李洪慶, 鄭 菲, 趙姚陽
(河海大學(xué)公共管理學(xué)院土地資源管理系,江蘇南京 210098)
目前我國農(nóng)業(yè)普遍實(shí)行集約化生產(chǎn)經(jīng)營模式,不僅保證了我國的糧食安全,同時(shí)也為農(nóng)民增收提供了有效途徑,但是由于農(nóng)村社會生產(chǎn)力低下、農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣緩慢,高集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式仍然依靠投入大量的勞動力、農(nóng)藥、化肥來實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增收的目的,尤其是糧食主產(chǎn)區(qū)、城郊農(nóng)業(yè)區(qū)等,長期過量的農(nóng)藥、化肥施用導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降[1]、重金屬污染[2]、河流富營養(yǎng)化等[3],甚至影響到糧食與食品安全[4],直接危害人類健康[5]。雖然我國已經(jīng)高度重視農(nóng)業(yè)造成的非點(diǎn)源污染問題,且取得了一定的研究成果[6-7],同時(shí)也在積極治理,但是由于長期的累積,農(nóng)業(yè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)控制仍然面臨很大的挑戰(zhàn)。農(nóng)業(yè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)控制是一個復(fù)雜、系統(tǒng)的過程,目前既有從生態(tài)工程方向來改善和治理農(nóng)業(yè)環(huán)境的研究,如采取最佳管理措施(BMPs)[8-9]、建立人工濕地系統(tǒng)[10-11]等,也有從經(jīng)濟(jì)、政策[12]等方面來引導(dǎo)與降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的研究,如建立生態(tài)補(bǔ)償制度、農(nóng)業(yè)水稅制度[13]等,但無論采取何種措施,都須要深入了解未來會達(dá)到何種效果。我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,造成農(nóng)業(yè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的不確定因素日益增多,除了農(nóng)業(yè)投入過程本身造成污染以外,商業(yè)公司的介入或政府政策都能夠極大地影響未來農(nóng)業(yè)發(fā)展方向,進(jìn)而影響農(nóng)業(yè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),因此,須要分析在長期不確定情形下未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展情景。情景分析法作為一種預(yù)測方法,能夠展現(xiàn)出未來不同的發(fā)展情景,有效幫助管理者避免過高或過低評估未來的變化及其影響,十分適用于戰(zhàn)略管理、政策分析、風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)、決策管理、可持續(xù)評價(jià)等,在環(huán)境經(jīng)濟(jì)、自然資源管理、生態(tài)保護(hù)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用空間。因此,本研究借助標(biāo)準(zhǔn)景觀情景法,重點(diǎn)對提出的3種未來農(nóng)業(yè)發(fā)展情景從景觀格局、水環(huán)境質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)價(jià)值、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值、生物多樣性與農(nóng)戶意愿等方面綜合評價(jià)農(nóng)業(yè)土地利用效應(yīng),向管理者展現(xiàn)未來不同農(nóng)業(yè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)情景下的農(nóng)業(yè)景觀格局和土地利用效應(yīng),以期為控制農(nóng)業(yè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、尋求合適的農(nóng)業(yè)發(fā)展模式提供科學(xué)的參考依據(jù)。
本研究案例區(qū)為湖南省長沙市金井鎮(zhèn)(27°55′~28°40′N,112°56′~113°30′E)(圖1),位于洞庭湖糧食主產(chǎn)區(qū),面積為13 440 hm2,其中耕地面積為2 313 hm2,地貌類型以丘陵為主,屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候,降水較集中,金井河與脫甲河是流域內(nèi)的主要河流。金井鎮(zhèn)是住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部小城鎮(zhèn)建設(shè)試點(diǎn)鎮(zhèn),是長沙市北部的工業(yè)強(qiáng)鎮(zhèn)、農(nóng)業(yè)重鎮(zhèn)和商貿(mào)中心,融入長沙市“半小時(shí)經(jīng)濟(jì)圈”,有“金鑄、金革、金茶、金薯、金菜、金米”等“六金”品牌,農(nóng)民人均純收入為11 088元,農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)及加工主要有稻米、蔬菜和茶葉。
金井鎮(zhèn)屬于典型的城郊高集約化農(nóng)業(yè)模式,長期采用高施肥、農(nóng)藥的方式提升農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量,調(diào)研發(fā)現(xiàn),旱地年均純氮使用量約為252 kg/hm2,水田約為285 kg/hm2,嚴(yán)重超出了國際標(biāo)準(zhǔn)。流域內(nèi)有多個大規(guī)模養(yǎng)殖場,很多農(nóng)戶也有養(yǎng)殖行為,糞便、廢水、廢棄物直接排入河流,導(dǎo)致流域內(nèi)水體污染較嚴(yán)重,2010年水污染物監(jiān)測數(shù)據(jù)分析顯示,流域內(nèi)水體具有高氮低磷特點(diǎn),水污染物總氮濃度高于GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn),嚴(yán)重影響了金井鎮(zhèn)飲用水質(zhì)量與下游水質(zhì)。
隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展,金井鎮(zhèn)面臨著新的發(fā)展機(jī)遇,一方面要求保持經(jīng)濟(jì)快速增長,積極發(fā)展特色產(chǎn)業(yè),如茶園、蔬菜、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園等;另一方面也面臨著農(nóng)業(yè)污染治理、農(nóng)村環(huán)境整治、生態(tài)村鎮(zhèn)建設(shè)等問題,旨在在未來發(fā)展為4A級生態(tài)旅游鎮(zhèn),兩者之間須要相互配合、協(xié)調(diào)發(fā)展,制定合理的發(fā)展規(guī)劃、有效的政策法規(guī)等實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo),因此決策者須要了解不同環(huán)境、經(jīng)濟(jì)手段組合下未來景觀格局與土地利用效應(yīng)。本研究基于農(nóng)業(yè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)控制構(gòu)建未來不同發(fā)展方向的情景,重點(diǎn)對未來農(nóng)業(yè)土地利用效應(yīng)進(jìn)行綜合評價(jià),直接展現(xiàn)土地利用達(dá)到的效果,并給予決策者多角度的參考建議。
標(biāo)準(zhǔn)景觀情景法是情景分析法的一種,強(qiáng)調(diào)將景觀生態(tài)學(xué)的知識應(yīng)用在政策分析中,與傳統(tǒng)的趨勢外推法和政府規(guī)劃預(yù)測相比,該方法更加靈活,可以設(shè)定多種變量因素,建立多個可行的情景目標(biāo)假設(shè),提供明確的實(shí)現(xiàn)路徑;與其他情景分析法相比,該方法綜合運(yùn)用多學(xué)科領(lǐng)域知識,專業(yè)性強(qiáng),強(qiáng)調(diào)利益相關(guān)者的參與,并進(jìn)行多方面綜合效應(yīng)評估,非常適用于城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃、土地利用、自然資源管理等[14]。
本研究采用標(biāo)準(zhǔn)景觀情景法,對相關(guān)利益者(包括農(nóng)戶、政府、企業(yè)與科研人員)調(diào)研數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,結(jié)合金井鎮(zhèn)的景觀格局特點(diǎn)、自然資源特點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展實(shí)際情況,通過農(nóng)業(yè)景觀格局優(yōu)化、農(nóng)村生活廢水與固體廢棄物處理、養(yǎng)殖業(yè)調(diào)控等3個方面路徑設(shè)計(jì),提出不同環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)下的農(nóng)業(yè)景觀情景:以農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量提高為主(maximizing agricultural production,簡稱MAP)的情景,即提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值,同時(shí)保證環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)不高于基準(zhǔn)年;以水環(huán)境質(zhì)量提升為主(improving water quality,簡稱IWQ)的情景,即水環(huán)境質(zhì)量達(dá)到國家地表水標(biāo)準(zhǔn),并保證農(nóng)戶收入不低于基準(zhǔn)年(2010年);以新型城鎮(zhèn)化建設(shè)為主(new countryside construction,簡稱NCC)的情景,即模擬在當(dāng)前城鎮(zhèn)化高速發(fā)展情況下鄉(xiāng)村景觀演變格局。3種農(nóng)業(yè)景觀情景設(shè)計(jì)是基于經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會不同的未來發(fā)展目標(biāo)而建立的,向管理者展示出不同發(fā)展方向下未來可能存在的農(nóng)業(yè)景觀格局(圖2)。本研究重點(diǎn)對設(shè)計(jì)的3種情景進(jìn)行多方面的評價(jià)和對比,了解不同發(fā)展模式下土地利用效應(yīng)將達(dá)到何種效果,從而使結(jié)果更加有助于管理者作出合理的決策。
3種土地利用情景分別強(qiáng)調(diào)了未來不同發(fā)展方向下的景觀格局,且表現(xiàn)出各自的特點(diǎn),為了更加直觀地展現(xiàn)3種情景效果,分別從景觀格局分析、水環(huán)境質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)系統(tǒng)
服務(wù)價(jià)值、生物多樣性、農(nóng)戶意愿分析等方面進(jìn)行土地利用效應(yīng)評價(jià),將得到的結(jié)果與基準(zhǔn)年(2010年)進(jìn)行對比分析,并展示不同環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)情境下土地利用效應(yīng)。
景觀格局在一定程度上決定了景觀功能,景觀功能變化也會改變景觀格局,因此,在設(shè)計(jì)情景實(shí)現(xiàn)途徑時(shí),景觀格局優(yōu)化是一個重要的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)控制方法。根據(jù)各自的情景假設(shè)目標(biāo),未來情景表現(xiàn)出各自不同的景觀格局特點(diǎn),其中景觀構(gòu)成見表1。
結(jié)合圖2景觀格局分析可知,MAP情景中為了維持低農(nóng)業(yè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),林地景觀面積基本維持不變,北部山區(qū)土壤條件差、面積零散的稻田與旱地實(shí)施退耕還林,但是土壤、交通條件良好的稻田變?yōu)槭卟擞玫?,總稻田面積雖然減少約 54.36%,但是經(jīng)濟(jì)效益卻成倍增加,茶園面積迅速擴(kuò)張,成為典型的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè),約為基準(zhǔn)年的5倍,為了適應(yīng)高集約化生產(chǎn),對耕地、溝渠、河流、池塘、道路等進(jìn)行土地整理,因此面積相應(yīng)發(fā)生變化。IWQ情景中為了提升水環(huán)境質(zhì)量,將北部山區(qū)劃為自然保護(hù)區(qū),以保護(hù)飲用水源地,林地面積大大增加,由于退耕還林和自然保護(hù)區(qū)的建立等使得稻田面積減少了 43.16%,但是減少的主要為質(zhì)量較差的二級耕地類,糧食產(chǎn)量僅減少約25%,可以滿足糧食安全的基本要求,茶園作為優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)也逐漸增加,但速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于MAP情景,生態(tài)緩沖區(qū)、人工濕地等為該情景特有景觀類型,為提升水環(huán)境質(zhì)量作出了很大貢獻(xiàn)。NCC情景中林地、稻田、茶園、水面面積變化較小,由于基于城鎮(zhèn)發(fā)展趨勢推導(dǎo),鄉(xiāng)村景觀發(fā)生了巨大變化,城鎮(zhèn)面積相對基準(zhǔn)年增加了3.88倍。綜上所述,相對于基準(zhǔn)年,3種不同假設(shè)目標(biāo)下的土地利用結(jié)構(gòu)均發(fā)生了變化,且基于不同的目標(biāo)各自表現(xiàn)出各自的景觀特色,代表著未來景觀的功能定位,形成了鮮明對比。
表1 未來情景景觀結(jié)構(gòu)分析
水環(huán)境質(zhì)量是未來發(fā)展十分關(guān)鍵的因素,也是未來環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)控制重點(diǎn)監(jiān)測指標(biāo)之一,直接影響未來的景觀格局。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù),金井鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染造成的地表水氮元素超標(biāo)嚴(yán)重,因此水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)選取硝態(tài)氮(NO3--N)、銨態(tài)氮(NH4+-N)、全氮(TN)濃度。水環(huán)境質(zhì)量模擬與預(yù)測過程非常復(fù)雜,影響因素多,包括污染源、水文特征、氣候變化等,相關(guān)模型雖然有很多,但是準(zhǔn)確預(yù)測仍是一個難題??紤]未來情景是基于當(dāng)前水文、氣候、土壤、農(nóng)業(yè)類型等參數(shù)設(shè)計(jì)的,相對變化因素較少,因此采用非機(jī)理性水質(zhì)模擬,利用線性分析、多元回歸方法[15]建立景觀格局指數(shù)與水污染之間的關(guān)系模型,具體方法可參考已建立的模型[16]。根據(jù)模型估算未來3種不同情景下污染物濃度值,將每個集水單元的平均濃度做成盒狀。由圖3可知,3種情景的設(shè)計(jì)均滿足原設(shè)定的目標(biāo)假設(shè),與基準(zhǔn)年相比,MAP情景水污染物年平均濃度低于基準(zhǔn)年,水質(zhì)量得到一定控制;IWQ情景由于采用大量的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)控制措施,水環(huán)境質(zhì)量基本控制在GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)內(nèi),水質(zhì)提升非常明顯;NCC情景設(shè)計(jì)中由于人口、建設(shè)用地增加,導(dǎo)致污染源增加,因此呈現(xiàn)出很大的波動性,年平均污染物濃度略高于基準(zhǔn)年,也在預(yù)計(jì)之中。
根據(jù)2009—2010年集水單元水徑流監(jiān)測數(shù)據(jù),估算金井鎮(zhèn)流域內(nèi)不同污染物的年輸出量。由表2可知,總氮年輸出量表現(xiàn)為IWQ情景