李 晶，張微微，2

(1陜西師范大學(xué)旅游與環(huán)境學(xué)院，陜西西安 710062;2陜西師范大學(xué)西北國土資源研究中心，陜西西安 710062)

關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價(jià)值量時(shí)空變化

李 晶1，張微微1，2

(1陜西師范大學(xué)旅游與環(huán)境學(xué)院，陜西西安 710062;2陜西師范大學(xué)西北國土資源研究中心，陜西西安 710062)

【目的】科學(xué)、準(zhǔn)確地量化農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的涵養(yǎng)水源服務(wù)，有助于其更好地發(fā)揮調(diào)節(jié)水源、穩(wěn)定水源供應(yīng)的作用，以緩解水源短缺的危機(jī).【方法】在3S技術(shù)支持下，采用土壤蓄水法估算了關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)量，并采用影子工程法、成本估算法等計(jì)算了其涵養(yǎng)水源的價(jià)值量.【結(jié)果和結(jié)論】關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源量及其價(jià)值在1980—2010年的30年間呈先減少后增加的總體變化趨勢，其中，1980—2005年農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源總量從32.219億m3·年-1減少至19.691億m3·年-1，涵養(yǎng)水源總價(jià)值從21.587億元·年-1減少至13.193億元·年-1，年均減少1.56%;2005—2010年生態(tài)系統(tǒng)總涵養(yǎng)水源數(shù)量從19.691億m3·年-1增加到31.638億m3·年-1，總涵養(yǎng)水源價(jià)值從13.193億元·年-1增加到32.219億元·年-1，年均增長為7.42%.由于退耕還林還草政策的正向引導(dǎo)，在耕地面積日益減少的情況下，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的涵養(yǎng)水源量及涵養(yǎng)水源價(jià)值量依然呈增長趨勢，并具有一定的時(shí)空變化：在時(shí)間上表現(xiàn)為先減少后增加;在空間上表現(xiàn)為東南平原高，西北山地、丘陵低的變化趨勢.

關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū);農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng);涵養(yǎng)水源量;涵養(yǎng)水源價(jià)值;時(shí)空變化

隨著城市建設(shè)的不斷擴(kuò)展及退耕還林還草的政策要求，導(dǎo)致原有耕地面積不斷減少，另外由于大量噴灑農(nóng)藥和化肥及大范圍使用塑料薄膜，造成耕地的生產(chǎn)力大大降低，對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生大量的負(fù)面影響，因此開展農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值評價(jià)的研究，可以充分認(rèn)識農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的重要性，促進(jìn)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)形成良性循環(huán)，產(chǎn)生更多的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，對實(shí)現(xiàn)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義.目前，人類可利用的水資源普遍緊缺，一方面是由于用水需求增加導(dǎo)致水源的絕對短缺，另一方面是由于水源時(shí)空分布不均導(dǎo)致水源的相對匱乏［1］.然而，生態(tài)系統(tǒng)是地球水循環(huán)中重要的媒介或調(diào)節(jié)器，能夠發(fā)揮調(diào)節(jié)水源、穩(wěn)定水源供應(yīng)的作用.其中，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是受人類強(qiáng)烈干預(yù)的經(jīng)過人工馴化的自然生態(tài)系統(tǒng)，具有截流蓄水的生態(tài)服務(wù)功能［2］.因此客觀、準(zhǔn)確地評價(jià)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源服務(wù)功能，是量化農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的重要環(huán)節(jié)，可以為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)管理和區(qū)域生態(tài)安全管理提供科學(xué)決策的依據(jù).生態(tài)服務(wù)價(jià)值研究始于Costanza等［3］發(fā)表的“全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值和自然資本”，他們測算出每年整個(gè)生物圈產(chǎn)生的生態(tài)服務(wù)價(jià)值平均為33萬億美元.此后國內(nèi)外學(xué)者開始將研究對象轉(zhuǎn)為生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值.而對生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源服務(wù)價(jià)值的研究主要集中在森林和草地生態(tài)系統(tǒng)的涵養(yǎng)水源服務(wù)價(jià)值，并且進(jìn)行了較深入的研究，方法較成熟，并取得了一定的研究成果.但對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值涵養(yǎng)水源服務(wù)的研究案例較少，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)不同于森林、草原生態(tài)系統(tǒng)，其生存環(huán)境和生態(tài)效益評價(jià)也與其有很大差異，因此，其生態(tài)效益的經(jīng)濟(jì)評價(jià)有其特殊性.農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是在自然基礎(chǔ)上經(jīng)人工控制形成的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的亞生態(tài)系統(tǒng)，是地球上最重要的生態(tài)系統(tǒng)之一，提供全世界66%的糧食供給，因其具有巨大的服務(wù)功能價(jià)值，構(gòu)成人類社會存在和發(fā)展的基礎(chǔ).但人類在利用其服務(wù)功能的同時(shí)，又通過非持續(xù)的發(fā)展方式導(dǎo)致農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)以史無前例的速度退化和破壞［4-5］.因?yàn)檗r(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)受人類因素影響較多，無法形成準(zhǔn)確、統(tǒng)一的評價(jià)模型.目前只有少部分學(xué)者對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的涵養(yǎng)水源價(jià)值進(jìn)行了研究：其中何文清等［6］采用差值法對農(nóng)牧交錯(cuò)帶農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)進(jìn)行評價(jià);王勇等［2］采用替代法對佛山市農(nóng)田系統(tǒng)的截流蓄水功能進(jìn)行了研究;白楊等［7］采用降水儲量法對海河流域農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的涵養(yǎng)水源服務(wù)進(jìn)行了分析;湯潔等［8］采用替代工程法對白城市農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源服務(wù)進(jìn)行研究;莊樹宏等［9］采用影子工程法對廟島群島海岸帶農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源服務(wù)進(jìn)行了評估;肖玉等［10］采用水量平衡法在縣域尺度下對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)涵養(yǎng)水源價(jià)值進(jìn)行了探討;對稻田生態(tài)系統(tǒng)水分涵養(yǎng)也有相關(guān)的研究報(bào)道［11-13］.農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是與人類活動最為密切，也是分布最廣的生態(tài)系統(tǒng)，量化農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的涵養(yǎng)水源服務(wù)，既可以在一定程度上緩解水源短缺的問題，又可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)水源的有效調(diào)控，并可以充分利用農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的蓄水節(jié)流功能，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展.本文在確定農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的涵養(yǎng)水源物質(zhì)量和價(jià)值量的測評模型及評價(jià)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，采用影子工程法和成本估算法［14-15］對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的涵養(yǎng)水源服務(wù)功能在時(shí)空尺度上分別進(jìn)行研究.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)是《國家西部大開發(fā)“十一五”規(guī)劃》中確定的西部大開發(fā)三大重點(diǎn)經(jīng)濟(jì)區(qū)之一.該經(jīng)濟(jì)區(qū)東西寬573.44 km、南北寬276.926 km，總面積8.01×104km2，2008年末總?cè)丝跒? 863.33萬人.介于北緯 33°21'37″～35°51'15″、東經(jīng)104°34'48″～110°48'39″之間.關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)包括陜西省西安市、銅川市、寶雞市、咸陽市、渭南市、楊凌示范區(qū)、商洛市(商州、洛南、丹鳳、柞水一區(qū)三縣)和甘肅省天水市，關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)地處亞歐大陸橋中心，處于承東啟西，連接南北的戰(zhàn)略要地，是我國西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)好、自然條件優(yōu)越、人文歷史深厚、發(fā)展?jié)摿^大的地區(qū).該區(qū)主要屬于暖溫帶半干旱、半濕潤大陸季風(fēng)性氣候，降水量偏少，且季節(jié)分布不均;地形以坮塬階地為主大部分位于渭河谷地，土壤肥沃;其耕地面積相對于中東部地區(qū)而言較少，但該區(qū)卻是我國西北地區(qū)糧食主產(chǎn)區(qū)和人口稠密區(qū)之一.

1.2 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)源為1980年MSS影像、2000年LandsatTM影像和2005年和2010年Landsat-7 ETM影像，全年逐月平均降水?dāng)?shù)據(jù)，《陜西省土壤志》、《天水市土壤志》，關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)土地利用類型圖、土壤植被分布圖、自然地理基礎(chǔ)資料和野外樣點(diǎn)調(diào)查資料.數(shù)據(jù)處理平臺包括Erdas8.5和Arcgis 9.3.首先用Erdas 8.5對研究區(qū)域1980、2000、2005和2010年4年的遙感影像解譯，進(jìn)行土地利用分類，后導(dǎo)入Arcgis 9.3中實(shí)現(xiàn)4期影像的空間分析.在ArcCatalog中將1980、2000、2005和2010年4年的降水?dāng)?shù)據(jù)分別進(jìn)行建庫，然后構(gòu)建涵養(yǎng)水源測評型，并在Arcmap中提取空間屬性信息，進(jìn)行涵養(yǎng)水源物質(zhì)量與價(jià)值量測評和時(shí)空變化分析.

1.3 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源測評方法

1.3.1 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)物質(zhì)量 目前，對生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源功能的理論研究已逐漸成熟，一般有3種研究方法：土壤蓄水估算法、水量平衡核算法、多因子回歸法和地下徑流增長法.結(jié)合關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)耕地灌溉及降水的空間分布現(xiàn)狀，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)可通過農(nóng)作物截留水和土壤持水來保持降雨過程中的一部分水分，從而減少徑流，起到涵養(yǎng)水源的作用［16］.因此本文結(jié)合前人經(jīng)驗(yàn)，采用土壤蓄水估算法［17-19］測算其水源涵養(yǎng)量.

1)農(nóng)作物截流服務(wù)功能：農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)能夠通過農(nóng)作物截留降水減少和推遲地面徑流的形成，這是一種現(xiàn)實(shí)功能.從農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)減少地表水分流失的作用來說，水澆地明顯優(yōu)于旱地，間作的地塊優(yōu)于單作的地塊［20］.由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)強(qiáng)度大，隨農(nóng)產(chǎn)品輸出了大量的生理性水分，并且田間的生態(tài)用水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于生物的生理用水量［21］.其計(jì)算公式［22］如下：

式中，Q1為農(nóng)作物截留量，P為降水量，Si為i作物旱地和水澆地面積，Ki為i作物截留率，i為作物種類，n為作物種類數(shù).

2)土壤持水服務(wù)功能：農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)能夠在特定區(qū)域內(nèi)保存水源，既可維持當(dāng)前生物生長，又能保障未來水分供應(yīng)，這是一種潛在持水功能，在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中主要指土壤的有效持水量.土壤水庫是廣泛分布于陸地表層土壤內(nèi)的非飽和水體，是大氣水、地表水、土壤水、地下水、植物水等“五水”相互轉(zhuǎn)化的中樞，又是植物生長的必要水源，是人類重要的淡水資源.因此農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的持水能力主要基于土壤進(jìn)行估算，其計(jì)算公式［22］如下：

式中，Q2為土壤層截留量，Sj為j種土壤的面積，Cj為j種土壤的粗孔隙率(非毛管孔隙度)，Hj為j種土壤的深度，j為土壤類型，n為土壤的種類數(shù).

1.3.2 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價(jià)值估算模型 生態(tài)服務(wù)功能不是生物體生長發(fā)育的經(jīng)濟(jì)功能，而是對生態(tài)環(huán)境資源的支持功能［23］.農(nóng)田生態(tài)服務(wù)功能評估應(yīng)當(dāng)以生態(tài)服務(wù)的實(shí)際過程為基礎(chǔ)，而且要考慮過程的時(shí)間限度和范圍尺度，并注意人為干預(yù)強(qiáng)度和農(nóng)業(yè)管理方式對過程影響的差別，這種結(jié)果才有可比性［24-25］.因此，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)功能在進(jìn)行價(jià)值化的過程中，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1)確定核算的對象和對象的尺度范圍;2)選擇適宜且便于計(jì)價(jià)的水利工程;3)考慮人們的支付意愿.為了解決人們的支付意愿問題，乘以發(fā)展階段系數(shù)，發(fā)展階段系數(shù)可在一定程度上代表人們的支付意愿的相對水平.因此本文采用基于替代水利工程的影子價(jià)格法［26-28］來計(jì)算涵養(yǎng)水源的價(jià)值量，其計(jì)算公式為：

式中，V為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價(jià)值，Q為植被涵養(yǎng)水源的總物質(zhì)量，Qg為某種替代工程的水容量，Vg為替代水利工程的價(jià)值，l為發(fā)展階段系數(shù)(中國生態(tài)價(jià)值發(fā)展階段系數(shù)為0.217 5～0.425 7［29］).

2 結(jié)果與分析

2.1 關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)農(nóng)田的年際空間分布

農(nóng)田主要分布于地勢平坦、易于耕種的地區(qū)，旱地主要分布在關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)的西北地區(qū)，水澆地多分布于東南地區(qū)，與關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)降水東南多、西北少的空間分布基本一致.另外由于地形因素的影響，旱地主要分布在地勢崎嶇的西北地區(qū)，而水澆地主要分布在地勢平坦、氣候條件適宜的中部和東南地區(qū).

表1為關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)各年農(nóng)田面積變化情況，從整體上看，從1980—2010年的30年間農(nóng)田面積不斷減少，旱地面積也呈減少趨勢，這與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的提高及科技的發(fā)展有密切關(guān)系.

表1 關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)農(nóng)田面積年際變化Tab.1 The interannual variability of cultivated land areas in Guanzhong-Tianshui economic zone

表2為關(guān)天經(jīng)濟(jì)區(qū)1980—2010年農(nóng)田變化矩陣，從表2可以看出，1980—2000年農(nóng)田轉(zhuǎn)移到草地的面積最大，達(dá)到3 209.2 km2，與此同時(shí)，草地轉(zhuǎn)變成農(nóng)田的面積最大達(dá)2 861.1 km2.這是由于草地生態(tài)系統(tǒng)與農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)成分接近，且面積廣，主要位于地勢平坦地區(qū)，易于進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn).在生產(chǎn)技術(shù)有限的條件下，人們?yōu)榱烁嗟孬@取生產(chǎn)資料，不得不采取廣種薄收的生產(chǎn)方式大量地開墾草地，這樣的生產(chǎn)方式給生態(tài)環(huán)境帶來了極大的破壞.由于草地生態(tài)系統(tǒng)較脆弱，不足以提供農(nóng)作物所需的有機(jī)物，在地表失去草地的覆蓋后，水土極易流失，不利于進(jìn)行再生產(chǎn)，外加退耕還草政策的實(shí)施，人們只能選擇將開墾的農(nóng)田荒廢，最終變?yōu)椴莸?

2000—2005年期間農(nóng)田與林地轉(zhuǎn)化面積變化最大：林地變?yōu)檗r(nóng)田為756.1 km2，農(nóng)田變?yōu)榱值貫?29.0 km2，主要原因是21世紀(jì)初人們多以經(jīng)濟(jì)發(fā)展為重，伐林種地以提高生產(chǎn)，造成部分林地轉(zhuǎn)化為農(nóng)田.在人們大力發(fā)展生產(chǎn)的同時(shí)，對環(huán)境造成了巨大的破壞，考慮到區(qū)域發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)，政府及時(shí)提出退耕還林政策，在一定程度上緩解了生態(tài)危機(jī).

表2 1980—2010年農(nóng)田與其他土地利用類型面積年際變化矩陣1)Tab.2 The interannual variability matrix of cultivated land areas in Guanzhong-Tianshui economic zone S/km2

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，城市建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，需要更多的城市用地，造成郊區(qū)的農(nóng)田不斷被占用，諸多因素的影響下導(dǎo)致了農(nóng)田面積的不斷減少.

2.2 關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)量空間分布

由圖1可以看出，關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源量在空間分布上有以下規(guī)律：1)從整體來看，關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源量呈現(xiàn)東南多、西北少的變化趨勢.因受秦嶺山脈影響，水汽從東南到西北逐漸降低，降水呈下降趨勢，且水澆地多分布在中部和東南部，因而導(dǎo)致水源涵養(yǎng)量逐漸減少.2)從地形因素上考慮，平原地區(qū)水源涵養(yǎng)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于山地、丘陵地區(qū).平原地區(qū)耕種面積廣，農(nóng)作物有效截留量增加，且土壤持水能力增強(qiáng)，導(dǎo)致平原地區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)量較山地、丘陵地區(qū)大.3)從降水因素上看，關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)境內(nèi)山脈縱橫，地勢西北高、東南低，受季風(fēng)氣候影響，降水分布呈現(xiàn)東南多、西北少的變化趨勢.降水增多既可以增加農(nóng)作物截留量，也可以最大限度地減少徑流損失，因而可以有效地增加農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)量.最終受降水因素影響，水源涵養(yǎng)量也呈現(xiàn)出東南多、西北少的變化趨勢.4)從行政區(qū)域分布上看，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)量在行政區(qū)域基礎(chǔ)上的分布規(guī)律為：渭南市＞咸陽市＞天水市＞寶雞市＞西安市＞商洛市(部分區(qū)縣)＞銅川市＞楊凌示范區(qū).這主要受行政轄區(qū)內(nèi)的耕地面積及降水因素的影響.5)從年際變化上看，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)量年際變化規(guī)律為：1980年 ＞2010年＞2000年＞2005年，為先減少后增加的變化趨勢.其主要有以下幾點(diǎn)原因：一是從1980—2010年的30年間耕地面積不斷減少;二是降水量的年際變化大;三是人為干擾因素的不斷增加，使農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)不穩(wěn)定，導(dǎo)致水源涵養(yǎng)量呈現(xiàn)降低趨勢;四是農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的引進(jìn)，使得農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)抗壓能力增強(qiáng)，趨于穩(wěn)定;五是政府的政策導(dǎo)向，及時(shí)采取退耕還林還草政策，確保了生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展.

圖1 關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)涵養(yǎng)水源量年際變化Fig.1 The interannual variability of water conservation amount in Guanzhong-Tianshui economic zone

2.3 關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價(jià)值量空間分布

如圖2所示，關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價(jià)值量的空間分布與其水源涵養(yǎng)量的空間分布一致，呈現(xiàn)東南大、西北小的總體變化趨勢.其年際變化規(guī)律為：2010年＞1980年＞2000年＞2005年，1980年的涵養(yǎng)水源價(jià)值量達(dá)21.587億元，由于人類的不合理利用導(dǎo)致耕地面積逐漸減少，進(jìn)而導(dǎo)致其涵養(yǎng)水源的價(jià)值量也呈減少趨勢，但2005—2010年間呈現(xiàn)增加趨勢，并在2010年達(dá)32.219億元.

圖2 1980—2010年關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)單位面積涵養(yǎng)水源價(jià)值空間分布Fig.2 The spatial distribution of water conservation value in unit areas of Guanzhong-Tianshui economic zone，s farmland ecological system from 1980 to 2010

3 討論與結(jié)論

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)作為一個(gè)半人工半自然的生態(tài)系統(tǒng)，人為不確定因素較多，導(dǎo)致農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)至今未形成一個(gè)統(tǒng)一的模型來評價(jià)其水源涵養(yǎng)價(jià)值量，目前少部分學(xué)者多采用蓄水庫容法，將農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)替換為森林生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算［2，18］.雖然不精確，但是可以粗略地估計(jì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)能力，本文選擇農(nóng)作物截留量和土壤持水能力2個(gè)指標(biāo)來估算水源涵養(yǎng)能力，最大限度地將農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的相關(guān)指標(biāo)引入模型中，以期獲得更加真實(shí)可靠的數(shù)據(jù).

在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，天然水分的輸入輸出理論上是瞬時(shí)完成的，田埂與田間蓄水面之間的高度差可以短時(shí)地截流降水、減少徑流.從農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)減少地表水分流失的作用來說，水澆地明顯優(yōu)于旱地;而土壤持水能力則與所分布的土壤類型有關(guān)，土壤孔隙率的大小與持水能力呈反比關(guān)系.

關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的涵養(yǎng)水源價(jià)值的空間分布主要受耕地面積、地形因素、降水因素、政策因素和人為因素的影響.地形因素和降水因素在很大程度上決定了耕地的空間分布及耕地的類型;農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)本身的特性加入了較多的外來不確定因素，導(dǎo)致農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)更多地受人為影響，正因?yàn)槿绱巳祟悶楂@取更多利益不惜以犧牲生態(tài)環(huán)境為代價(jià)，導(dǎo)致一系列的生態(tài)危機(jī)不斷產(chǎn)生;當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到它的臨界值時(shí)，它會反過來對人類施以警告，近些年來氣候異常、災(zāi)難頻繁都是生態(tài)系統(tǒng)的反饋.為有效地遏制和解決生態(tài)危機(jī)，政府部門出臺了一系列措施來緩解惡化的局勢，最有效的當(dāng)屬“退耕還林還草”.

對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)而言，目前尚未形成完整、統(tǒng)一的評價(jià)水源涵養(yǎng)服務(wù)功能的模型，在已經(jīng)出現(xiàn)的研究模型中，多數(shù)是參考森林生態(tài)系統(tǒng)的測評模型，精度不夠，也不能完全反映農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的自身特點(diǎn).本文在模型的指標(biāo)選取上更多地考慮農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，以求測評的水源涵養(yǎng)量更加精確，并在求取價(jià)值量時(shí)采用的是更能反應(yīng)人們支付意愿及現(xiàn)實(shí)替代價(jià)格的測評模型.

本研究結(jié)果表明：1)關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)耕地面積占總面積的44%左右，其中旱地約占28%，水澆地占17%左右.從整體上看，從1980—2010年的30年間耕地面積不斷減少，主要原因在于城市建設(shè)的不斷發(fā)展需要更多的土地;旱地面積也呈減少趨勢，而水澆地面積有一定的增長趨勢，這與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的提高及科技的發(fā)展有密切關(guān)系;2)1980—2000年、2000—2005年和2005—2010年3個(gè)時(shí)間段中，其他土地利用類型轉(zhuǎn)變?yōu)楦氐拿娣e分別為3 682.9、3 854.4和2 333.3 km2，而耕地轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌恋乩妙愋偷拿娣e分別為4 006.6、4 178.3和2 657.2 km2;其中耕地與草地間轉(zhuǎn)化最多，最高達(dá)3 209.2 km2，其次是林地;3)從整體來看，1980—2010年間，關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源量呈現(xiàn)東南多、西北少的變化趨勢;平原地區(qū)水源涵養(yǎng)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于山地、丘陵地區(qū);年際變化規(guī)律為：1980年＞2010年＞2000年＞2005年，為先減少后增加的變化趨勢;4)關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價(jià)值量變化與其水源涵養(yǎng)量的空間分布基本保持一致，呈現(xiàn)東多西少、南多北少的變化趨勢.其年際變化規(guī)律為：2010年＞1980年＞2000年＞2005年，1980年的涵養(yǎng)水源價(jià)值量達(dá)21.587億元，由于人類的不合理利用導(dǎo)致耕地面積逐漸減少，進(jìn)而導(dǎo)致其涵養(yǎng)水源的價(jià)值量也呈減少趨勢，但2005—2010年間呈現(xiàn)增加趨勢，并在2010年達(dá)32.219億元.

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【責(zé)任編輯 周志紅】

Temporal and spatial variations of water conservation values in the farmland ecosystem in Guanzhong-Tianshui economic zone

LI Jing1，ZHANG Weiwei1，2
(1 College of Tourism and Environment，Shaanxi Normal University，Xi'an 710062，China; 2 Center of Land Resources Research in Northwest China，Shaanxi Normal University，Xi'an 710062，China)

【Objective】It is important to quantify the water conservation services of the farmland ecosystem scientifically and accurately，which is helpful to play roles of regulating water and stabling the water supply，alleviating the water scarcity crisis.【Method】Under 3S，the quantity of water conservation in the farmland ecosystem in Guanzhong-Tianshui economic zone was estimated by the method of soil water storage，and the value with Shadow Engineering and Cost Accounting Methods.【Result and conclusion】During the 30 years from 1980 to 2010，the change tendency of the quantity and value of water conservation in the farmland ecosystem in Guanzhong-Tianshui economic zone had been decreasing at the beginning and then increaseing.From 1980 to 2005，the water conservation quantity decreased from 3.221 9×109m3·year-1to 1.969 1×109m3·year-1，and water conservation values decreased from 2.158 7×109yuan·year-1to 1.319 3×109yuan·year-1，with an average annual decrement of 1.56%;while from 2005 to 2010，the water conservation quantity increased from 1.969 1×109t·year-1to 3.163 8×109t·year-1，and water conservation values increased from 1.319 3×109yuan·year-1to 3.221 9×109yuan·year-1，with an average annual increment of 7.42%.Under the positive guidance of returning farmland to forest/grass land policy，even if the farmland area was reducing gradually，there was an increasing trend of the quantity and value of water conservation in the farmland ecosystem in Guanzhong-Tianshui economic zone.And there was a certain temporal and spatial variation：It decreased at the beginning and then increased in the time;while in the space，it was high in in the southeast plains and low in the northwest mountainous areas.

Guanzhong-Tianshui economic zone;farmland ecosystem;water conservation quantity;water conservation value;temporal and spatial variation

X322

A

1001-411X(2014)03-0052-06

2013-06-08 優(yōu)先出版時(shí)間：2014-03-31

優(yōu)先出版網(wǎng)址：http:∥www.cnki.net/kcms/doi/10.7671/j.issn.1001-411X.2014.03.010.html

李 晶(1977—)，女，副教授，博士，E-mail:lijing@snnu.edu.cn

國家自然科學(xué)基金(41001388，41371020);陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃(2012JM5011)

李 晶，張微微.關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價(jià)值量時(shí)空變化［J］.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，35(3)：52-57.