遼西北草原植被恢復(fù)生態(tài)效益評(píng)價(jià)

文│陶金山 劉慧林 金成宇 張道宏 呂程（遼寧省草原監(jiān)理站）

遼西北草原植被恢復(fù)生態(tài)效益評(píng)價(jià)

文│陶金山 劉慧林 金成宇 張道宏 呂程（遼寧省草原監(jiān)理站）

遼西北草原是遼寧省主要草原區(qū)，位于我國(guó)第一級(jí)生態(tài)敏感帶的遼寧區(qū)域，是我國(guó)東部半濕潤(rùn)氣候向半干旱氣候過(guò)渡，森林帶向草原帶過(guò)渡，農(nóng)林區(qū)向牧區(qū)過(guò)渡的兩大生態(tài)系統(tǒng)交錯(cuò)地帶，生態(tài)敏感性高，抗干擾能力弱，一旦受到破壞，自然恢復(fù)能力低。遼西山地歷史上曾是落葉闊葉林或矮林，遼寧北部也曾是千里松林和水草肥美的牧場(chǎng)。長(zhǎng)期以來(lái)，人們重利用、輕保護(hù)，貪圖一時(shí)之利而毀滅性的砍伐森林和破壞草原植被，隨著人口的增加還不斷地開(kāi)墾草地，且由于土層瘠薄又管理粗放，2～3年便會(huì)棄荒，造成嚴(yán)重的植被退化、水土流失、土地沙化和山地石礫化，嚴(yán)重地破壞了生態(tài)環(huán)境。遼寧省近年來(lái)大力推進(jìn)生態(tài)環(huán)境建設(shè)，通過(guò)坡耕地退耕還草、退化沙化草地圍欄封育、天然草原改良補(bǔ)播和加強(qiáng)執(zhí)法保護(hù)管理等措施，促進(jìn)草原植被恢復(fù)。特別是開(kāi)展了遼西北草原沙化治理工程，對(duì)遼西北草原保護(hù)和生態(tài)環(huán)境改善有著重要影響（圖1、圖2）。通過(guò)對(duì)工程區(qū)開(kāi)展監(jiān)測(cè)，能夠有效統(tǒng)計(jì)分析遼西北草原植被恢復(fù)生態(tài)效益，對(duì)工程實(shí)施效果評(píng)價(jià)、草原生態(tài)治理研究、草食畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)有重要意義。

一、遼西北草原沙化治理工程簡(jiǎn)介

遼西北地區(qū)受連年干旱、開(kāi)荒和內(nèi)蒙古科爾沁沙地持續(xù)南侵等因素影響，遼西北75%的草原面積沙化、半沙化，在遼蒙邊界形成一條由西南到東北走向，長(zhǎng)約600千米、寬達(dá)70千米，總面積約4.4萬(wàn)平方千米的風(fēng)沙危害帶，距離省會(huì)沈陽(yáng)最近處只有40千米，且每年還以5米以上的速度向南推進(jìn)。生態(tài)加速惡化，沙塵暴頻發(fā)。

遼寧省委、省政府從建設(shè)生態(tài)文明、改善民生環(huán)境、推動(dòng)突破遼西北的戰(zhàn)略高度，從2009年開(kāi)始在草原沙化退化嚴(yán)重的康平、義縣、阜蒙、彰武、北票、朝陽(yáng)、喀左、凌源、建平、雙塔、龍城、建昌等12個(gè)縣（市、區(qū)）實(shí)施草原沙化治理工程，恢復(fù)草原植被，提高生態(tài)效益，建設(shè)環(huán)科爾沁沙地南緣草原阻沙帶。截至2015年，工程歷時(shí)7年，投資6.9億元，累計(jì)建設(shè)草原圍欄690萬(wàn)畝，圍欄總周長(zhǎng)近20萬(wàn)千米；實(shí)施草原改良補(bǔ)播沙打旺、小葉錦雞、荊條、紫花苜蓿、草木樨等優(yōu)良牧草417萬(wàn)畝，開(kāi)展草原鼠蟲(chóng)害綜合防治280萬(wàn)畝。

二、樣地設(shè)置和生態(tài)效益分析指標(biāo)

遼西北草原沙化治理工程監(jiān)測(cè)隨工程建設(shè)進(jìn)度按年度開(kāi)展，從2009年開(kāi)始，在工程區(qū)每5萬(wàn)畝設(shè)置1個(gè)代表性樣地，每年新增樣地20個(gè)，7年共設(shè)置樣地138個(gè)。對(duì)工程區(qū)生態(tài)指標(biāo)進(jìn)行長(zhǎng)期定位對(duì)比監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)及評(píng)價(jià)方法參照《全國(guó)草原監(jiān)測(cè)技術(shù)操作手冊(cè)》《草地評(píng)價(jià)》，評(píng)價(jià)的生態(tài)指標(biāo)有蓋度指數(shù)、可食牧草指數(shù)變化、演替變化、生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值變化等。計(jì)算公式及指標(biāo)說(shuō)明如下：

1.蓋度指數(shù)（KC）計(jì)算公式。

△C=C1-C0，KC=C1/CK。其中，C0為項(xiàng)目建設(shè)前蓋度，C1為項(xiàng)目建成后蓋度，△C為蓋度增加數(shù)，CK為蓋度系數(shù)，KC為蓋度指數(shù)。植被蓋度是指植物群落總體或各個(gè)種地上部分的垂直投影面積與取樣面積之比的百分?jǐn)?shù)。蓋度系數(shù)是指當(dāng)?shù)靥烊徊莸仡愋晚敿?jí)蓋度。

◎圖1 遼西北草原平均植被蓋度增加值對(duì)照

◎圖2 遼西北草原平均植被蓋度系數(shù)對(duì)照

2.可食牧草指數(shù)（KE）計(jì)算公式。△E=E1-E0，KE =E1/EK。其中，△E為可食牧草比率增量，E0為項(xiàng)目建設(shè)前可食牧草比率，E1為項(xiàng)目建設(shè)后可食牧草比率，KE為可食牧草指數(shù)，EK為可食牧草系數(shù)。可食牧草系數(shù)是指當(dāng)?shù)靥烊徊莸仨敿?jí)植被可食牧草比率。

3.演替變化計(jì)算公式?！鱎=R1-R0。其中△R為觀察期優(yōu)質(zhì)牧草平均頻度變化，R0為第1次觀察時(shí)優(yōu)質(zhì)牧草平均頻度，R1為評(píng)價(jià)時(shí)觀察優(yōu)質(zhì)牧草平均頻度。頻度測(cè)定采用樣地內(nèi)多次隨機(jī)設(shè)置小樣方，確定其中植物名稱，并計(jì)算頻率，頻率越高，說(shuō)明優(yōu)勢(shì)度越高。

三、遼西北草原植被恢復(fù)生態(tài)效益分析

1.蓋度指數(shù)變化分析。草原植被蓋度指標(biāo)已被納入國(guó)家生態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)于衡量草原生態(tài)水平有重要意義。從圖1可以看出，遼西北草原平均植被蓋度增加值從2009年以來(lái)大幅增長(zhǎng)，2009年增幅最大，達(dá)到11%，之后逐年趨緩；2010年和2011年分別增加8%和6%，到2014年增幅超過(guò)1倍，到2016年增幅為32%，達(dá)到60%。蓋度系數(shù)CK為80%，圖2中蓋度指數(shù)KC呈線性增加趨勢(shì)，從0.35增加到了0.75，接近頂級(jí)蓋度值。

2.可食牧草指數(shù)變化分析。通過(guò)可食牧草指數(shù)能夠衡量出草原植被中能夠食用的牧草所占比例的變化，而不可食的植物主要指有毒、有刺、適口性差等家畜不采食植物。可食牧草比率增加值呈逐年遞增趨勢(shì)，2009年增加值最大，2011年其次，之后趨緩，2016年整體提高較大，達(dá)到21.5%。可食牧草系數(shù)EK為95%，可食牧草指數(shù)KE呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)，從2008年的0.7增加到2016年的0.93，2008—2011年增長(zhǎng)明顯，從2012年開(kāi)始趨于平穩(wěn)，與當(dāng)?shù)仨敿?jí)可食牧草指數(shù)非常接近。

3.植被群落演替變化分析。植物頻度主要用來(lái)測(cè)定草地優(yōu)勢(shì)植物的結(jié)構(gòu)和變化，是評(píng)價(jià)植被演替的重要指標(biāo)。遼西北草原優(yōu)質(zhì)牧草平均頻度增加值逐年增長(zhǎng)，2010年增加值最高，2016年其次，到2016年增加了20%。頻度增加的優(yōu)質(zhì)牧草主要有沙打旺、苜蓿、錦雞兒、羊草、大針茅、冰草、隱子草、白羊草、苔草、荊條、胡枝子等，而頻度相對(duì)下降的中等以下牧草主要有蒿類、委陵菜類、狗尾草和芨芨草等，總體上一年生叢生草和雜類草優(yōu)勢(shì)度下降，多年生禾草優(yōu)勢(shì)度增加明顯。

4.草原生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化分析。計(jì)算分析草原資源生態(tài)服務(wù)功能的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，尤其是其潛在的生命支撐功能價(jià)值，對(duì)于制定符合區(qū)域?qū)嶋H的生態(tài)環(huán)境保護(hù)、開(kāi)發(fā)利用政策和草原資源恢復(fù)效果具有重要意義。

（1）涵養(yǎng)水源功能價(jià)值的分析。草原涵養(yǎng)水源功能主要是指草原及其植被對(duì)自然降雨的截留、吸收和貯存，將地表水匯聚為地表徑流、吸收到植物體內(nèi)水或貯存在土層及地下。主要功能表現(xiàn)在增強(qiáng)蓄水能力，增加可利用水資源，凈化自然水質(zhì)和調(diào)節(jié)地表徑流。據(jù)測(cè)算，2016年遼西北草原能涵養(yǎng)水源平均1.5立方米/畝，690萬(wàn)畝治理區(qū)共計(jì)1035萬(wàn)立方米，按照水庫(kù)建設(shè)單位庫(kù)容投資6.11元/立方米、水的凈化費(fèi)用2.09元/ 立方米計(jì)算，690萬(wàn)畝草原生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源功能價(jià)值為8487萬(wàn)元。

（2）保持土壤功能價(jià)值的分析。保持土壤功能是指草原地表植被及其枯落物能夠有效截留降水，減輕降水對(duì)地表土壤的沖擊和徑流對(duì)土壤沖蝕，另外還可緩沖風(fēng)對(duì)表土的吹蝕。據(jù)測(cè)算，治理之前遼西北草原每年被剝蝕的表土厚度平均3厘米，土壤容重平均1.25克/立方厘米， 690萬(wàn)畝治理區(qū)草原每年可保土1.73億噸，按每噸土壤6.12元折算，每年保持的土壤價(jià)值為105876萬(wàn)元。

（3）固氮功能價(jià)值的分析。草原豆科牧草及其特有的根瘤菌，是高效的共生固氮系統(tǒng)，其共生固氮菌與分子態(tài)氮在植物體內(nèi)結(jié)合形成氨，為植物生長(zhǎng)提供有效氮。治理區(qū)補(bǔ)播了沙打旺、草木樨、苜蓿、錦雞兒、胡枝子等大量豆科牧草，加之原生豆科牧草量的增加，使得豆科牧草平均占比達(dá)50%。據(jù)測(cè)算，天然草原每年可固氮10千克/畝，690萬(wàn)畝治理區(qū)每年可固氮2587千克，折合尿素7393萬(wàn)千克，按2400元每噸計(jì)算，固氮總價(jià)值為17743.2萬(wàn)元。

（4）固碳釋氧功能價(jià)值的分析。根據(jù)植物光合作用化學(xué)反應(yīng)式，草原植物每積累1噸干物質(zhì)，平均吸收二氧化碳1.63噸，相當(dāng)于固碳0.4445噸，釋放氧氣1.19噸，同時(shí)草原土壤也吸收一定量的二氧化碳。據(jù)測(cè)算，690萬(wàn)畝治理區(qū)草原植被生態(tài)系統(tǒng)每年固碳103萬(wàn)噸，釋放氧氣276萬(wàn)噸。按照國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)算，固碳成本為1200元/噸，制氧成本為1000元/噸，治理區(qū)固碳功能價(jià)值123600萬(wàn)元，釋放氧氣價(jià)值276000萬(wàn)元，合計(jì)399600萬(wàn)元。

四、植被恢復(fù)生態(tài)效益總體評(píng)價(jià)

遼西北地區(qū)氣候干旱，自然條件以丘陵草原為主，生態(tài)環(huán)境脆弱，是保障遼寧省生態(tài)安全的關(guān)鍵地區(qū)。而遼西北草原沙化治理工程覆蓋遼西北主要沙化、退化草原地塊，又是重中之重。近年來(lái)，通過(guò)持續(xù)投入保護(hù)建設(shè)，到2016年草原植被蓋度提高明顯，可食牧草占比明顯增加，群落結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯改變，優(yōu)良牧草逐年增多，一年生禾草和雜類草占比減少，生態(tài)狀況呈現(xiàn)恢復(fù)趨勢(shì)，當(dāng)前整體達(dá)到中等草原生態(tài)水平。

草原植被著生于土地表層，既減緩風(fēng)與水對(duì)土壤表面的侵蝕，又能抓住表層土壤，增加土壤養(yǎng)分，且牧草耗水量相對(duì)于樹(shù)木少得多，在自然選擇的情況下，更適合作為遼西北地區(qū)地類主體。隨著遼西北草原生態(tài)水平的提高，其生態(tài)效益價(jià)值也隨之激增，涵養(yǎng)水源、保持土壤、固氮、固碳和釋放氧氣等生態(tài)功能價(jià)值已大大超出投入，作為公益類建設(shè)效益非常顯著。