基于牧戶感知和野外調(diào)查相結(jié)合的內(nèi)蒙古東部草甸草原健康評價

尹燕亭,運(yùn)向軍,郭明英,偉 軍,侯向陽,*

1 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所, 呼和浩特 010010 2 呼倫貝爾市草原工作站, 海拉爾 021008

我國是草原資源大國,草原占全國土地面積的41.7%,但受自然和人為因素影響,草原退化嚴(yán)重,因此遏制草原退化、保護(hù)草原生態(tài)環(huán)境已成為我國草原管理的重中之重。關(guān)于草原退化的一系列問題,如退化程度、退化原因識別以及相關(guān)治理政策的制定等,主要由科學(xué)方法確定[1- 3],如超載被認(rèn)為是導(dǎo)致草原退化的首要原因[4- 6],因此制定了以減畜為主要手段、以實現(xiàn)草原保護(hù)為最終目標(biāo)的生態(tài)政策。但科學(xué)方法一般從縣域或地區(qū)等大尺度、采用遙感[7- 9]或試驗方法[10- 12]進(jìn)行研究,而忽略了牧戶的重要性。在我國草原牧區(qū),牧戶是草原使用權(quán)的所有者和直接管理者,對草原狀況有自己的一套認(rèn)知和判斷,這往往導(dǎo)致大尺度遙感或試驗方法下的科學(xué)結(jié)果與牧戶尺度下的自我感知結(jié)果相矛盾,進(jìn)而引發(fā)草原生態(tài)治理政策和牧戶實際畜牧業(yè)生產(chǎn)行為之間的矛盾,最終導(dǎo)致政策的失效[13- 14]。

國內(nèi)外已經(jīng)有大量研究表明,牧戶感知能夠用于有效評價草原狀況[15- 18],從牧戶視角出發(fā)開展退化草原治理研究有助于加深對草原退化的認(rèn)識和制定合理有效的草原恢復(fù)政策[19- 20]。但由于牧戶感知存在主觀性[21- 22],其有效性遭到了諸多質(zhì)疑,因此國外已經(jīng)開始有將科學(xué)方法和牧戶感知相結(jié)合的研究,對草原健康狀況進(jìn)行綜合評價,并證實兩種方法可以相互補(bǔ)充[23-26],可提高草原生態(tài)系統(tǒng)健康評價的準(zhǔn)確性。盡管國內(nèi)學(xué)界已經(jīng)意識到牧戶感知的重要性[16,27-28],但將兩種方法相結(jié)合的研究卻較為鮮見。

牧戶作為草原資源的直接使用者和管理者,其對草原的第一手感知和認(rèn)識對準(zhǔn)確判斷草原狀況和治理草原退化具有不可忽視的重要價值。本研究試圖將牧戶感知與科學(xué)方法相結(jié)合,以內(nèi)蒙古東部草甸草原地區(qū)牧戶尺度下的草原為研究對象,通過牧戶調(diào)研和野外調(diào)查,采用任繼周提出的Condition-Vigor-Organization-Resilience (CVOR)綜合指數(shù)評價法,分析和探討兩種方法在牧戶尺度草原健康評價方面的一致性,以期為我國的草原健康評價、優(yōu)化草原管理和有效治理草原退化提供新的方法視角和參考。

1 研究區(qū)域與方法

1.1 研究區(qū)域

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古東部的陳巴爾虎旗(118°22′—121°02′E,48°48′—50°12′N),屬于典型的草甸草原。該地區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候,年均氣溫-0.5—1.5℃,年降水量290—400 mm,全年降水分布不均勻,集中在夏季。在內(nèi)蒙古所有草原類型中,該類型區(qū)草地生產(chǎn)力最高。土壤類型主要為栗鈣土,主要物種包括羊草(Leymuschinensis)、貝加爾針茅(StipaBaicalensis)、日蔭菅(Carexpediformis)等,其中羊草和貝加爾針茅占優(yōu)勢地位,冷蒿(Artemisiafrigida)、星毛委陵菜(Potentillaacaulis)、寸草苔(Carexduriuscula)等占比較小。

自20世紀(jì)80年代牧區(qū)實施“雙權(quán)一制”,草原、牲畜到戶以來,牧戶一直是草原的直接使用者和管理者,畜牧業(yè)是牧戶的主要收入來源,在牧戶生計中具有重要作用。放牧是草原利用的主要方式,多數(shù)牧戶草場實施全年放牧,部分牧戶將自己的部分草場分割出來當(dāng)作打草場,此部分打草場通常離居住地較近但實施圍封,除作為秋季打草場外,在冬季也通常當(dāng)作放牧地。

1.2 數(shù)據(jù)來源

1.2.1 牧戶調(diào)研

本次調(diào)研采用分層隨機(jī)抽樣方法,2013年7月下旬—8月上旬在研究區(qū)選擇3個蘇木(鄉(xiāng))、共抽取5個嘎查(村),每個嘎查(村)隨機(jī)選擇5—20戶牧戶,共60戶牧戶。每個嘎查(村)調(diào)研前,皆先通過嘎查領(lǐng)導(dǎo)詳細(xì)了解整個嘎查牧戶的經(jīng)濟(jì)和牲畜情況；開始調(diào)研時,聘請一位熟悉嘎查情況的嘎查工作人員作為向?qū)Ш头g,以確保調(diào)研對象的代表性,以及牧戶能充分理解被調(diào)研問題。因為調(diào)研內(nèi)容涉及牧戶對過去30年草地狀況變化感知,所以在調(diào)研過程中只選擇50歲及以上的牧戶進(jìn)行調(diào)查。

調(diào)研內(nèi)容主要包括以下幾個方面：(1)牧戶社會背景及家庭經(jīng)濟(jì)情況(收入、牲畜等方面)；(2)牧戶對草原植被動態(tài)變化的感知,包括植被類型、高度、群落蓋度和生產(chǎn)力等；(3)對草原土壤動態(tài)變化的感知,主要包括土壤濕度和營養(yǎng)變化等；(4)草原變化對畜牧業(yè)生產(chǎn)的影響；(5)對整個草原健康狀況的感知,包括是否退化、退化程度等。

1.2.2 野外調(diào)查

野外調(diào)查選擇在已經(jīng)調(diào)研過的阿爾山嘎查進(jìn)行。野外調(diào)查開始之前,首先通過調(diào)研數(shù)據(jù)計算得出牧戶家庭收入及草原載畜率,由于牧戶收入與載畜率之間的高度正向相關(guān)關(guān)系[29- 30],本研究將牧戶分為高、中、低收入水平,對應(yīng)載畜率分別為3.00羊單位/hm2、2.00羊單位/hm2、1.50羊單位/hm2,同時結(jié)合牧戶遙感數(shù)據(jù),了解牧戶整體草場狀況。在征得牧戶同意的基礎(chǔ)上,從高、中、低收入水平牧戶中各選5戶牧戶草場作為野外調(diào)查樣地,最終形成高、中、低3個經(jīng)濟(jì)處理,每個處理包括5個重復(fù),即每個經(jīng)濟(jì)水平包括5戶牧戶草場作為處理區(qū),共計15個。關(guān)于參照區(qū)的選擇,由于在研究區(qū)很難找到完全不放牧的草原(即使政策上有,根據(jù)調(diào)研,通常都仍在放牧),但該地區(qū)許多牧戶留有打草場,由于實施圍封并且只在冬季放牧,因此植被生長狀況較好,根據(jù)Hobbs和Norton[31]的生態(tài)系統(tǒng)健康評價參照系統(tǒng)的選擇方法,最終選擇長久固定用于打草、且打草前的5戶牧戶草場作為參照區(qū)。

2013年8月中旬進(jìn)行野外調(diào)查,采用樣線法,以牧戶居住點為起點,在樣地所屬牧戶的協(xié)助下,選擇植被較均勻、地形相似且能最大程度代表整個草原類型健康狀況的地段進(jìn)行試驗,最終每個樣地取5個1 m×1 m樣方,分種記錄各植物的高度、蓋度和密度,并采用地面剪齊法剪草,分種類收集草樣并進(jìn)行烘干處理測其干重。參照區(qū)在打草前進(jìn)行采樣。

1.2.3 草原健康指數(shù)評價

關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)健康評價,有模糊評價法、功能評價法、生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)法等多種方法[32- 34],但其中普遍接受的則是VOR健康指數(shù)法[35],并在實踐中得到了一定的應(yīng)用,但該方法本身存在局限性,僅考慮生態(tài)系統(tǒng)本身而忽略了影響系統(tǒng)的環(huán)境因素[11],加之評價生態(tài)系統(tǒng)的各單項指標(biāo)尺度不統(tǒng)一,造成了夸大或縮小某個指標(biāo)作用的風(fēng)險[11,36],進(jìn)而影響評價結(jié)果。

在VOR指數(shù)法的基礎(chǔ)上,任繼周院士于2000年提出了CVOR綜合指數(shù)評價法[37]。草原基況(C)是草原生態(tài)系統(tǒng)的大氣、土地與位點等因子的綜合[11],CVOR綜合指數(shù)法考慮了環(huán)境因素對生態(tài)系統(tǒng)健康的影響,評價更為客觀、綜合性較強(qiáng),該方法已經(jīng)用于諸多研究中并證明了其可行性[10- 12],本研究采用CVOR綜合指數(shù)法對牧戶尺度草原進(jìn)行健康評價。具體公式及計算方法如下：

(1)草原基況(C)的計算

草原基況反映了草原生態(tài)系統(tǒng)地境-牧草的狀況[11],是大氣、土壤與氣候因子的綜合[12,38],本研究以土壤有機(jī)質(zhì)為指標(biāo),其計算公式為

C=SOMi/SOMRA

式中,SOMi為評價對象的土壤有機(jī)質(zhì)含量,SOMRA為參照系統(tǒng)的土壤有機(jī)質(zhì)含量,Ci∈[0, 1],如果C>1,則取C=1。

(2)活力指數(shù)(V)的計算

活力代表生態(tài)系統(tǒng)的能量和活動性[10- 12],可用光合效率[39]、地上生物量[10- 12]等表示,本研究選用地上生物量為指標(biāo)進(jìn)行計算：

Vi=Bi/BRA,

式中,Bi為評價對象的地上生物量,BRA為參照系統(tǒng)的地上生物量,Vi∈[0, 1],如果V>1,則取V=1。

(3)組織力指數(shù)(O)的計算

組織力反映生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,可用生物多樣性[40]、物種分布頻率、相對生物量、相對高度[10- 12,36,41]、群落穩(wěn)定性[42]等計算,參考內(nèi)蒙古草原群落組織力評價方法[43],本研究采用各物種的相對頻率、相對生物量和相對高度來計算,具體公式如下：

Oi=∑[(Fj+Bj+Hj)/3]

式中,Fj=Nj/N,代表各物種的相對頻率,其中Nj為出現(xiàn)第j個物種的樣方數(shù),N是全部樣方數(shù)(本研究為每個樣地5個樣方,即N=5)；Bj=Bjk/Bk,為各物種的相對生物量,其中Bjk為第j物種在第k個樣方中干重(k=1,2,……5),Bk是第k個樣方的總干重；Hj=Pj/Pmax,為各物種的相對高度,Pj為群落中第j個植物種在樣方中的植株平均高度,Pmax是Pj中最大值。

最后,將評價對象組織力計算值與參照系統(tǒng)組織力計算值相比較,即:O=Oi/ORA,式中,Oi為評價對象的組織力；ORA為參照系統(tǒng)的組織力。O∈[0, 1],若O>1, 則取O=1。

(4)恢復(fù)力指數(shù)(R)的計算

恢復(fù)力表示生態(tài)系統(tǒng)對外在脅迫的反彈能力和恢復(fù)能力[10,12,42],可用多樣性指數(shù)[36]、R測度法[11]等計算。與文獻(xiàn)[10,12]相同,本研究采用優(yōu)勢種的地上生物量與退化指示種地上生物量的比值進(jìn)行計算

式中,Bi(D1+D2)、BRA(D1+D2)分別代表評價對象和參照系統(tǒng)的優(yōu)勢種羊草和貝加爾針茅地上生物量之和,Bi(DI1+DI2)、BRA(DI1+DI2)則分別代表評價對象和參照系統(tǒng)的退化指示種冷蒿和星毛萎陵菜的地上生物量,其中Ri∈[0, 1],如果R>1,則R=1。

CVOR綜合指數(shù)計算公式為

HI=Wc×C+Wv×V+Wo×O+Wr×R(1)

式中,Wc、Wv、Wo、Wr分別是C、V、O、R的權(quán)重系數(shù),反映了C、V、O、R各因素的重要性,同時可減輕甚至避免由數(shù)據(jù)背景引起的不確定性、自然空間不均勻性抑或時間波動性等導(dǎo)致的結(jié)果誤差[11- 12],其中Wc+Wv+Wo+Wr=1且Wc、Wv、Wo、Wr≥0。因為本研究在野外調(diào)查開始之前已經(jīng)對牧戶進(jìn)行了調(diào)研,背景清晰,因此取Wc=Wv=Wo=Wr=1/4,HI∈[0, 1],如果HI= 1,系統(tǒng)處于最健康狀態(tài)；若HI= 0,生態(tài)系統(tǒng)最不健康。

1.2.4 草原生態(tài)系統(tǒng)健康等級的劃分

參考諸多文獻(xiàn)[10- 12,36,42- 43],本研究利用四分法將草原生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)劃分為4個不同等級：如果0.75

1.2.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007和IBM SPSS 21對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與討論

2.1 牧戶對草原健康狀況的感知

關(guān)于牧戶對過去30年草原健康狀況變化的感知,由表1可知,超過80%以上的牧戶認(rèn)為植被狀況變差,82%的牧戶認(rèn)為植被種類減少,其中部分牧戶指出,一年生和退化指示種(如冷蒿)呈增加趨勢；另有85%和87%的牧戶分別指出植被的高度和蓋度降低,亦有高達(dá)87%的調(diào)研對象認(rèn)為牧草產(chǎn)量減少,生產(chǎn)力降低。關(guān)于土壤狀況,分別有80%和78%牧戶認(rèn)為土壤的濕度和肥力出現(xiàn)降低；關(guān)于草原健康狀況變化對畜牧業(yè)的影響,80%的牧戶表示當(dāng)前的草原健康狀況已經(jīng)影響到畜牧業(yè)生產(chǎn)。上述結(jié)果顯示牧戶從植被、土壤、牲畜等多個指標(biāo)進(jìn)行對草原健康狀況的感知判斷,這與諸多采用科學(xué)方法的研究[10- 12,40- 43]是一致的,表明牧戶感知與科學(xué)方法研究在評價草原健康狀況指標(biāo)選取方面具有相似性。由此可得出,在指標(biāo)選取方面,牧戶感知已經(jīng)具備了用于準(zhǔn)確評價草原健康狀況的前提條件。

表1 牧戶對草原健康狀況的感知/%

2.2 牧戶感知和CVOR指數(shù)法下的草原健康評價

從牧戶感知而言,83%牧戶認(rèn)為草原已經(jīng)發(fā)生退化,其中認(rèn)為嚴(yán)重退化的牧戶達(dá)53%,這與常駿和娜日蘇[44- 45]分別采用試驗和遙感方法針對草甸草原的研究結(jié)果是相似的。根據(jù)CVOR綜合指數(shù)法得到不同經(jīng)濟(jì)水平牧戶草場的健康評價指數(shù)(表2),可知中等經(jīng)濟(jì)水平牧戶草場的健康指數(shù)最高(HI=0.54, SD=0.17),高經(jīng)濟(jì)水平次之(HI=0.51, SD=0.10),低經(jīng)濟(jì)水平牧戶草場最低(HI=0.49, SD=0.09),參照草原生態(tài)系統(tǒng)健康等級評價方法,高、中經(jīng)濟(jì)水平牧戶草場均被判定為不健康,低經(jīng)濟(jì)水平牧戶草場處于警戒水平。上述結(jié)果表明,無論牧戶感知或是CVOR綜合指數(shù)法,牧戶草場均被評價為不同程度的退化,這表示牧戶感知不僅在評價指標(biāo)選取方面與科學(xué)方法研究具有一致性,更重要的是,其評價結(jié)果也具有一致性,進(jìn)一步證明牧戶感知可用于準(zhǔn)確評價草原健康狀況的可行性和可信度。

表2 不同經(jīng)濟(jì)水平牧戶草場健康指數(shù)評價結(jié)果

2.3 不同經(jīng)濟(jì)水平牧戶草場健康狀況

關(guān)于牧戶感知結(jié)果,為便于進(jìn)行非參數(shù)檢驗,首先對各指標(biāo)進(jìn)行賦值,植物種類、高度、蓋度、草原生產(chǎn)力、土壤濕度和肥力的感知增加、降低、不變、不確定分別賦值為1、2、3、4；對牲畜影響的感知嚴(yán)重影響、輕微影響、無影響、不確定分別賦值為1、2、3、4；對退化程度的感知嚴(yán)重退化、輕度退化、無退化、輕微變好、明顯變好分別賦值為1、2、3、4、5。 檢驗結(jié)果顯示高、中、低不同經(jīng)濟(jì)水平牧戶在對植被、土壤和牲畜狀況等各指標(biāo)變化以及退化程度的判斷上均無顯著差異(表3)。結(jié)合2.2中高、中、低不同經(jīng)濟(jì)水平牧戶草場的健康指數(shù)雖有不同(表2),但不同經(jīng)濟(jì)處理之間亦無顯著差異(P>0.05),即不同經(jīng)濟(jì)牧戶水平牧戶草場雖呈現(xiàn)不同程度退化,但退化程度并無顯著差異,再次證明牧戶草場生態(tài)狀況趨同現(xiàn)象的存在,這與之前研究結(jié)果相似[21,46]。關(guān)于生態(tài)系健康狀況趨同現(xiàn)象,早在2004年Huxman等[47]研究就已經(jīng)指出,受降水使用效率影響,生態(tài)系統(tǒng)狀況呈現(xiàn)趨同。但與Huxman等研究中趨同原因不同,本研究中草原健康狀況趨同與牧戶畜牧業(yè)生產(chǎn)行為有關(guān)[48]。高經(jīng)濟(jì)水平牧戶通常擁有較多牲畜,因此他們經(jīng)常選擇租賃草原或進(jìn)行走場到其他牧戶草場,以減少自有草場的放牧壓力。低經(jīng)濟(jì)水平則與之相反,牲畜較少而草場面積則較大,其草場常進(jìn)行出租或被鄰居付以較小代價作放牧使用,因此導(dǎo)致其草場壓力不低甚至可能更高。中等經(jīng)濟(jì)水平牧戶則通常擁有適當(dāng)面積和數(shù)量的草場和牲畜,往往不會出租草場,或者有時會租賃草場,以維持適當(dāng)牲畜規(guī)模進(jìn)而防止草場放牧壓力過大。不同經(jīng)濟(jì)水平牧戶按照上述行為長期開展畜牧業(yè)生產(chǎn)實踐,勢必影響草原狀況變化,最終導(dǎo)致高經(jīng)濟(jì)水平牧戶草場實際載畜率不高,而低經(jīng)濟(jì)水平牧戶草場實際載畜率不低,不同牧戶草場健康狀況趨同的現(xiàn)象。

表3 不同經(jīng)濟(jì)水平牧戶草場健康感知非參數(shù)檢驗結(jié)果

2.4 綜合運(yùn)用多種評價方法為科學(xué)有效草原管理提供參考

草原生態(tài)系統(tǒng)健康評價的科學(xué)方法多樣,但沒有某一種方法完全比其他方法更有效,每種方法都有其優(yōu)點和缺點,如運(yùn)用遙感影像數(shù)據(jù)[7- 8],其優(yōu)點是尺度大、覆蓋面廣,但由于分辨率低、指標(biāo)種類不全面等問題,影響其評價結(jié)果的準(zhǔn)確性；樣地試驗方法則僅反映了某個樣地的生態(tài)健康狀況,而牧戶關(guān)心的是牧戶尺度的草原生態(tài)系統(tǒng)健康狀況,因此樣地試驗法的結(jié)果也往往不能被牧戶接受,這勢必影響到生態(tài)保護(hù)和建設(shè)政策的有效實施。牧戶對草原和環(huán)境之間的相互作用有著自己的判斷和認(rèn)知[49- 50],并將其直接用于指導(dǎo)實際畜牧業(yè)生產(chǎn)管理進(jìn)而影響草原健康狀況。但由于牧戶感知亦存在主觀性,如牧戶認(rèn)為降水是導(dǎo)致草原退化的首要因素[21],而對于超載和過度放牧,牧戶雖然認(rèn)為也會引起草原退化,但大多數(shù)并不認(rèn)為其草場存在超載或過度放牧。鑒于上述問題,國外已經(jīng)有很多研究將科學(xué)方法和牧戶感知結(jié)合起來,并證明了其在草原健康評價中的有效性[23- 26],甚至有學(xué)者已經(jīng)開始探索參與式評價法[26,51],通過對牧戶進(jìn)行科學(xué)評價方法培訓(xùn),結(jié)合其第一手感知和判斷,以實現(xiàn)及時、準(zhǔn)確地了解和掌握草原健康狀況,科學(xué)指導(dǎo)畜牧業(yè)生產(chǎn)實踐。

本研究證明了牧戶感知在評價指標(biāo)選取、評價結(jié)果方面與科學(xué)方法具有一致性,驗證了其能夠用于準(zhǔn)確評價草原健康狀況的可行性和可信度,但對于如何將牧戶感知有效結(jié)合到科學(xué)草原評價和管理中,實施參與式評價,則值得進(jìn)一步研究,對及時掌握草原狀況,優(yōu)化草原管理,制定牧戶易于接受、自覺自愿執(zhí)行的科學(xué)草原管理措施和生態(tài)保護(hù)建設(shè)政策具有重要意義和啟示。

3 結(jié)論

基于牧戶感知和野外調(diào)查相結(jié)合的內(nèi)蒙古東部陳巴爾虎旗草甸草原健康評價研究獲得了下列結(jié)論。

關(guān)于過去30年的草原健康狀況變化,超過80%的牧戶認(rèn)為植物種類、植被高度、群落蓋度、草原生產(chǎn)力等植被指標(biāo)出現(xiàn)下降；分別有80%和78%的牧戶認(rèn)為土壤濕度和土壤肥力出現(xiàn)下降；80%牧戶認(rèn)為草原健康狀況的變化已經(jīng)影響到畜牧業(yè)生產(chǎn)。牧戶草原健康狀況的判斷涉及植物種類、植被高度、群落蓋度、草地生產(chǎn)力、土壤濕度、土壤肥力、對牲畜的影響等植被、土壤、牲畜方面,這與諸多采用科學(xué)方法的研究具有相似性。

無論牧戶感知抑或CVOR綜合指數(shù)法,均判定牧戶草場出現(xiàn)不同程度的退化。超過80%牧戶認(rèn)為草場已經(jīng)發(fā)生退化,其中高達(dá)53%牧戶認(rèn)為嚴(yán)重退化；CVOR指數(shù)法評價不同經(jīng)濟(jì)水平牧戶草場健康指數(shù)排序為：中經(jīng)濟(jì)水平(0.54)>高經(jīng)濟(jì)水平(0.51)>低經(jīng)濟(jì)水平(0.49),不同牧戶草場均處于不健康狀態(tài),發(fā)生不同程度的退化。

根據(jù)牧戶感知和CVOR綜合指數(shù)法評價結(jié)果,表明高、中、低不同經(jīng)濟(jì)水平牧戶草場發(fā)生不同程度退化,但退化程度均無顯著差異(P>0.05),證明兩種方法對牧戶草場健康狀況評價具有趨同的結(jié)果。