王 軍,鐘莉娜,應(yīng)凌霄

〔1.國(guó)土資源部土地整治中心/ 國(guó)土資源部土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100035;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院,北京 100083〕

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是人類直接或間接從生態(tài)系統(tǒng)獲得的各種惠益[1]。近代以來(lái),人類活動(dòng)對(duì)地球的影響范圍和強(qiáng)度不斷增大,已經(jīng)成為地球生態(tài)系統(tǒng)的主導(dǎo)者,人類對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的直接和間接作用顯著增強(qiáng),強(qiáng)烈干預(yù)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能,消費(fèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[2]。如何全面認(rèn)識(shí)和深入理解人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響,將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)納入管理決策,實(shí)現(xiàn)區(qū)域的協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展,是21世紀(jì)人類社會(huì)面臨的共同挑戰(zhàn)。

土地整治指為滿足人類生產(chǎn)、生活和生態(tài)功能的需要,對(duì)未利用、低效利用以及閑置、損毀和退化土地進(jìn)行綜合治理的活動(dòng)[3-4]。在全球變化、快速城鎮(zhèn)化和經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展進(jìn)程中,有限的土地資源成為日益突出的社會(huì)問(wèn)題之一[5-6]。世界上許多國(guó)家通過(guò)土地整治解決經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展過(guò)程中土地利用問(wèn)題，調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)和布局，緩解人地關(guān)系。土地整治已成為目前最大規(guī)模改變土地利用方式和影響陸地生態(tài)系統(tǒng)的有組織的人類活動(dòng)之一[7]。土地整治在促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的同時(shí),也對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的空間格局和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生了多種影響[8-10],這些影響需要持續(xù)的給予關(guān)注和調(diào)控[11-14]。近年來(lái),中國(guó)的專家學(xué)者開(kāi)始關(guān)注土地整治與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的關(guān)系、機(jī)制和評(píng)價(jià)等研究[7],但尚處于研究的初級(jí)階段[15]。筆者在闡述土地整治與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)關(guān)系的基礎(chǔ)上,總結(jié)了土地整治對(duì)不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其相互關(guān)系的影響,分析了土地整治對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響的尺度效應(yīng),提出了土地整治對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響的研究展望,以期對(duì)中國(guó)土地整治中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)有所借鑒和參考,促進(jìn)區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。

1 土地整治與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)

中國(guó)土地資源總量多,但是人均耕地少,耕地后備資源嚴(yán)重不足,土地利用粗放。為了保障糧食安全,國(guó)家于1998年提出開(kāi)展土地整治。在1998年以前以“土地整理”概念為標(biāo)志,1999—2007年以“土地開(kāi)發(fā)整理”或“土地整理復(fù)墾開(kāi)發(fā)”概念為標(biāo)志,2008年黨的十七屆三中全會(huì)第一次在中央層面提出“土地整治”的概念,是對(duì)“土地整理”和“土地開(kāi)發(fā)整理”概念的繼承和發(fā)展,也是對(duì)“土地整理復(fù)墾開(kāi)發(fā)”的統(tǒng)稱[7]。2011年以來(lái),中國(guó)整治農(nóng)用地0.35億hm2,建成高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田0.27億hm2,補(bǔ)充耕地184.5萬(wàn)hm2?！度珖?guó)土地整治規(guī)劃(2016—2020年)》提出在“十三五”時(shí)期確保建成0.27億hm2、力爭(zhēng)建成0.4億hm2高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的目標(biāo),通過(guò)土地整治補(bǔ)充耕地133.3萬(wàn)hm2;通過(guò)農(nóng)用地整理改造中低等耕地0.13億hm2左右,開(kāi)展農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),建成排灌渠道900萬(wàn)km,建成田間道路600萬(wàn)km[16]。土地整治的大規(guī)模實(shí)施深刻地影響著區(qū)域乃至全國(guó)的景觀格局與生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能,同時(shí)也會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)造成顯著影響[17-18]。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)可滿足人類的需求,對(duì)人類社會(huì)的福祉產(chǎn)生重要影響,是人類生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。DAILY[19]最早提出了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的概念,認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指“自然生態(tài)系統(tǒng)及其物種所提供的能滿足和維持人類生活所需要的條件和過(guò)程”。千年生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估(The Millennium Ecosystem Assessment, MA)將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分為供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)和文化服務(wù)4大類[20]53-60。MA的衡量和評(píng)價(jià)方法主要包括以下3種:(1)由COSTANZA等[1]最早提出、在中國(guó)主要由XIE等[21]進(jìn)行改進(jìn)的價(jià)值量評(píng)價(jià)法[22-24],該方法計(jì)算的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值均以貨幣值為量綱,便于對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行比較,因依賴人類的支付意愿,其結(jié)果的主觀性比較強(qiáng);(2)以空間模型(包括InVEST、ARIES等模型)為基礎(chǔ)的物質(zhì)量評(píng)價(jià)法[25-28],采用這一評(píng)價(jià)方法得出的結(jié)果較客觀、恒定,能較準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),不足的是由于各種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的單位不同,因此采用此方法難以比較和綜合各種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù);(3)采用統(tǒng)一的以太陽(yáng)能等可用能為基礎(chǔ)測(cè)算的能值評(píng)價(jià)法[29-31],該方法有助于調(diào)整生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系,為人類認(rèn)識(shí)世界提供了一個(gè)重要的度量標(biāo)準(zhǔn),但能值轉(zhuǎn)換率計(jì)算分析過(guò)程非常復(fù)雜。3種方法各有優(yōu)劣,在實(shí)際研究中,應(yīng)根據(jù)研究目的、區(qū)域和尺度、精度要求,結(jié)合經(jīng)費(fèi)預(yù)算等條件選擇合適的方法對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

從20世紀(jì)90年代開(kāi)始,為維護(hù)地球的生態(tài)安全和促進(jìn)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展,聯(lián)合國(guó)通過(guò)并支持了多項(xiàng)涉及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的國(guó)際重大研究計(jì)劃,主要有政府間氣候變化專門(mén)委員會(huì)(IPCC)的全球氣候變化研究、國(guó)際生物多樣性計(jì)劃(DIVERSITAS)、未來(lái)地球(Future Earth)、國(guó)際長(zhǎng)期生態(tài)監(jiān)測(cè)研究網(wǎng)絡(luò)(ILTER)、生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)政府間科學(xué)-政策平臺(tái)(IPBES)等。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究正經(jīng)歷著迅速的發(fā)展,成為當(dāng)前生態(tài)學(xué)和地理學(xué)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域[32]。

2 土地整治對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響

土地利用/ 覆被是理解生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)形成與使用的重要本體[33]。一方面,土地整治通過(guò)改變土地利用/ 覆被的類型、結(jié)構(gòu)和格局間接影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),土地利用/ 覆被變化作為一種重要的驅(qū)動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響已有廣泛研究[34-37]。同時(shí),已有研究涉及不同自然條件和社會(huì)政策下未來(lái)基于經(jīng)濟(jì)發(fā)展或生態(tài)保護(hù)優(yōu)先的土地利用/ 覆被變化情景,從而能夠預(yù)測(cè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化[28,38-40];另一方面,土地整治通過(guò)土地平整、農(nóng)田水利、田間道路和生態(tài)防護(hù)等工程措施對(duì)生態(tài)效應(yīng)的影響,既有正向的,也有負(fù)向的,既有可逆的,也有不可逆的,對(duì)項(xiàng)目區(qū)的農(nóng)作物生產(chǎn)、氣候調(diào)節(jié)、水土保持等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生直接影響(表1)。而人類從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值中獲得生計(jì)保障、精神享受和環(huán)境宜居等福祉,根據(jù)社會(huì)發(fā)展不同階段的需求對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行權(quán)衡與優(yōu)化,可為指導(dǎo)土地整治規(guī)劃設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)(圖1)。

表1不同土地整治工程的生態(tài)效應(yīng)及其影響的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)

Table1Ecologicaleffectsofdifferentkindsoflandconsolidationprojectsandthecorrespondingaffectedecosystemservices

土地整治工程生態(tài)效應(yīng)正向負(fù)向生態(tài)系統(tǒng)服務(wù) 土地平整工程 田塊平整利于灌溉,增加有效利用面積,提高生產(chǎn)能力和抵御自然災(zāi)害能力直接破壞地表植被及土壤種子庫(kù);大型機(jī)械使用造成土壤板結(jié),破壞表層土,降低土壤質(zhì)量;造成土壤流失農(nóng)作物生產(chǎn)、土壤保持等 廢棄溝渠 坑塘填埋改變地貌,增加可使用土地表土流失,碾壓使土地板結(jié)碳固定、氣候調(diào)節(jié)、土壤保持、農(nóng)作物生產(chǎn)等 梯田修筑利于耕作,改變地貌,保持水土能力增強(qiáng)植被缺失,景觀變化水土保持、農(nóng)作物生產(chǎn)等 農(nóng)田水利工程耕地面積增加;通行改善;溝渠設(shè)計(jì)利于農(nóng)田灌溉排水,合理利用水資源溝渠設(shè)計(jì)使水易流失,生物生境破碎化;水泥大量使用影響生物多樣性,阻隔物種遷移;改變地下水文結(jié)構(gòu),影響水循環(huán),導(dǎo)致土壤次生鹽堿化水源涵養(yǎng)、土壤保持等田間道路工程改善農(nóng)田小環(huán)境;通行方便;道路廊道利于物種的空間運(yùn)動(dòng)及其生存和延續(xù)建設(shè)期間,水土流失嚴(yán)重,破壞土壤環(huán)境;生境破碎化,不利于物種擴(kuò)散;人為踐踏使土地板結(jié),植被減少;人類活動(dòng)增多,改變景觀格局和過(guò)程,損害斑塊內(nèi)部物種和稀有物種,導(dǎo)致生物多樣性降低水源涵養(yǎng)、土壤保持、碳固定、氣候調(diào)節(jié)等水土保持及生態(tài)防護(hù)林工程保持水土,改善環(huán)境景觀及保持生態(tài)平衡,防風(fēng)固沙,調(diào)節(jié)凈化空氣,提供動(dòng)物棲息地景觀變化,不合理的防護(hù)林種植會(huì)破壞地下水結(jié)構(gòu)氣候調(diào)節(jié)、水土保持、水源涵養(yǎng)、碳固定等

改自劉世梁等[15]的論述。

2.1 土地整治對(duì)生態(tài)系統(tǒng)供給服務(wù)的影響

生態(tài)系統(tǒng)供給服務(wù)指生態(tài)系統(tǒng)通過(guò)初級(jí)和次級(jí)生產(chǎn)產(chǎn)生的能為人類帶來(lái)直接利益的產(chǎn)品,包括食品、木材、淡水等[41-42]。為了滿足人類對(duì)糧食等產(chǎn)品的需求,積極應(yīng)對(duì)未來(lái)氣候和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的變化,需要建設(shè)生產(chǎn)力更高更穩(wěn)定、恢復(fù)性更強(qiáng)的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng),同時(shí)盡可能降低對(duì)生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響[43-44]。土地整治是在耕地?cái)?shù)量銳減和糧食安全受到威脅的情況下提出的,其核心任務(wù)就是要提升糧食生產(chǎn)能力,這已經(jīng)在近年來(lái)的眾多研究中得到證實(shí)。張正峰等[45]認(rèn)為增加耕地面積確實(shí)是通過(guò)土地整治滿足人類對(duì)糧食需求的重要措施,但可能會(huì)引起一些生態(tài)問(wèn)題;王軍等[46]和WU等[47]指出土地整治能通過(guò)采用新技術(shù)提高耕地產(chǎn)量而提高糧食供給服務(wù)能力;HUANG等[48]研究表明中國(guó)農(nóng)村土地整治工程改善了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件,從而給糧食供給服務(wù)價(jià)值帶來(lái)正向影響;吳昊[49]針對(duì)中國(guó)東北地區(qū)土地整治研究表明通過(guò)優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)能提高供給服務(wù);VIALA[11]研究了俄羅斯、法國(guó)、西班牙和阿拉伯地區(qū)的土地整治項(xiàng)目,指出采取改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境等手段和措施,可以提高糧食抵御自然災(zāi)害的能力,從而保證耕地的糧食供給能力等等。

圖1 土地整治與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的關(guān)聯(lián)

2.2 土地整治對(duì)生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)服務(wù)的影響

相比于土地整治對(duì)生態(tài)系統(tǒng)供給服務(wù)的積極影響,其對(duì)調(diào)節(jié)服務(wù)的影響具有雙重性。耕地是CO2、CH4和N2O等多種溫室氣體的排放源之一[10,50],因而農(nóng)業(yè)對(duì)氣候調(diào)節(jié)服務(wù)的影響是負(fù)面的。ANDERSON-TEIXEIRA等[51]也指出,由于生物地球化學(xué)因素,一般情況下自然生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候調(diào)節(jié)的價(jià)值要高于耕地,土地整治等帶來(lái)的耕地面積增加可能會(huì)導(dǎo)致區(qū)域的氣候調(diào)節(jié)作用減弱。王思乂[52]研究表明中國(guó)湖北省通山縣的土地整治項(xiàng)目改變了該地區(qū)耕地和林地的比例,對(duì)溫室氣體排放服務(wù)造成2.11萬(wàn)元的生態(tài)負(fù)效益;而王璦玲等[53]則指出,在對(duì)中國(guó)低山丘陵區(qū)耕地的整治中通過(guò)加深土層、改善灌溉條件、采用覆膜種植技術(shù)等措施,使得氣候調(diào)節(jié)價(jià)值增加1倍多。

土地整治通過(guò)改變土地利用/ 覆被類型而影響土壤理化性質(zhì)及地表徑流、土壤滲透、深層滲透等水文過(guò)程,從而調(diào)節(jié)土壤侵蝕。LIU等[54]通過(guò)研究中國(guó)山東省新泰市的土地整治項(xiàng)目,指出土地整治中的客土覆蓋、深翻等工程措施改變了土壤可蝕性;土地平整等工程改變了項(xiàng)目區(qū)的坡長(zhǎng)與坡度等地形條件,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的侵蝕控制和泥沙調(diào)節(jié)等服務(wù)功能產(chǎn)生影響。劉世梁等[55]針對(duì)丘陵地區(qū)土地整治項(xiàng)目建立坡面土壤侵蝕模型,結(jié)果表明,梯田建設(shè)對(duì)于土壤保持和產(chǎn)沙量都具有明顯影響,隨著坡度增加,梯田工程對(duì)于土壤保持的作用減弱,但有助于減少總產(chǎn)沙量。

土地整治對(duì)水資源調(diào)節(jié)服務(wù)的影響主要表現(xiàn)在以下方面:改變地表坡度、起伏度、粗糙度等,進(jìn)而影響地表徑流的流向、流深和面積等屬性;改變地表植被覆蓋,影響滲透和蒸發(fā)過(guò)程,同時(shí)影響濾除、分解水中化學(xué)物質(zhì)和提供潔凈水資源的能力;農(nóng)田灌溉排水系統(tǒng)的重新規(guī)劃設(shè)計(jì)、灌溉方法與技術(shù)的更新等都會(huì)影響區(qū)域水資源的配置[17,56]。AERTS等[57]指出通過(guò)土地整治的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程措施能增加土壤水循環(huán)中的滲透、保持和蒸騰作用,還對(duì)暴風(fēng)雨具有一定的調(diào)節(jié)作用;但FIRBANK等[50]認(rèn)為土地整治對(duì)水循環(huán)及水質(zhì)的調(diào)節(jié)服務(wù)具有負(fù)面影響。

2.3 土地整治對(duì)生態(tài)系統(tǒng)支持服務(wù)的影響

土地整治對(duì)生態(tài)系統(tǒng)支持服務(wù)的影響主要體現(xiàn)在土壤生境的形成、養(yǎng)分儲(chǔ)存和循環(huán)等方面。ADL[58]認(rèn)為土地整治能促進(jìn)項(xiàng)目區(qū)生物多樣性的恢復(fù);PéREZ等[59]在多米尼加礦區(qū)的研究認(rèn)為實(shí)施土地復(fù)墾能促進(jìn)土壤理化性質(zhì)的改善,提高土壤的支持服務(wù)能力;原野等[60]對(duì)中國(guó)平朔煤礦的研究表明,土地整治中表土覆蓋和配合施肥能起到加速?gòu)?fù)墾地區(qū)土壤熟化的作用;鐘莉娜等[61]以中國(guó)土地整治重大項(xiàng)目為例研究發(fā)現(xiàn),通過(guò)組織和優(yōu)化影響生境斑塊之間物質(zhì)流、能量流的循環(huán)過(guò)程,合理的整治規(guī)劃設(shè)計(jì)能有效地改善生境質(zhì)量;YUAN等[62]同樣指出,排土場(chǎng)空間優(yōu)化、土壤生境再造以及植被重建和景觀優(yōu)化等一系列整治恢復(fù)技術(shù)的實(shí)施,能有效地改善大型露天煤礦的土壤理化性質(zhì),促進(jìn)土壤微生物生境和生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)。

2.4 土地整治對(duì)生態(tài)系統(tǒng)文化服務(wù)的影響

生態(tài)系統(tǒng)文化服務(wù)指通過(guò)精神滿足、發(fā)展認(rèn)知、思考、消遣和體驗(yàn)美感而使人類從生態(tài)系統(tǒng)獲得的非物質(zhì)收益,主要體現(xiàn)在文化多樣性、娛樂(lè)和生態(tài)旅游以及審美價(jià)值中[20]58-59。VITIKAINEN[63]比較分析了歐洲地區(qū)瑞典、德國(guó)、荷蘭和芬蘭等地的土地整治項(xiàng)目,認(rèn)為土地整治對(duì)景觀的美化、生活質(zhì)量的提高和生物多樣性的保護(hù)具有十分重要的作用。嚴(yán)金明等[64]指出,中國(guó)的土地整治也應(yīng)高度重視保護(hù)鄉(xiāng)土文化,大力鼓勵(lì)土地整治以保護(hù)鄉(xiāng)土文明為前提,構(gòu)建獨(dú)特的、具有地域特征的自然風(fēng)貌、建筑民居和傳統(tǒng)文化。近年來(lái),中國(guó)開(kāi)展的生態(tài)型土地整治(ecological land consolidation)對(duì)鄉(xiāng)村景觀特征的提升、鄉(xiāng)村休閑旅游的發(fā)展以及鄉(xiāng)村基礎(chǔ)設(shè)施和生活條件的改善等方面愈加重視,土地整治成為提高鄉(xiāng)村景觀審美、促進(jìn)鄉(xiāng)村娛樂(lè)和生態(tài)旅游的重要手段[65]。中國(guó)上海市郊野土地整治研究表明,生態(tài)保育、自然保護(hù)、休閑游樂(lè)和健身康體等功能在設(shè)計(jì)實(shí)施中得到體現(xiàn),發(fā)揮了土地整治在促進(jìn)娛樂(lè)和生態(tài)旅游以及提高審美價(jià)值方面的作用[66-67]。

3 土地整治對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間關(guān)系的影響

土地整治對(duì)某一種生態(tài)因子的評(píng)價(jià)難以全面客觀地評(píng)價(jià)其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響,各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間存在協(xié)同(同時(shí)增強(qiáng)或減弱)、獨(dú)立(互不影響)、權(quán)衡(此消彼長(zhǎng))3種可能的相互關(guān)系[68]。在生態(tài)系統(tǒng)供給服務(wù)中,一種服務(wù)的提升常常以犧牲其他種類的供給服務(wù)或其他類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)為代價(jià),對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系的忽視可能會(huì)導(dǎo)致某些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)下降,以至威脅整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全[69]。研究表明,同為供給服務(wù)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和漁業(yè)養(yǎng)殖之間存在權(quán)衡關(guān)系[70];生態(tài)系統(tǒng)的供給服務(wù)和調(diào)節(jié)服務(wù)之間的權(quán)衡關(guān)系最為明顯[71-72]。而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的協(xié)同關(guān)系存在于水質(zhì)調(diào)節(jié)與旅游景觀[73]、水源涵養(yǎng)與土壤保持[74]等關(guān)系中;生態(tài)系統(tǒng)管理需考慮多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),使其綜合效益最大[75]。土地整治對(duì)土地利用結(jié)構(gòu)和格局的改變會(huì)直接造成生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的空間競(jìng)爭(zhēng),同時(shí)也會(huì)使得多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型產(chǎn)生協(xié)同或此消彼長(zhǎng)的改變。例如,一些多功能的自然和半自然生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)土地整治轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)作物生產(chǎn)功能較突出的農(nóng)田,提高了生態(tài)系統(tǒng)的糧食生產(chǎn)服務(wù)而減弱了其他服務(wù)[76]。不少研究表明,自然和半自然生態(tài)系統(tǒng)不僅在生態(tài)上更加可持續(xù),文化價(jià)值更大,而且在經(jīng)濟(jì)收益上也常常高于高度利用或純粹保護(hù)的生態(tài)系統(tǒng)或景觀,可以為人類社會(huì)提供多種服務(wù)[77-78]。FOLEY等[43]對(duì)不同土地利用模式下區(qū)域的多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行比較研究,結(jié)果表明自然生態(tài)系統(tǒng)的農(nóng)作物生產(chǎn)價(jià)值較低,但其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值都很高;在集約農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中,只有農(nóng)作物生產(chǎn)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值較高,其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值均較低;而在兼顧不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式下,各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能均衡高效發(fā)展。

基于對(duì)土地整治會(huì)影響不同類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間關(guān)系的認(rèn)識(shí),近年來(lái),在相應(yīng)的研究中開(kāi)始關(guān)注和綜合考慮多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),探討不同類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的關(guān)系。鄢大彬等[79]以采煤沉陷區(qū)土地復(fù)墾項(xiàng)目為研究對(duì)象,發(fā)現(xiàn)土地整治后的生態(tài)系統(tǒng)供給和調(diào)節(jié)服務(wù)增強(qiáng),而支持和文化服務(wù)減弱;ZHANG等[80]通過(guò)對(duì)平原農(nóng)地土地整治項(xiàng)目區(qū)的研究指出,土地整治對(duì)糧食增產(chǎn)有積極作用,但同時(shí)削弱了景觀多樣性等其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù);而劉曉麗[81]的研究表明,項(xiàng)目區(qū)土地整治之后各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是協(xié)同提高的,這的確能通過(guò)綜合的生態(tài)型土地整治技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)[82];ZHOU等[40]預(yù)測(cè)了在土地整治情景下未來(lái)土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的權(quán)衡關(guān)系。土地整治的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)集成與優(yōu)化在未來(lái)的研究中將更為重要,將為從科學(xué)知識(shí)到管理決策提供技術(shù)支撐。

4 土地整治對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響研究的尺度效應(yīng)

尺度效應(yīng)分析主要是評(píng)價(jià)和理解尺度變化對(duì)研究結(jié)果的影響,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)也會(huì)隨著研究尺度的變化而變化[83]。土地整治對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響具有較強(qiáng)的尺度依賴性,某一尺度上得到的研究結(jié)論必須經(jīng)過(guò)尺度轉(zhuǎn)換研究才能推廣到另外一種尺度上應(yīng)用。目前土地整治與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究多在單一尺度上進(jìn)行,得到的結(jié)果不盡相同。例如,在村域或項(xiàng)目區(qū)尺度上,王璦玲等[53]的研究表明土地整治對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的氣體調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值增加的影響最大,而KE[82]認(rèn)為土地整治對(duì)廢物處理的服務(wù)功能改善最明顯,對(duì)氣體調(diào)節(jié)服務(wù)影響較小;在縣域尺度上,張正峰等[84]和柳芳[85]的研究得出土地整治引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化具有相反的趨勢(shì);在市域和區(qū)域尺度上,付光輝等[86]的研究表明土地整治能提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值,而KINDU等[87]和ZHAO等[88]認(rèn)為人類對(duì)土地進(jìn)行的開(kāi)發(fā)復(fù)墾等整治活動(dòng)降低了研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值。即使是對(duì)于同一研究區(qū),有學(xué)者通過(guò)多尺度對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),不同尺度上土地整治對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響也并不一致,而此類綜合的多尺度研究不多。例如,王軍等[89]對(duì)中國(guó)吉林省大安市土地整治項(xiàng)目的研究發(fā)現(xiàn),項(xiàng)目區(qū)總的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值在縣域、鎮(zhèn)域和村域尺度上分別下降33.08%、14.20%和10.47%;嚴(yán)慎純[90]的研究表明土地整治造成的景觀斑塊豐富度的改變與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的改變,在村域和鎮(zhèn)域尺度上有明顯相關(guān)性,且前者相關(guān)性較大,而在縣域尺度上沒(méi)有顯著相關(guān)性。已有的眾多特定尺度上土地整治對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響的研究,提供了針對(duì)單一尺度的有益見(jiàn)解,但未能清晰評(píng)價(jià)土地整治對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響在不同尺度的效應(yīng),缺乏尺度效應(yīng)的作用機(jī)制探討,使得尺度之間無(wú)法耦合,不利于建立普適性的指標(biāo)體系或模型。

5 土地整治對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響研究的展望

中國(guó)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究已成為影響國(guó)際相關(guān)領(lǐng)域研究的重要力量。中國(guó)地域遼闊,地形復(fù)雜多樣,自2008年土地整治上升為國(guó)家戰(zhàn)略以來(lái),整治規(guī)模之大和類型之豐富是世界上其他國(guó)家所沒(méi)有的,為土地整治的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響研究提供了豐富多樣的區(qū)域案例。同時(shí),“建設(shè)生態(tài)文明”提升為“千年大計(jì)”的戰(zhàn)略決策也為土地整治的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究提供了良好的發(fā)展機(jī)遇和空間。中國(guó)學(xué)者在土地整治與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)方面開(kāi)展了有益探索,未來(lái)中國(guó)土地整治對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響研究的主要方向如下:

(1)加強(qiáng)土地整治對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和過(guò)程影響的研究。土地整治是在短期內(nèi)有目的的通過(guò)工程和生物等措施改變生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和過(guò)程的活動(dòng),土地整治對(duì)生態(tài)系統(tǒng)時(shí)空結(jié)構(gòu)的影響通過(guò)3S技術(shù)和景觀格局分析技術(shù)容易測(cè)度[91],而對(duì)生態(tài)過(guò)程和功能的影響則是長(zhǎng)期、復(fù)雜和非線性的[92]。土地整治工程實(shí)施后,土壤水文、生物組成等都處于動(dòng)態(tài)變化之中,其生態(tài)效應(yīng)需要長(zhǎng)期定點(diǎn)觀測(cè)和分析,然后才能定量研究物質(zhì)流和能量流對(duì)土地整治的響應(yīng)過(guò)程,深入分析土地整治對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響,構(gòu)建土地整治對(duì)生態(tài)過(guò)程和功能影響的方法與模型,進(jìn)而揭示這種影響機(jī)制與規(guī)律。

(2)強(qiáng)化土地整治中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其相互關(guān)系的研究。由于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)來(lái)源于生態(tài)系統(tǒng)的一種或多種功能組合[93],研究應(yīng)圍繞土地整治影響生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能—生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)—調(diào)節(jié)調(diào)控這一主線,基于生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和過(guò)程,探尋表征某種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的指標(biāo)。同時(shí),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的關(guān)系包括協(xié)同、獨(dú)立和權(quán)衡關(guān)系,對(duì)土地整治中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的管理和調(diào)控應(yīng)建立在對(duì)這些關(guān)系研究的基礎(chǔ)上[68]。保障國(guó)家糧食安全是土地整治的首要任務(wù)[3],土地整治中供給服務(wù)水平要求高。一般而言,生物多樣性高的自然生態(tài)系統(tǒng),其調(diào)節(jié)和文化服務(wù)水平較高,隨著人類利用強(qiáng)度的增加,生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)和文化服務(wù)水平逐漸降低[43]。在大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)和保障國(guó)家糧食安全的戰(zhàn)略要求下,土地整治以供給服務(wù)為核心,通過(guò)區(qū)域分異、自組織和協(xié)同理論,分區(qū)域辨識(shí)土地整治影響下的供給服務(wù)與其他關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間尺度大小,明晰生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的快變化、慢變化相互作用關(guān)系,探究土地整治影響下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的權(quán)衡、獨(dú)立或協(xié)同關(guān)系,對(duì)區(qū)域的土地整治項(xiàng)目布局和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的優(yōu)化管理提供支撐和指導(dǎo)。

(3)加強(qiáng)土地整治的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)集成和優(yōu)化研究。在辨析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)協(xié)同/權(quán)衡關(guān)系的基礎(chǔ)上,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)管理進(jìn)行科學(xué)決策,是保障區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的有力支撐。在土地整治影響的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)中,以糧食生產(chǎn)為主的供給服務(wù)與調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù)有時(shí)是矛盾和對(duì)立的[76]。在土地整治實(shí)施過(guò)程中,面臨著增加耕地?cái)?shù)量、改善生態(tài)環(huán)境和增加農(nóng)民收入等多重目標(biāo),因此,必須權(quán)衡關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能項(xiàng),科學(xué)合理地集成服務(wù)項(xiàng)以實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的優(yōu)化,進(jìn)而調(diào)控土地整治影響的關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和時(shí)空布局。

(4)重視土地整治對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響的尺度效應(yīng)。土地整治影響下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)具有空間異質(zhì)性和時(shí)間動(dòng)態(tài)性,且隨著時(shí)空尺度的推移發(fā)生改變[90],這樣的尺度依賴性源于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與生態(tài)過(guò)程中的尺度關(guān)聯(lián)[94]。土地整治對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的形成與影響所涵蓋的時(shí)空尺度不盡相同,糧食、種子資源等供給服務(wù),土壤保持、侵蝕控制等部分調(diào)節(jié)服務(wù)主要在項(xiàng)目區(qū)和局地尺度發(fā)揮作用,而氣候調(diào)節(jié)、養(yǎng)分循環(huán)等更多的調(diào)節(jié)、娛樂(lè)文化服務(wù)則在大范圍內(nèi)發(fā)揮作用。同時(shí),不同地區(qū)的自然和社會(huì)條件存在較大差異,在不同背景條件下,土地整治作用于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響有所不同,而這樣的比較研究不多。另外,土地整治中顯化的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)作用的時(shí)間跨度也存在差異性,如糧食生產(chǎn)、洪澇減緩在短期內(nèi)成效明顯,而水源涵養(yǎng)和污染控制則在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)發(fā)揮作用[31]。因此,針對(duì)土地整治實(shí)施和研究的特點(diǎn),探討對(duì)于短時(shí)期和長(zhǎng)時(shí)期的項(xiàng)目區(qū)、局地、區(qū)域等不同時(shí)空尺度上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的耦合機(jī)制,構(gòu)建多尺度耦合模型,對(duì)實(shí)現(xiàn)多尺度土地整治的綜合管理與調(diào)控具有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。