生态系统服务是指生态系统所形成和维持的人类赖以生存和发展的环境条件与效用、资源与环境基础^[1-2], 是人类直接或间接从生态系统中所得到的收益^[3], 生态系统功能是其基本来源, 人类不同层次的需求则是其形成的基本动力^[4]。关于生态系统服务的分类, Costanza等^[3]在1997年提出了17项的分类方案, De Groot等则在2002年提出了包括调节功能、提供生境功能、供给服务和信息功能4类23项的服务功能分类^[5], 而目前接受度和应用率较高的是2005年MA提出的生态系统服务功能分类, 包括供给功能、调节功能、文化娱乐功能以及支持功能4类^[6]。

农业生态系统所具有的功能和提供的服务对人类福祉具有重要贡献^[7], 中国作为世界上最大的农业大国, 农业生态系统的稳定性也直接影响了社会经济发展, 因而农业生态系统一直是生态系统服务功能价值评估的一个重要领域。在农业生产中, 茶叶是一种重要的种植作物, 随着越来越多的人把饮茶当做一种精神享受, 茶已经成为世界上最潮流、时尚的养生饮品, 全世界不断增加的饮茶需求使茶业经济发展不断受到关注, 然而关于规模不断扩大的茶叶种植活动对农业生态系统的影响的关注却相对滞后。近30年来, 学术界在生态系统服务价值研究中取得了前所未有的进展, 其中对农业生态系统服务价值的研究近十几年来也取得了一些成果^[8], 但目前针对我国规模化、专业化茶叶种植对农业生态系统发挥服务功能的影响的相关研究还很缺乏。现有的关于茶业的相关研究, 大多从产业层面进行研究, 如茶业的经济效益^[9]、产业发展方向^[10-11]、茶产业空间分布格局^[12]等, 对茶叶的研究, 则大多是对建立生态茶园的探索、对茶园水土保持的相关研究^[13], 以及对茶园建设管理过程中面临的一些生态问题所进行的探讨^[14], 而对于茶叶种植本身对农业生态系统的影响的研究内容则不多见。

中国是全球最重要的茶叶产销大国, 茶叶销售量居世界前列, 虽然关于茶叶种植对农业生态系统的影响的相关研究不多, 但伴随着饮茶热潮的发展, 近十几年来我国茶叶却以不断增产的趋势发展, 茶叶种植面积也伴随着茶叶产量的增长而不断扩张(图 1)。2014年, 我国茶叶种植面积达到274.1万hm², 居世界第一, 茶叶产量达到209.2万t, 占世界茶叶产量的41.6%, 居世界首位。而在不断增产的茶叶中, 乌龙茶是除绿茶外产量最大的茶类, 而全国4/5的乌龙茶都来自福建省, 其中安溪县又是主要产区, 从2000年到2014年, 安溪县茶叶产量呈快速增长趋势, 茶叶种植面积总体上也不断扩大(图 2), 且2014年茶叶产量达到54175t, 占全国茶叶产量的2.6%, 茶叶种植面积达到4万hm², 占全国茶叶种植面积的1.5%。但安溪县茶叶产量的增长趋势大于种植面积的扩张(图 2), 因而不得不思考的是：随着单位产量地不断增加, 规模化、专业化茶叶种植除了增加经济收益, 对安溪县农业生态系统又会产生怎样的影响？

饮茶需求刺激茶业经济发展的背后, 其所催生的规模化、专业化茶叶种植对农业生态系统产生了怎样的影响？专业化茶叶种植影响下的农业生态系统服务功能又有何特征？基于对专业化茶叶种植影响下农业生态系统服务功能价值研究与探讨相关工作的的缺乏, 以及安溪县作为专业化茶叶种植大县的典型性与代表性, 本文选择安溪县作为研究案例, 通过对安溪县农业生态系统供给、调节与支持三大服务价值的评估, 设置不同茶叶种植专业化水平、不同农业种植结构、不同地貌类型3种情景, 进行专业化茶叶种植影响下农业生态系统服务功能价值的研究, 揭示种茶、饮茶热潮下, 诱人的经济效益背后, 规模化、专业化茶叶种植对农业生态系统的影响, 以期为安溪县, 甚至为我国茶业的可持续发展提供借鉴参考。

1 研究区域概况

安溪县, 古称清溪, 位于福建省东南沿海, 厦、漳、泉“闽南金三角”西北部, 隶属泉州市, 县域范围位于东经117°36′—118°17′, 北纬24°50′—25°26′。全县总面积3057.28km², 辖24个乡镇460个村居, 人口108万。安溪县是世界名茶——铁观音发源地, 素有“中国乌龙茶之乡”的美称, 以茶业闻名全中国, 号称中国茶都。目前全县茶叶主要种植品种为铁观音、黄金桂、毛蟹、本山、大叶乌龙和梅占等六个国家级茶树良种, 其中, 铁观音种植面积占50%以上, 是最主要的种植品种, 整个县域已经成为我国茶叶种植专业化区域, 从2009年起, 已连续6年位于全国重点产茶县首位。

茶业是安溪最重要的民生产业、支柱产业, 在促进农民增收和推动社会经济发展上具有举足轻重的作用。至2014年底, 全县涉茶行业总产值达到125亿元, 农民人均年茶叶收入6720元, 占农民人均纯收入的56%, 各类茶叶加工企业1000多家, 年产值500万元以上的规模企业占15%, 有80多万人口得益于茶产业。因而为保障茶叶经济的可持续发展, 重视农业产业链源头——种植业的生态友好性, 关注规模化、专业化茶叶种植对农业生态系统的影响是至关重要和具有现实意义的工作。

2 研究方法与数据来源 2.1 研究方法与数据处理 2.1.1 能值法

本研究主要通过能值法进行农业生态系统服务功能价值的量化, 以能值的大小来表征生态系统服务功能价值的大小。能值法主要是通过能值转化率和能值转换系数, 将不同单位的各种要素以类似消除量纲的方式统一表达为以太阳能(sej)为单位^[15], 使不同“质量”的产品或服务之间能够进行有效的比较与分析^[16]。该方法是对生态系统和复合生态系统进行定量分析的新方法, 可定量分析自然和人类社会经济的真实价值, 能将生态环境系统与社会经济系统统一起来, 从根本上克服了单纯着眼于生态分析或经济分析的局面, 被认为是联接生态学和经济学的桥梁, 有助于调整生态环境与经济发展的关系^[17], 被广泛用于分析国家或地区农业生态经济状态与规律^[18-20]。

2.1.2 安溪县农业生态系统服务功能价值评价指标体系构建

在对安溪县农业生态系统服务功能价值的评价中, 由于农业生态系统的文化功能较弱, 且难以量化, 因而研究只对安溪农业生态系统的供给服务功能、调节服务功能和支持服务功能进行评估, 而结合安溪的实际情况, 研究中的安溪农业生态系统主要包括了农业和林业两部分。农业生态系统受人类强烈干扰、高度依赖其他系统, 在为人类提供大量产品供给服务的同时也引起了其他一些服务的退化, 甚至出现负的环境效应^[21-22], 所以在研究中不仅研究生态系统服务功能的正服务, 也研究农业生产活动中出现的负服务。因而从供给服务、支持服务、调节服务、供给负服务、支持负服务和调节负服务6个方面构建生态系统服务功能价值评价指标体系, 对安溪县农业生态系统服务功能价值进行评估, 其中每个服务功能又由若干因子进行测度, 共19个测度因子, 具体测度指标及其能值转换率如表 1所示。

2.1.3 专业化茶叶种植对农业生态系统影响研究的不同情景设置

基于安溪县农业生态系统服务功能价值, 为进一步探究专业化茶叶种植对其价值的影响, 本研究通过不同专业化茶叶种植水平、农业不同种植结构和县域不同地貌类型等不同情景进行安溪县专业化茶叶种植影响下的农业生态系统服务功能价值评估与分析。茶叶种植专业化程度影响种植规模与茶园管理水平, 对农业供给、支持、调节功能都可能产生影响；不同种植结构其实也从另一个角度反应了茶叶种植的专业化程度, 对验证茶叶对农业系统供给能力的影响, 探究茶叶种植对系统稳定性、调节能力的影响具有重要意义；不同地貌类型通过海拔高度划分, 对茶叶种植高度的合理调控, 对农业系统水土保持有重要的影响, 尤其对农业系统支持功能的可持续服务具有重要意义。具体情景设置和数据处理如下：

(1) 不同茶叶种植专业化水平划分

通过计算Hoover地方化系数并绘制Hoover地方化曲线, 发现安溪县茶叶种植的Hoover地方化曲线呈弯曲状(图 4), 因而说明其专业化水平确实较高, 存在地理集中, 所以可进一步探究各乡镇之间茶叶种植专业化程度的空间分异。研究主要通过根据2012年年末各乡镇实有茶叶种植面积情况、区位商和集中化系数3种方法进行不同茶叶种植专业化水平的划分(表 2), 并综合3种方法计算的结果, 最终确定安溪县各乡镇茶叶种植的专业化程度级别(图 5), 共分为高度专业化、较高专业化、中等专业化、较低专业化茶叶种植和无茶叶种植5个等级, 其中非茶叶种植乡镇主要作为对照组进行设置。需要说明的时是, 在进行区位商和集中化系数的计算时, 由于数据资料的限制, 主要利用茶叶与农作物产量进行计算, 而非产值。

(2) 不同农业种植结构划分

安溪县各个乡镇都有种植的作物主要包括稻谷、薯类、花生、蔬菜、茶叶和水果, 由于宏观统计数据难以确定出各乡镇具体的种植模式, 本研究仅根据所获得的各种种植作物的种植面积数据, 通过各种作物种植面积占总作物种植面积的比重(表 3), 简单划分出各乡镇的种植结构, 共分为以茶叶种植为主(A)、“茶-稻”种植结构(B)、“茶-果”种植结构(C)、“茶-稻-蔬”种植结构(D)、“茶-稻-蔬-薯”种植结构(E)和其他无茶种植结构(F)6种结构(图 6)。研究不同种植结构下茶叶种植的生态效应时, 其中无茶种植结构作为对照组处理。

(3) 不同地貌类型划分

对安溪县进行地貌类型的划分主要是依据各乡镇的平均海拔进行划分, 各乡镇平均海拔数据主要利用安溪县DEM数据获取得到, 运用ArcGIS软件中空间分析工具中的分区统计功能, 以安溪县行政分区为分类区数据集, DEM数据(图 7)为被统计数据集, 进行分区统计(分乡镇统计), 再通过计算, 得到安溪县各乡镇的平均海拔(表 4)。对各乡镇的平均海拔按照0—200m划分为平坝、200—500m划分为丘陵、500—700m划分为低山、700—1000m划分为中低山的标准, 对笼统的“内安溪、外安溪”进行重新划分, 将安溪县分为平坝、丘陵、低山、中低山4种地貌类型进行研究(图 8), 其中平坝地貌类型主要为非茶叶种植乡镇, 作为对照组处理。

2.2 数据来源

研究数据主要来源于《安溪统计年鉴2013》^[26], 其中能值转换率相关数据主要借鉴蓝盛芳等的《生态经济系统能值分析》^[23]、H.T.Odum^[[24]和刘金娥等^[25]的研究结果, 能值折算系数相关数据和计算有机肥时所需的各种农家肥的主要养分等相关数据主要来源于陈阜^[27]的《农业生态学》, 安溪县遥感影像、DEM数据等主要来源于地理空间数据云平台。

3 结果与分析 3.1 安溪县农业生态系统服务功能价值估算结果与分析

根据农业生态系统服务功能价值评价指标体系进行了安溪县各乡镇农业生态系统供给、调节与支持正、负服务功能的估算, 通过计算结果(表 5)可以发现, 安溪县各乡镇农业生态系统中三大服务功能价值都是正服务大于负服务, 因而即使农业系统在生产过程中产生了负效应, 但是系统仍以提供正服务为主。

为研究三大服务功能价值的空间分异情况, 将计算结果通过ArcGIS软件进行空间展示(图 9), 可以发现：安溪县各乡镇农业生态系统供给、调节和支持正、负服务功能价值的空间分布情况具有一定的相似性, 县域西南部服务价值都很高, 龙涓乡、长坑乡、西坪镇和虎邱镇4个乡镇在6个正负服务价值中都具有较大的影响, 且供给正、负服务价值与支持正、负服务价值的空间分布总体上大致呈现“西高东低”的特征, 调节正、负服务在空间分布上呈现出“南高北低”的特征。

3.2 不同茶叶种植专业化水平对农业生态系统服务功能的影响

通过对安溪县各乡镇茶叶种植情况进行“高度专业化、较高专业化、中等专业化、较低专业化、无茶叶种植”5个等级的划分, 并进行空间展示, 发现其专业化等级分布在整个县域空间上具有“西高东低”的特征(图 5)。而安溪县农业生态系统中供给正、负服务以及支持正、负服务在在空间上也具有“西高东低”的特征, 所以专业化茶叶种植与供给、支持正服务和供给、支持负服务之间都存在一定的正相关关系。

为进一步研究不同茶叶种植专业化水平影响下农业生态系统服务功能价值的特征, 将各乡镇按5个茶叶种植专业化水平等级进行划分, 计算每个专业化水平下农业生态系统服务功能价值的均值作为该专业化水平的农业生态系统服务功能价值。从图 10中可以发现, 与“非茶叶种植”相比, 专业化茶叶种植的总支持服务价值较低, 但总体上总供给服务价值和总调节服务价值都较高。在总供给服务中, 供给服务价值具有“中等专业化＜较高专业化＜高度专业化”的特征, 随着专业化等级的升高, 系统的供给能力也不断提高, 其在单位面积下的供给服务价值也遵循这个规律(图 11), 因而专业化茶叶种植具有较高生产力与经济效益, 而与种植规模无关。在总调节服务中, 不同专业化等级之间没有明显的规律, 但进行专业化茶叶种植所具有的总调节服务价值要比未进行茶叶种植的高很多, 而与总量计算中位于末尾情况截然相反的是, 在单位面积下的总调节服务价值却是非茶种植等级的最高(图 11), 因而说明虽然单位面积上涉及茶叶专业化种植的农业系统在气体、气候调节方面的能力不如非茶种植农业系统, 但是一定规模的茶叶种植在最终总量调节服务价值上却具有明显的优势。在总支持服务中, 进行专业化茶叶种植的总支持服务价值要比非茶叶种植的低很多, 对比单位面积下五个专业等级的总支持服务价值之间几乎无差异的情况(图 11), 可以发现规模不断扩大的茶叶种植活动在水土保持方面具有劣势, 对农业系统水土保持功能产生了一定的负效应。虽然与供给服务价值和调节服务价值相比, 支持服务价值相对较小, 但支持负服务对系统的影响也是不可忽视的, 即专业化茶叶种植虽然具有较高的生产力和经济效益, 但在种植过程造成的水土流失也是较为严重的。

3.3 不同种植结构下茶叶种植对农业生态系统服务功能的影响

安溪县农业种植结构一共总结为6种结构, 将各乡镇按这6种不同种植结构进行分类, 并取属于该种种植结构下乡镇农业生态系统各服务功能价值的均值作为该类型种植结构的服务功能价值(图 12), 进行不同种植结构下茶叶种植对农业生态系统影响的研究。通过结果可以发现, 以茶为主的种植结构在三大服务功能方面的价值都高于无茶叶种植结构, 而6种种植结构中, “茶-稻-蔬”种植结构生态效应最好, 在总供给、调节和支持服务中的价值最高, “茶-稻-蔬-薯”的生态效应最差, 总供给服务价值甚至为负值。

与“以茶为主”的种植结构相比, “茶-果”种植结构在调节服务上具有更高的价值, 且供给服务价值与支持服务价值又仅落后很小的差距, “茶-稻-蔬”种植结构与之相比在三大服务功能价值上也都更具优势, 因而对于安溪县而言, 在进行专业化茶叶种植活动时, 应注意采用茶林、茶蔬复合生态种植结构, 专业化种植并不代表专一化种植结构, 采用混种结构或复合种植结构既能充分利用耕地资源, 又能提高生物多样性, 能够更好地实现专业化茶叶种植影响下农业生态系统经济效益与生态效益的和谐发展。但也并不是种植结构越复杂就越好, 三大服务功能价值中都有“‘茶-稻’＜‘茶-果’＜‘茶-稻-蔬’”的规律, 农业生态系统服务功能价值随着种植结构复杂程度的提高而增加, 而“茶-稻-蔬-薯”种植结构的三大服务功能价值在6种种植结构却又是最低的, 供给服务甚至以提供负服务为主, 水土流失情况较为严重。因而因地制宜, 采取适合的复合种植结构对于安溪县以专业化茶叶种植为主的农业生态系统的可持续发展至关重要。

3.4 不同地貌类型下茶叶种植对农业生态系统服务功能的影响

通过对安溪县进行不同地貌类型的划分可以发现, 内安溪海拔较高, 主要为低山和中低山, 外安溪海拔较低, 主要为平坝和丘陵, 整个县域地势呈“西高东低”的特征。为进一步具体分析不同地貌类型下安溪专业化茶叶种植对农业生态系统的影响, 将各乡镇按不同地貌类型进行划分, 取属于每种地貌类型下乡镇的农业生态系统服务功能价值的均值作为该地貌类型的农业生态系统服务价值(图 13)。

通过结果可以发现, 三大服务功能价值中都有“平坝＜丘陵＜低山”的规律, 海拔高度与农业生态系统服务功能在一定程度上存在正相关, 海拔较高乡镇的农业生态系统供给能力较高, 气体、气候调节能力也较好。虽然支持服务功能价值与海拔高度之间也具有一定的正相关, 但可以发现总支持服务价值相比供给与调节服务价值要小很多, 因而虽然安溪县农业系统支持服务以提供正服务为主, 但支持负服务价值也占了较大的比例, 土壤流失情况较严重。高海拔地貌类型区正是茶叶种植专业化程度高的区域, 所以虽然不断提高茶叶种植海拔高度可以扩大种植规模, 从而提高供给, 获取较高的经济效益, 但是不断向山顶扩张的茶叶种植活动, 不仅容易造成水土流失, 且由于茶叶种植的专业化, 一定程度上又降低了农业系统的生物多样性, 造成系统稳定性下降, 从而对农业生态系统造成了较大的负面影响。因而, 关注不同地貌类型下进行专业化茶叶种植活动对农业生态系统的影响, 一定程度上控制茶叶种植“上山”高度, 对于农业生态系统的保护具有重要意义。

4 讨论与结论 4.1 讨论

生态系统服务、功能与农业生产力之间具有紧密的联系, 而量化评估生态系统服务价值是人类对生态系统的认识成果作用于经济决策过程的纽带, 因而量化评估农业生态系统的生态系统服务功能就显得非常必要^{[6, 28]}。目前国内外对农业生态系统服务功能价值估算的研究成果, 大多是利用单位面积价值对总量的静态估算^[29]和引入生态系统服务价值当量^[30]进行计算的货币法, 或市场价值法、替代成本法和影子工程法^[31-34]等经济学方法, 这些方法实际上都缺乏对生态系统类型、质量状况的时空差异的考虑, 估算结果难以反映生态系统服务价值在空间分布上的真实状况^[35], 且由于汇率变化、统计口径等原因, 计算所得的结果可比性较差。而本研究采用能值法进行生态系统服务功能价值的量化估算, 将生态系统服务功能价值统一折算为太阳能值, 从而避免了折算为价值带来的无法横向进行有效、精确比较以及不同年份汇率变化导致的不可比较性等问题, 较全面科学地评价、分析了安溪县专业化茶叶种植对农业生态系统的影响。

安溪县农业生态系统供给、调节和支持服务都是正服务大于负服务, 系统总体上呈现出正效应, 这与其他大多数的农业生态系统服务功能价值评估研究的结果是相一致的。元媛等人^[36]对栾城县农田生态系统进行了正、负服务的研究, 肖玉等人^[34]对华北平原农田生态系统正、负效应进行综合评价, 无论是大范围的华北平原, 还是小区域的栾城县的农田生态系统, 以小麦-玉米为主要种植结构的农田生态系统都是以提供正服务为主, 而专业化茶叶种植农业生态系统也以提供正服务为主, 所以专业化茶叶种植相较于普通农田作物的种植, 对农业生态系统的负面影响还是较小的, 只要通过合理的茶园管理, 便可凸显其在供给能力、气体与气候调节能力方面的优势。不过, 产量不断增加、不断“上山”的茶叶种植活动在水土保持方面所具有的劣势也是不可忽视的。在Zeng等人^[37]在对安溪县茶叶生产链的能值与经济评估中, 发现安溪县茶叶种植过程中存在过度使用化肥的问题, 因而专业化茶叶种植造成的水土流失问题, 不仅会降低农业系统的支持功能, 也一定程度上会加剧供给负服务的效应, 降低农业系统资源投入的有效利用率, 并造成环境污染。所以为确保安溪县农业生态系统能够继续保持以提供正服务为主的状态, 实现茶叶种植大县茶业经济的可持续发展, 对茶叶种植海拔高度进行调控, 一定程度上退茶还林是必要的。

另外, 一定程度上提高茶叶种植的生物多样性, 丰富种植结构对水土保持、提高农业系统稳定性也是有益的举措。单一茶树种植会破坏茶园中天敌昆虫的栖身和繁衍, 使生物链由复杂变为简单, 会减弱系统的生物防治效果, 而且茶树长期无乔木等树木遮荫和保护, 其抗逆性也会降低, 从而影响茶树的正常生长^[38]。而复合种植结构能够极大提高系统的生产力, 增加产品、大气调节、空气净化等功能价值, 从而显著提高系统的总服务价值^[39]。很多学者对稻鱼、稻鸭等农田种植模式的研究也都表明, 复合种植模式相较于传统的单一种植模式的生态服务功能价值更高^[40-41]。不过从研究结果我们也发现, 进行茶叶种植时采取复合种植结构也并不是越复杂越好, 应该因地制宜选择合适的复合茶树种植结构, 以提高安溪县农业生态系统稳定性和服务功能, 实现茶叶经济的可持续发展。

评价生态系统服务功能价值就是评价生态系统及其过程对人类社会产生的效用^[42], 而农业生态系统及其过程不仅会提供对人类社会有益的效应, 还会产生一些损害人类社会福利的影响, 这些负效应同样会对人类社会产生深远的影响, 是不可忽略的。但目前大量有关生态系统服务研究中, 大多只考虑生态系统产生的正效应, 而忽略了生态系统在提供正效应时伴随产生的负效应。本研究则构建了由6个一级指标, 19个二级指标组成的农业生态系统服务功能价值评价指标体系, 从供给功能、调节功能和支持功能3个农业生态系统服务功能展开研究, 综合考虑其正、负效应, 较全面系统地评价了安溪县农业生态系统的服务功能价值, 为安溪县茶叶经济与农业生态系统的可持续发展提供了一定的参考依据, 也为我国茶业的生态友好发展提供了一定的借鉴。不过, 由于本研究主要基于宏观统计数据进行具体评估与分析, 因而在研究中相关的统计分析较少, 对不同种植结构与地貌类型等情景的设置也还缺乏较为客观的论证, 在今后的研究中期望可以进一步完善。

4.2 结论

以专业化茶叶种植为主的安溪县农业生态系统的供给、调节和支持三大服务的正服务都大于负服务, 虽然专业化茶叶种植对农业生态系统造成了负效应, 但是系统仍然以提供正服务为主。专业化茶叶种植具有较高的供给能力与经济效益, 在气体、气候调节方面具有一定的优势, 但对农业生态系统的支持服务也有较大的负面影响, 在专业化种植过程中水土流失情况较为严重。不过“茶-蔬”、“茶-果”等复合茶树种植结构在一定程度上能够通过增加茶园的生物多样性、提高茶叶品质, 提高系统的总服务价值, 实现茶叶经济与农业生态系统的和谐发展。因而进行适当的种植区域调控和种植结构调整将有利于农业生态系统继续以提供正服务为主发展, 实现经济与生态的可持续和谐发展。