qū)動因素對環(huán)境壓力的影響狀況。STIRPAT模型一般形式如下：

I=aPbAcTde

(6)

式中：I——環(huán)境壓力；P——人口數(shù)量；A——富裕度；T——技術(shù)；a——模型的系數(shù)；b，c，d——人口數(shù)量、富裕度與技術(shù)的驅(qū)動指數(shù)；e——模型誤差。當各系數(shù)均為1時，STIRPAT模型即為IPAT等式。為準確判斷各因素對環(huán)境壓力的影響及降低異方差性，需對等式進行對數(shù)轉(zhuǎn)化，并通過多元線性回歸得各驅(qū)動指數(shù)。

延安市在生態(tài)退耕過程中耕地變化與其社會經(jīng)濟、科技水平與制度政策等人文因素密切相關(guān)[20-21]，而因地制宜的選擇驅(qū)動因子對于合理衡量延安市耕地變化具有更大的理論與實踐意義。根據(jù)2000—2013年延安市土地利用及社會經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境發(fā)展狀況，本文對總?cè)丝?、GDP、第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP比重、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP比重、人均GDP、固定資產(chǎn)投資、非農(nóng)人口數(shù)、農(nóng)民純收入等與耕地面積變化相關(guān)的因素進行綜合分析，并通過偏相關(guān)分析篩選與耕地面積相關(guān)系數(shù)高于0.700的總?cè)丝凇⑷司鵊DP、非農(nóng)業(yè)人口、農(nóng)民純收入、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP比重、固定資產(chǎn)投資作為其主要的人文驅(qū)動因素。根據(jù)STIRPAT可建立以下模型：

I=aPbDcNdEeSfTgFhi

(7)

lnI=blnP+clnD+dlnN+elnE+flnS+glnT+hlnF+j

(8)

式中：I——延安市耕地面積(102hm2)；P，D，N，E，S，T，F(xiàn)——總?cè)丝?萬人)、人均GDP(萬元)、非農(nóng)業(yè)人口(萬人)、農(nóng)民純收入(萬元)、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值(億元)、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP比重(%)、固定資產(chǎn)投資(億元)；b，c，d，e，f，g，h——各驅(qū)動因素的驅(qū)動指數(shù)；a，i——模型系數(shù)及誤差，j——模型系數(shù)及誤差的對數(shù)值。

為準確衡量各驅(qū)動因素對數(shù)值之間定量化關(guān)系，需對各對數(shù)值進行標準化處理lnIs，lnPs，lnDs，lnNs，lnEs，lnSs，lnTs，lnFs，針對標準化的總?cè)丝?、人均GDP、非農(nóng)業(yè)人口、農(nóng)民純收入、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP比重、固定資產(chǎn)投資等因素進行主成分分析，并進而提取兩個綜合因子lnMs，lnOs。由耕地面積標準化值作為因變量值，綜合驅(qū)動因子lnMs，lnOs作為自變量值，通過統(tǒng)計分析軟件SPSS 19.0運用最小二乘法進行線性回歸，以定量表征耕地面積變化與綜合驅(qū)動因子的關(guān)系，并闡釋生態(tài)退耕過程中耕地變化與各驅(qū)動因素之間的量化特征。

3　結(jié)果與分析

3.1延安市生態(tài)退耕特征分析

隨著生態(tài)退耕工程的不斷推進與深入，延安市土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著的變化。由圖1可知，2000—2013年延安市以耕地、林地、草地為主要景觀基質(zhì)。生態(tài)退耕致使耕地面積快速減少，2000—2013年耕地面積減少26.029萬hm2，年均減少量為2.002萬hm2，墾殖率由31.842%降低為24.790%；林地、草地及建設(shè)用地均有所增加，其中，2000—2013年林地增加量最大，為20.129萬hm2，年均增長量為1.548萬hm2；建設(shè)用地增長率最高，達111.213%，年均變化量為1 153.466 hm2；而草地增加量為4.062萬hm2，年均增長率僅為0.197%；水域與荒漠面積略有增加，其年均增長率分別1.788%，2.580%。延安市2005—2013年各土地利用類型面積年均變化量均明顯高于2000—2005年年均變化量?？傊?，延安市耕地面積不斷減少，林地、草地面積穩(wěn)步增加，而建設(shè)用地面積快速增長，水域面積波動增長，荒漠面積略微增加，土地利用結(jié)構(gòu)顯著變化，生態(tài)退耕程度日益加深。

土地利用轉(zhuǎn)移狀況體現(xiàn)土地利用過程中不同土地利用類型轉(zhuǎn)化趨勢及數(shù)量特征。如圖2所示，通過生態(tài)退耕工程，耕地主要轉(zhuǎn)化為草地、林地，分別占耕地轉(zhuǎn)出量的66.664%，28.627%，并有1.161萬hm2的耕地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地。延安市通過生態(tài)退耕工程，耕地、林地、草地與建設(shè)用地之間轉(zhuǎn)化劇烈。生態(tài)退耕致使耕地面積逐漸減少，退耕指數(shù)由2000—2005年的7.143%轉(zhuǎn)變?yōu)?005—2013年的16.158%，2000—2013年退耕指數(shù)達到22.147%，退耕速率為1.704%。林地、草地面積逐漸增加，2000—2013年林草覆蓋率由67.402%增加為73.957%，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性強的林地、草地數(shù)量大幅度增加，能夠有效提升土地利用系統(tǒng)的抗干擾能力。

圖1　2000-2013年延安市各土地利用類型面積及增長率

圖2　延安市2000-2013年生態(tài)退耕空間變化

3.2延安市生態(tài)服務(wù)價值變化特征分析

3.2.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值動態(tài)變化經(jīng)計算，延安市2000年、2005年和2013年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分別為241.418，247.856，259.825億元，14年間增加18.407億元，增長率為7.624%，年均增長量為1.416億元。由表2可知，2000—2013年延安市不同土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能均有所變化且具有差異性，耕地、草地、林地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值貢獻率依次遞增，分別由2000年的20.325%，28.745%，49.299%變?yōu)?013年的14.703%，27.392%，56.034%。其中，耕地生態(tài)服務(wù)價值年均減少量為0.836億元，林地、草地年均增加量為2.044，0.137億元；水域、建設(shè)用地及荒漠生態(tài)服務(wù)價值貢獻率較小，且建設(shè)用地比重逐漸增大，而水域及荒漠則波動變化。

表2　延安市2000-2013年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化

隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化及農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化與生態(tài)退耕工程的逐步推進，延安市土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整使生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能產(chǎn)生劇烈變化。耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值大幅度減少，而林地、草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值穩(wěn)步增加。其中，林地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值增幅最大，增長率為22.329%；草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值雖有所增加，但其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值增長率2.561%低于延安市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值增長率7.624%，對延安市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的貢獻率有所降低；而建設(shè)用地面積急速擴張致使其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值快速增加，14年間增加111.213%。延安市2005—2013年年均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化量明顯高于2000—2005年年均變化量，表現(xiàn)出明顯的時間差異性?？傮w而言，生態(tài)退耕致使土地利用結(jié)構(gòu)不斷變化，加速耕地向林地、草地等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值高的土地利用類型轉(zhuǎn)化，促進生態(tài)系統(tǒng)健康穩(wěn)定發(fā)展，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能穩(wěn)步增強。

3.2.2生態(tài)服務(wù)功能價值結(jié)構(gòu)變化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是由組成生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要素的綜合作用而形成的生態(tài)效益，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，而生態(tài)系統(tǒng)功能的變化也可以反映生態(tài)系統(tǒng)特征。因此，探究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)變化對于準確把握及合理調(diào)控生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能具有重要的作用。

表3　延安市2000-2013年生態(tài)系統(tǒng)單項服務(wù)功能變化狀況

從演變過程來看，延安市生態(tài)系統(tǒng)單項服務(wù)價值高低由2000年的土壤形成與保護、生物多樣性保護、廢物處理、水源涵養(yǎng)、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、原材料、食物生產(chǎn)、娛樂文化演變?yōu)?013年的土壤形成與保護、生物多樣性保護、水源涵養(yǎng)、氣體調(diào)節(jié)、廢物處理、氣候調(diào)節(jié)、原材料、娛樂文化、食物生產(chǎn)。從變化情況來看，延安市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)結(jié)構(gòu)中土壤形成與保護、生物多樣性保護、水源涵養(yǎng)、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、原材料、娛樂文化等生態(tài)服務(wù)功能均有所增加。其中，娛樂文化、原材料、氣體調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)增長率較大，增長率分別為21.076%，19.652%，12.109%，11.414%，而食物生產(chǎn)、廢物處理則有所減少，其減少比率為13.066%，0.921%。從貢獻率水平來看，土壤形成與保護、廢物處理、氣候調(diào)節(jié)、食物生產(chǎn)所占比重有所降低，其余各項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能均有所升高。從功能差異水平來看，各單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變異系數(shù)逐漸降低，表明延安市各項生態(tài)服務(wù)功能發(fā)展水平日趨均衡化，生態(tài)退耕對生態(tài)系統(tǒng)功能的優(yōu)化作用逐漸顯現(xiàn)(表3)。由此可知，2000—2013年延安市生態(tài)系統(tǒng)的文化服務(wù)、供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)等功能依次遞增，但單項生態(tài)服務(wù)功能變化具有差異性且趨于均衡，各項生態(tài)服務(wù)功能協(xié)調(diào)程度增加，生態(tài)系統(tǒng)綜合效益不斷增強。

3.3延安市生態(tài)退耕的人文驅(qū)動因素分析

土地利用變化主要是自然環(huán)境、社會經(jīng)濟、科技水平及制度政策等多重因素的相互影響及綜合作用的過程，致使區(qū)域土地利用及生態(tài)環(huán)境呈現(xiàn)系統(tǒng)性與積累性變化[1-2]。生態(tài)退耕即是人類活動主導(dǎo)下的土地利用行為，具有較強的主觀性，但也受社會、經(jīng)濟、生態(tài)及政策多重因素的綜合影響，且生態(tài)退耕對于區(qū)域社會經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境也有重要的影響[22]。因此，探究生態(tài)退耕過程中耕地變化的驅(qū)動因素對于科學(xué)的開展耕地利用及保護具有重要意義。

3.3.1STIRPAT模型求解通過運用SPSS 19.0對總?cè)丝?、人均GDP、非農(nóng)業(yè)人口、農(nóng)民純收入、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP比重、固定資產(chǎn)投資等驅(qū)動因素進行主成分檢驗，其KMO檢驗值為0.767，近似卡方值為286.468，適合進行主成分分析。提取兩個綜合因子ln′Ms，ln′Os，其累計方差貢獻率為98.805%，且通過顯著性檢驗，表明能夠有效綜合各因子對耕地面積變化的影響。由綜合因素與各驅(qū)動因素的系數(shù)關(guān)系，可建立綜合驅(qū)動因子與各因子之間的定量化關(guān)系為：

lnMs=0.152lnPs+0.155lnDs+0.151lnNs+0.149lnEs+0.155lnSs+0.125lnTs+0.154lnFs

(9)

lnOs=-0.059lnPs+0.014lnDs-0.333lnNs-0.589lnEs+0.133lnSs+1.264lnTs-0.214lnFs

(10)

由耕地面積標準化值lnIs作為因變量值，綜合驅(qū)動因子lnMs，lnOs作為自變量值，借助SPSS 19.0運用最小二乘法進行線性回歸，定量表征耕地面積變化與綜合驅(qū)動因子的關(guān)系。其中，線性回歸模型R為0.908，R2為0.825，且Durbin-Watson檢驗為1.769，表明線性回歸效果顯著。

lnIs=-0.648lnMs-0.508lnOs+β

(11)

由線性回歸方程及綜合驅(qū)動因子與各驅(qū)動因素的關(guān)系可得耕地面積變化與各驅(qū)動因素之間定量化的關(guān)系如下：

lnIs=-0.0685lnPs-0.1076lnDs+0.0713lnNs+0.2027lnEs-0.1680lnSs-0.7231lnH+0.0089lnFs+β

(12)

通過對公式(12)進行轉(zhuǎn)化可得STIRPAT模型的標準形式如下：

I=aP-0.0685D-0.1076N0.0713E0.2027S-0.1680T-0.7231F0.0089i

(13)

由STIRPAT模型的標準形式可知，總?cè)丝?、人均GDP、非農(nóng)業(yè)人口、農(nóng)民純收入、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP比重、固定資產(chǎn)投資等驅(qū)動因素的驅(qū)動指數(shù)分別為-0.068 5，-0.107 6，0.071 3，0.202 7，-0.168 0，-0.723 1，0.008 9。

3.3.2人文驅(qū)動因素分析從STIRPAT模型中各驅(qū)動因素的驅(qū)動指數(shù)可知，總?cè)丝?、人均GDP、非農(nóng)業(yè)人口、農(nóng)民純收入、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP比重、固定資產(chǎn)投資對耕地面積變化均具有較大影響，且呈現(xiàn)明顯的差異性。

人口數(shù)量增加對耕地面積的減少具有促進作用，且在其余影響因素恒定時，總?cè)丝谠黾?%導(dǎo)致耕地減少0.068 5%，表明人口數(shù)量增加對土地壓力作用增大，一方面對建設(shè)用地需求不斷增加，侵占大量耕地，另一方面增加生態(tài)環(huán)境保護的迫切性，引起耕地面積不斷變化；而人均GDP增長對耕地減少具有明顯的推動作用，當其增長1%時耕地面積減少0.107 6%，可知經(jīng)濟水平提升能夠加速工業(yè)化、城鎮(zhèn)化發(fā)展，促進耕地非農(nóng)化，并有助于生態(tài)退耕的順利開展；第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值和第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP比重與耕地面積呈現(xiàn)負相關(guān)，即第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP比重增長1%引起耕地減少的百分量分別為0.168 0，0.723 1，第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值反映延安市社會經(jīng)濟水平，而第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP比重表征其產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)狀況。延安市2000—2013年第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP比重的年均值為70.51%，且比重呈現(xiàn)先增后減的變化趨勢，表明延安市在經(jīng)濟發(fā)展過程中產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化但第二產(chǎn)業(yè)仍為其經(jīng)濟發(fā)展的重要力量，而其區(qū)域經(jīng)濟呈現(xiàn)由工業(yè)化向后工業(yè)化過渡的趨勢，但其粗放型經(jīng)濟增長方式致使耕地面積逐步減少。然而，非農(nóng)業(yè)人口、農(nóng)民純收入與固定資產(chǎn)投資對耕地面積增加具有一定的促進作用，當其增長1%時引起耕地的增長率為0.071 3%，0.202 7%，0.008 9%。非農(nóng)業(yè)人口推動城市化水平的提升，加速第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平，并促進產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，推進建設(shè)用地的集約化水平程度增加并有助于抑制耕地面積的減少。而農(nóng)民純收入增加一方面促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平提升，加速農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展促進耕地規(guī)?；肮?jié)約集約化利用，并減少了盲目開墾造成環(huán)境的破壞，另一方面農(nóng)民純收入結(jié)構(gòu)中工資性收入比重加大增加了農(nóng)民務(wù)農(nóng)的機會成本，促進了農(nóng)民的非農(nóng)轉(zhuǎn)移，進而引起非農(nóng)業(yè)人口增加。固定資產(chǎn)投資則有助于促進城市發(fā)展及提升農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)區(qū)位優(yōu)勢，對推動農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展具有積極作用。

從作用趨勢來看，總?cè)丝?、人均GDP、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值及其占GDP比重與耕地變化負相關(guān)，而非農(nóng)業(yè)人口、農(nóng)民純收入、固定資產(chǎn)投資與耕地面積變化具有正相關(guān)性。從作用強度來看，第二產(chǎn)業(yè)占GDP比重、農(nóng)民純收入對耕地面積變化的作用強度相對較強，而固定資產(chǎn)投資則對耕地作用相對較弱。其中，總?cè)丝?、人均GDP、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值及第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP比重等因素的增長對耕地的抑制作用程度逐漸增強，固定資產(chǎn)投資、非農(nóng)業(yè)人口、農(nóng)民純收入變化對耕地面積的促進作用依次遞增。從綜合作用來看，人口數(shù)量增加、社會經(jīng)濟增長、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對耕地面積減少具有積極作用，而非農(nóng)業(yè)人口數(shù)量增加及農(nóng)村經(jīng)濟水平提升能夠促進耕地面積的增長與土地的節(jié)約集約利用。

4　結(jié)論與討論

(1) 生態(tài)退耕致使延安市土地利用結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著變化。2000—2013年延安市以耕地、林地、草地為主要景觀基質(zhì)，而耕地面積大幅度減少，林地、草地面積穩(wěn)步增加，建設(shè)用地面積快速增長，水域面積波動增長，荒漠面積略微增加。耕地、林地、草地與建設(shè)用地之間轉(zhuǎn)化劇烈，耕地主要轉(zhuǎn)化為草地、林地及建設(shè)用地，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性強的林地、草地面積逐漸增加，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)日趨優(yōu)化，且穩(wěn)定性有所增加。

(2) 生態(tài)退耕使延安市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能逐步增強，且不同土地利用類型功能及單項生態(tài)服務(wù)功能變化具有差異性。延安市2000年、2005年和2013年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分別為241.418，247.856，259.825億元，增長率為7.624%，年均增長量為1.416億元；耕地、草地、林地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值貢獻率依次遞增，水域、建設(shè)用地及荒漠生態(tài)服務(wù)價值貢獻率較小，且建設(shè)用地比重逐漸增大，而水域及荒漠則波動變化；延安市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)結(jié)構(gòu)中土壤形成與保護、生物多樣性保護、水源涵養(yǎng)、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、原材料、娛樂文化等生態(tài)服務(wù)功能均有所增加，而食物生產(chǎn)、廢物處理則有所減少，但各項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能值變異系數(shù)逐漸降低，體現(xiàn)延安市各項生態(tài)服務(wù)功能發(fā)展水平日趨均衡化，生態(tài)退耕對生態(tài)系統(tǒng)的綜合作用逐漸顯現(xiàn)。

(3) 人口數(shù)量變化、社會經(jīng)濟增長及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對生態(tài)退耕過程中耕地面積變化影響顯著?？?cè)丝?、人均GDP、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值及第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP比重與耕地變化負相關(guān)，而非農(nóng)業(yè)人口、農(nóng)民純收入、固定資產(chǎn)投資與耕地面積變化呈正相關(guān)，且第二產(chǎn)業(yè)占GDP比重、農(nóng)民純收入對耕地面積變化的作用程度相對較強，體現(xiàn)出人口數(shù)量增加、社會經(jīng)濟增長、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對耕地面積減少具有積極作用，而非農(nóng)業(yè)人口數(shù)量增加及農(nóng)村經(jīng)濟水平提升能夠促進耕地面積的增長及土地資源高效利用。

生態(tài)退耕對延安市土地利用景觀格局有著重要的影響[22]，有助于其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的改善。但生態(tài)退耕也受自然環(huán)境、社會經(jīng)濟及政策制度等因素的影響[23]，隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化及農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的逐步推進，土地利用形式及強度隨社會經(jīng)濟的轉(zhuǎn)型升級而發(fā)生改變，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整影響著區(qū)域人口的遷移，第二、三產(chǎn)業(yè)發(fā)展有利于吸收和轉(zhuǎn)移農(nóng)業(yè)勞動力，減輕耕地壓力，從而促進生態(tài)退耕的有效開展。因此，因地制宜地開展生態(tài)退耕對于區(qū)域生態(tài)環(huán)境及社會經(jīng)濟發(fā)展有著積極的作用。而生態(tài)環(huán)境脆弱的黃土高原在生態(tài)退耕過程中，應(yīng)注重社會經(jīng)濟效益與生態(tài)環(huán)境效益的共同提升，確保生態(tài)退耕與糧食安全的協(xié)調(diào)性，建立可持續(xù)的土地利用模式是生態(tài)恢復(fù)的關(guān)鍵。

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Analysis of Ecological Restoration on Ecosystem Services and Its Human Driving Factors in Yan′an City

DU Guoming1,2, SUN Xiaobing1, LIU Yansui2

(1.CollegeofResourcesandEnvironment,NortheastAgriculturalUniversity,Harbin150030,China;2.InstituteofGeographicSciencesandNaturalResourcesResearch,CAS,Beijing100101,China)

Based on the analysis of the ecological restoration characteristics of Yan′an City, we explained its impact on the ecosystem service function, and used the STIRPAT model to explore the quantitative relationship of ecological restoration process of cultivated land change and human driving factors. The results show that the main landscape pattern of Yan′an City in 2000—2013 was cultivated land, woodland, grassland, while the cultivated area reduced greatly, forestland and grassland area increased steadily. The forestland and grassland mostly resulted from the conversion of the cultivated land, which accounted for 28.627% and 66.664% of its changing amount, respectively. The ecosystem service value of Yan′an City has steadily increased during the period from 2000 to 2013, of which the growth rate was 7.624%, and the average annual growth amount was 141.6 million Yuan. The ecosystem service value contribution rates of arable land, grassland, forestland were increasing, and the proportion of construction land increased gradually, but the water body and desert were fluctuation. On account of the coefficient of variation decreasing, the ecological service function showed the development trend of equalization. The increasing population, social economic growth and industrial structure adjustment have the positive effect on decrease of arable land area, but the increase of non-agricultural population and the level of the rural economy can promote the cultivated land growth and the effective utilization of cultivated land. All driving factors combined to affect the change of cultivated land area, the ecological restoration and the structure of ecosystem, then the influence of the regional ecosystem services is notable.

ecological restoration; ecosystem services; human driving factors; Yan′an City

2015-06-03

2015-06-21

國家“十二五”科技支撐計劃項目“空心村快速調(diào)查識別與整治關(guān)鍵技術(shù)研究”(2014BAL01B01)

杜國明(1978—),男,內(nèi)蒙古寧城縣人,博士,教授,主要從事土地資源優(yōu)化配置研究。E-mail:nmgdgm@126.com

F301.24

A

1005-3409(2016)03-0233-07