Impact of Land Use on Ecosystem Productivity in Karst Faulted Basin ······································ SHI Chenlu, WU Xiuqin

SHI Chenlu, WU Xiuqin†

1. School of Soil and Water Conservation, Beijing Forestry University, Beijing 100083; 2. Key Laboratory of State Forestry Administration on Soil and Water Conservation, Beijing Forestry University, Beijing 100083; 3. Yunnan Jianshui Desert Ecosystem National Positioning Research Station, Jianshui 654399; † Corresponding author, E-mail: wuxq@bjfu.edu.cn

Abstract In order to objectively evaluate the impact of land use on the ecological environment in faulted basins, and reflect the complex relationship between people and land at a deeper level from changes in ecosystem services, based on multi-time series land use data and terrestrial vegetation net productivity (NPP) in faulted basins, the temporal and spatial variation characteristics of NPP in faulted basins are clarified, and the characteristics of landlevel changes in land use change intensity over many years is revealed. The life cycle assessment method is used to quantitatively analyze the impact of land occupation and land conversion on the net productivity of terrestrial vegetation in rocky desertification areas, and explores the ecological benefits of rocky desertification control. The results show that 1) the change of net primary productivity (NPP) in most areas of the study area was not significant between 2000 and 2015, NPP showed significant changes in a small part of the region with an upward trend as the main trend; 2) among the six land types, the change of forest land is stable, the growth trend of construction land is active and strong, and the grassland reduction trend is active and strong; 3) the difference between the potential vegetation productivity of forest land and the existing NPP gradually increases from west to east, and has a consistent spatial distribution with the reduction of forest land occupation, indicating that forest land distribution will affect the net productivity of forest land vegetation; and 4) the natural vegetation growth in the northern part of the study area is good. The forest vegetation in the rocky desertification areas of Liupanshui City, Pu’an County and Luliang County in the eastern region has a certain degree of natural degradation, and the国家自然科学基金(41671080)资助收稿日期: 2019–03–09; 修回日期: 2019–05–20

人类占用土地和改造土地的活动会改变生态系统的生产力, 评估土地利用对生态系统生产力的影响能够量化生态系统在人为干扰情况下的潜在自然资源生产力变化情况。土地利用会改变陆地生态系统的结构和功能[1–2], 某种土地利用类型使用面积增加意味着其他土地利用类型的使用面积减少。由于土地资源有限, 人类在改造土地的过程中往往会根据经济效益来决定土地利用类型, 获得利益最大化。但是, 土地利用类型的改变也会对陆地生态系统产生影响[3], 人类的干预将直接影响自然提供生态系统服务的能力[4], 仅考虑经济效益无法衡量土地利用对人类福祉的作用, 还要考虑在土地管理过程中产生的生态效益。为此, 评估土地利用对生态系统的影响可以量化土地管理中的生态效益, 有助于优化土地利用方式, 协调经济发展和生态环境治理的关系。

生命周期评估(life cycle assessment, LCA)方法广泛用于评价某一产品在生产过程(或服务过程)的生命周期内对环境的影响。欧美国家起步较早, 对该评估理论和方法均有广泛和深入的探讨[5]。国内研究开展较晚, 与发达国家存在一定的差距。生命周期评估方法可定量地评估土地利用变化产生的环

[6–7]境影响, 量化土地管理过程中的生态效益 。国内外学者在评估土地利用对生态系统的影响时, 大多通过生态系统失去的物种数量作为指标来估计生

[8–9]态系统的损害程度 。但是, 人类并未直接从生态系统丰富的物种中获得经济利益, 物种丰富度只能表征良好的生态系统质量, 不能直接代表生态系统的服务功能[10]。在以上研究的基础上, 欧洲学者提出净初级生产力(net primary productivity, NPP)指标, 可直接地呈现生态系统服务的潜在损失[11]。Itsubo 等[12]针对土地占用和土地转移, 分别建立土地利用NPP损害函数。一些国外学者利用该函数评估区域土地利用对生态系统生产力造成的损害,揭示不同类型的土地占用和土地转移对生态系统生产力影响的规律, 取得一些成果[10–13]。国内尚未将此方法运用到土地利用对生态系统影响的评估中,

ecological restoration effect of forest land is general; 5) 80% of land conversion types in the research area makes NPP gain. The common way to makes NPP significantly improved is to convert grassland and cultivated land into forest land; the conversion of forest land to construction land causes the most damage to NPP. Key words net primary productivity (NPP); land use intensity; faulted basin; karst; life cycle environmental impact assessment

并且, 在分析土地利用时, 很少将占用和转移分开来探讨[14–17]。石漠化是一种以人类活动为驱动力的土地退化类型。喀斯特断陷盆地长期面临石漠化问题, 该区域的土地利用冲突严重[18–19], 使得本来就匮乏的土地资源更加难以满足当地生产、生活和生态保护方面的需求, 原本就脆弱的生态环境中人地矛盾更加突出[20], 加上生态恢复项目的实施, 使得区域生态环境的人为扰动情况复杂化。人为干扰反映在空间上就是土地利用的变化, 这些变化势必影响生态系统的供给能力。因此, 亟需分析植被净生产力的时空变化规律, 评估土地利用对生态系统生产力的影响程度, 揭示土地利用与NPP时空变化之间的联系。本文基于生命周期评估理论中的土地利用NPP损害函数, 研究喀斯特断陷盆地土地利用对生态系统生产力的影响, 了解生态治理过程中土地变化对生态系统服务功能的影响程度, 为该地区未来开展合理有效的土地管理、优化石漠化生态治理机制以及缓解人地矛盾提供理论依据。

1 研究区概况

断陷盆地位于云贵高原, 介于 100°3′—105°10′E和 22°39′—29°10′N 之间, 包括滇东至四川攀西(昌)盐源地区及贵州西部的43 个县(图 1), 总面积达11.03 万 km2, 石漠化面积为1.51 万 km2。其中, 滇东地区岩溶发育典型, 石漠化严重。研究区主要包含3种地貌类型——盆地、山地和坡地, 最高海拔为 5273 m, 最低海拔为132 m, 总体地势呈西北高,东南低。年均降雨量为900~1200 mm, 年均气温为13.5~15.5ºc, 夏季多暴雨, 降水季节分配不均。盆地与周边山区的气候反差大, 与山区相比, 盆地降水量低1/3, 而蒸发量高1/3, 年均气温高4~5ºc, 盆地缺水更为严重; 盆地周边山地林草植被破坏严重,石漠化现象突出, 未利用地占比较高, 生态环境脆弱, 属山洪、泥石流多发区; 盆地内地下水文过程活跃, 水资源短缺, 制约了土地和光热资源的开发利用[21]。