劉曉麗

(山東省土地綜合整治服務(wù)中心，山東 濟(jì)南 250014)

摘要：生態(tài)化土地整治是生態(tài)文明建設(shè)的必然要求，土地整治生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的作用機(jī)制是生態(tài)化土地整治理論的有益探索。土地整治生態(tài)環(huán)境效應(yīng)作用機(jī)制，可以通過(guò)土地整治工程-土地自然要素/土地利用類型-土地景觀要素-土地生態(tài)服務(wù)功能的邏輯框架，解析土地整治生態(tài)環(huán)境效應(yīng)作用機(jī)制。土地整治工程的實(shí)施，對(duì)土地整治區(qū)及其相關(guān)區(qū)域的氣候、地貌、水文、土壤、植被、動(dòng)物等自然要素產(chǎn)生影響，引起土地利用類型及空間布局發(fā)生變化，改變區(qū)域景觀結(jié)構(gòu)和格局，從而影響土地景觀生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。

0 引言

土地整治是對(duì)土地資源及其利用方式的再組織和再優(yōu)化過(guò)程，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程[1]。從生態(tài)學(xué)的角度來(lái)看，土地整治作為一種人類干擾行為，它改變了區(qū)域土地利用/土地覆蓋方式，從而影響區(qū)域土地生態(tài)系統(tǒng)的類型、結(jié)構(gòu)與功能，主要表現(xiàn)為景觀格局的變化、生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程的變化及生物多樣性的喪失等[2]。當(dāng)前，我國(guó)的土地整治已步入注重生態(tài)景觀理念的“山水林田湖草”生態(tài)化土地整治階段，需要運(yùn)用“山水林田湖草系統(tǒng)治理”理念，采用系統(tǒng)論的觀點(diǎn)，對(duì)土地整治生態(tài)環(huán)境效應(yīng)作用機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)解析。

1 土地整治生態(tài)環(huán)境效應(yīng)作用機(jī)制分析框架

在實(shí)踐中，根據(jù)整治對(duì)象，土地整治可分為農(nóng)用地整理、城鎮(zhèn)工礦建設(shè)用地整理、農(nóng)村建設(shè)用地整理、未利用土地開發(fā)、廢棄土地復(fù)墾等類型，并通過(guò)土地平整、灌溉與排水、田間道路，以及防護(hù)林與生態(tài)環(huán)境保持等工程組合，實(shí)現(xiàn)土地整治目標(biāo)。在土地整治工程實(shí)施過(guò)程中，將對(duì)土地整治區(qū)及其背景區(qū)域的氣候、地貌、水文、土壤、植被、動(dòng)物等自然要素產(chǎn)生影響，并促使土地利用類型及空間布局發(fā)生變化，從而引起整治區(qū)域景觀結(jié)構(gòu)和格局的改變，最終影響土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[3]。因此，可以通過(guò)土地整治工程-土地自然要素/土地利用類型-土地景觀要素-土地生態(tài)服務(wù)功能的邏輯框架(圖1)，解析土地整治生態(tài)環(huán)境效應(yīng)作用機(jī)制。

圖1 土地整治生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的作用機(jī)制分析框架

2 土地整治工程對(duì)自然要素的作用機(jī)制

土地是由氣候、地貌、水文、土壤、植被、生物以及人類活動(dòng)組成的自然經(jīng)濟(jì)綜合體，各組成要素相互聯(lián)系、相互制約，形成有機(jī)統(tǒng)一的整體，其中任何要素發(fā)生變化，必然引起其余要素發(fā)生相應(yīng)的變化。在土地整治過(guò)程中，通過(guò)實(shí)施土地平整、灌溉與排水、田間道路，以及防護(hù)林與生態(tài)環(huán)境保持等工程不同程度地改變著區(qū)域氣候、地貌、水文、土壤、植被、生物環(huán)境等土地構(gòu)成要素，形成相互影響、相互制約的作用機(jī)制(表1)。

表1 土地整治工程對(duì)自然要素的作用機(jī)制

2.1 土地整治工程對(duì)氣候要素的影響

土地整治活動(dòng)是一種微地貌的重建過(guò)程，其地表形態(tài)、植被覆蓋、水文結(jié)構(gòu)、地表粗糙度、反射率等均發(fā)生改變，影響濕度、溫度以及風(fēng)速等因素，進(jìn)而引起局部小氣候的變化[4]。比如，將旱地改為水田，或?qū)⒒牟莸馗臑楹档?，均加大區(qū)域的蒸發(fā)量，這種改變?cè)诮邓S沛的南方地區(qū)影響并不顯著，在某種程度上可以忽略不計(jì)[5]。又如，農(nóng)田防風(fēng)林建設(shè)不僅可以降低風(fēng)速，而且能涵養(yǎng)水分，改善農(nóng)田小氣候。

2.2 土地整治工程對(duì)地貌要素的影響

地貌是巖石圈表面的起伏狀態(tài)，是自然生態(tài)環(huán)境要素中的重要組成部分，也是土地構(gòu)成要素之一。在土地整治中，土地平整工程改變區(qū)域地表形態(tài)，屬于微地貌改造。微地貌改造是對(duì)地表下墊面原有形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，從而影響或改變土壤性質(zhì)、微生境、地表水蝕和降雨入滲等，從而達(dá)到改善立地條件、抑制水土流失、提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的目的[6]。

2.3 土地整治工程對(duì)水文要素的影響

水文是最為重要的自然生態(tài)環(huán)境因子之一。土壤、水文和植被決定著土地生態(tài)環(huán)境的整體質(zhì)量，通過(guò)相互作用而構(gòu)成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。土地整治中的土地平整工程、灌溉與排水工程、田間道路以及防護(hù)林工程建設(shè)，不僅會(huì)影響滲透、深滲透或表面徑流等水文過(guò)程，還可能影響地面徑流的產(chǎn)生過(guò)程，改變地表水系的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，影響水文及其生態(tài)過(guò)程。比如，坡地上地塊的方向會(huì)影響地表徑流的大小和沖刷過(guò)程發(fā)生；而通過(guò)“坡改梯”工程，可以減緩地表坡度，增加地表面積，有利于降水下滲，增加對(duì)地下水的補(bǔ)給，進(jìn)而影響區(qū)域水文環(huán)境[7]。

2.4 土地整治工程對(duì)土壤要素的影響

土壤是自然生態(tài)環(huán)境中各種要素相互作用的產(chǎn)物，是結(jié)合有機(jī)界和無(wú)機(jī)界的紐帶，是聯(lián)系其他要素的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。土地整治會(huì)對(duì)土壤性狀與養(yǎng)分循環(huán)產(chǎn)生重要影響，從而影響土壤侵蝕、土壤養(yǎng)分循環(huán)等相關(guān)生態(tài)過(guò)程。土地整治對(duì)土壤性狀的影響，可分為對(duì)土壤理化性狀的影響和對(duì)生物學(xué)特性的影響，前者主要是影響土壤通氣性、透水性、粘結(jié)力、可塑性等理化性質(zhì)，后者主要是影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)等生物學(xué)特性。適當(dāng)或合理的土地平整可以使土壤通透性增強(qiáng)、有機(jī)質(zhì)含量增加、肥力提高、植被覆蓋率增大等有益影響；過(guò)度或不當(dāng)?shù)耐恋仄秸麆t可能導(dǎo)致土壤板結(jié)、有機(jī)質(zhì)損失、通透性降低、蓄水蓄養(yǎng)能力減弱等不良后果[8]。

2.5 土地整治工程對(duì)植被要素的影響

植被是自然界中使有機(jī)界和無(wú)機(jī)界建立聯(lián)系的特殊產(chǎn)物之一，保證了自然生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展。土地整治中采取的一系列工程和生物措施會(huì)對(duì)地表的植被數(shù)量、質(zhì)量產(chǎn)生影響。大規(guī)模的土地平整、田間道路和灌溉與排水工程，會(huì)直接破壞整治區(qū)地表植被及土壤中的植被種子，單一農(nóng)作物種植也會(huì)使土地整治區(qū)原生、次生自然植被和人工植被面積減少和退化[4-9]。在土地整治中，為增加耕地面積，將荒草地、零星的林地和園地開發(fā)為耕地，引起植被類型過(guò)度單一，使得土地生態(tài)系統(tǒng)功能的穩(wěn)定性趨弱，不利于維持系統(tǒng)平衡[10]。田間道路、灌排溝渠等線性工程會(huì)使許多連續(xù)的植被生境破碎化，并成為一些動(dòng)物遷徙、植物孢粉運(yùn)移的屏障[11]。

2.6 土地整治工程對(duì)動(dòng)物要素的影響

動(dòng)物是自然生態(tài)環(huán)境諸要素中對(duì)環(huán)境變化最敏感的要素，受其他自然生態(tài)環(huán)境要素的影響最為強(qiáng)烈。土地整治會(huì)不同程度改變地表形態(tài)、植被覆蓋、水文結(jié)構(gòu)、土壤結(jié)構(gòu)等，進(jìn)而影響到動(dòng)物的生存環(huán)境，而生境的改變可能對(duì)生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性帶來(lái)影響。比如，溝渠不僅提供生物覓食、筑巢、繁衍、棲息、避敵等生活空間，也可為鳥類和其他動(dòng)物提供水源、食源和遷徙廊道，維持區(qū)域的食物鏈。但是，溝渠建設(shè)也會(huì)導(dǎo)致生境破碎化，使孤立的嵌塊體棲息地大量增加，在一定程度上阻礙農(nóng)田物種的擴(kuò)散。

3 土地自然要素/土地利用類型變化對(duì)景觀要素的作用機(jī)制

通過(guò)實(shí)施不同類型的土地整治工程及其組合，使得區(qū)域土地構(gòu)成要素發(fā)生相應(yīng)改變，進(jìn)而影響到耕地、林地、草地、田坎、道路、溝渠等土地利用類型及其空間組合的變化，從而對(duì)土地景觀要素和景觀格局產(chǎn)生影響。景觀格局是指大小和形狀各異的景觀元素在空間上的排列形式，可以采用“斑塊-廊道-基質(zhì)”模式解釋。因此，通過(guò)調(diào)整地塊規(guī)模和形狀，布設(shè)排灌溝渠和田間道路，提高田塊規(guī)整度及連片程度，以及廊道的連通度，斑塊、廊道、基質(zhì)的空間配置發(fā)生改變，景觀空間異質(zhì)性和景觀格局多樣性發(fā)生變化(表2)[8-12]。

表2 土地自然要素/土地利用類型變化對(duì)景觀要素的作用機(jī)制

3.1 土地自然要素/土地利用類型變化對(duì)景觀斑塊要素的影響

斑塊是指與周圍環(huán)境(基底)在性質(zhì)上或者外觀上不同的空間實(shí)體，表現(xiàn)為空間上的非連續(xù)性和斑塊內(nèi)部的均質(zhì)性。對(duì)于生物來(lái)說(shuō)，斑塊有棲息、踏腳石、源和匯、屏障和通道等功能。土地整治引起土地自然要素/土地利用類型的變化，進(jìn)而對(duì)斑塊數(shù)量、大小、形狀、密度以及邊界特征等產(chǎn)生影響，并影響著農(nóng)田生產(chǎn)效率、生態(tài)涵養(yǎng)功能、景觀和物種多樣性。

一般情況下，通過(guò)平整土地、歸并田塊、完善灌排設(shè)施和道路系統(tǒng)，會(huì)使斑塊數(shù)量減少，密度和邊界復(fù)雜度降低，斑形狀趨于規(guī)整；而對(duì)大斑塊進(jìn)行分割，斑塊面積減小，數(shù)量和密度增加，形狀趨于簡(jiǎn)單，破碎化程度增大[13]。

3.2 土地自然要素/土地利用類型變化對(duì)景觀廊道要素的影響

廊道是具有通道和屏障功能的線狀或帶狀景觀要素，是異于兩側(cè)基質(zhì)的狹長(zhǎng)地帶。廊道的數(shù)量、構(gòu)成、寬度、質(zhì)量及連續(xù)性決定了斑塊之間物質(zhì)與能量流的運(yùn)送效率、野生動(dòng)物遷移效率等[14]。廊道類型、數(shù)量、長(zhǎng)度、寬度、密度及連續(xù)性等的變化，影響區(qū)域的景觀格局。

在土地整治中，廊道主要指田間道路、排灌溝渠、防護(hù)林以及田坎、樹籬等，它們交互連接形成廊道網(wǎng)絡(luò)。破壞樹籬、填埋溝溪、減少田坎，會(huì)使廊道的數(shù)量、面積減少，空間分布特征改變[8]。完善田間灌排渠系和生態(tài)防護(hù)林網(wǎng)體系，增加廊道長(zhǎng)度及密度，可以提高廊道連通度和封閉廊道網(wǎng)絡(luò)的環(huán)通度。另外，廊道作為斑塊邊界，同時(shí)也增加其隔離作用[13]。

3.3 土地自然要素/土地利用類型變化對(duì)基質(zhì)要素的影響

基質(zhì)是景觀中相對(duì)面積最大、連通性最好、動(dòng)態(tài)控制性最強(qiáng)的景觀要素類型[15]。基質(zhì)對(duì)斑塊等景觀要素內(nèi)及景觀要素之間的物質(zhì)能量流動(dòng)、生物遷移覓食等生態(tài)學(xué)過(guò)程有明顯的控制作用，因而作為背景的基質(zhì)對(duì)生物多樣性保護(hù)起關(guān)鍵作用。比如，以荒草地等未利用地為基質(zhì)的景觀類型轉(zhuǎn)化為以耕地或林地為基質(zhì)的景觀類型，主要景觀組分構(gòu)成比例發(fā)生變化，進(jìn)而景觀格局發(fā)生改變。

3.4 土地自然要素/土地利用類型變化對(duì)景觀多樣性的影響

景觀多樣性分為斑塊多樣性、景觀類型多樣性和格局多樣性，是景觀水平上生物多樣性的表征，是立地條件不同而形成不同的生態(tài)系統(tǒng)以及干擾的結(jié)果[16-17]。景觀格局多樣性是景觀水平上生物多樣性重要表征之一。

在農(nóng)用地整理中，通過(guò)調(diào)整田塊，優(yōu)化田間道路、排灌溝渠的空間布局，原有散亂的空間鑲嵌格局趨于規(guī)整，其他景觀類型(如小樹林、小坑塘、小片未利用地等)轉(zhuǎn)化為耕地，耕地基質(zhì)的連通性加強(qiáng)。但在半人工化的耕地生態(tài)系統(tǒng)中，農(nóng)作物種類單一，景觀的異質(zhì)程度大幅度下降，地方性植物和動(dòng)物種群數(shù)量減少，生物的適應(yīng)能力下降[18-19]。

4 土地景觀變化對(duì)生態(tài)服務(wù)功能的作用機(jī)制

土地景觀生態(tài)格局的改變影響著區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程所形成及所維持的人類賴以生存的生物資源和自然環(huán)境條件及其效用[20]，可分為供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)和文化服務(wù)。比如，改變景觀植被類型及覆被狀況，可提升農(nóng)產(chǎn)品等供給能力；改變斑塊形狀、調(diào)整廊道布局等，可提高局域氣候、水文等調(diào)節(jié)功能；改善地表與地下徑流的循環(huán)，可提高生態(tài)系統(tǒng)的支持功能；改變斑塊規(guī)整度、連通度，降低破碎度，可提高景觀的文化功能(表3)。

表3 土地景觀變化對(duì)生態(tài)服務(wù)功能的作用機(jī)制

4.1 土地景觀變化對(duì)供給服務(wù)的影響

土地景觀生態(tài)系統(tǒng)的供給服務(wù)主要有食物生產(chǎn)、原料生產(chǎn)、水資源供給等，為人類不斷提供食物及其他生產(chǎn)生活原料。比如，農(nóng)田景觀植被組成的單一化趨勢(shì)，使得原生、次生自然植被和人工植被面積減少和退化，同時(shí)單一農(nóng)作物環(huán)境適應(yīng)力差，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性弱，不利于維持系統(tǒng)平衡，影響食物生產(chǎn)供給能力。因此，保留農(nóng)田景觀中的小樹林、小片荒草地、小水塘等，可以增加農(nóng)田景觀異質(zhì)性，提高農(nóng)田系統(tǒng)穩(wěn)定性及供給服務(wù)能力。

4.2 土地景觀變化對(duì)調(diào)節(jié)服務(wù)的影響

土地景觀生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)服務(wù)主要有氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、凈化環(huán)境、水文調(diào)節(jié)等。土地植被景觀類型、面積的變化，影響主要植被結(jié)構(gòu)控制環(huán)境變化的反應(yīng)能力，對(duì)局域氣候產(chǎn)生影響。農(nóng)田防護(hù)林景觀在改善農(nóng)田小氣候、凈化環(huán)境等方面發(fā)揮著重要作用。研究顯示，在有效防護(hù)范圍內(nèi)，近地表的風(fēng)速可降低30%～50%，土壤蒸發(fā)量可減少20%～30%，相對(duì)濕度可提高15%～25%[21]。灌排溝渠、田間道路等線狀景觀會(huì)改變地表水系格局，導(dǎo)致水遷移路徑變化，影響水文循環(huán)[22]，進(jìn)而影響土地景觀生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)服務(wù)能力。

4.3 土地景觀變化對(duì)支持服務(wù)的影響

土地景觀生態(tài)系統(tǒng)的支持服務(wù)主要有土壤保持、維持養(yǎng)分循環(huán)、生物多樣性等。合理、適度的土地平整可以使土壤的通透性增強(qiáng)、有機(jī)質(zhì)含量增加、肥力提高；完善的水利設(shè)施能有效防止土壤的鹽堿化[8]。微地形改造能創(chuàng)造厭氧和需氧環(huán)境下不同的土壤氮固定與轉(zhuǎn)化機(jī)制，進(jìn)而加速氮循環(huán)過(guò)程[6]。農(nóng)田防護(hù)林、灌排溝渠等線狀景觀是連接不同景觀單元的重要紐帶，在提高生物物種多樣性，以及生物擴(kuò)散和遷移中發(fā)揮著特殊的作用，也可為鳥類和其他動(dòng)物提供水源、食源和遷徙廊道，維持區(qū)域的食物鏈，維護(hù)和支持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

4.4 土地景觀變化對(duì)文化服務(wù)的影響

土地景觀生態(tài)系統(tǒng)的文化服務(wù)主要有休閑娛樂(lè)、文化遺產(chǎn)、景觀美學(xué)等。通過(guò)不同景觀要素組合(大小、形態(tài)及其空間配置)，形成多樣化的景觀格局變化，提高景觀美學(xué)價(jià)值，為人們提供休閑、憩息場(chǎng)所。農(nóng)田景觀通過(guò)地形的起伏、植物四季色彩變化和田塊幾何形狀的改變，形成色彩斑斕、富有韻律感的農(nóng)田景觀，具有良好的景觀美學(xué)價(jià)值，供人們體驗(yàn)、觀賞[23-24]。不當(dāng)?shù)耐恋乩梅绞?，健康的生態(tài)系統(tǒng)受到損害，自然生態(tài)之美也將受到影響，從而影響人們的休閑、觀賞、娛樂(lè)。

5 結(jié)語(yǔ)

土地整治是一種對(duì)土地生態(tài)系統(tǒng)性的干擾，引起土地生態(tài)系統(tǒng)變化和響應(yīng)，造成土地景觀格局發(fā)生變化，進(jìn)而影響土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。土地整治對(duì)土地生態(tài)系統(tǒng)性的干擾是復(fù)雜的，農(nóng)用地整理、農(nóng)村建設(shè)用地整理、土地復(fù)墾和未利用土地開發(fā)，以及退化土地的生態(tài)修復(fù)，其具體作用機(jī)制會(huì)有所差異，但一般作用機(jī)制路徑仍然是：土地整治工程-土地自然要素/土地利用類型-土地景觀要素-土地生態(tài)服務(wù)功能。生態(tài)化土地整治是生態(tài)文明建設(shè)的必然要求，土地整治生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的作用機(jī)制是生態(tài)化土地整治理論的有益探索，對(duì)形成生態(tài)化土地整治理論具有借鑒意義。