土地整治对生态系统服务影响研究综述-开云(中国)Kaiyun

概要：生态系统服务是人类必要或间接从生态系统取得的各种惠益，建构了人类与大自然的桥梁和纽带，将科学与管理决策密切连接。全面了解和了解解读人类活动对生态环境的影响，对构建区域协商和可持续发展具备最重要意义。土地整治已沦为中国最大规模转变土地利用方式和影响陆地生态系统的有的组织的人类活动之一，深刻影响着区域乃至全国的土地利用格局和生态过程，也对生态系统服务产生了诸多影响。

在分析土地整治与生态系统服务关系的基础上，阐述土地整治通过转变土地利用/覆被的类型、结构和格局间接影响生态系统服务；通过分析土地平整和农田水利等工程措施对生态系统供给、调节、反对和文化等服务功能的直接影响，认为其既有相反影响，又有正向影响。阐述了土地整治对有所不同生态系统服务之间关系的影响，指出土地整治能影响其间的协同或者权衡关系。

总结了土地整治对生态系统服务影响的尺度效应，认为土地整治对生态系统服务的影响具备较强的尺度依赖性。明确提出了未来重点研究内容：（1）强化土地整治对生态系统结构和过程影响的研究，建构土地整治对生态过程和功能影响的方法与模型；（2）环绕土地整治影响生态系统结构与功能-生态系统服务-调节调控这一主线，增强土地整治中生态系统服务及其相互关系的研究；（3）强化土地整治的区域生态系统服务构建和优化研究，科学调控土地整治所影响的关键生态系统服务和时空布局；（4）推崇土地整治对生态系统服务影响的尺度效应，深入研究土地整治在有所不同时空尺度上影响生态系统服务的耦合机制。

希望完备土地整治对生态系统服务影响的研究，为将生态系统服务评价划入土地整治的管理决策获取科学依据。生态系统服务是人类必要或间接从生态系统取得的各种惠益。近代以来,人类活动对地球的影响范围和强度大大减小,早已沦为地球生态系统的主导者,人类对生态系统的必要和间接起到明显强化,反感介入生态系统的结构和功能,消费生态系统服务。如何全面了解和了解解读人类活动对生态环境的影响,将生态系统服务评价划入管理决策,构建区域的协商和可持续发展,是21世纪人类社会面对的联合挑战。

土地整治指为符合人类生产、生活和生态功能的必须,对未利用、陈旧利用以及闲置、损坏和发育土地展开综合治理的活动。在全球变化、较慢城镇化和经济持续发展进程中,受限的土地资源沦为日益突出的社会问题之一。世界上许多国家通过土地整治解决问题经济社会发展过程中土地利用问题，调整土地利用结构和布局，减轻人地关系。土地整治已沦为目前最大规模转变土地利用方式和影响陆地生态系统的有的组织的人类活动之一。

土地整治在增进区域经济和社会效益的同时,也对自然生态系统的空间格局和生态系统服务产生了多种影响,这些影响必须持续的给与注目和调控。近年来,中国的专家学者开始注目土地整治与生态系统服务的关系、机制和评价等研究,但尚能正处于研究的初级阶段。笔者在阐释土地整治与生态系统服务关系的基础上,总结了土地整治对有所不同生态系统服务及其相互关系的影响,分析了土地整治对生态系统服务影响的尺度效应,明确提出了土地整治对生态系统服务影响的研究未来发展,以期对中国土地整治中生态系统服务评价有所糅合和参照,增进区域的可持续发展。

1 土地整治与生态系统服务中国土地资源总量多,但是人均耕地较少,耕地后备资源严重不足,土地利用粗犷。为了确保粮食安全,国家于1998年明确提出积极开展土地整治。在1998年以前以“土地整理”概念为标志,1999—2007年以“土地研发整理”或“土地整理复垦研发”概念为标志,2008年党的十七届三中全会第一次在中央层面明确提出“土地整治”的概念,是对“土地整理”和“土地研发整理”概念的承继和发展,也是对“土地整理复垦研发”的总称。

2011年以来,中国整治农用地0.35亿hm,竣工高标准农田0.27亿hm,补足耕地184.5万hm。《全国土地整治规划(2016—2020年)》明确提出在“十三五”时期保证竣工0.27亿hm、力争竣工0.4亿hm高标准农田的目标,通过土地整治补足耕地133.3万hm;通过农用地整理改建中低等耕地0.13亿hm左右,积极开展农田基础设施建设,竣工排灌渠道900万km,竣工田间道路600万km。

土地整治的大规模实行深刻印象地影响着区域乃至全国的景观格局与生态结构和功能,同时也不会对生态系统服务导致明显影响。生态系统服务可符合人类的市场需求,对人类社会的福祉产生最重要影响,是人类存活和发展的基础。

DAILY最先明确提出了生态系统服务的概念,指出生态系统服务是指“自然生态系统及其物种所获取的能符合和保持人类生活所必须的条件和过程”。千年生态系统评估(The Millennium Ecosystem Assessment,MA)将生态系统服务分成供给服务、调节服务、反对服务和文化服务4大类。MA的取决于和评价方法主要还包括以下3种:(1)由COSTANZA等最先明确提出、在中国主要由XIE等展开改良的价值量评价法,该方法计算出来的生态系统服务价值皆以货币值为量纲,便于对生态系统服务展开较为,因倚赖人类的缴纳意愿,其结果的主观性较为强劲;(2)以空间模型(还包括InVEST、ARIES等模型)为基础的物质量评价法,使用这一评价方法得出结论的结果较客观、恒定,能较精确地评价生态系统服务,严重不足的是由于各种生态系统服务的单位有所不同,因此使用此方法无法较为和综合各种生态系统服务;(3)使用统一的以太阳能等能用能为基础测算的能值评价法,该方法有助调整生态环境与经济发展的关系,为人类了解世界获取了一个最重要的度量标准,但能值转换率计算出来分析过程非常复杂。

3种方法各有好坏,在实际研究中,不应根据研究目的、区域和尺度、精度拒绝,融合经费支出等条件自由选择适合的方法对生态系统服务展开评价。从20世纪90年代开始,为确保地球的生态安全性和增进区域协调发展,联合国通过并反对了多项牵涉到生态系统服务的国际根本性研究计划,主要有政府间气候变化专门委员会(IPCC)的全球气候变化研究、国际生物多样性计划(DIVERSITAS)、未来地球(FutureEarth)、国际长年生态监测研究网络(ILTER)、生物多样性和生态系统服务政府间科学-政策平台(IPBES)等。生态系统服务研究于是以经历着很快的发展,沦为当前生态学和地理学研究的热点领域。

2土地整治对生态系统服务的影响土地利用/覆被是解读生态系统服务构成与用于的最重要本体。一方面,土地整治通过转变土地利用/覆被的类型、结构和格局间接影响生态系统服务,土地利用/覆被变化作为一种最重要的驱动对生态系统服务的影响有数普遍研究。同时,有数研究牵涉到有所不同大自然条件和社会政策下未来基于经济发展或生态维护优先的土地利用/覆被变化情景,从而需要预测生态系统服务的变化;另一方面,土地整治通过土地平整、农田水利、田间道路和生态防水等工程措施对生态效应的影响,既有相反的,也有正向的,既有共轭的,也有不可逆的,对项目区的农作物生产、气候调节、水土保持等生态系统服务产生直接影响(表格1)。

而人类从生态系统服务价值中取得生计确保、精神享用和环境宜居等福祉,根据社会发展有所不同阶段的市场需求对生态系统服务展开权衡与优化,可为指导土地整治规划设计获取科学依据(图1)。2.1土地整治对生态系统供给服务的影响生态系统供给服务指生态系统通过初级和次级生产产生的能为人类带给必要利益的产品,还包括食品、木材、淡水等。

为了符合人类对粮食等产品的市场需求,大力应付未来气候和经济社会的变化,必须建设生产力更高更加平稳、恢复性更加强劲的农业生态系统,同时尽量减少对生态环境的负面影响。土地整治是在耕地数量骤减和粮食安全受到威胁的情况下明确提出的,其核心任务就是要提高粮食生产能力,这早已在近年来的众多研究中获得证实。张正峰等指出减少耕地面积显然是通过土地整治符合人类对粮食市场需求的最重要措施,但可能会引发一些生态问题;王军等和WU等认为土地整治能通过使用新技术提升耕地产量而提升粮食供给服务能力;HUANG等研究指出中国农村土地整治工程提高了农业生产条件,从而给粮食供给服务价值带给相反影响;吴昊针对中国东北地区土地整治研究指出通过优化农业生产结构能提升供给服务;VIALA研究了俄罗斯、法国、西班牙和阿拉伯地区的土地整治项目,认为采行提高农田生态环境等手段和措施,可以提升粮食抵挡自然灾害的能力,从而确保耕地的粮食供给能力等等。

2.2土地整治对生态系统调节服务的影响比起于土地整治对生态系统供给服务的大力影响,其对调节服务的影响具备双重性。耕地是CO2、CH4和N2O等多种温室气体的废气源之一,因而农业对气候调节服务的影响是负面的。

ANDERSON-TEIXEIRA等也认为,由于生物地球化学因素,一般情况下自然生态系统对气候调节的价值要低于耕地,土地整治等带给的耕地面积减少可能会造成区域的气候调节起到弱化。王怀乂研究指出中国湖北省通山县的土地整治项目转变了该地区耕地和林地的比例,对温室气体废气服务导致2.11万元的生态胜效益;而王瑷玲等则认为,在对中国较低山丘陵区耕地的整治中通过加剧土层、提高灌溉条件、使用覆膜栽种技术等措施,使得气候调节价值减少1倍多。

土地整治通过转变土地利用/覆被类型而影响土壤化学系性质及地表径流、土壤渗入、深层渗入等水文过程,从而调节土壤侵蚀。LIU等通过研究中国山东省新泰市的土地整治项目,认为土地整治中的客土覆盖面积、深翻等工程措施转变了土壤可蚀性;土地平整等工程转变了项目区的坡长与坡度等地形条件,对生态系统的风化掌控和泥沙调节等服务功能产生影响。刘世梁等针对丘陵地区土地整治项目创建坡面土壤侵蚀模型,结果表明,梯田建设对于土壤维持和产沙量都具备显著影响,随着坡度减少,梯田工程对于土壤维持的起到弱化,但有助增加总产沙量。土地整治对水资源调节服务的影响主要展现出在以下方面:转变地表坡度、平缓度、粗糙度等,进而影响地表径流的流向、流深和面积等属性;转变地表植被覆盖面积,影响渗入和冷却过程,同时影响杂讯、分解成水中化学物质和获取洁净水资源的能力;农田灌溉排水系统的新的规划设计、灌溉方法与技术的改版等都会影响区域水资源的配备。

AERTS等认为通过土地整治的现代农业工程措施能减少土壤水循环中的渗入、维持和蒸腾作用,还对暴风雨具备一定的调节作用;但FIRBANK等指出土地整治对水循环及水质的调节服务具备负面影响。2.3土地整治对生态系统反对服务的影响土地整治对生态系统反对服务的影响主要反映在土壤生境的构成、养分储存和循环等方面。ADL指出土地整治能增进项目区生物多样性的完全恢复;PéREZ等在多米尼加矿区的研究指出实行土地复垦能增进土壤化学系性质的提高,提升土壤的反对服务能力;原野等对中国平朔煤矿的研究指出,土地整治中地表覆盖面积和因应播种能起着加快复垦地区土壤熟化的起到;钟莉娜等以中国土地整治重大项目为事例研究找到,通过的组织和优化影响生境斑块之间物质流、能量东流的循环过程,合理的整治规划设计能有效地提高生境质量;YUAN等某种程度认为,排土场空间优化、土壤生境再生以及植被修复和景观优化等一系列整治完全恢复技术的实行,能有效地提高大型露天煤矿的土壤化学系性质,增进土壤微生物生境和生态系统完全恢复。2.4土地整治对生态系统文化服务的影响生态系统文化服务指通过精神符合、发展理解、思维、玩乐和体验美感而使人类从生态系统取得的非物质收益,主要反映在文化多样性、娱乐和生态旅游以及审美价值中。

VITIKAINEN较为分析了欧洲地区瑞典、德国、荷兰和芬兰等地的土地整治项目,指出土地整治对景观的美化、生活质量的提升和生物多样性的维护具备十分最重要的起到。严金明等认为,中国的土地整治也不应高度重视维护乡土文化,大力希望土地整治以维护乡土文明为前提,建构独有的、具备地域特征的大自然风貌、建筑民居和传统文化。近年来,中国积极开展的生态型土地整治(ecological land consolidation)对乡村景观特征的提高、乡村休闲娱乐旅游的发展以及乡村基础设施和生活条件的提高等方面愈发推崇,土地整治沦为提升乡村景观审美、增进乡村娱乐和生态旅游的最重要手段。

中国上海市郊野土地整治研究指出,生态保育、大自然维护、休闲娱乐游乐和健美康体等功能在设计实行中获得反映,充分发挥了土地整治在增进娱乐和生态旅游以及提升审美价值方面的起到。3土地整治对生态系统服务之间关系的影响土地整治对某一种生态因子的评价无法全面客观地评价其对生态系统服务的影响,各项生态系统服务之间不存在协同(同时强化或弱化)、独立国家(彼此之间影响)、权衡(此消彼长)3种有可能的相互关系。

在生态系统供给服务中,一种服务的提高经常以壮烈牺牲其他种类的供给服务或其他类型的生态系统服务为代价,对生态系统服务权衡关系的忽略可能会造成某些生态系统服务上升,以至威胁整个生态系统的平稳和安全性。研究指出,同为供给服务的农业生产和渔业养殖之间不存在权衡关系;生态系统的供给服务和调节服务之间的权衡关系尤为显著。而生态系统服务之间的协同关系不存在于水质调节与旅游景观、水源修养与土壤维持等关系中;生态系统管理须要考虑到多种生态系统服务,使其综合效益仅次于。

土地整治对土地利用结构和格局的转变不会必要导致生态系统服务之间的空间竞争,同时也不会使得多种生态系统服务类型产生协同或此消彼长的转变。例如,一些多功能的大自然和半自然生态系统经过土地整治改变为农作物生产功能较引人注目的农田,提升了生态系统的粮食生产服务而弱化了其他服务。不少研究指出,大自然和半自然生态系统不仅在生态上更为可持续,文化价值更大,而且在经济收益上也经常低于高度利用或纯粹维护的生态系统或景观,可以为人类社会获取多种服务。

FOLEY等对有所不同土地利用模式下区域的多种生态系统服务价值展开较为研究,结果表明自然生态系统的农作物生产价值较低,但其他生态系统服务价值都很高;在集约农业生态系统中,只有农作物生产的生态系统服务价值较高,其他生态系统服务价值皆较低;而在顾及有所不同生态系统服务的农业生产模式下,各项生态系统服务能平衡高效发展。基于对土地整治不会影响有所不同类型生态系统服务间关系的了解,近年来,在适当的研究中开始注目和综合考虑到多种生态系统服务,探究有所不同类型生态系统服务之间的关系。

鄢大彬等以煤矿下陷区土地复垦项目为研究对象,找到土地整治后的生态系统供给和调节服务强化,而反对和文化服务弱化;ZHANG等通过对平原农地土地整治项目区的研究认为,土地整治对粮食跃进有大力起到,但同时巩固了景观多样性等其他生态系统服务;而刘晓丽的研究指出,项目区土地整治之后各类生态系统服务是协同提升的,这的确能通过综合的生态型土地整治技术以求构建;ZHOU等预测了在土地整治情景下未来土地生态系统服务的权衡关系。土地整治的区域生态系统服务构建与优化在未来的研究中将更为重要,将为从科学知识到管理决策获取技术承托。4土地整治对生态系统服务影响研究的尺度效应尺度效应分析主要是评价和解读尺度变化对研究结果的影响,生态系统服务也不会随着研究尺度的变化而变化。土地整治对生态系统服务的影响具备较强的尺度依赖性,某一尺度上获得的研究结论必需经过尺度切换研究才能推展到另外一种尺度上应用于。

目前土地整治与生态系统服务的研究多在单一尺度上展开,获得的结果不尽相同。例如,在村域或项目区尺度上,王瑷玲等的研究指出土地整治对生态系统的气体调节服务价值减少的影响仅次于,而KE指出土地整治对废物处置的服务功能提高最显著,对气体调节服务影响较小;在县域尺度上,张正峰等和柳芳的研究得出结论土地整治引发的生态系统服务价值变化具备忽略的趋势;在市域和区域尺度上,缴光辉等的研究指出土地整治能提高生态系统服务总价值,而KINDU等和ZHAO等指出人类对土地展开的研发复垦等整治活动减少了研究区生态系统服务总价值。即使是对于同一研究区,有学者通过多尺度对比分析找到,有所不同尺度上土地整治对生态系统服务的影响也并不完全一致,而此类综合的多尺度研究不多。

例如,王军等对中国吉林省大安市土地整治项目的研究找到,项目区总的生态系统服务价值在县域、镇域和村域尺度上分别上升33.08%、14.20%和10.47%;严慎纯的研究指出土地整治导致的景观斑块非常丰富度的转变与生态系统服务价值的转变,在村域和镇域尺度上有显著相关性,且前者相关性较小,而在县域尺度上没明显相关性。有数的众多特定尺度上土地整治对生态系统服务影响的研究,获取了针对单一尺度的有益看法,但没能明晰评价土地整治对生态系统服务影响在有所不同尺度的效应,缺少尺度效应的起到机制探究,使得尺度之间无法耦合,有利于创建普适性的指标体系或模型。

5土地整治对生态系统服务影响研究的未来发展中国的生态系统服务研究已沦为影响国际涉及领域研究的最重要力量。中国地域广阔,地形简单多样,自2008年土地整治下降为国家战略以来,整治规模之大和类型之非常丰富是世界上其他国家所没的,为土地整治的生态系统服务影响研究获取了非常丰富多样的区域案例。同时,“建设生态文明”提高为“千年大计”的战略决策也为土地整治的生态系统服务研究获取了较好的发展机遇和空间。中国学者在土地整治与生态系统服务方面积极开展了有益探寻,未来中国土地整治对生态系统服务影响研究的主要方向如下:(1)强化土地整治对生态系统结构和过程影响的研究。

土地整治是在短期内有目的的通过工程和生物等措施转变生态系统结构和过程的活动,土地整治对生态系统时空结构的影响通过3S技术和景观格局分析技术更容易测度,而对生态过程和功能的影响则是长年、简单和非线性的。土地整治工程实行后,土壤水文、生物构成等都正处于动态变化之中,其生态效应必须长年定点观测和分析,然后才能定量研究物质东流和能量流对土地整治的号召过程,深入分析土地整治对生态系统的影响,建构土地整治对生态过程和功能影响的方法与模型,进而说明了这种影响机制与规律。

(2)增强土地整治中生态系统服务及其相互关系的研究。由于生态系统服务源于生态系统的一种或多种功能人组,研究不应环绕土地整治影响生态系统结构与功能—生态系统服务—调节调控这一主线,基于生态系统的结构和过程,探索密切相关某种生态系统服务的指标。同时,生态系统服务之间的关系还包括协同、独立国家和权衡关系,对土地整治中生态系统服务的管理和调控不应创建在对这些关系研究的基础上。确保国家粮食安全是土地整治的首要任务,土地整治中供给服务水平拒绝低。

一般而言,生物多样性低的自然生态系统,其调节和文化服务水平较高,随着人类利用强度的减少,生态系统调节和文化服务水平渐渐减少。在大力前进生态文明建设和确保国家粮食安全的战略拒绝下,土地整治以供给服务为核心,通过区域分异、自的组织和协同理论,分区域识别土地整治影响下的供给服务与其他关键生态系统服务的空间尺度大小,清晰生态系统服务之间的慢变化、快变化相互作用关系,探究土地整治影响下生态系统服务之间的权衡、独立国家或协同关系,对区域的土地整治项目布局和生态系统服务的优化管理获取承托和指导。

(3)强化土地整治的区域生态系统服务构建和优化研究。在辨析生态系统服务协同/权衡关系的基础上,对生态系统管理展开科学决策,是确保区域可持续发展的有力承托。在土地整治影响的生态系统服务中,以粮食生产居多的供给服务与调节服务、文化服务有时是对立和矛盾的。

在土地整治实行过程中,面对着减少耕地数量、提高生态环境和减少农民收入等多重目标,因此,必需权衡关键生态系统服务功能项,科学合理地构建服务项以构建区域生态系统服务的优化,进而调控土地整治影响的关键生态系统服务和时空布局。(4)推崇土地整治对生态系统服务影响的尺度效应。土地整治影响下的生态系统服务具备空间异质性和时间动态性,且随着时空尺度的流逝再次发生转变,这样的尺度依赖性源自生态系统服务与生态过程中的尺度关联。土地整治对生态系统结构、功能和生态系统服务的构成与影响所涵括的时空尺度不尽相同,粮食、种子资源等供给服务,土壤维持、风化掌控等部分调节服务主要在项目区和局地尺度发挥作用,而气候调节、养分循环等更加多的调节、娱乐文化服务则在大范围内发挥作用。

同时,有所不同地区的大自然和社会条件不存在较小差异,在有所不同背景条件下,土地整治起到于生态系统服务的影响有所不同,而这样的较为研究不多。另外,土地整治中显化的生态系统服务起到的时间跨度也不存在差异性,如粮食生产、洪涝减慢在短期内效益显著,而水源修养和污染掌控则在长时间内发挥作用。

因此,针对土地整治实行和研究的特点,探究对于短时期和宽时期的项目区、局地、区域等有所不同时空尺度上生态系统服务的耦合机制,建构多尺度耦合模型,对构建多尺度土地整治的综合管理与调控具备最重要的科学意义和实用价值。

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