放牧利用草地植被健康評(píng)價(jià)體系的研究

陳 昕

(甘肅省甘南州草原工作站，甘肅 合作 747000)

草地是地球上分布最廣泛的植被類型之一，目前全世界草地占有面積約為5.3×107km2，其面積占地球陸地總面積的20%左右，是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成成分。草地對(duì)地球生態(tài)系統(tǒng)有重要作用，其中大氣中有相當(dāng)大一部分的CO2被草地生態(tài)系統(tǒng)所固定，其固定碳匯總量占陸地生態(tài)系統(tǒng)所固定碳匯總量的30%，同時(shí)向大氣中釋放大量的CO2，因此草地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球氣候變化具有重要影響。草地生態(tài)系統(tǒng)不僅為人類提供了許多產(chǎn)品，而且提供了多種生態(tài)服務(wù)，主要包括：調(diào)節(jié)區(qū)域小環(huán)境氣候變化、碳蓄積與碳匯功能、提供凈初級(jí)生產(chǎn)物質(zhì)、防風(fēng)固沙、改良土壤及生物多樣性、保持土壤水分、減少水土流失等，促進(jìn)區(qū)域生態(tài)環(huán)境平衡，它的巨大生態(tài)意義和經(jīng)濟(jì)效益已引起人們的高度重視。

青藏高原高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)作為最獨(dú)特的陸地生態(tài)系統(tǒng)類型，在在我國的水安全以及全球氣候和碳收支方面起著重要的作用，同時(shí)是當(dāng)?shù)啬撩褓囈陨娴纳a(chǎn)資料。但是近年來由于過度放牧以及氣候變化，高寒草甸退化已經(jīng)成為青藏高原普遍存在的現(xiàn)象。因而青藏高原高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)利用及其健康評(píng)價(jià)已成為維護(hù)我國生態(tài)安全以及社會(huì)穩(wěn)定的當(dāng)務(wù)之急?！吧鷳B(tài)系統(tǒng)健康”的概念來源于1942年Leopold提出的“土地健康” (Land health)概念，他認(rèn)為健康的土地是被人類占領(lǐng)而沒有受到損壞的狀態(tài)。在之后相當(dāng)長的一段時(shí)期，生態(tài)系統(tǒng)健康被認(rèn)為是生態(tài)系統(tǒng)所具有的穩(wěn)定性和可持續(xù)性，即在時(shí)間上具有維持其組織結(jié)構(gòu)、自我調(diào)節(jié)和對(duì)脅迫的恢復(fù)能力。這一時(shí)期的生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)工作一般選取一個(gè)，或者幾個(gè)反應(yīng)生態(tài)系統(tǒng)健康的綜合指標(biāo)來進(jìn)行。例如，Simpson利用生物群落內(nèi)期望動(dòng)物區(qū)系與現(xiàn)實(shí)動(dòng)物區(qū)系的比值來指示生態(tài)系統(tǒng)的健康程度；Karr用一個(gè)包含物種組成、物種多樣性、敏感種、耐受種等信息在內(nèi)的綜合指標(biāo)來反映生態(tài)系統(tǒng)的完整性; 1999年,被國際生態(tài)系統(tǒng)健康大會(huì)推薦使用的VOR 綜合指數(shù)也是一個(gè)生命系統(tǒng)的綜合指標(biāo)。隨著工作的深入，研究人員又將生態(tài)系統(tǒng)中除生命系統(tǒng)之外的非生命系統(tǒng)也加入到評(píng)價(jià)體系之中。例如任繼周等在VOR指數(shù)的基礎(chǔ)上，納入無機(jī)環(huán)境因素(基況)提出了CVOR生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)體系。Cairns指出理解生態(tài)系統(tǒng)的全面性與整體性應(yīng)考慮把人類作為生態(tài)系統(tǒng)的組成部分而不是與其相分離。吳剛等認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)健康應(yīng)該同時(shí)包含生物學(xué)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、人類健康、社會(huì)公共政策等4方面的內(nèi)涵;馬克明則將生態(tài)系統(tǒng)健康分為系統(tǒng)內(nèi)部(生態(tài)病毒理學(xué)、流行病學(xué)、生態(tài)系統(tǒng)醫(yī)學(xué)等)健康與系統(tǒng)外部(社會(huì)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)服務(wù)等)健康兩個(gè)方面。因此，如今生態(tài)系統(tǒng)健康不僅指生態(tài)系統(tǒng)自身結(jié)構(gòu)，功能的健康，還指生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人類的社會(huì)服務(wù)功能健康。例如，最近被應(yīng)用得較多的PSR系統(tǒng)就綜合考慮了人類、生態(tài)系統(tǒng)以及社會(huì)等三個(gè)方面的因素。在實(shí)行家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制之后牧戶取得了草場(chǎng)的使用權(quán)。牧戶對(duì)自家草地健康狀況的認(rèn)識(shí)程度，關(guān)系到其接下來所采取的放牧管理措施，最終會(huì)影響到其草場(chǎng)的質(zhì)量。但是現(xiàn)有的生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)體系都太過專業(yè)，不利于牧民自己用來評(píng)價(jià)自己草地的健康情況，并根據(jù)草地健康情況采取相應(yīng)的放牧管理。這應(yīng)該是中國西北高寒草甸持續(xù)退化的原因之一。因此如何在保證健康評(píng)價(jià)體系科學(xué)性的同時(shí)，提高其可操作性，制定出能夠讓牧民自己對(duì)其草場(chǎng)進(jìn)行健康評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)體系，已經(jīng)成為草業(yè)管理以及生態(tài)保護(hù)領(lǐng)域亟需解決的任務(wù)。本研究以青藏高原東緣高寒草甸為研究對(duì)象，從草地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)功能以及生產(chǎn)功能出發(fā)，構(gòu)建出一個(gè)適于牧民自己操作的一個(gè)綜合、簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確、實(shí)用的草地健康評(píng)價(jià)方法。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

夏河縣位于青藏高原東緣， 地理范圍為 E102°00'～103°00'，N34°40' ～ 35°30'，平均海拔 3 250 m，年日照時(shí)間2 530～3 100 h，年均降水597.3～615.6 mm 全縣土地面積50.6萬hm2。全縣主要草地類型為高寒草甸，草地群落的優(yōu)勢(shì)植物為莎草科嵩草屬，禾本科披堿草屬、早熟禾屬植物，主要的可食性雜草有菊科風(fēng)毛菊屬蒲公英屬薔薇科委陵菜屬植物。畜牧業(yè)是夏河縣的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)， 是當(dāng)?shù)啬撩竦闹饕杖雭碓?。近年來由于人口與牲畜數(shù)量的迅速增加導(dǎo)致草地的壓力較大，草地退化現(xiàn)象普遍。

1.2 樣地設(shè)置與數(shù)據(jù)收集

夏河縣?？凄l(xiāng)選取五個(gè)樣區(qū)，在每個(gè)樣區(qū)的不同草場(chǎng)(陽坡草場(chǎng)、陰坡草場(chǎng)以及灘地草場(chǎng))中，選擇植被總蓋度不同的草場(chǎng)(優(yōu)良草場(chǎng)：C>95%；一般草場(chǎng)：95%>C≥80%；輕度退化草場(chǎng)：80%>C≥70%；中度退化草場(chǎng)：70%>C≥60%；重度退化草場(chǎng)C<60%，其中C為植被蓋度)，于各蓋度梯度的草場(chǎng)中按照對(duì)角線法設(shè)置五個(gè)0.5×0.5 m的樣方，統(tǒng)計(jì)樣方中的物種豐富度和各物種的蓋度、多度、高度以及生物量。通過觀察牲畜的采食頻率和文獻(xiàn)調(diào)查植物的毒性來確定樣方中主要植物的適口性。

1.3 草地健康評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

利用以上指標(biāo)我們構(gòu)建了以下模型用來評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)健康。

Y=∑ni=0CiPi+∑ni=0AiPi

其中:Y為生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)；

Ci為第i個(gè)物種的蓋度；

Pi為第i個(gè)物種的適口性；

Ai為第i個(gè)物種的生物量與總生物量的比值；

n為樣方內(nèi)的物種數(shù)。

2 結(jié)果分析

通過觀察牲畜采食頻率、文獻(xiàn)調(diào)查牧草毒性等方法確定樣方中主要植物的適口性(表1)。結(jié)合樣方數(shù)據(jù)和植物適口性數(shù)據(jù)可以由上述草地健康模型計(jì)算出夏河縣草地生態(tài)系統(tǒng)的平均健康指數(shù)為4.53。階地、陽坡以及陰坡三類草場(chǎng)中生態(tài)體系的平均指數(shù)分別為4.74、4.70和4.16(圖1)。

通過ANOVA分析發(fā)現(xiàn)植被總蓋度對(duì)草地健康指數(shù)具有顯著的影響(表2)。且通過兩兩比較發(fā)現(xiàn)在任意一類草場(chǎng)中，總蓋度不同的草地的健康指數(shù)都有顯著的差異(圖2～圖4)。說明我們建立的草地健康評(píng)價(jià)指標(biāo)模型能夠很好地反映草地健康狀況。具有靈敏度高的特性。

表1 夏河縣高寒草甸植被常見植物及其適口性*

圖1 夏河縣三種主要草場(chǎng)類型的生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)，誤差線:±SE。 圖2 灘地不同退化退化程度草場(chǎng)的健康指數(shù)，誤差線:±SE。誤差線上不同字母表示不同退化程度草地的健康指數(shù)有顯著差異(P<0.05)。

圖3 陽坡不同退化退化程度草場(chǎng)的健康指數(shù)，誤差線:±SE。誤差線上不同字母表示不同退化程度草地的健康指數(shù)有顯著差異(P<0.05)。 圖4 陰坡不同退化退化程度草場(chǎng)的健康指數(shù)，誤差線:±SE。誤差線上不同字母表示不同退化程度草地的健康指數(shù)有顯著差異(P<0.05)。

3 討論

3.1 實(shí)用性

目前將草地基況以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素納入到草地健康評(píng)價(jià)體系的整體思路是正確的，它能夠保證草地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)體系的科學(xué)性。但是在將上述因素納入到草地健康評(píng)價(jià)體系的過程中，不宜考慮得內(nèi)容過于廣泛。因?yàn)榭紤]得內(nèi)容越多該草地健康評(píng)價(jià)體系的可操作性就越低。因此，在制定草地健康評(píng)價(jià)體系時(shí)，要抓住主要矛盾，忽略一些不十分重要的因素。當(dāng)前天然草地生態(tài)系統(tǒng)面臨的主要問題是放牧利用的可持續(xù)性問題，主要矛盾為草畜矛盾。因而，只有圍繞草地放牧利用的可持續(xù)性，而忽略其它因素來建立草地健康評(píng)價(jià)系統(tǒng)才能夠很好地兼顧評(píng)價(jià)體系的科學(xué)性和可操作性，制定出適于基層以及牧民自身的草地健康評(píng)價(jià)體系。本研究所構(gòu)建的草地健康指數(shù)由植物蓋度、生物量以及適口性三部分組成。其中植被蓋度和植物生物量是地上植物群落的主要特征，在很大程度上反映了草地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)學(xué)特性，而植物生物量與植物適口性的結(jié)合則可以反映出草地的生產(chǎn)功能，是草地生態(tài)系統(tǒng)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的鏈接紐帶。因而本模型非常有針對(duì)性地將社會(huì)經(jīng)濟(jì)的因素納入草地健康評(píng)價(jià)體系，是基于放牧生產(chǎn)活動(dòng)的草地健康評(píng)價(jià)體系。另外，本系統(tǒng)僅僅涉及到植物蓋度、生物量以及適口性等三個(gè)指標(biāo)，且這三個(gè)指標(biāo)是在放牧活動(dòng)和草地管理的過程中經(jīng)常接觸和測(cè)量的指標(biāo)。所以該草地健康評(píng)價(jià)體系具有簡(jiǎn)單、易操作的特點(diǎn)，非常適于牧民自身以及基層草地管理工作者應(yīng)用。

表2 植被總蓋度對(duì)健康指數(shù)的影響

3.2 靈敏性

本研究分別在陽坡、陰坡以及灘地等三類生境中測(cè)量了不同蓋度(>95%、95%～80%、80%～70%、70%～60%、<60%)草地的草地健康指數(shù)。然后通過方差分析發(fā)現(xiàn)無論在那種生境中不同蓋度等級(jí)的草場(chǎng)的草地健康指數(shù)均有顯著差異(圖2-4)。這說明我們建立的草地健康指標(biāo)體系具有很好的靈敏性，能夠非?？陀^地反映草地的健康程度。這也是本草地健康指標(biāo)體系科學(xué)性的一種反映。

3.3 可比性

由于我們?cè)诓莸亟】抵笖?shù)的構(gòu)建過程中沒有考慮任何與草地基況相關(guān)的因素，所以我們的草地健康指數(shù)的可比性就受到了影響。所以我們的草地健康指數(shù)只能反映特定地區(qū)、特定類型草地的健康狀況，不可僅僅根據(jù)該健康指數(shù)來比較不同地區(qū)，不同類型草地的健康程度。牧民和基層草地工作者在運(yùn)用該草地健康評(píng)價(jià)體系時(shí)首先要針對(duì)特定的草地類型建參照體系，可簡(jiǎn)單地以待評(píng)定的草地類型中的優(yōu)良草場(chǎng)為參照，來評(píng)價(jià)其它草場(chǎng)的退化程度。我們的草地健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系很適合基礎(chǔ)草地管理人員對(duì)某草場(chǎng)的健康狀況進(jìn)行長期監(jiān)測(cè)，也比較適用于牧民對(duì)自家草場(chǎng)進(jìn)行長期的監(jiān)測(cè)。

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