衡阳盆地农业生态体系适应能力的定量分析 适应性研究是全球变化背景下现代生态学研究的热点问题，并逐渐成为全球变化与区域响应研究的焦点。地理学界认为适应性是为响应某种压力或驱动作用而采取或经历的一种偏离原来状态的行为，是人们努力减少全球变化的不利影响，同时合理利用现存环境的调整过程，适应能力是适应性研究的重点，即社会-生态系统对敏感和风险的消化程度和对既定的人类社会经济行为的馈赠能力。尽管生态系统过程遵循 Tilman 的资源竞争平衡理论，但是生态系统对环境变化的适应性因区域尺度不同适应性方式和机制各异。不同地域的较小尺度区域典型生态系统的适应性研究成果是客观表达较大尺度区域适应性的实践和基础。目前对中小区域尺度的适应性案例分析已逐渐引起我国学者的广泛关注，王龙昌等根据调查资料和田间试验结果，系统地分析了旱地不同作物生长发育与降水分布的时序关系、旱地作物水分潜在利用率和旱地主要作物水分供需平衡与错位特征，并利用水分生态适应性数学模型，对宁南黄土丘陵区主要作物的水分生态适应性进行了定量评价。陈凤臻等建立了适合北方农牧交错地带特点的区域适应能力评价模型，并对模型的构建思想、参数意义和评价指标的具体计算进行了探讨。何云玲等构建了纵向岭谷区生态环境对气候变化适应性的综合评价模型，并根据评价结果对纵向岭谷区生态环境适应性的空间分布特点进行了综合分析。仇方道对东北地区矿业城市产业生态系统适应性进行了研究。这些典型的中小区域尺度生态系统的适应性研究成果是该领域研究的典范。概括来看，自然生态系统和人-环境耦合系统的适应性研究个案和研究成果尚少，所涉及的地域有限。区域生态系统适应能力研究是区域研究的新课题。南方丘陵区是我国典型的稻作农业区和重要的粮食产区，也是我国脆弱生态环境区之一，属于中度脆弱区。目前南方丘陵区的生态环境脆弱性已经取得了不少研究成果，脆弱性评价能较好地显示区域所面临的敏感和风险程度，亦即人类调整社会经济行为的迫切程度。但是如何调整社会经济行为，提升适应能力，必须进行适应性研究。结合国家的生态保护、恢复和生态建设与科技发展方向，全球变化的生态系统适应能力和适应机制是我国生态系统研究中的重大科学问题。笔者尝试以衡阳盆地为例，对南方丘陵区农业生态系统的适应能力进行定量评价，并分析适应性驱动因子，进而揭示全球变化的区域生态响应与适应过程和驱动机制，以便为区域农业生态系统适应性管理决策提供科学依据。1 研究区概况衡阳盆地位于南方丘陵区的江南丘陵，是典型的红色丘陵盆地。本文选择衡阳盆地为例研究南方丘陵区农业生态系统适应性 ， 具有代表性。衡阳盆地位于北纬 260705272824 ， 东 经11132161131632之间，总面积为 15310 km2。其范围包括衡阳市、衡阳县、衡南县、衡东县、衡山县、祁东县、耒阳市和常宁市。地貌类型以岗地、丘陵为主，气候为大陆性特征较为明显的亚热带湿润季风气候，水域总面积为 6.49 万 hm2，湘江及其支流为各县市提供较充沛的淡水资源。耕地面积为 30.15 万hm2，占境内土地面积的 19.7%。衡阳盆地作为“鱼米之乡”，农业是国民经济的基础和重要组成部分，2009年农业占全市国民生产总值 9.7%（衡阳统计年鉴 2010），以水稻种植为主，辅以小麦、玉米、高粱和豆类等粮食作物及花生、油菜等经济作物。由于研究区水旱灾害频发，水土流失严重，农业生产比较效益低，农民种田的积极性不高。2 农业生态系统适应能力评价指标体系的构建2.1 农业生态系统适应性的内涵根据政府间气候变化专业委员会(IPCC，Intergovernmental Panel on Climate Change)给出的适应性的定义和地理学界对适应性的理解，笔者认为农业生态系统适应性可表述为因全球变化导致水热状况、水土保持等农业生态环境发生改变，农业生产在经历这些改变时所体现的保持农产品产量、质量及农业经济持续发展的性能。其内涵包括以下三方面：（1）当全球变化引起的水热状况和土被覆盖等农业生态环境表现为有利于农业生产发展时，农作物利用这些优越自然环境和自然资源提高农产品的数量和质量；或者当大气组成成分和气候水热状况的不利变化在作物生长能调节的阈值范围内时，作物通过调节叶片气孔导度、抗旱应急蛋白、土壤灌木菌根体和保护性酶的活性等方式进行自适应调节，使农业生产和农业经济能健康持续发展，并保持农业生态系统结构和功能的稳定性。这两种情况属于农业生态系统的自发适应。（2）当全球变化引起水旱灾害频发、水土流失加剧和病虫害蔓延等农业生态环境恶化并超过农作物的自适应调节阈值时，为了不丧失生存空间和生存能力而进行社会经济行为的调整，农业活动采取一系列调控措施，促进农业生产的发展，是农业生态系统的人为适应。（3）农业生态系统的自发适应和人为适应均为动态的相对适应，常用适应能力进行度量。影响适应能力的因素包括自发适应所依赖的自然环境因素和人为适应需具备的社会经济因素。2.2 农业生态系统适应能力评价指标的选取全球变化背景下，提高农业生态系统的适应性和弹性是农业生态学研究面临的重要挑战。农业生态系统适应能力是自发适应能力和人为适应能力相互作用、相互影响而表现出的维持系统稳定和弹性的能力，自发适应能力主要由农作物的种类和农业自然环境状况决定，人为适应能力则主要因社会经济因素而异。当自然环境因素和社会经济因素有利于农业生产和农业经济发展时，农业生态系统具有较好的稳定性和较强的恢复力，适应能力较强；反之，适应能力较弱。实际上，农业生态系统的自然环境要素和社会经济指标匹配情况比较复杂，对于某个区域尺度的某个时段，某些因子的量的增加会使系统具有较好的适应性，本文称这类指标为正向指标；另一部分因子则使系统的适应能力降低，本文则称之为负向指标。对于农业生态系统而言，农业基础设施、人均耕地面积，排涝能力，灌溉条件、森林面积比例，人均水资源等，都是最重要的指标。因此，本文在构建评价指标体系时，综合考虑上述因素，并将其归纳为自然环境因素、社会因素和经济因素三个大类，以客观表达农业生态系统的适应能力。2.2.1 自然环境因素衡阳盆地农业生态系统的自然环境因素包括气候、地形地貌、土地覆被、土壤等方面。对农业生态系统适应能力影响较大的首先是气候因素。研究区属于典型的稻作农业区，其水热状况总体较丰富，年降水量丰富，气候温暖，热量充足，有利于稻作区的农业发展。但水稻种植业不仅要求水热丰富，更需要雨热同期。实际上，衡阳盆地水旱灾害频繁，春季阴冷易烂种，46 月降水集中多暴雨易涝，79 月受伏旱天气影响常有季节性干旱，寒露风易造成空壳、瘪粒导致晚稻减产等，都会降低农业生态系统的适应能力。因此，本文在评价指标的选择时必需考虑区域背景下的影响适应能力的宏观指标，如平均降水量、平均气温、T10 积温等，均属于正向指标，作为气候因素的宏观指标，以客观表达其适应性的本底条件和潜在能力。另外，评价指标还应考虑研究区典型的个性化指标，以识别各评价单位对各类暴露和敏感的响应程度，表达各评价单元的适应能力的区分度，因此选择暴雨日数、46 月降水比重、79 月干旱指数等区域个性化指标，且均属负向指标，作为适应能力评价的另一部分气候方面指标。地形地貌及土地覆被也是影响其适应能力的重要因素，本文选择坡度15面积占总面积比重作为地形地貌的评价指标，因为坡度15的土地不利于发展种植业，属于负向指标。土地覆被方面选择森林覆盖率作为评价指标，因为森林能够调节气候、涵养水源、保持水土，属于正向指标。土壤是影响适应能力的又一重要自然环境因素。研究区的地带性土壤红壤和黄壤等适合稻作农业的发展，非地带性土壤的紫色土不易绿化、容易造成水土流失，是造成研究区水土流失严重和强烈影响农业生态环境的因素，对适应能力具有较强的制约作用，因此本文选择紫色土面积作为评价指标。2.2.2 社会因素研究区农业生态系统的社会因素包括水利设施、耕作制度和耕种方式等方面，且均对农业生态系统适应能力影响较大。水利设施选择水库水塘密度作为评价指标，因为这是能否满足灌溉需要和蓄洪济旱的标志，且水稻种植业对灌溉水源的依耐性大。耕作制度和耕种方式是影响适应能力的主要社会因素，体现对现有气候资源、水资源和土地资源的利用程度和趋利避害状况。衡阳盆地土壤侵蚀严重，因人口密度大、人均耕地较少，耕地压力大，目前缓解压力的主要措施是开垦坡耕地，坡耕地农业生产稳定性差，保肥保水性能差，常以施用大量的化肥补充肥力，农业生态系统风险大。人均耕地相对较多的区域所面临的此类风险较小。因而把人均耕地面积作为正向指标。衡阳盆地属于大陆性特征较显着的亚热带湿润季风气候，河谷平原、丘陵盆地交错。受地形地貌与传统的农耕习惯的影响，且水田比旱地的比较效益高，因此坡耕地也常以水田的梯田形式存在，水田的面积占比大。本区气候属于亚热带季风气候，水热总量丰富，且水热总量足够让水田农业生态系统具有较好的稳定性，但是其气候的大陆性特征导致水旱灾害频发，46 月降水量大且多暴雨，梯田的水土流失严重；710 月为衡阳盆地的旱灾高发期，夏秋干旱对以水稻种植为主的水田农业生态系统的风险大。因此本文把水田占耕地面积比重视为负向指标。由于农业的比较收益较低导致本该一年两熟或三熟的稻田仅种植一季水稻呈半撂荒状态。因此本文以 1525的坡耕地面积、水田占耕地面积比重、人口密度等负向指标，以及人均耕地面积、晚稻播种面积占稻谷播种面积比重等正向指标作为社会因素的评价指标。2.2.3 经济因素经济因素既是适应能力的驱动因素，也是适应能力的结果表征指标。经济因素主要包括农民的经济收入、生活水平和生产资料的投入等。农村的生活水平越高，农民越富裕，农业生产的投入越合理，农业生态系统的适应能力越高。农业生产资料投入中如过量施用农药化肥等，短暂的经济效益会有所提高，但是土壤肥力退化、水资源恶化、农业病虫害蔓延等导致农业生态系统适应能力减弱。稻谷单产指标既是适应能力的驱动因素，也是结果表征指标。稻谷单产受品种、耕作栽培和排灌等农业科技的影响，农业科技投入越多，排灌设施越健全，稻谷单产越高，农业生态系统的适应能力越强。另一方面，稻谷单产又是农业科技因素、社会因素和自然因素（光、温、水、气、肥）等综合影响的结果体现，故可视为结果表征指标，具有驱动和结果表征的双重作用。因此，作者选择农村农户固定资产投资、农民人均纯收入、农用塑料薄膜使用量、稻谷单产等正向指标，以及农民恩格尔系数、农用化肥施用量、农药使用量等负向指标作为经济因素方面的评价指标。本文构建的农业生态系统适应能力评价指标体系如表 1 所示。2.3 评价单元的选择本研究以衡阳盆地的衡阳市区及衡阳市辖的 7 个县域为评价对象，衡阳市区（市郊区）的农业生态系统与各县域类型和性质有较大差异，但是为了研究区域的完整性，衡阳市区也列为研究单元之一。县域是我国具备地域性、综合性和行政独立性的最基本区域单元，也是我国目前统计资料中经常采用的单元。并且每个县域具有较一致的农业自然条件和社会经济及农耕文化背景。譬如衡南县位于盆地中部，耕地中水田占九成以上，化肥施用量大，晚稻播种率高，农业旱灾严重；常宁市位于盆地南缘，坡耕地面积小，晚稻播种率低，农业旱灾较轻。3 农业生态系统适应能力定量评价农业生态系统是社会-生态复合系统，其自发适应能力和人为适应能力互相渗透、互相影响，通过耦合形成农业生态系统的适应能力，而不是二者的简单相加。因此，文章不分别计算其自发适应能力和人为适应能力，而是综合考虑各因素对适应能力的贡献和影响，建立适应能力评价模型。3.1 数据标准化