基于CVOR模型的阿巴嘎旗北部牧戶草場健康現(xiàn)狀研究

羅 培，賽西雅拉圖

(1.新疆維吾爾自治區(qū)天山西部國有林管理局，伊寧 835000；2.內(nèi)蒙古師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，呼和浩特 010020)

草原是生態(tài)環(huán)境中重要的組成部分，發(fā)揮著綠色屏障作用，并且蘊含著豐富多樣的自然資源，為農(nóng)牧業(yè)發(fā)展提供了有力的支持[1]。內(nèi)蒙古典型草原位于我國北疆內(nèi)陸區(qū)域，大陸型特征明顯，其生態(tài)環(huán)境具有一定的脆弱性。在游牧?xí)r期，牧民因時、因地移動放牧，近三千年來草原以自然演替為主，草場健康狀況一直處于良好狀態(tài)[2]。

自實施“草畜雙承包”制度以后，草場被牧民劃分為小塊狀家庭式放牧草場，網(wǎng)圍欄也阻斷了大面積移動遷徙放牧的可能，牧民開始實行定居放牧制度[3]。定居放牧后，草場承包到戶，牧戶獨自經(jīng)營草場自負(fù)盈虧，受到不同牧戶個人知識技能水平差異的影響，牧戶對草場的使用管理能力也不盡相同，這也導(dǎo)致牧戶間草場健康現(xiàn)狀出現(xiàn)差異[4]。

草地健康程度評價，多數(shù)學(xué)者選擇采用遙感技術(shù)與實測植物樣方數(shù)據(jù)進行反演進行大規(guī)模大范圍的評估，但對于小范圍尤其是個別牧戶間的草場具體退化程度評價較為模糊。隨著草地生態(tài)系統(tǒng)的健康評價體系的不斷改進和完善[5-7]，CVOR草場健康評價模型被廣泛用于草場健康評價中[8-10]。

本研究以內(nèi)蒙古阿巴嘎旗北部阿拉坦陶高圖嘎查內(nèi)處于不同管理方式下牧戶放牧草場的植被和土壤進行一手調(diào)研資料獲取，探討不同管理方式下牧戶草場健康現(xiàn)狀，從人地關(guān)系演變的視角探討差異現(xiàn)狀的成因機制。研究最終目的旨在為當(dāng)?shù)啬翍艉侠砉茏o、利用草場提供科學(xué)依據(jù)，為相關(guān)部門恢復(fù)治理草原提供理論參考。

1 研究區(qū)概況

阿拉坦陶高圖嘎查位于內(nèi)蒙古錫林郭勒盟阿巴嘎旗西北部(114°5′—114°14′E、44°36′—44°54′N)，海拔為1 186 m—1 473 m，北部與蒙古國納蘭蘇木隔國境線相望，是一個典型的邊境型牧業(yè)嘎查。氣候為中溫帶干旱、半干旱性典型大陸性氣候，多年平均降雨量在250 mm左右，單日最高溫度為38.6℃(7月份)，最低溫度為-42.2℃(1月份)，年平均氣溫為1.8℃。

嘎查主要位于阿巴嘎旗低山丘陵地區(qū)，地形主要以低山高平原崗?fù)莸貫橹?，地勢東北高西南低，整體呈東北向西南傾斜狀。土壤主要為栗鈣土、淡栗鈣土、棕栗鈣土、坡洪積栗鈣土等組成的典型溫帶草原土壤，其中栗鈣土為主要組成部分。土壤在草原植物根系、殘體及牲畜糞便在微生物的分解下，形成大量的腐殖質(zhì)，土質(zhì)肥沃。植被主要由高平原干草原草場植被和低山丘陵干草原草場植被組成，植物群落以克氏針茅(Stipakrylovii)、羊草(Leymuschinensis)冷蒿(Artemisiafrigida)、糙隱子草(Cleistogenessquarrosa)和大針茅(Stipagrandis)等典型草原干冷性叢生禾草類為主。植物種類主要由禾本科、百合科等組成，同時牧草營養(yǎng)價值及可采食性較高。

2 數(shù)據(jù)來源與方法

2.1 植被、土壤樣方采樣

2017年7月下旬至8月上旬，在入戶訪談的基礎(chǔ)上挑選5戶牧戶(簡稱牧戶NR、牧戶CG、牧戶AL和牧戶BL，封育草場FB，簡稱為姓名拼音縮寫)的草場進行野外植被和土壤樣方采集。每個牧戶分別采6個樣方，其中封育草場FB為5個樣方，植物土壤分別采取29個樣方。植物的高度、蓋度、密度、頻度、地上生物量等信息。土壤樣方采用“環(huán)刀取樣法”，土壤樣品采用牛皮紙，鋁盒等保存。返校后在專業(yè)土壤實驗室進行測試并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。每個樣方均采用GPS定位獲取經(jīng)緯度和海拔高度。樣方采樣全程通過照相記錄并保存，所采樣方數(shù)據(jù)經(jīng)匯總無誤后輸入Excel軟件中保存。

2.2 CVOR草場健康程度評估模型

2.2.1評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

CVOR草地生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)評價體系表主要以植物群落樣方數(shù)據(jù)和土壤理化性質(zhì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分為4個準(zhǔn)則層，即基況C(condition)、活力V(vigor)、組織力O(Organizational)和恢復(fù)力R(Resilience)和18個具體因子層(見表1)。

表1 CVOR草地生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)體系表

2.2.2評價體系相關(guān)指數(shù)系數(shù)的計算

2.2.2.1層次分析法

根據(jù)層次結(jié)構(gòu)模型(見表1)，將原始數(shù)據(jù)歸類處理后，構(gòu)造判斷矩陣，通過權(quán)重系數(shù)公式計算各級權(quán)重系數(shù)，對權(quán)重系數(shù)進行一致性檢驗，直至滿足一致性檢驗后，確定各層級權(quán)重系數(shù)，主要流程見圖1。

圖1 層次分析法權(quán)重計算流程圖

2.2.2.2熵值法

根據(jù)層次結(jié)構(gòu)模型(見表1)，將原始數(shù)據(jù)歸類處理后，構(gòu)造判斷矩陣，通過正向指標(biāo)計算法對原始數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理后，通過系數(shù)計算公式確定各層級權(quán)重系數(shù)，主要流程見圖2。

圖2 熵值法權(quán)重計算流程圖

2.2.3最終參數(shù)值的確立

參考相關(guān)學(xué)者計算方法，利用綜合權(quán)重法，即通過熵值法和層次分析法所得系數(shù)計算CVOR模型參數(shù)最終值[10]。

(1)

公式中，Yi為對應(yīng)指標(biāo)j的綜合權(quán)重值，WAHP和WE分別為運用層次分析法和熵值法求得的指標(biāo)j的權(quán)重值，n綜合評價因子數(shù)量(文中n=18)。

2.2.4草原生態(tài)系統(tǒng)退化程度評價

2.2.4.1草地健康綜合得分計算方法

根據(jù)研究的目的與選取指標(biāo)的不同，選取草地健康評價的方法也有所不同，借鑒王黎黎等對草地生態(tài)系統(tǒng)評價的成果[10]。采用加權(quán)平均法，通過標(biāo)準(zhǔn)化的實測植物Xij和土壤數(shù)據(jù)與公式(1)所計算的各層級最終權(quán)重值Yi,計算草地健康綜合得分。

(2)

式中，Uj為第j個牧戶草地健康評價的綜合得分，Xij為標(biāo)準(zhǔn)化后的模型指標(biāo)數(shù)據(jù)，Yi為對應(yīng)指標(biāo)j的最終加權(quán)值，j為對應(yīng)評價指標(biāo)，n為評價指標(biāo)總數(shù)。

2.2.4.2牧戶放牧草場健康程度評價

關(guān)于CVOR草場健康評價指標(biāo)的選取，多數(shù)專家學(xué)者在不同的研究區(qū)域和方式上都有自身評價量表[11-12]，但大體上差異不大，為更符合研究區(qū)內(nèi)的實際情況，本研究以單貴蓮等在錫林郭勒典型草原健康評價時所采取的五分量表為基準(zhǔn)[9](見表2)。

3 數(shù)據(jù)結(jié)果與分析

3.1 權(quán)重系數(shù)的計算

熵值法屬于客觀賦值類方法，其結(jié)果較為客觀，但僅從客觀信息進行計算的數(shù)據(jù)有時與實際結(jié)果存在較大差異。層次分析法優(yōu)點是采用相關(guān)專家學(xué)者的意見，能夠彌補熵值法的一些不足。為此，有學(xué)者[9]綜合以上兩種方法，利用綜合權(quán)重法計算CVOR模型參數(shù)最終值，增加系數(shù)的科學(xué)性。

3.1.1層次分析法計算所得權(quán)重值

根據(jù)計算的數(shù)值進行層次排序，最終得出準(zhǔn)則層和因子層的權(quán)重值，最終通過加權(quán)法計算出個因子層的綜合權(quán)重值(見表3)。

表3 各層級權(quán)重值計算總表

3.1.2熵值法法計算所得權(quán)重值

通過熵值法流程計算，得出準(zhǔn)則層和因子層的權(quán)重值(見表4)。

3.1.3加權(quán)計算所得CVOR最終權(quán)重值

通過加權(quán)計算，得出各因子層的最終權(quán)重值(見表5)?？梢?，嘎查內(nèi)牧戶草場健康狀況影響最大的指標(biāo)為活力V和組織力O，土壤理化性質(zhì)相關(guān)系數(shù)指標(biāo)貢獻度要低于植物群落系數(shù)。

3.2 牧戶草場健康程度評價

從表6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果可知，牧戶的健康評價得分從高到低依次為牧戶NR(0.911 6)、封育草場FB(0.897 0)、牧戶AL(0.705 6)、牧戶CG(0.661 9)、牧戶BL(0.588 5)，各個牧戶間草場健康現(xiàn)狀出現(xiàn)較明顯差異，即牧戶草場出現(xiàn)健康(牧戶NR和封育草場FB)、亞健康(牧戶AL和牧戶CG)、警戒(牧戶BL)3個層級。

表4 熵值法計算出的各類指標(biāo)權(quán)重值表

表5 CVOR評價體系影響因子最終權(quán)重值表

表6 各牧戶草場健康評價得分總表

4 討論與結(jié)論

4.1 牧戶草場健康現(xiàn)狀差異化顯著

本研究牧戶放牧草場位于阿巴嘎旗北部相同嘎查內(nèi)，在相似的自然背景下牧戶間草場健康現(xiàn)狀理應(yīng)處于相似水平，然而在研究區(qū)內(nèi)入戶調(diào)研時，通過對牧民的訪談中了解到，原來嘎查內(nèi)牧戶間的草場健康狀況整體處于相同水平內(nèi)，但從本研究的實際數(shù)據(jù)分析結(jié)果來看，牧戶間草場健康已出現(xiàn)不同層級，即牧戶草場出現(xiàn)健康(牧戶NR和封育草場FB)、亞健康(牧戶AL和牧戶CG)、警戒(牧戶BL)三個層級。如筆者在調(diào)研期間觀察到，研究區(qū)內(nèi)網(wǎng)圍欄兩側(cè)牧戶間的草場植被已出現(xiàn)明顯差異(圖3)，且部分牧戶間，如牧戶NR和牧戶BL間的草場健康現(xiàn)狀出現(xiàn)較大差異。從以上角度可以看出，牧戶的決策水平差異會對其草場的健康狀況產(chǎn)生影響，但如需進一步通過數(shù)據(jù)進行論證該觀點則還需要定居放牧以前的植物群落和土壤理化性質(zhì)等實測數(shù)據(jù)進行定量化分析，這也是筆者今后研究需要加深探討的要點。

圖3 嘎查內(nèi)牧戶草場網(wǎng)圍欄兩側(cè)植物群落現(xiàn)狀差異對比圖

4.2 牧戶草場差異化主要體現(xiàn)為植物群落差異

CVOR模型中基況C對于健康指數(shù)的影響值較低(權(quán)重值為0.11)，表明牧戶放牧草場土壤的容重、含水量、氮、磷、鉀等對牧戶草場健康指數(shù)貢獻度較低，研究區(qū)內(nèi)草場土壤整體處于相似水平，說明土壤的退化演替相對植物演替而言具有滯后性，即土壤的退化在短時期內(nèi)不會直接表現(xiàn)出來。活力V和組織力O對健康指數(shù)的貢獻度接近七成(權(quán)重值為0.68)，以研究區(qū)內(nèi)牧戶草場植物群落的重要值為基礎(chǔ)進行PCA主成分分析，發(fā)現(xiàn)各牧戶間植物群落演替現(xiàn)狀差異顯著(圖4)，表明牧戶間的植物群落差異才是導(dǎo)致健康指數(shù)差異的主要影響因子，同時，植物群落的貢獻度為0.89，故在研究區(qū)內(nèi)植物的現(xiàn)狀大體上體現(xiàn)了牧戶草場的健康現(xiàn)狀。植物群落分類排序中，主成分分析法(PCA)可以很好的卻分不同層級的植物群落，為此，在今后一定時期內(nèi)，研究區(qū)內(nèi)草場健康狀況可以通過實測植物群落相關(guān)數(shù)據(jù)以簡化相關(guān)實驗流程。

圖4 研究區(qū)牧戶草場植物群落PCA分析結(jié)果圖

4.3 科學(xué)合理放牧才是牧區(qū)人地關(guān)系和諧的根本

從評價結(jié)果來看，封育草場的健康程度并不是所有評價草場內(nèi)表現(xiàn)最好的，說明封育可以在短時期內(nèi)暫緩草場的退化演替進程，但是并不能恢復(fù)到原來最好的狀態(tài)。牧區(qū)的人地關(guān)系協(xié)調(diào)是千百年來牧民與牲畜和草原之間共同磨合而來的，而不是簡單的通過禁牧、休牧的人為調(diào)節(jié)能達到。同時，在時代的進步發(fā)展下，一味的追求原始的游牧也不太切合實際，為此，在新時代下如何權(quán)衡好“人-草-畜”系統(tǒng)的平衡是當(dāng)前乃至今后很長一點時期人們需要攻堅的難題。