2020年是消除绝对贫困, 全面实现小康社会的决胜之年, 但并不意味着贫困问题的彻底解决, 如何巩固扶贫成果仍是贫困地区的首要挑战^[1-2]。由于贫困地区与生态脆弱区、重点生态功能区存在空间上的耦合关系^[3-7], 以牺牲环境为代价的脱贫和巩固脱贫成果的方式不符合绿色发展要求。生态保护修复作为生态文明建设的重要内容^[8-11], 也是贫困地区实现乡村振兴的契机^[12]。如何在生态保护修复的同时实现脱贫致富是贫困地区面临的现实问题^[13-14], 其中科学评估生态修复要求与扶贫需求是开展生态修复与生态扶贫结合的核心内容^[15]。

生态保护修复的重要目的之一是提升区域生态系统服务^{[9, 11]}。生态系统服务理论在生态保护修复中的应用是解决生态问题的有效措施^[16], 但是目前其具体应用也主要是帮助识别生态保护与修复分区^[17-18], 很少关注生态系统服务在生态保护修复中对扶贫的作用。在经济条件落后的贫困地区, 生态系统服务是当地居民重要的生存保障^[19-20]。将生态系统服务与贫困综合考虑, 既是贫困地区生态保护修复的内在需要, 也是贫困地区进行生态扶贫的必然选择^[21-22]。

本研究选择宁武县和静乐县为研究区, 两县既是山西省汾河中上游山水林田湖草生态保护修复工程试点区, 同时也是原来的国家级贫困县, 具有典型意义。本文提出“生态系统服务-贫困”关联分析模型, 在满足生态修复需求与扶贫需求的基础上, 实现生态保护修复与生态扶贫的结合。

1 研究区概况及数据来源

宁武县和静乐县是山西省汾河中上游山水林田湖草生态保护修复工程试点区(忻州)的两个县城, 坐标介于东经111°42′43″—112°36′55″、北纬38°7′57″—39°8′41″之间。地理位置上, 宁武县与朔州市距离约35 km, 与忻州市区相距约70 km, 静乐县与忻州市区距离约68 km, 与太原市相距约70 km, 地理位置比较优越。地理空间上总体呈现“两山一川”格局, 以芦芽山、紫金山、云中山为两翼, 汾河川为中心从北到南贯穿整个研究区(图 1)。汾河流经区域常年保护力度不足, 水质水量情况日渐恶化, 且受到地形条件的影响, 研究区易发生水土流失。芦芽山地区是国家级自然保护区, 物种丰富, 景色宜人, 但缺乏有效保护。社会经济方面, 静乐县、宁武县1986年被确立为国家级贫困县；2001年又被确立为国务院扶贫开发工作重点县；2011年静乐县被划入吕梁山集中连片特困区范围；2017年山西省委、省人民政府将静乐、宁武县纳入全省10个深度贫困县之中。根据研究区2018年贫困户调查数据显示, 宁武静乐共有贫困户32164户。

本研究使用的数据包括自然地理数据和社会经济数据。其中DEM数据来源于地理空间数据云网站, 空间分辨率为30 m。土壤数据来源于第二次全国土地调查的1∶100万土壤数据, 采用的土壤分类系统主要为FAO-90。气象站点数据来源于中国气象数据网, 通过ArcGIS空间插值得到研究区年降雨量。社会经济数据包括统计年鉴, 村级行政边界数据以及贫困数据都是由宁武和静乐县政府有关部门提供。具体数据及来源如表 1所示。

2 研究方法 2.1 “生态系统服务-贫困”关联分析模型

生态保护修复的一个重要目的是提升区域的生态系统服务, 为探讨生态保护修复与生态扶贫策略的结合路径, 本研究提出“生态系统服务-贫困”关联分析模型(图 2)。根据研究区特点选取主要具有调节、支持功能的水源涵养与土壤保持服务, 以及主要具有供给功能的食物供给服务作为分析对象。通过三种服务与贫困程度的叠加划分出不同的区域, 最后结合生态系统服务类型与主要致贫因素, 提出有针对性的融合生态修复与扶贫目标的实施策略。为体现区域统筹与生态扶贫措施的实施, 本文选择乡镇尺度作为研究单元。

2.2 贫困测度 2.2.1 评价指标与权重

本文构建村级尺度的多维贫困指数(VPI)^[26-27]来准确反映研究区的贫困状况, 结合宁武县和静乐县的实地调查情况与贫困户调查数据, 并借鉴相关文献^{[3-6, 26-27]}选择生活水平、劳动力状况、地理位置3个维度来构建指标体系(表 2), 采用层次分析法与熵权法确定权重。最后根据各个乡镇中VPI的平均值来确定该乡镇的贫困类型。

2.2.2 村级多维贫困指数计算

根据构建的指标体系及权重, 计算村级多维贫困指数VPI, 计算公式如下：

(1)

式中, n代表维度的数量；I_ij代表i维度第j指标标准化后的值；m代表维度i下的指标个数；W_ij代表i维度j指标的权重；W_i代表维度i的权重。10是用于消除小数位影响、增大数据间差异的常数。

2.3 生态系统服务 2.3.1 水源涵养服务

水源涵养量先根据InVEST模型中的产水量模块(water yield)计算产水量, 再通过包玉斌等^[23]提出的产水量修正方法计算得到, 具体计算公式如下：

(2)

式中, retention为水源涵养量, velocity为流速系数, tl和ksat分别表示地形指数与土壤饱和导水率, Y(x)为栅格x的产水量, AET(x)表示栅格单元x的年实际蒸散量, P(x)表示栅格单元x的年降水量。

2.3.2 土壤保持服务

根据InVEST模型中的泥沙输移比例模块(SDR)计算土壤保持量^{[24, 28]}, 计算公式如下：

(3)

式中, SEDRET_x为土壤保持量, SEDR_x为泥沙截留量, USLE_x为栅格x的实际土壤侵蚀量, SDR_x为栅格x的泥沙输移比, R_x、K_x、LS_x、C_x、P_x分别对应栅格x的降雨侵蚀力因子、土壤可蚀性因子、坡度坡长因子、植被覆盖和作物管理因子、水土保持因子。

2.3.3 食物供给服务

根据赵文祯等^[29]与戴路炜^[30]等提出的粮食产量与NDVI的关系公式估算研究区单位面积的粮食产量, 具体公式如下：

(4)

式中, G_i表示像元i的食物供给, NDVI_i表示i像元的NDVI值, NDVI_sum表示研究区耕地的NDVI总值, G_sum表示研究区粮食总产量。

3 结果与分析 3.1 贫困现状

结果表明宁武县和静乐县的贫困状况依旧不容乐观, 处于高贫困的村域面积占研究区总面积的41%, 中贫困的村域面积比例为47%, 处于低贫困的村域面积占到12%。空间分布上高贫困区集中分布在研究区西北部的芦芽山地区, 该地区海拔较高, 是国家级的自然保护区。中贫困区集中分布于汾河下游, 低贫困则分布在汾河上游地区。从乡镇角度来看低贫困地区主要是以娥城镇与凤凰镇为中心相邻的几个乡镇。其中娥城镇与凤凰镇是静乐与宁武的县城所在地, 是研究区经济发展状况较好的地方。从贫困现状的分布可以看出, 研究区贫困程度基本呈现片状分布。图 4是不同乡镇的主要致贫因素, 从中可以看到造成乡镇贫困的因素并不唯一, 有12个乡镇的贫困是由地理位置造成的, 主要分布在芦芽山与云中山附近。9个乡镇的主要致贫因素是缺乏劳动力, 5个乡镇贫困是由生活水平不足造成的。结合贫困分布与主要致贫因素可以得出, 地形条件、劳动力状况、生活水平的差异构成了宁武县和静乐县贫困的空间分布格局。

3.2 生态系统服务空间分布

研究区的水源涵养、土壤保持以及食物供给等服务存在空间上的差异(图 5)。其中涔山乡、东寨镇、西马坊乡和新堡乡四个乡镇的水源涵养、土壤保持服务都呈现较高水平, 这些区域主要是芦芽山自然保护区所在地, 具有得天独厚的生态优势。余庄乡、化北屯乡、赤泥洼乡的食物供给服务则呈现较高水平。作为宁武县城和静乐县城所在地的凤凰镇与娥城镇由于过重强调发展, 生态遭到破坏, 除食物供给服务外, 水源涵养与土壤保持服务都呈现出较低值。汾河下游的沟谷地区食物供给服务表现出高值, 而土壤保持服务则呈现低值。生态系统服务的分布与地形条件差异有关。

3.3 贫困与生态系统服务的叠加分析

从贫困与三种生态系统服务叠加结果来看, 水源涵养、土壤保持服务与贫困的叠加类型呈现集聚分布(图 6)。其中王村乡、辛村乡、中庄乡、双路乡、娑婆乡、丰润镇、迭台寺乡、东马坊乡这8个乡镇的水源涵养、土壤保持服务与贫困的叠加类型为中贫困-低服务, 说明这些乡镇进行生态保护修复的必要。食物供给服务与贫困的叠加类型与其他两种服务相比数量最多, 食物供给服务与贫困的关系复杂, 其中圪廖乡、新堡乡、石家庄乡、堂儿上乡的叠加类型为高贫困-低服务, 食物供给是生态系统服务中的短板。阳方口乡、中庄乡、娑婆乡、怀道乡、石家庄乡这些乡镇的三种生态系统服务与贫困的叠加类型相同, 在进行生态保护修复的同时需要合理权衡。生态系统服务与贫困的叠加类型为高贫困-低服务, 则该乡镇迫切需要通过生态保护修复来提升生态系统服务。

4 生态扶贫策略

为更好改善研究区的生态系统服务, 要在低服务与中服务地区实施以修复为主的生态扶贫措施, 在高服务地区实施以保护为主的扶贫措施。因此根据生态系统服务与贫困的叠加类型最终将研究区划分五个区域低贫困修复区、低贫困保护区、中贫困修复区、高贫困修复区和高贫困保护区(表 3)。在低贫困修复区内阳方口乡、薛家窊乡、凤凰镇、娥城镇三种服务都呈现低值, 是进行生态保护修复的关键乡镇, 可通过生态工程实施带动贫困人口就业。在低贫困保护区, 涔山乡作为芦芽山所在地, 要以保护为主, 提升水源涵养与土壤保持服务。余庄乡、娘子神乡、神峪沟乡等乡镇可以利用食物供给服务高的优势, 大力发展生态农业与特色种植业。在高贫困保护区, 主要是芦芽山所在地的东寨镇、西马坊乡、新堡乡, 水源涵养与土壤保持服务都表现高值, 这些地方要减少人为破坏, 可设置公益性岗位帮助贫困人口就业。研究区大多数乡镇主要位于中贫困修复区与高贫困修复区, 间接证明了研究区进行生态保护修复的必要性。可结合主要的致贫维度有针对性地进行扶贫, 利用好生态修复的契机, 改善生态生活环境, 对那些因地理位置导致发展受限的乡镇, 要大力建设便民交通, 鼓励乡镇依赖传统文化风俗发展乡村旅游。

5 结论与讨论

从乡镇贫困的分布来看研究区处于高贫困的面积占到41%, 扶贫力度还需继续加强。贫困状况、致贫因素和产业发展禀赋空间差异较大, 需要从多方面来考虑生态扶贫措施。以生态系统服务与贫困的叠加类型为依据, 将研究区划分成低贫困修复区、低贫困保护区、中贫困修复区、高贫困修复区与高贫困保护区, 根据划分的不同区域内生态系统服务类型与主要致贫因素的不同, 提出在低贫困修复区、中贫困修复区和高贫困修复区要利用好生态修复的契机, 通过生态修复工程解决好影响乡镇贫困的致贫因素。在低贫困保护区与高贫困保护区, 要实施以保护为主的生态扶贫措施。

本文提出的“生态系统服务-贫困”关联分析模型是建立在“生态-社会”耦合系统之上, 同时满足了生态修复需求与扶贫需求, 为生态保护修复过程中如何进行生态扶贫提供了依据。但是考虑生态系统服务种类较少, 是本研究需要继续完善的地方。此外可以利用贫困程度表征返贫风险考虑将生态系统服务供需与返贫风险结合, 进一步分析生态系统服务在巩固脱贫成果推进乡村振兴阶段的作用。

致谢: 感谢中国地质大学(北京)土地科学技术学院师学义教授和宁武县、静乐县相关部门同志对实地调研工作的支持。