趙兵兵，劉殿鋒,2

多情景退耕還林對(duì)林地生物多樣性保護(hù)價(jià)值的潛在影響

趙兵兵1，劉殿鋒1,2※

（1. 武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，武漢 430079；2. 數(shù)字制圖與國(guó)土信息應(yīng)用工程自然資源部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430079）

退耕還林對(duì)生物多樣性保護(hù)具有顯著的正向影響，評(píng)估其生物多樣性保護(hù)生態(tài)服務(wù)價(jià)值意義重大。現(xiàn)有研究多采用當(dāng)量法計(jì)算生物多樣性保護(hù)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值，但該方法未考慮不同林地類(lèi)型的差異化生物多樣性?xún)r(jià)值，因而難以實(shí)現(xiàn)空間精細(xì)化評(píng)估。該研究從生態(tài)連通視角切入，以云南省保山市施甸縣為例，根據(jù)坡度和相關(guān)政策設(shè)定1種現(xiàn)狀情景（情景I）與3種退耕情景（情景II、情景III與情景IV），采用形態(tài)空間模式識(shí)別生態(tài)源地、指數(shù)法分析生態(tài)連通性和斑塊重要性，進(jìn)而計(jì)算各情景下的生物多樣性保護(hù)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值。在此框架中，該研究通過(guò)空間精細(xì)化手段修正各類(lèi)林地的當(dāng)量因子系數(shù)。結(jié)果表明：隨著物種擴(kuò)散距離的增加，生態(tài)連通性增加，情景II、III和IV的森林的生物多樣性保護(hù)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值均呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，依次增加了3.02×107、4.7×106和1.57×107元，更有助于增加生物多樣性保護(hù)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的退耕方式是情景II；從修正當(dāng)量角度看，情景II、III和IV的修正當(dāng)量系數(shù)分別為1.51、1.46和1.47，最有利的退耕情景為退耕程度最小的情景II，而退耕程度最大的情景III卻沒(méi)有取得相應(yīng)的成效。研究表明，除退耕程度外，棲息地空間結(jié)構(gòu)和分布也是影響生物多樣性保護(hù)價(jià)值的因素，三者共同構(gòu)成確定退耕還林形式和建立生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制的關(guān)鍵依據(jù)。同時(shí)，該研究通過(guò)實(shí)地調(diào)研和回歸模型驗(yàn)證了結(jié)果的準(zhǔn)確性，為探究其他區(qū)域提供理論依據(jù)。

退耕還林；生物多樣性；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)；生態(tài)連通性；修正當(dāng)量

0 引 言

長(zhǎng)期以來(lái)，過(guò)度開(kāi)墾和盲目毀林嚴(yán)重破壞著生態(tài)系統(tǒng)，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供應(yīng)量銳減，出現(xiàn)水土流失、生態(tài)退化和物種多樣性受到威脅等負(fù)面問(wèn)題[1]。為保障國(guó)家生態(tài)安全、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，中國(guó)于2002年全面實(shí)施退耕還林[2]。退耕還林是將坡耕地有計(jì)劃地轉(zhuǎn)為林地，從而使退化的生態(tài)系統(tǒng)得以修復(fù)的大型補(bǔ)償項(xiàng)目，其對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)及其服務(wù)功能和價(jià)值產(chǎn)生了影響[3]。目前，退耕還林對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響主要包括：通過(guò)恢復(fù)植被覆蓋和優(yōu)化土地利用格局來(lái)改善碳儲(chǔ)量、水源涵養(yǎng)量、空氣質(zhì)量、生物多樣性保護(hù)等功能，但同時(shí)也帶來(lái)了糧食減產(chǎn)、農(nóng)戶(hù)的生計(jì)滿(mǎn)意度降低和農(nóng)村剩余勞動(dòng)轉(zhuǎn)移等弊端[4]。其中，退耕還林對(duì)生物多樣性保護(hù)功能的影響是當(dāng)前生態(tài)優(yōu)先國(guó)土空間優(yōu)化戰(zhàn)略開(kāi)展的前沿問(wèn)題，深入探討二者關(guān)系能夠?yàn)閰f(xié)調(diào)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)保護(hù)關(guān)系提供科學(xué)依據(jù)[5]。生物多樣性保護(hù)的價(jià)值評(píng)估將有助于政府決策退耕還林的管理方案，使未來(lái)的生態(tài)效益最大化和農(nóng)戶(hù)利益得到更好的保障[6]。

生物多樣性對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)有重要意義，生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)可以促進(jìn)生物多樣性長(zhǎng)期收益。盡管大多數(shù)生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)措施都強(qiáng)調(diào)增加棲息地的植被覆蓋率。然而，僅增加棲息地的植被覆蓋率并不一定會(huì)導(dǎo)致生物多樣性或自然生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)[7]，生物多樣性保護(hù)更強(qiáng)調(diào)減緩棲息地的碎片化。據(jù)研究表明城市化、農(nóng)業(yè)集約化和資源開(kāi)采等活動(dòng)導(dǎo)致棲息地碎片化，進(jìn)而導(dǎo)致地球生物多樣性減少了 62%[8]。碎片化棲息地的保護(hù)主要集中在保持大塊棲息地的完好無(wú)損，即面積更大的棲息地?fù)碛懈嗟纳锒鄻有訹9]；然而，小而孤立的棲息地可以作為某些關(guān)鍵生物的避難所，提供大片區(qū)域之間的連通性，增加生物多樣性的保護(hù)價(jià)值[10]。除了棲息地大小，棲息地可用性、棲息地退化程度和土地覆蓋類(lèi)別等因素也對(duì)鳥(niǎo)類(lèi)多樣性有重要影響[11]。因此，評(píng)估生物多樣性保護(hù)價(jià)值和維護(hù)棲息地合理分布的能力是生物多樣性保護(hù)的新途徑。大部分學(xué)者認(rèn)為生物多樣性保護(hù)功能空間分布具有異質(zhì)性，其取決于棲息地破碎度、廊道和生態(tài)連通性等因素[12]。作為生物多樣性保護(hù)功能的關(guān)鍵指標(biāo)，生態(tài)連通性對(duì)于退耕還林政策的響應(yīng)過(guò)程是目前研究熱點(diǎn)。生態(tài)連通性指物種在棲息地間交流和能量交換的能力，具體分為功能連通性和結(jié)構(gòu)連通性[13]。結(jié)構(gòu)連通性主要涉及到景觀的物理特征，退耕還林通過(guò)影響著當(dāng)?shù)氐木坝^格局變化，減少了孤立的區(qū)域和棲息地破碎程度，從而增加相應(yīng)的結(jié)構(gòu)連通性[14]；而功能連通性在結(jié)構(gòu)連通的基礎(chǔ)上，聚焦于物種在景觀中的實(shí)際流動(dòng)，例如退耕還林對(duì)森林鳥(niǎo)類(lèi)豐富度和多樣性的影響[15]。此外，以往的研究?jī)H僅分析了退耕還林與生態(tài)連通性空間隱性改善之間的關(guān)系，或者退耕還林前后生態(tài)連通性的時(shí)空變化等方面[16]，部分學(xué)者也提出將連通性?xún)r(jià)值化的方式來(lái)計(jì)算生物多樣性保護(hù)生態(tài)服務(wù)價(jià)值[17]，但很少?gòu)纳鷳B(tài)連通性角度探究退耕還林前后林地的生物多樣性保護(hù)功能價(jià)值。

自退耕還林實(shí)施以來(lái)，為了更好地為權(quán)衡糧食穩(wěn)定與物種保護(hù)之間的關(guān)系，如何量化生物多樣性保護(hù)價(jià)值是該項(xiàng)政策研究中的一個(gè)關(guān)鍵議題[18]。目前相對(duì)成熟的評(píng)價(jià)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的方法一般分為兩類(lèi)，一種是基于土地利用數(shù)據(jù)和生態(tài)模型（如土壤保持模型）量化生態(tài)服務(wù)價(jià)值的方法；另一種是使用經(jīng)濟(jì)估價(jià)技術(shù)的方法（如市場(chǎng)價(jià)值、旅行成本和利益轉(zhuǎn)移等方法）[19]。其中，由謝高地等提出的當(dāng)量因子法適用范圍較廣，評(píng)價(jià)結(jié)果具有規(guī)范性，可以充分體現(xiàn)自然、社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)其價(jià)值的相關(guān)性[20]。但大部分研究直接應(yīng)用了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的系數(shù)表，忽略生態(tài)系統(tǒng)多樣性帶來(lái)的價(jià)值差異，例如不同林地類(lèi)型，因此現(xiàn)有研究應(yīng)對(duì)當(dāng)量因子的空間精細(xì)化進(jìn)行修正區(qū)域差異，進(jìn)而量化退耕還林前后的生物多樣性保護(hù)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值。

云南省保山市施甸縣林業(yè)處于生態(tài)文明建設(shè)的前沿陣地，施甸縣善洲林場(chǎng)更是被稱(chēng)為“國(guó)家生態(tài)文明教育基地”。兼顧耕地保護(hù)的可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略問(wèn)題，如何正確開(kāi)展退耕還林的具體措施有進(jìn)一步研究的意義。本文以生態(tài)連通性為評(píng)價(jià)指標(biāo)并進(jìn)行當(dāng)量因子系數(shù)的修正，評(píng)估林地的生物多樣性保護(hù)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值，根據(jù)價(jià)值變化量分析出不同退耕還林情景下的效益最大值和退耕措施的可取性?；诖丝蚣?，以施甸縣的現(xiàn)狀情景作為基準(zhǔn)對(duì)象，探究不同退耕情景對(duì)生態(tài)連通性的影響，量化生態(tài)連通性帶來(lái)的生物多樣性保護(hù)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值，同時(shí)考慮到空間區(qū)域和不同林地類(lèi)型的異質(zhì)性問(wèn)題，特別是在坡耕地大量存在的云南省，對(duì)連通性?xún)r(jià)值化的空間精細(xì)化問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)。而后使用生境質(zhì)量作為替代指標(biāo)，驗(yàn)證生物多樣性?xún)r(jià)值變化的真實(shí)性。最后，根據(jù)生物多樣性保護(hù)價(jià)值的變化，確定今后如何實(shí)施退耕還林政策。

本文從連通性視角出發(fā)，模擬分析多種潛在的退耕還林情景對(duì)林地生物多樣性保護(hù)價(jià)值的影響，進(jìn)而為未來(lái)退耕還林政策制定提供決策支持和一種新視角。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

施甸縣地處中國(guó)云南的西部，是云南保山市下轄縣，位于98°54′E～99°21′E和24°16′N(xiāo)～25°00′N(xiāo)，該縣下轄5個(gè)鎮(zhèn)、8個(gè)鄉(xiāng)，鄰近隆陽(yáng)區(qū)、昌寧縣、龍陵縣和永德縣4個(gè)行政區(qū)（如圖2）?？偯娣e為195 295.71 hm2，縣域內(nèi)自然資源豐富，耕地資源為43 054.22 hm2，為施甸縣人民的糧食安全和主要農(nóng)產(chǎn)品有效供給提供保障，林地資源為111 046.01 hm2，還擁有4A級(jí)旅游景區(qū)“善洲林場(chǎng)”，分別占施甸縣總面積的56.86%和22.05%。整體地勢(shì)較為復(fù)雜，海拔由560 m變化到2 895.4 m，起伏大，有發(fā)生洪水、泥石流、滑坡等災(zāi)害的可能，因此自然災(zāi)害的治理是施甸縣的當(dāng)務(wù)之急。施甸縣自在2002年實(shí)施“退耕還林”政策以來(lái)，堅(jiān)持把生態(tài)保護(hù)放在第一位，不斷加大造林力度，有效緩解景觀格局惡化、生物多樣性匱乏等嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。但不同土地利用類(lèi)型、強(qiáng)度對(duì)應(yīng)不同的農(nóng)業(yè)需求，同時(shí)坡耕地造林是生態(tài)修復(fù)的重要保護(hù)措施，因此明確退耕還林的具體形式可以使施甸縣走上一條經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益共贏的道路，為施甸縣國(guó)土空間優(yōu)化決策理論研究提供支持。

圖1 研究區(qū)示意圖

1.2 數(shù)據(jù)源及預(yù)處理

本文使用了多源數(shù)據(jù)，主要包括：第三次國(guó)土調(diào)查數(shù)據(jù)來(lái)自云南省自然資源廳，包括林、草、園、耕、建設(shè)用地和水體等各類(lèi)用地，其中本文研究的林地又細(xì)分為喬木林地、灌木林地、竹林地和其他林地；森林生物量結(jié)果來(lái)自云南省林業(yè)和草業(yè)局；DEM數(shù)據(jù)來(lái)自地理空間數(shù)據(jù)云（http://www.gscloud.cn），經(jīng)過(guò)ArcGIS重采樣處理，最后形成分辨率為30 m的數(shù)據(jù)；本文所使用的海拔、坡度、景觀元素通過(guò)柵格處理計(jì)算得到；施甸縣鳥(niǎo)類(lèi)物種品種來(lái)自于中國(guó)觀鳥(niǎo)記錄中心（http://www. birdreport.cn/）；鳥(niǎo)類(lèi)具體的飲食特征和平均體重均來(lái)自（http://www.zoology.csdb.cn/），本研究的擴(kuò)散距離中值基于以上物種信息計(jì)算得到；價(jià)值當(dāng)量因子來(lái)自謝高地的專(zhuān)家評(píng)估[20]；行政邊界等空間信息數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家目錄地理信息服務(wù)（www.webmap.cn）。結(jié)合國(guó)土空間規(guī)劃編制實(shí)地調(diào)研工作，獲取了退耕還林潛在區(qū)域、生物量參數(shù)、自然保護(hù)區(qū)（包括施甸善洲省級(jí)森林自然公園，以及野鴨湖省級(jí)濕地自然保護(hù)區(qū)、摩蒼省級(jí)野生動(dòng)物保護(hù)區(qū)、蘆子園國(guó)家級(jí)野生動(dòng)物保護(hù)區(qū)、尖山省級(jí)野生動(dòng)物保護(hù)區(qū)和魚(yú)洞濕地保護(hù)區(qū)）等數(shù)據(jù)。本研究使用的空間數(shù)據(jù)統(tǒng)一采用CGCS2000地理坐標(biāo)，空間分辨率均轉(zhuǎn)化為30 m，研究年份均為2019年。

2 研究方法

本文的退耕還林對(duì)生物多樣性保護(hù)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值影響分析主要從情景設(shè)定、林地連通性分析、當(dāng)量因子的空間精細(xì)化修正和連通性?xún)r(jià)值化等角度研究。該研究劃分出4種情景，即現(xiàn)實(shí)情景（情景I）與3種退耕情景（情景II、情景III與情景IV），采用形態(tài)空間模式分析提取生態(tài)源地，利用conefor軟件進(jìn)行連通性和斑塊重要性的分析。采用修正的當(dāng)量因子和連通性?xún)r(jià)值化模型計(jì)算生物多樣性保護(hù)的價(jià)值，以基準(zhǔn)情景為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)比各個(gè)情景下的生物多樣性保護(hù)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值的差異性，從而確定最佳退耕模式。在這過(guò)程中為確?？臻g異質(zhì)性，本文從非生物和生物因素兩方面修正森林的生物量和由生物量決定的生物多樣性保護(hù)價(jià)值的系數(shù)，具體技術(shù)路線見(jiàn)圖2。

圖2 研究框架

2.1 多情景土地利用變化模擬

退耕還林作為國(guó)土空間規(guī)劃、生態(tài)修復(fù)功能的一項(xiàng)重大生態(tài)工程，將致力于增加森林覆蓋率，整治坡耕地的水土流失，更好地解決土地資源的低效利用問(wèn)題。考慮到部分以農(nóng)田為棲息地的物種生存問(wèn)題，面向施甸縣未來(lái)退耕還林的戰(zhàn)略重點(diǎn)應(yīng)聚焦在耕地和林地的數(shù)量和結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化上，以增加生物多樣性保護(hù)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值，限制耕地的大面積無(wú)序還林。

本文在情景設(shè)定過(guò)程中參考《關(guān)于進(jìn)一步完善政策措施鞏固退耕還林還草成果的通知》（自然資發(fā)[2022]191號(hào)）等政策和施甸縣土地利用的歷史變化規(guī)律，并結(jié)合形態(tài)空間模式分析計(jì)算生態(tài)源地的數(shù)量結(jié)構(gòu)和空間分布[21]，以面積大小作為土地利用數(shù)量的約束對(duì)象，確定三種不同強(qiáng)度的退耕還林的情景和現(xiàn)狀情景進(jìn)行比較。具體情景參數(shù)描述如下：

1）情景I：該情景以現(xiàn)實(shí)情景作為對(duì)比分析的重要依據(jù)，保持現(xiàn)有的土地利用結(jié)構(gòu)和分布，利用形態(tài)空間模式分析將林地像元作為前景，非林地像元作為背景。

2）情景II：將所有坡度大于25°的坡耕地轉(zhuǎn)為林地，采用形態(tài)空間模式分析將林地和25°以上坡耕地的像元作為前景，非林地為背景。

3）情景III：將所有坡度大于20°的坡耕地轉(zhuǎn)為林地，利用形態(tài)空間模式分析將林地和20°以上坡耕地的像元作為前景，非林地為背景。

4）情景IV：將所有坡度大于20°的坡耕地轉(zhuǎn)為林地，同時(shí)從即可恢復(fù)和工程可恢復(fù)用地中耕地后備資源補(bǔ)充為耕地。由于即可恢復(fù)用地恢復(fù)耕種的操作較為簡(jiǎn)單，可將其全部轉(zhuǎn)為耕地，而工程可恢復(fù)用地需要工程操作才能恢復(fù)耕種，只能將部分工程可恢復(fù)用地轉(zhuǎn)為耕地。根據(jù)云南省耕地后備資源劃定標(biāo)準(zhǔn)[22]可知，全省可開(kāi)墾土地資源分布在地形坡度為6°～18°和20°～25°。按照此要求，利用形態(tài)空間模式進(jìn)行進(jìn)一步分析。

2.2 目標(biāo)物種選擇

目標(biāo)物種選擇對(duì)生物多樣性和自然保護(hù)景觀規(guī)劃有重大意義。本文選擇了4種在研究區(qū)長(zhǎng)期生活的鳥(niǎo)類(lèi)作為目標(biāo)物種，其中包括：灰燕鵙（Artamus fuscus）、山鷦鶯（Prinia superciliaris）、距翅麥雞（Vanellus duvaucelii）和黑翅雀鵯（Aegithina tiphia）。飲食類(lèi)型也包含了食肉動(dòng)物（Carnivore）、食草動(dòng)物（Herbivore）和雜食動(dòng)物（Omnivore）合并的兩種類(lèi)型。具體原因包括：1）以上物種均是施甸縣境內(nèi)野生保護(hù)動(dòng)物，對(duì)維護(hù)生物多樣性和生態(tài)平衡起到重大意義。2）物種所引起的擴(kuò)散距離不同，對(duì)研究區(qū)的連通性體現(xiàn)出不同尺度的效應(yīng)。

本文根據(jù)鳥(niǎo)類(lèi)飲食的生理特征和平均質(zhì)量估計(jì)了鳥(niǎo)類(lèi)的擴(kuò)散距離。為了進(jìn)一步檢驗(yàn)退耕還林對(duì)連通性的影響，基于目標(biāo)物種和其他潛在動(dòng)物的散布距離構(gòu)建了一個(gè)從100 m到15 km的距離序列，具體見(jiàn)表1。

2.3 生態(tài)連通性計(jì)算

本文運(yùn)用Guidos軟件對(duì)不同情景下的林地進(jìn)行形態(tài)空間模式分析，識(shí)別重要生態(tài)源地。形態(tài)空間模式分析的結(jié)果為7種互不重復(fù)的景觀類(lèi)型：其中核心區(qū)可以分析內(nèi)部組成和分布，橋接區(qū)即景觀生態(tài)學(xué)中的廊道，是核心地之間建立關(guān)系的連接器，可以分析系統(tǒng)的連通性。二者均是有利于生物遷移和景觀連接的棲息地，故確定核心區(qū)和橋街區(qū)的林地為本文研究的生態(tài)源地。

表1 目標(biāo)物種的生態(tài)特征

棲息地的破碎化是對(duì)生物多樣性保護(hù)的主要威脅，群落中物種的空間分布和棲息地的空間配置，在評(píng)估生物多樣性保護(hù)中至關(guān)重要。生態(tài)連通性能通過(guò)促進(jìn)生物體擴(kuò)散的方式來(lái)影響群落的組成和動(dòng)態(tài)變化，由于兩個(gè)棲息地之間的最短距離可能不是主要的擴(kuò)散路線，選擇合適的棲息地?cái)U(kuò)散路線（即功能連通性）能更有效地預(yù)測(cè)和反映物種運(yùn)動(dòng)能力和生物多樣性[23]。因此生物多樣性可以通過(guò)生態(tài)連通性的大小來(lái)量度。連通性概率（）指數(shù)是根據(jù)區(qū)域和圖形結(jié)構(gòu)來(lái)評(píng)估功能連接的方法，可將棲息地大小和棲息地之間的距離這兩個(gè)重要因素結(jié)合為一個(gè)指數(shù)，是維護(hù)生物種群、生態(tài)流動(dòng)和生態(tài)功能的重要指數(shù)，即

式中a和a為棲息地斑塊和的面積（hm2），A為整個(gè)研究區(qū)的總面積（hm2），p表示斑塊和之間所有可能路徑的最大乘積概率，反映兩個(gè)棲息地斑塊間的連接強(qiáng)度，據(jù)以往研究經(jīng)驗(yàn)將p設(shè)為0.5，可計(jì)算現(xiàn)狀情景與3種退耕情景下10種假設(shè)的擴(kuò)散距離下的生態(tài)連通性。

式中表示棲息地斑塊的重要性，可以比較退耕還林前后的整體連通性差異，表明每個(gè)棲息地對(duì)維護(hù)整體連接的貢獻(xiàn)方面的重要程度，PC表示林地中所有斑塊的整體指數(shù)值，PC′表示去除單個(gè)斑塊后剩余斑塊的整體指數(shù)值。除了斑塊重要性外，斑塊分布決定空間異質(zhì)性，空間異質(zhì)性制約著所在斑塊的生態(tài)過(guò)程?；谝延醒芯?，本文采用破碎度指數(shù)可用來(lái)衡量景觀破碎性，分析斑塊分布格局[24]。

2.4 生物多樣性保護(hù)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)估

許多學(xué)者提出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與生物多樣性在空間尺度上存在相關(guān)關(guān)系[25]。生物多樣性是大多數(shù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的基礎(chǔ)，在生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程充當(dāng)調(diào)節(jié)者、服務(wù)本身和商品[26]。在本文生物多樣性被視為一種服務(wù)，即Costanza等[27]提出的生物多樣性保護(hù)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。

2.4.1 當(dāng)量因子的修正

基于謝高地等[28]提出生態(tài)服務(wù)功能強(qiáng)度與生物量成線性關(guān)系的理論，可知森林生物量的確定有助于生物多樣性保護(hù)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值的量化。當(dāng)量因子法主要依賴(lài)于土地利用類(lèi)型，不同林地類(lèi)型的差異化生物量也是修正當(dāng)量因子系數(shù)的關(guān)鍵。因此，本研究從空間精細(xì)化生物量和林地細(xì)分兩個(gè)角度，進(jìn)行當(dāng)量因子系數(shù)的修正。

本研究將現(xiàn)狀林地細(xì)分為喬木林地、竹林地、灌木林地和其他林地，經(jīng)過(guò)實(shí)地調(diào)研得知退耕還林后的林地一般為新幼林或者疏林地，且本研究?jī)H考慮退耕還林后一年內(nèi)的森林成長(zhǎng)情況，因此將退耕還林后的林地均歸為其他林地。在每種類(lèi)型林地中，選取100個(gè)隨機(jī)地塊樣本，統(tǒng)計(jì)該地塊影響生物量的兩大生物和非生物因素[29]，其中包括生物量中的香農(nóng)多樣性和物種豐富度、非生物量中的海拔和坡度4個(gè)自變量。將各因素與各類(lèi)別林地的生物量進(jìn)行多元回歸分析得到線性關(guān)系，按照各類(lèi)林地面積比例進(jìn)行加權(quán)得到當(dāng)?shù)氐钠骄稚锪俊?/p>

以中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價(jià)值表數(shù)值、當(dāng)?shù)仄骄稚锪亢腿珖?guó)平均森林生物量為基礎(chǔ)[30]，進(jìn)一步修訂生物多樣性保護(hù)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的系數(shù)。

式中′為修正后的單位面積生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)（yuan/hm2），VC是原來(lái)土地覆蓋類(lèi)別的生物多樣性保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的系數(shù)值（yuan/hm2），為當(dāng)?shù)仄骄稚锪浚╰/hm2），為中國(guó)一級(jí)生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型單位面積平均森林生物量（t/hm2）。

2.4.2 生物多樣性?xún)r(jià)值評(píng)估

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的提供并不是單個(gè)斑塊決定的，而是斑塊間的相互作用，特別是對(duì)于物種遷移和繁衍而言[12]。生態(tài)連通性是評(píng)估物種在棲息地斑塊上移動(dòng)能力的重要指標(biāo)，斑塊可能由于不同連通性而提供不同的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和價(jià)值，因此生物多樣性保護(hù)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價(jià)值可通過(guò)生態(tài)連通性來(lái)測(cè)算。本研究基于生態(tài)連通性的角度，考慮退耕還林對(duì)生物多樣性保護(hù)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響，旨在加強(qiáng)生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)供應(yīng)，為人類(lèi)提供社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。生物多樣性保護(hù)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值（Biodiversity Ecological Service Value，BESV）依賴(lài)于當(dāng)?shù)貎r(jià)值系數(shù)、棲息地大小和空間連通性[17]，計(jì)算式如下：

式中dPC表示每個(gè)棲息地斑塊的重要性，dPC表示研究區(qū)內(nèi)棲息地斑塊重要性的最大值。

2.4.3 方法驗(yàn)證

如上所述，本文首先通過(guò)生物量修正當(dāng)量因子，基于生態(tài)連通性視角，評(píng)估生物多樣性的生態(tài)服務(wù)價(jià)值；然后根據(jù)政策設(shè)計(jì)4種情景，識(shí)別生態(tài)服務(wù)價(jià)值最高的情景，并將該情景退耕還林的耕地作為退耕還林的潛在區(qū)。為確保該方法的準(zhǔn)確性，本研究通過(guò)實(shí)地調(diào)研和模型驗(yàn)證兩種方式進(jìn)行驗(yàn)證。

1）實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證生物量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，以及生態(tài)服務(wù)價(jià)值的計(jì)算結(jié)果，依托國(guó)土空間規(guī)劃編制工作，進(jìn)行了為期10 d的調(diào)研，以怒江沿岸和重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)組成調(diào)研路線，調(diào)研的核心內(nèi)容包括當(dāng)前施甸縣的植被覆蓋情況和潛在退耕還林區(qū)域，退耕還林為施甸縣帶來(lái)的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，退耕還林目前存在的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。

本研究調(diào)研統(tǒng)計(jì)出施甸縣的1個(gè)自然公園，以及5個(gè)重要野生動(dòng)物與濕地保護(hù)區(qū)，驗(yàn)證自然公園、重要野生動(dòng)物與濕地保護(hù)區(qū)的保護(hù)等級(jí)與生物多樣性生態(tài)服務(wù)價(jià)值的匹配情況。此外，結(jié)合國(guó)土空間基本農(nóng)田保護(hù)線劃定工作，開(kāi)展了退耕還林潛在區(qū)的生態(tài)條件與管理方式調(diào)研工作。以善洲林場(chǎng)和怒江沿岸等退耕潛力較大的地區(qū)為重點(diǎn)調(diào)研對(duì)象，驗(yàn)證本研究潛在退耕還林識(shí)別結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2）模型驗(yàn)證

為了進(jìn)一步說(shuō)明基于生態(tài)連通性計(jì)算生態(tài)服務(wù)價(jià)值的有效性，本文通過(guò)生境質(zhì)量代替生物多樣性的方式來(lái)驗(yàn)證改進(jìn)模型。生境質(zhì)量（棲息地質(zhì)量）為生境提供條件的能力，決定生境物種的組成、交流及維護(hù)，也是導(dǎo)致生物多樣性惡化最突出的因素，因此生境質(zhì)量模型可監(jiān)測(cè)生物多樣性的動(dòng)態(tài)變化，特別是在生物多樣性可用數(shù)據(jù)有限的地區(qū)。InVEST 模型主要用于生境質(zhì)量的計(jì)算，已有大量文獻(xiàn)證明InVEST模型在評(píng)估生物多樣性方面是可靠的，且生境質(zhì)量與生物多樣性二者之間存在正相關(guān)的線性關(guān)系[31]。因此，本文首先驗(yàn)證生境質(zhì)量與生物多樣性之間的相關(guān)性，而后采用生境質(zhì)量作為替代指標(biāo)，驗(yàn)證生物多樣性?xún)r(jià)值變化的真實(shí)性。InVEST模型綜合考慮棲息地類(lèi)型、適宜性、敏感性和威脅因素等因素，反映生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性狀態(tài)[32]。

生境退化度：

線性衰退函數(shù)：

式中D為生境類(lèi)型中第個(gè)生境像元的生境退化程度，為生境威脅源，w為歸一化威脅因子的權(quán)重，為威脅因子所有柵格，為所有退化源，N為脅迫因子的一組柵格，w為歸一化威脅因子的權(quán)重，介于0～1之間，r為柵格的脅迫因子值，i為柵格n中的威脅因子r對(duì)柵格m的影響，β為生境保護(hù)程度，S為土地利用類(lèi)型對(duì)脅迫因子的敏感性，d為柵格與柵格的距離（km），d為威脅因子的影響范圍（km）。

生境質(zhì)量指數(shù)：

式中Q為土地利用類(lèi)型中柵格的生境質(zhì)量指數(shù)，介于0～1之間；H為土地利用類(lèi)型的生境適合度；D為土地利用類(lèi)型中網(wǎng)格的生境退化程度；為半飽和常數(shù)；為模型默認(rèn)參數(shù)，通常取2.5。

3 結(jié)果與分析

3.1 退耕還林的潛力

各情景下施甸縣耕地和林地之間的具體變化情況如表2。施甸縣的土地利用現(xiàn)狀中耕地和林地面積分別為57 568.27 hm2和111 046.01 hm2，占施甸縣總面積的29.48%和56.86%。坡度大于25°和20°以上的耕地分別為12 847.60 hm2和27 296.91hm2，占耕地面積的22.32%和47.42%，即情景II、III中由耕地轉(zhuǎn)為林地的面積分別為12 847.60 hm2和27 296.91 hm2。情景IV中由后備耕地資源為耕地的面積為6 979.49 hm2，林地轉(zhuǎn)為耕地的面積為3 840.04 hm2，故設(shè)定情景IV退耕還林后的耕地和林地總面積分別為37 251.85 hm2和134 502.88 hm2。三種退耕情景中，林地面積依次為123 893.61、138 342.92和134 502.88 hm2，占總面積的63.44%、70.84%和68.87%。故以情景I的基準(zhǔn)情景相比，退耕程度大小依此為情景III>IV>II。

表2 各情景下耕地、林地轉(zhuǎn)化情況

通過(guò)形態(tài)空間模式分析得到施甸縣各情景的土地利用空間格局如圖3所示。4種情景的生態(tài)源地的斑塊分別為465、536、499和528，數(shù)量較多，但并未隨退耕程度呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，有助于整體連通性的生態(tài)源地大多集中在南部的林地和耕地。4種情景的生態(tài)源地面積依次是21 425.20、32 266.15、27 838.22和28 507.13hm2。綜上所述，和基準(zhǔn)情景I相比，退耕效果最好的是情景II；退耕效果最差的是情景III?？梢?jiàn)，退耕還林能增加林地中生態(tài)源地總面積，但生態(tài)源地的總面積并未完全與退耕程度成正比。

3.2 生態(tài)連通性

整體而言，生態(tài)連通性隨擴(kuò)散距離增加而增加。擴(kuò)散距離在1 500 m到10 000 m區(qū)間呈顯著增長(zhǎng)趨勢(shì)，其中擴(kuò)散距離在2 500～5 000 m區(qū)間時(shí)，連通性變化最快，這說(shuō)明具有高擴(kuò)散能力的物種連通性更大。最低連通性為情景I下的最低擴(kuò)散能力的物種，其數(shù)值為3.30×106；最高連通性為情景II下的最高擴(kuò)散能力的物種，其數(shù)值為4.39×108。就各個(gè)情景而言，退耕面積相差較少，但連通性存在較大差異，具體如圖4。三種退耕情景中情景III的連通性最低，更有助于連通性的是情景II和情景IV，該結(jié)果主要取決于退耕還林后林地生態(tài)源地的破碎程度和聚集程度，而非退耕程度。

圖3 各情景林地空間形態(tài)

經(jīng)計(jì)算，退耕情景II-IV中的斑塊破碎度指數(shù)分別為2.917 1、3.212 2和2.902 5。情景III的退耕面積最大但棲息地斑塊的分布最為分散，情景IV退耕面積較少但其棲息地斑塊的分布較為聚集，故三種退耕情景的斑塊聚集度大小為情景IV>情景II>情景III。在斑塊重要性方面，最大值為情景II，最小值為情景I，主要是由于情景II中生態(tài)斑塊最多，而情景I中斑塊最少；情景III和情景IV的斑塊重要性大小相近。由此可見(jiàn)，退耕還林計(jì)劃增加了連通性，連通性的大小由斑塊面積、斑塊間的分布和斑塊的重要性共同決定。

圖4 4種情景下的生態(tài)連通性概率

3.3 當(dāng)量因子的修正結(jié)果

根據(jù)第三次土地調(diào)查分類(lèi)，林地分為喬木林地、竹林地、灌木林地和其他林地4種類(lèi)型，它們的面積依次為94 316.94 、1 585.87 、13 618.29 和1 524.92 hm2，分別占總林地的84.94%、1.43%、12.26%和1.37%。將香農(nóng)多樣性、物種豐富度、海拔和坡度4個(gè)自變量與喬木林地、竹林地、灌木林地和其他林地的生物量進(jìn)行回歸分析。

為確?；貧w方程的有效性，對(duì)回歸系數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)（表3）。結(jié)果顯示：在喬木林地生物量、灌木林地生物量、竹林地生物量和其他林地生物量上，海拔檢驗(yàn)的值分別為0.001、0.004、0.002和0.001，均低于0.01，與相應(yīng)類(lèi)型林地的生物量有顯著相關(guān)性；坡度檢驗(yàn)的值分別為0.003、0.027、0.001和0.001，該因素也均低于0.01，與相應(yīng)類(lèi)型林地的生物量有顯著相關(guān)性。

表3 生物量相關(guān)系數(shù)的顯著性和回歸方程式

將不同退耕還林情景下各地類(lèi)的平均坡度和海拔代入關(guān)系式中得到4種情景下各類(lèi)林地生物量，按照各類(lèi)林地面積比例進(jìn)行加權(quán)平均森林生物量分別為186.91 、181.22、175.30和175.97 t/hm2。根據(jù)修正當(dāng)量因子公式和全中國(guó)平均森林生物量密度約為120 t/hm2，可得4種情景下系數(shù)為1.56、1.51、1.46和1.47。從修正當(dāng)量角度看，修正當(dāng)量系數(shù)最大值為情景II，其退耕程度最小，但卻為中最有利的退耕情景；最小值為情景III，其退耕程度最大，但卻沒(méi)取得相應(yīng)的成效。

3.4 森林生物多樣性保護(hù)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值

隨著擴(kuò)散距離增大，情景I即現(xiàn)狀情景的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值由31 110 624.78元增加到81 754 375.23元，呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。情景II、III、IV整體呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，分別從43 595 565.40元到112 013 403.57元、33 791 374.54元到86 416 947.16元和32 679 739.31元到97 469 384.10元。3種退耕情景森林的生物多樣性保護(hù)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值均呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，依次增加了3.02×107元、4.7×106元和1.57×107元，退耕還林計(jì)劃可以通過(guò)增加生態(tài)連通性和生物量的方式增加生態(tài)服務(wù)價(jià)值。情景III雖退耕程度最大，但生態(tài)連通性和修正當(dāng)量的系數(shù)并未實(shí)質(zhì)性增加，故而森林的生物多樣性保護(hù)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值并未大幅度增加。部分?jǐn)U散距離中，也存在有大浮動(dòng)的極值，如情景II中當(dāng)擴(kuò)散距離為500 m時(shí)，其生態(tài)服務(wù)價(jià)值達(dá)到了最大值113 948 882.48元，擴(kuò)散距離為2 000 m時(shí)，在情景III和IV情況下也出現(xiàn)了小幅度下降的趨勢(shì)，具體見(jiàn)表4。

表4 不同情景下生物多樣性保護(hù)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值

以上結(jié)果表明：對(duì)于大多數(shù)物種來(lái)說(shuō)，與情景I的現(xiàn)狀林地相比，退耕還林對(duì)生物多樣性保護(hù)有著積極影響。退耕情景II方案明顯是3種退耕還林的最優(yōu)解，情景IV次之，退耕成效最差的為情景III。

3.5 方法驗(yàn)證結(jié)果

1）實(shí)地調(diào)研

結(jié)合國(guó)土空間規(guī)劃與實(shí)地調(diào)研，確定了以省級(jí)自然公園為主體的自然保護(hù)地體系。其中，施甸善洲省級(jí)森林自然公園為省級(jí)自然公園；蘆子園國(guó)家級(jí)野生動(dòng)物保護(hù)區(qū)為國(guó)家級(jí)保護(hù)區(qū)；野鴨湖省級(jí)濕地保護(hù)區(qū)、摩蒼省級(jí)野生動(dòng)物保護(hù)區(qū)、魚(yú)洞濕地保護(hù)區(qū)和尖山省級(jí)野生動(dòng)物保護(hù)區(qū)為省級(jí)保護(hù)區(qū)，6個(gè)自然保護(hù)地的生物多樣性保護(hù)重要性依次下降。

結(jié)合生物量，基于生態(tài)連通性，計(jì)算各個(gè)保護(hù)區(qū)生物多樣性保護(hù)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值，結(jié)果如表5所示。除了擴(kuò)散距離2 km和5 km的摩蒼省級(jí)野生動(dòng)物保護(hù)區(qū)、魚(yú)洞濕地保護(hù)區(qū)外，其他計(jì)算結(jié)果均與生物多樣性保護(hù)重要性的排序一致，即生物多樣性保護(hù)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值依次為施甸善洲省級(jí)森林自然公園、蘆子園國(guó)家級(jí)野生動(dòng)物保護(hù)區(qū)、野鴨湖省級(jí)濕地保護(hù)區(qū)、摩蒼省級(jí)野生動(dòng)物保護(hù)區(qū)、魚(yú)洞濕地保護(hù)區(qū)和尖山省級(jí)野生動(dòng)物保護(hù)區(qū)。

此外，調(diào)研結(jié)果表明，退耕還林潛在區(qū)集中于怒江沿岸。怒江1 000 m緩沖區(qū)內(nèi)坡度超過(guò)25°的坡耕地面積為7 654.04 hm2，占全域坡度超過(guò)25°的坡耕地面積的80.13%。受到地形與生態(tài)條件限制，怒江沿岸坡耕地水土流失嚴(yán)重。同時(shí)，怒江沿岸的坡耕地與自然保護(hù)區(qū)林地、國(guó)家級(jí)與省級(jí)公益林大量重合，亟需恢復(fù)原有森林植被與生物多樣性。根據(jù)情景模擬，情景II（25°以上耕地退耕為林地）為最佳的退耕模式。該情景下退耕工程量較小，且生態(tài)服務(wù)價(jià)值較大，與實(shí)地調(diào)研結(jié)果一致。

表5 6種自然保護(hù)區(qū)下各擴(kuò)散距離的生物多樣性保護(hù)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值

2）模型驗(yàn)證

InVEST的生境質(zhì)量模塊進(jìn)行評(píng)估計(jì)算生境質(zhì)量，該模塊主要利用土地利用數(shù)據(jù)和生物多樣性的威脅因素。本文據(jù)參考文獻(xiàn)并結(jié)合研究區(qū)的概況[33]，選擇受影響較大的旱地、水田、交通用地、農(nóng)村用地和城鎮(zhèn)用地作為脅迫因子，建立其與土地類(lèi)型之間的敏感程度（表6）。結(jié)合距離和權(quán)重和衰退方式計(jì)算生境質(zhì)量指數(shù)（表7），該指數(shù)在0～1之間，數(shù)值越大，表示生境越好。

隨機(jī)選取4種情景的100塊生態(tài)源地，計(jì)算生境質(zhì)量，分析生境質(zhì)量與生物多樣性的生態(tài)服務(wù)價(jià)值的相關(guān)性。結(jié)果顯示，4種情景下生境質(zhì)量分別為0.699、0.845、0.753 9和0.841，該結(jié)果與生物多樣性生態(tài)服務(wù)價(jià)值的排序符合（情景II>情景IV>情景III>情景I），4種情景下生境質(zhì)量與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)均存在顯著的正向線性相關(guān)關(guān)系。為確保檢驗(yàn)結(jié)果的有效性，引入回歸方程中的檢驗(yàn)，4種情景的檢驗(yàn)值分別為0.020、0.023、0.044、0.037，值均小于0.05（圖5），此結(jié)果表明本文所設(shè)計(jì)的生物多樣性保護(hù)生態(tài)服務(wù)價(jià)值計(jì)算模型具有合理性。

表6 土地利用類(lèi)型對(duì)威脅因子的敏感程度

圖5 生物多樣性的生態(tài)服務(wù)價(jià)值與生境質(zhì)量的相關(guān)分析

表7 威脅因子的影響范圍、權(quán)重和衰退方式

4 討 論

4.1 生物多樣性保護(hù)的價(jià)值的影響因素

影響生物多樣性保護(hù)的價(jià)值因素主要是生態(tài)連通性和當(dāng)?shù)匦拚蟮漠?dāng)量因子。從生態(tài)連通性角度，擴(kuò)散距離大于1 000 m的更高擴(kuò)散能力物種所帶來(lái)的生物多樣性保護(hù)的價(jià)值更多，擴(kuò)散距離和生物多樣性保護(hù)的價(jià)值雖無(wú)明顯線性關(guān)系，但也表明生態(tài)連通性有助于生態(tài)系統(tǒng)功能的發(fā)揮[34]。生態(tài)連通性可以促進(jìn)繁殖體的擴(kuò)散和能量交流，而物種的擴(kuò)散和能量交換可以作為繁殖的來(lái)源，因此生態(tài)連通性有利于生物多樣性保護(hù)。森林總面積、森林斑塊破碎度分別對(duì)價(jià)值評(píng)估有著正向和負(fù)向影響，在決定森林生物多樣性功能方面，森林斑塊破碎度比森林斑塊面積更重要[35]。

從修正當(dāng)量角度，海拔和坡度為影響生物量的主要因素，林地的生長(zhǎng)狀況與海拔、坡度密切相關(guān)[36]；林地的異質(zhì)性結(jié)果顯示，林地類(lèi)型的不同可能導(dǎo)致森林覆蓋總面積不同，從而影響森林的生物量計(jì)算。為能精確適配不同林地類(lèi)型的差異化生物多樣性?xún)r(jià)值的特征和差異，本文改進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的系數(shù)表，更能精細(xì)空間數(shù)據(jù)、利于價(jià)值評(píng)估和模型建立。因此，修正當(dāng)量和生態(tài)連通性可作為生物多樣性保護(hù)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)方面的指標(biāo)[17]。修正當(dāng)量和連通性?xún)r(jià)值化評(píng)估的方法可以應(yīng)用于區(qū)域結(jié)構(gòu)和森林空間分布的研究，更有助于在區(qū)域規(guī)劃過(guò)程中對(duì)提供生物多樣性保護(hù)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行指導(dǎo)[37]。

在生物多樣性及其服務(wù)價(jià)值評(píng)估方面，以往研究方法主要分為三種：實(shí)地調(diào)查、生態(tài)指標(biāo)和生態(tài)模型[38,39]。已有學(xué)者以云南為研究區(qū)[40]，采用綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)模型（PANDORA）對(duì)生物多樣性保護(hù)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估并進(jìn)行模型的驗(yàn)證，也強(qiáng)調(diào)了生態(tài)連通性對(duì)生物多樣性保護(hù)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值結(jié)果影響敏感。上述結(jié)果與本文采用實(shí)地調(diào)研和模型計(jì)算所得到的結(jié)果一致。

4.2 各個(gè)情景與生物多樣性保護(hù)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值之間的關(guān)系

研究結(jié)果表明，通過(guò)模擬退耕還林情景，林地與耕地資源得到有效補(bǔ)充和轉(zhuǎn)化，能在一定程度緩解耕地?cái)U(kuò)張?jiān)斐傻呢?fù)面影響并保障糧食安全，有助于國(guó)土空間格局的優(yōu)化利用。3種退耕情景后的生物多樣性保護(hù)服務(wù)價(jià)值綜合效果最好的是退情景II，其次是情景IV，最后為情景III，而退耕程度大小依此為情景III>情景IV>情景II。森林的生物多樣性保護(hù)的服務(wù)價(jià)值并未與退耕的面積呈正相關(guān)變化，故退耕程度不是導(dǎo)致研究區(qū)生物多樣性保護(hù)價(jià)值變化的最直接原因。退耕還林的退耕方式、連通性和修正當(dāng)量等其他因素共同作用于生物多樣性保護(hù)和生態(tài)服務(wù)價(jià)值[41]。退耕方式是影響生物多樣性保護(hù)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值的主要原因，考慮到農(nóng)業(yè)用地的集約利用和非森林木本植被在陡坡上自發(fā)生長(zhǎng)，優(yōu)化未來(lái)情景可以增加其空間結(jié)構(gòu)的連通性，從而提高生物多樣性[42]。為了保護(hù)生物多樣性及其提供的生態(tài)服務(wù)功能，應(yīng)謹(jǐn)慎嘗試退耕還林的方法，可選擇本文的模型方法，其結(jié)果將為推動(dòng)新一輪退耕還林提供參考。這種估算生物多樣性保護(hù)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值的方法將實(shí)現(xiàn)森林生態(tài)服務(wù)功能的有償使用，界定實(shí)際補(bǔ)償范圍，從而改變單純依靠國(guó)家財(cái)政開(kāi)展退耕還林的局面，為建立退耕還林生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制提供有益參考[43]。

4.3 局限性和未來(lái)的研究方向

本文僅考慮空間變化而未考慮時(shí)間變化帶來(lái)的局限性，無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)估實(shí)施退耕還林后的森林狀況以及建模的不確定性，只能進(jìn)行粗略模擬。未來(lái)研究可以通過(guò)引入不同區(qū)域的實(shí)例，將影響當(dāng)量因子的時(shí)間因素代入研究區(qū)內(nèi)，探究當(dāng)量系數(shù)的時(shí)空變化。但本文選擇的研究區(qū)具有明顯的坡度和海拔效果，將有助于闡明選擇效應(yīng)和研究結(jié)果推廣的適當(dāng)范圍[44]；模擬情景中的土地利用變化影響研究區(qū)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能特征，將生態(tài)連通性作為指標(biāo)引入退耕還林的生物多樣性保護(hù)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值估算中，并考慮空間精細(xì)化問(wèn)題，是當(dāng)前研究中未探究的領(lǐng)域；通過(guò)實(shí)地驗(yàn)證生物多樣性豐富度的方式，充分檢驗(yàn)本研究方法的科學(xué)性，增加了模型可信度。因此，本文有效的生物多樣性服務(wù)價(jià)值評(píng)估方法有助于生物多樣性保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的權(quán)衡取舍，模型優(yōu)化過(guò)程為政策決策者提供最佳的退耕還林的方案，以便更好地完善退耕還林制度。

5 結(jié) 論

本研究利用土地利用模擬情景的設(shè)定，從生態(tài)連通性和當(dāng)量修正的角度評(píng)價(jià)退耕還林帶來(lái)的生物多樣性保護(hù)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化。在此框架中，考慮到不同區(qū)域的空間異質(zhì)性問(wèn)題，對(duì)連通性?xún)r(jià)值化的空間精細(xì)化問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)。以云南省保山市施甸縣為案例區(qū)，得出主要結(jié)論如下：

1）在所有情景下，施甸縣的林地核心區(qū)主要分布在施甸縣的東南部。退耕程度大小依此為情景III>情景IV>情景II；在形態(tài)空間模式的源地分析中，情景II的退耕效果最好，而只考慮退耕面積的情景III效果最差；修正當(dāng)量結(jié)果中，系數(shù)最大值為情景II，最小值為情景III；生物多樣性保護(hù)的的價(jià)值評(píng)估中，價(jià)值最大為情景II，最小值為情景III，故最終的退耕選擇方案為情景II。

2）對(duì)于擴(kuò)散距離大于1 000 m的高擴(kuò)散能力的物種，生態(tài)連通性對(duì)生物多樣性保護(hù)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值的影響呈現(xiàn)正向作用。根據(jù)斑塊的面積和斑塊間的生態(tài)連通性，可以有效地反映生物多樣性，從而根據(jù)生物多樣性的變化判定退耕還林造林政策的影響。

3）本文從生態(tài)連通性和當(dāng)量的空間精細(xì)化修正角度評(píng)估生物多樣性保護(hù)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值，更有利于討論退耕還林的方案。生物多樣性保護(hù)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值并非完全取決于退耕的面積，更多取決于斑塊之間的結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系和空間位置等因素。因此，退耕還林的實(shí)施務(wù)必與影響林地植被的其他過(guò)程以及地理空間變化進(jìn)行有效結(jié)合，這些工作為促進(jìn)退耕還林的政策完善和目標(biāo)制定提供了依據(jù)。

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Potential impacts of multi-scenario farmland reforestation on the biodiversity conservation values of forests

Zhao Bingbing1, Liu Dianfeng1,2※

(1.,,430079,;2.430079,)

Farmland reforestation can exert some positive impacts on the biodiversity conservation in forests. It is very necessary to evaluate the response of ecosystem services to biodiversity conservation in recent years. Particularly, the ecosystem assessment of biodiversity conservation can greatly contribute to the decision-making on returning farmland to forests for future ecological benefits. There is a heterogeneous spatial distribution of biodiversity conservation functions, depending mainly on habitat fragmentation, corridors, and ecological connectivity. Among them, a key indicator of biodiversity conservation function can be the response process of ecological connectivity to the policy of returning farmland to forests. In previous studies, the equivalence method was widely employed to calculate the ecosystem service value of biodiversity conservation. However, the spatially explicit assessment of ecosystem service values cannot be performed without considering the effect of different woodland categories on the equivalence coefficients. Furthermore, farmland reforestation can benefit from the balance of economic development and ecological conservation during the spatial land allocation, especially in a fluctuating terrain with a large probability of natural disasters. Taking Shidian County, Yunnan Province, China as the study area, this study aims to clarify the effect of three farmland reforestation scenarios on the biodiversity conservation values of forest land. The morphological analysis model and ecological connectivity index were integrated to identify the ecological importance of the forest patches. The spatial relationship with the local physical factors (slope and forest coverage) was selected to adjust the coefficients of ecological service value for the biodiversity conservation in the various types of forest land. The changing trend of values was used to determine the maximum benefit and the feasibility of returning farmland to forests under different scenarios. The results showed that the farmland reforestation significantly altered the land use structure and pattern. The ecological source areas of the four scenarios were 21 425.20, 32 266.15, 27 838.22, and 28 507.13 hm2, respectively. The ecological connectivity showed a significant increase in the diffusion distance from 1500 to 10000 m. There was an upward trend in the ecological service value of forest biodiversity conservation under the different scenarios, increasing by 3.02×107, 4.7×106, and 1.57×107Yuan, respectively, with the increase of species dispersal distance. There was a high significance between the biomass with the slope and altitude in the different types of forest land. Therefore, the maximum revised equivalence factor was obtained as Scenario II, according to the revised equivalence factor formula and the average forest biomass density in China. Scenario II presented the least conversion of farmland to forest. In the value assessment of biodiversity conservation, the maximum and minimum were Scenario II, and III, respectively. Correspondingly, Scenario II can be expected to increase the ecological service value of biodiversity conservation. Anyway, the spatial structure and distribution of forest habitats can also provide solid guidelines for the decision making on reforestation policies and ecological compensation, as well as the intensity of farmland reforestation.

farmland reforestation; biodiversity; ecosystem services; ecological connectivity; coefficient correction

10.11975/j.issn.1002-6819.2022.20.027

X171.1

A

1002-6819(2022)-20-0239-11

趙兵兵，劉殿鋒. 多情景退耕還林對(duì)林地生物多樣性保護(hù)價(jià)值的潛在影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2022，38(20)：239-249.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.20.027 http://www.tcsae.org

Zhao Bingbing, Liu Dianfeng. Potential impacts of multi-scenario farmland reforestation on the biodiversity conservation values of forests[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2022, 38(20): 239-249. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.20.027 http://www.tcsae.org

2022-03-29

2022-10-07

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（42171414；41771429）

趙兵兵，研究方向?yàn)橥恋卣闻c生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。Email：zhaobingbing@whu.edu.cn

劉殿鋒，博士，教授，主要研究方向?yàn)橥恋刭Y源可持續(xù)利用、土地利用生態(tài)效應(yīng)與優(yōu)化決策。Email：liudianfeng@whu.edu.cn