京津風(fēng)沙源區(qū)草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)評(píng)價(jià)

寧晨東，周利軍，齊 實(shí)，孫保平，李 月，張 琪，劉孝盈

(1 北京林業(yè)大學(xué) 水土保持學(xué)院，北京100083；2 長(zhǎng)江水利委員會(huì) 水土保持監(jiān)測(cè)中心站，湖北 武漢430010；3 貴州財(cái)經(jīng)大學(xué) 公共管理學(xué)院，貴州 貴陽550025；4 中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京100048)

京津風(fēng)沙源治理工程作為我國(guó)的一項(xiàng)重要生態(tài)工程，是修復(fù)我國(guó)北方退化草原、構(gòu)筑北方生態(tài)屏障的重要組成部分，對(duì)遏制京津地區(qū)的風(fēng)沙危害、改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境具有重要作用，同時(shí)對(duì)于提升首都國(guó)際形象、推動(dòng)區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟(jì)發(fā)展也具有重要意義[1-2]。草原作為工程區(qū)內(nèi)最大的生態(tài)系統(tǒng)，面積占工程區(qū)總面積一半以上，達(dá)到58.10%[3]，其退化引起的草地生產(chǎn)力降低、土地沙化、沙塵暴等一系列生態(tài)環(huán)境問題，嚴(yán)重影響著京津風(fēng)沙源治理工程區(qū)的生態(tài)安全[4-6]。京津風(fēng)沙源治理一期工程于2001年啟動(dòng)，2012年結(jié)束，二期工程(2013-2022年)隨之開始實(shí)施。草地作為區(qū)域內(nèi)分布范圍最廣的占地類型，前人總結(jié)了大量的針對(duì)草地生態(tài)修復(fù)的技術(shù)，這些技術(shù)在恢復(fù)退化生態(tài)系統(tǒng)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用[7-8]。因此，對(duì)京津風(fēng)沙源治理工程區(qū)草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)進(jìn)行總結(jié)與評(píng)價(jià)，有助于促進(jìn)我國(guó)草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)的進(jìn)一步推廣，并為草地生態(tài)治理工程的規(guī)劃和實(shí)施提供參考[9]。

京津風(fēng)沙源治理工程自實(shí)施以來，其治理效果受到了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。眾多學(xué)者研究了工程區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化[10-12]，也有學(xué)者針對(duì)某一生態(tài)特征進(jìn)行研究，如嚴(yán)恩萍等[13]基于遙感影像，分析了京津風(fēng)沙源治理區(qū)植被覆蓋的時(shí)空演變特征；于寶勒等[14]利用土壤風(fēng)蝕模型，估算了內(nèi)蒙古風(fēng)沙源治理區(qū)風(fēng)蝕模數(shù)的年際變化；張彪等[15]采用修正風(fēng)蝕方程，評(píng)估了京津風(fēng)沙源區(qū)防風(fēng)固沙功能的整體變化和區(qū)域差異。在技術(shù)效益方面，張良俠等[16]采用碳收支清單法分析了區(qū)域內(nèi)不同草地治理技術(shù)對(duì)土壤有機(jī)碳庫的影響；李愈哲等[17]以風(fēng)沙源工程的草原治理區(qū)為研究對(duì)象，通過野外監(jiān)測(cè)調(diào)查，對(duì)比了4種典型治理措施對(duì)草地群落生態(tài)特征的差異性影響；蔣勝競(jìng)等[18]則以文獻(xiàn)計(jì)量法定性評(píng)價(jià)了國(guó)內(nèi)外不同草地治理技術(shù)對(duì)退化草地的恢復(fù)效果。

京津風(fēng)沙源治理工程實(shí)施至今近20年，現(xiàn)有研究多著眼于整體生態(tài)服務(wù)功能的變化，忽略了對(duì)區(qū)域內(nèi)具體生態(tài)修復(fù)技術(shù)實(shí)施效果的關(guān)注，且尚欠缺對(duì)生態(tài)修復(fù)技術(shù)適用性的分析與評(píng)價(jià)，較大程度上影響了對(duì)具體修復(fù)技術(shù)的認(rèn)知和使用。因此對(duì)區(qū)域內(nèi)草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)進(jìn)行比較與評(píng)價(jià)，對(duì)指導(dǎo)下一步生態(tài)工程的規(guī)劃、促進(jìn)生態(tài)治理工程的良性發(fā)展具有重大意義。

鑒于此，本研究基于中國(guó)學(xué)術(shù)期刊全文數(shù)據(jù)庫(CNKI)和Web of Science核心數(shù)據(jù)庫，收集自京津風(fēng)沙源治理工程啟動(dòng)以來區(qū)域內(nèi)實(shí)施的草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)文獻(xiàn)，運(yùn)用綜合評(píng)分法和空間疊置法對(duì)各種技術(shù)的修復(fù)效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以期為草地生態(tài)恢復(fù)研究提供科學(xué)導(dǎo)向，并為促進(jìn)未來生態(tài)工程的科學(xué)部署和生態(tài)修復(fù)技術(shù)的選擇提供參考。

1 研究區(qū)概況

京津風(fēng)沙源區(qū)(109°30′-120°53′E，38°50′-46°40′N)西起內(nèi)蒙古達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗，東至內(nèi)蒙古敖漢旗，南起山西省代縣，北至內(nèi)蒙古東烏珠穆沁旗，一期工程總面積45.8萬km2[3]。治理區(qū)面積廣闊，由平原、山地和高原組成，年均降雨量150～800 mm，年均氣溫-4～12 ℃。根據(jù)不同的生物氣候帶和植被覆被差異，分為荒漠草原亞區(qū)、典型草原亞區(qū)、渾善達(dá)克沙地亞區(qū)、大興安嶺南部亞區(qū)、科爾沁沙地亞區(qū)、農(nóng)牧交錯(cuò)帶草原亞區(qū)、晉北山地丘陵亞區(qū)和燕山丘陵山地水源保護(hù)區(qū)8個(gè)治理亞區(qū)(圖1)[19]。工程區(qū)主要生態(tài)系統(tǒng)類型為草地、林地和耕地，其中草地分布最為廣泛。草地治理區(qū)位于內(nèi)蒙古高原內(nèi)[20]，包括荒漠草原亞區(qū)、典型草原亞區(qū)和渾善達(dá)克沙地亞區(qū)。

圖1 京津風(fēng)沙源治理區(qū)的范圍Fig.1 Location of the Beijing-Tianjin sandstorm source control area

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 文獻(xiàn)數(shù)據(jù)

在CNKI數(shù)據(jù)庫中，以“(‘草地’+‘草原’+‘草場(chǎng)’)*(‘恢復(fù)’+‘治理’+‘修復(fù)’)”為主題進(jìn)行檢索，設(shè)置文獻(xiàn)檢索時(shí)段為2001年1月-2020年7月。同時(shí)補(bǔ)充Web of Science核心數(shù)據(jù)庫中與我國(guó)相關(guān)的草地修復(fù)論文，檢索式為“TS=(grassland OR steppe OR meadow OR pasture OR rangeland) AND TS=(restore OR rehabilitate OR regenerate OR establish ) AND CU=China”，同樣設(shè)置檢索時(shí)段為2001-2020年(文獻(xiàn)類型精煉為研究性論文“Article”)。初步檢索共得到CNKI數(shù)據(jù)庫中的7 548篇文獻(xiàn)和Web of Science核心數(shù)據(jù)庫中的879篇文獻(xiàn)。閱讀文獻(xiàn)標(biāo)題和摘要剔除不相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的文獻(xiàn)后，得到1 571篇中文和48篇英文共1 619篇文獻(xiàn)；進(jìn)一步閱讀全文，按照預(yù)設(shè)的篩選條件剔除不滿足要求和重復(fù)的研究文獻(xiàn)，最終將143篇文獻(xiàn)(132篇中文,11篇英文)納入技術(shù)分析。文獻(xiàn)篩選原則為：①研究案例為京津風(fēng)沙源工程區(qū)內(nèi)的野外探究性試驗(yàn)且地理位置信息準(zhǔn)確；②恢復(fù)措施明確且為單項(xiàng)修復(fù)技術(shù)；③對(duì)生態(tài)修復(fù)技術(shù)的研究具有可測(cè)定的指標(biāo)。從納入技術(shù)分析的143篇文獻(xiàn)中提取有效信息和數(shù)據(jù)，包括草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)的種類、研究案例地理位置和效益指標(biāo)值。

2.2 可視化圖譜分析

CiteSpace是一款專門用于學(xué)術(shù)文獻(xiàn)分析的可視化軟件，能對(duì)特定學(xué)科領(lǐng)域的文獻(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析和挖掘，包括對(duì)機(jī)構(gòu)、作者、關(guān)鍵詞、引文和時(shí)間序列的分析等，最終以圖譜的方式展現(xiàn)，最常被用到的功能是共被引分析和共現(xiàn)分析[21-22]。本研究借助CiteSpace的關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析功能進(jìn)行指標(biāo)分析，探求我國(guó)草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域的主要研究?jī)?nèi)容和研究方向[23]。

2.3 指標(biāo)量化及評(píng)價(jià)方法

(1)效益指標(biāo)值的量化。以各項(xiàng)生態(tài)修復(fù)技術(shù)的影響程度來計(jì)算。計(jì)算公式為：

I=(Ip-Ic)/Ic×100%。

(1)

式中：I為生態(tài)修復(fù)技術(shù)的影響程度，Ip為技術(shù)實(shí)施后的相關(guān)指標(biāo)量化值，Ic為技術(shù)實(shí)施前的相關(guān)指標(biāo)量化值。

(2)效益定量化評(píng)價(jià)。技術(shù)效益包括生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益，生態(tài)修復(fù)技術(shù)實(shí)施的最終目的是要恢復(fù)脆弱的生態(tài)環(huán)境，因此，在技術(shù)選擇時(shí)應(yīng)更加注重其生態(tài)效益。參考已有研究結(jié)果[24]，在效益的定量評(píng)價(jià)中，確定生態(tài)效益的權(quán)重為0.54，經(jīng)濟(jì)效益的權(quán)重為0.46，采用綜合評(píng)分法進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算公式如下：

R=0.54R1+0.46R2。

(2)

(3)

(4)

式中：R為技術(shù)效益值，R1為技術(shù)生態(tài)效益量化值，R2為技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益量化值，n1為生態(tài)效益指標(biāo)個(gè)數(shù)，ri為第i個(gè)生態(tài)效益指標(biāo)值，n2為經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)個(gè)數(shù)，rj為第j個(gè)經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)值。

2.4 空間數(shù)據(jù)獲取

本研究所使用的2010年平均降水量分布圖、2010年平均氣溫分布圖和全國(guó)1∶1 000 000植被類型空間分布圖，均來源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心(http：//www.resdc.cn/)，在ArcGIS 10.5中，以空間疊置法進(jìn)行空間數(shù)據(jù)的分析和計(jì)算。

3 草地生態(tài)修復(fù)研究指標(biāo)與技術(shù)分析

3.1 研究指標(biāo)分析

將納入指標(biāo)分析的1 619篇文獻(xiàn)輸入CiteSpace中進(jìn)行關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析，合并同義關(guān)鍵詞后提取共現(xiàn)頻次較大的關(guān)鍵詞，得到關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜如圖2所示，圖中節(jié)點(diǎn)年輪越大表示共現(xiàn)頻次越大，連線粗細(xì)表示了關(guān)鍵詞之間的緊密程度[25]。對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行甄別，草地修復(fù)效益指標(biāo)的研究主要包括地上群落指標(biāo)和地下土壤指標(biāo)，地上群落指標(biāo)包括物種多樣性、地上生物量和群落特征，地下土壤指標(biāo)包括土壤養(yǎng)分、土壤水分、土壤理化性質(zhì)、土壤有機(jī)碳、土壤團(tuán)聚體和土壤種子庫等。

圖中節(jié)點(diǎn)年輪越大表示共現(xiàn)頻次越大，連線粗細(xì)表示關(guān)鍵詞之間的緊密程度Larger annual ring of node indicates greater frequency of co-occurrence.Thickness of the connection lines indicates the degree of closeness between keywords

3.2 修復(fù)技術(shù)分析

從最終納入的143篇研究文獻(xiàn)中，共收集到研究區(qū)內(nèi)213例研究案例的草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)21項(xiàng)。各項(xiàng)技術(shù)研究案例數(shù)量及其在調(diào)查案例總數(shù)量中的占比如表1所示。

表1 京津風(fēng)沙源區(qū)草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究案例數(shù)量及占比Table 1 Grassland ecological restoration technologies in Beijing-Tianjin sandstorm source area

按治理目的可將研究區(qū)草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)分為草場(chǎng)恢復(fù)技術(shù)和防風(fēng)固沙技術(shù)，草場(chǎng)恢復(fù)技術(shù)又可以按照技術(shù)屬性分為直接修復(fù)技術(shù)、間接促進(jìn)技術(shù)和輔助性技術(shù)環(huán)節(jié)，具體見表2。

表2 京津風(fēng)沙源區(qū)草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)分類Table 2 Classification of grassland ecological restoration technologies in Beijing-Tianjin sandstorm source area

3.2.1 技術(shù)種類分布 各項(xiàng)研究案例在項(xiàng)目區(qū)內(nèi)的分布情況如圖3所示。

a.年均降水分布;b.年均氣溫分布a.Annual mean precipitation distribution；b.Annual mean temperature distribution

從圖3可以看出，典型草原亞區(qū)是草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)分布最為集中的亞區(qū)(97次)，其次為渾善達(dá)克沙地亞區(qū)(57次)和荒漠草原亞區(qū)(32次)，另有少量的草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)在其他非草地治理亞區(qū)內(nèi)零星分布。在草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)的種類上，典型草原亞區(qū)是各種類修復(fù)技術(shù)使用最多的亞區(qū)，共用到草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)14項(xiàng)，渾善達(dá)克沙地亞區(qū)和荒漠草原亞區(qū)內(nèi)分別為10項(xiàng)和9項(xiàng)?？梢娫诰┙蝻L(fēng)沙源區(qū)內(nèi)，草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)的使用和研究，在治理分區(qū)上有較明顯的差異，典型草原亞區(qū)、渾善達(dá)克沙地亞區(qū)以及荒漠草原亞區(qū)是草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)集中分布的區(qū)域，其他亞區(qū)內(nèi)分布較少，其中典型草原亞區(qū)內(nèi)草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)出現(xiàn)次數(shù)最多，技術(shù)種類也最多，荒漠草原亞區(qū)出現(xiàn)次數(shù)最少且技術(shù)種類也最少。在各項(xiàng)草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)中，圍欄封育技術(shù)、人工草地建植技術(shù)和補(bǔ)播草種技術(shù)是在各分區(qū)內(nèi)均有分布且出現(xiàn)次數(shù)較多的草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)。

京津風(fēng)沙源區(qū)內(nèi)各項(xiàng)草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)主要分布在典型草原亞區(qū)東南部、荒漠草原亞區(qū)西部和渾善達(dá)克沙地亞區(qū)東南部。從年均降水量的分布上來看，草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)大多分布在年均降水量高于200 mm的區(qū)域，在年均降水量300～500 mm區(qū)域分布最為集中；在年均降水量低于200 mm的干旱區(qū)，僅分布有圍欄封育技術(shù)。在年均溫度的分布上，草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)集中分布在0～5 ℃的區(qū)域內(nèi)，在0 ℃以下和5～10 ℃區(qū)域內(nèi)僅有少量分布。

3.2.2 技術(shù)實(shí)施效果 從143篇文獻(xiàn)中提取各項(xiàng)草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)的實(shí)施效果，將實(shí)施效果分為促進(jìn)作用、抑制作用和無影響3種[18]。促使生態(tài)指標(biāo)值顯著向好發(fā)展即為促進(jìn)作用，顯著向不利于生態(tài)修復(fù)的方向發(fā)展為抑制作用，修復(fù)技術(shù)實(shí)施前后生態(tài)指標(biāo)值無顯著差異的研究案例則為無影響。表3所示為京津風(fēng)沙源區(qū)內(nèi)各項(xiàng)草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)對(duì)生態(tài)指標(biāo)恢復(fù)效果的計(jì)量統(tǒng)計(jì)。

表3 京津風(fēng)沙源區(qū)不同草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)實(shí)施效果的案例數(shù)量Table 3 Implementation effects of different grassland ecological restoration technologies in the Beijing-Tianjin sandstorm source area

表3(續(xù)) Continued table 3

表3統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，各研究案例更關(guān)注地上群落指標(biāo)的恢復(fù)效果，對(duì)地下土壤指標(biāo)的關(guān)注次之。地上生物量是受關(guān)注最多的生態(tài)指標(biāo)(178次)，其次為群落蓋度(135次)和群落高度(108次)，物種多樣性是研究案例最少的地上群落指標(biāo)(64次)；地下土壤指標(biāo)中，有關(guān)土壤水分的研究案例數(shù)量最多(43次)，其次為土壤有機(jī)質(zhì)(36次)。不同的草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)有90%以上的研究案例對(duì)地上生物量、群落蓋度、群落高度和土壤容重有促進(jìn)作用，對(duì)物種多樣性和土壤有機(jī)碳有促進(jìn)作用的案例相對(duì)較少，僅有78.1%的研究案例表明對(duì)土壤有機(jī)碳有促進(jìn)作用，有65.6%的研究案例對(duì)物種多樣性有促進(jìn)作用。

京津風(fēng)沙源區(qū)內(nèi)草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)總體實(shí)施效果良好，共統(tǒng)計(jì)到對(duì)生態(tài)指標(biāo)有促進(jìn)作用的研究案例595例，占調(diào)查案例總數(shù)的91%。但在不同草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)和不同的生態(tài)指標(biāo)上，仍表現(xiàn)出一定的差異性。大部分草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)對(duì)各項(xiàng)生態(tài)指標(biāo)促進(jìn)作用明顯，但圍欄封育、人工種草和草地翻耕對(duì)物種多樣性的促進(jìn)作用較小，有促進(jìn)作用的研究案例占比分別為61%,64%和44%，而草地翻耕對(duì)土壤種子庫、草地牧雞對(duì)地上生物量和群落蓋度、生物沙障對(duì)土壤水分指標(biāo)均存在不同程度的抑制作用。

4 草地生態(tài)修復(fù)典型技術(shù)的評(píng)價(jià)

從技術(shù)的分類(表2)來看，圍欄封育、人工草地建植和補(bǔ)播草種技術(shù)是對(duì)草場(chǎng)修復(fù)有直接影響的技術(shù)；在研究案例數(shù)量上，這3項(xiàng)技術(shù)的研究案例之和占總調(diào)查案例的63%；在區(qū)域分布上，這3項(xiàng)技術(shù)在京津風(fēng)沙源各草地治理亞區(qū)內(nèi)均有分布，是分布較為廣泛的草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)。因此，認(rèn)為圍欄封育技術(shù)、人工草地建植技術(shù)和補(bǔ)播草種技術(shù)是可以宏觀反映京津風(fēng)沙源治理區(qū)內(nèi)草地生態(tài)修復(fù)效益的較為典型的生態(tài)修復(fù)技術(shù)。

4.1 技術(shù)效益的定量評(píng)價(jià)

技術(shù)效益是技術(shù)選擇的主要驅(qū)動(dòng)力[26]。基于文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫的技術(shù)效益定量評(píng)價(jià)，要求所選取生態(tài)指標(biāo)的測(cè)量方法具有統(tǒng)一性，測(cè)量數(shù)據(jù)具有可統(tǒng)計(jì)性。地下土壤指標(biāo)的變化由于不同研究的取土厚度和測(cè)定方法不一，難以用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，故本研究草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)效益評(píng)價(jià)的量化指標(biāo)，選取研究更廣泛且便于用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的地上群落指標(biāo)。以群落高度、群落蓋度和群落多樣性作為草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)生態(tài)效益的衡量指標(biāo)，以草地生產(chǎn)力(地上生物量)作為草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益的衡量指標(biāo)[27]，選擇大部分研究中采用的香農(nóng)-威納指數(shù)(Shannon-Wiener)作為群落物種多樣性的比較指標(biāo)。從篩選出的文獻(xiàn)中，分別提取3項(xiàng)草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)實(shí)施前后各項(xiàng)恢復(fù)指標(biāo)的具體數(shù)值，采用SPSS 22.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，運(yùn)用公式(1)計(jì)算各項(xiàng)恢復(fù)技術(shù)對(duì)草地群落原有狀態(tài)的影響程度，結(jié)果見表4。

表4 京津風(fēng)沙源區(qū)不同草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)實(shí)施前后草地群落特征的比較Table 4 Comparison of grassland community characteristics before and after the implementation of different grassland ecological restoration technologies in the Beijing-Tianjin sandstorm source area

運(yùn)用公式(2)～(4)計(jì)算圍欄封育、人工草地建植和補(bǔ)播草種3項(xiàng)草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)的效益值，得到定量評(píng)價(jià)結(jié)果見表5。表5表明，圍欄封育、人工草地建植和補(bǔ)播草種3項(xiàng)技術(shù)的效益值得分表現(xiàn)為人工草地建植>補(bǔ)播草種>圍欄封育。其中以圍欄封育技術(shù)的效益值最低，為0.988 2；補(bǔ)播草種技術(shù)的效益值為1.793 8；人工草地建植技術(shù)的效益值為2.634 8，遠(yuǎn)高于其他2項(xiàng)技術(shù)。補(bǔ)播草種技術(shù)與人工草地建植技術(shù)的生態(tài)效益值差異不大，但因其經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)低于人工草地建植技術(shù)，故在技術(shù)效益的最終量化得分上，補(bǔ)播草種技術(shù)的效益得分遠(yuǎn)低于人工草地建植技術(shù)。

表5 京津風(fēng)沙源區(qū)草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)效益的定量評(píng)價(jià)結(jié)果Table 5 Benefit evaluation of grassland ecological restoration technologies in the Beijing-Tianjin sandstorm source area

4.2 技術(shù)適宜性空間疊置分析

技術(shù)適宜性是生態(tài)技術(shù)選擇的基礎(chǔ)，關(guān)系到生態(tài)技術(shù)的實(shí)施效果，也是影響生態(tài)技術(shù)有效性的重要因素[28]。以立地適宜性作為生態(tài)技術(shù)適宜性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，包括其對(duì)區(qū)域地形條件和氣象條件的適宜性[26]。京津風(fēng)沙源草地治理區(qū)位于內(nèi)蒙古高原內(nèi)，地形整體變化不大，在立地適宜性上，本研究主要考慮對(duì)區(qū)域氣象條件的適宜性。

研究案例的聚集性可以反映生態(tài)修復(fù)技術(shù)對(duì)不同區(qū)域的適宜程度。由于圍欄封育技術(shù)對(duì)干旱和低溫條件的適應(yīng)性較強(qiáng)，可以在年均降水量低于200 mm、年均氣溫低于0 ℃的區(qū)域應(yīng)用；補(bǔ)播草種技術(shù)和人工草地建植技術(shù)的適應(yīng)性較弱，補(bǔ)播草種技術(shù)集中分布在年均降水量高于200 mm、年均氣溫高于0 ℃的區(qū)域，人工草地建植技術(shù)則在年均降水量高于400 mm、年均氣溫高于0 ℃的區(qū)域集中分布。按上述3項(xiàng)技術(shù)與氣象條件的分布特征，在ArcGIS 10.5中進(jìn)行空間疊置，將京津風(fēng)沙源區(qū)內(nèi)草地分布圖與降水量、溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析，得到3項(xiàng)草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)在京津風(fēng)沙源治理區(qū)內(nèi)的立地適宜范圍如圖4所示，并按此計(jì)算相應(yīng)的適宜面積。

圖4 京津風(fēng)沙源區(qū)草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)的適用范圍Fig.4 Applicable areas of grassland ecological restoration technologies in the Beijing-Tianjin sandstorm source area

圖4表明，圍欄封育技術(shù)可以應(yīng)用于京津風(fēng)沙源草地治理區(qū)的絕大部分區(qū)域；補(bǔ)播草種技術(shù)的適用區(qū)域相對(duì)減少，主要缺少了典型草原亞區(qū)和荒漠草原亞區(qū)北部部分地區(qū)；人工草地建植技術(shù)僅可布設(shè)在渾善達(dá)克沙地亞區(qū)內(nèi)，典型草原亞區(qū)和荒漠草原亞區(qū)的立地條件不滿足該項(xiàng)技術(shù)的布設(shè)條件。京津風(fēng)沙源區(qū)內(nèi)，圍欄封育技術(shù)、人工草地建植技術(shù)和補(bǔ)播草種技術(shù)的適宜面積分別為27.6萬，5.8萬和20.9萬km2，分別占整個(gè)工程區(qū)面積的60%，13%和46%。

4.3 治理亞區(qū)草地生態(tài)修復(fù)的適宜技術(shù)

以圍欄封育、人工草地建植和補(bǔ)播草種3項(xiàng)典型的草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)為例，在對(duì)其技術(shù)效益和適宜性分析的基礎(chǔ)上，確定京津風(fēng)沙源草地治理區(qū)內(nèi)適宜推廣的草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)。

技術(shù)的選擇應(yīng)首先考慮其適宜性，在區(qū)域的立地條件與技術(shù)要求的立地條件相匹配后，優(yōu)先選擇效益更高的草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)[24]。渾善達(dá)克沙地亞區(qū)立地條件較好，3項(xiàng)技術(shù)均可布設(shè)于該亞區(qū)內(nèi)，該亞區(qū)是京津風(fēng)沙源區(qū)內(nèi)風(fēng)蝕最嚴(yán)重的區(qū)域，需要推廣可有效促進(jìn)群落蓋度的草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)[15]。3項(xiàng)技術(shù)中，人工草地建植技術(shù)的效益最大，對(duì)群落蓋度的促進(jìn)作用也最大，因此，人工草地建植技術(shù)是該亞區(qū)最適宜推廣的草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)?；哪菰瓉唴^(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，對(duì)氣候變化和強(qiáng)烈的人為活動(dòng)反應(yīng)敏感，是京津風(fēng)沙源區(qū)內(nèi)環(huán)境最惡劣、治理難度最大的區(qū)域，大部分治理技術(shù)難以實(shí)施，且無法在短期內(nèi)改變當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)狀況[29]。該亞區(qū)治理的首要目標(biāo)是維持原有生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，防止進(jìn)一步惡化，因此圍欄封育技術(shù)是該亞區(qū)最適宜推廣的草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)。典型草原亞區(qū)全亞區(qū)均可以滿足圍欄封育技術(shù)的布設(shè)，大部分區(qū)域可以滿足補(bǔ)播草種技術(shù)的布設(shè)。遵循先立地適宜性后生態(tài)效益的原則，在可以實(shí)施補(bǔ)播草種技術(shù)的區(qū)域優(yōu)先推廣補(bǔ)播草種技術(shù)，無法滿足補(bǔ)播草種技術(shù)的區(qū)域，選擇圍欄封育技術(shù)進(jìn)行草地修復(fù)。

5 結(jié)論與展望

1)文獻(xiàn)分析結(jié)果表明，在京津風(fēng)沙源治理區(qū)內(nèi)，采用的草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)共21項(xiàng)，集中分布在典型草原亞區(qū)、荒漠草原亞區(qū)和渾善達(dá)克沙地亞區(qū)。在恢復(fù)效果上，研究區(qū)內(nèi)草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)總體實(shí)施效果良好，90%以上的研究案例對(duì)不同生態(tài)恢復(fù)指標(biāo)有促進(jìn)作用，對(duì)地上生物量、群落蓋度、群落高度和土壤容重的促進(jìn)作用最大，對(duì)物種多樣性和土壤有機(jī)碳的促進(jìn)作用相對(duì)較小。

2)圍欄封育技術(shù)、人工草地建植技術(shù)和補(bǔ)播草種技術(shù)是研究案例數(shù)量最多且可以在宏觀上反應(yīng)研究區(qū)內(nèi)草地修復(fù)效益的主體技術(shù)。效益定量評(píng)價(jià)結(jié)果表明，人工草地建植技術(shù)效益值最大，補(bǔ)播草種技術(shù)次之，圍欄封育技術(shù)的效益值最小。適宜性分析結(jié)果表明，在京津風(fēng)沙源草地治理區(qū)內(nèi)，圍欄封育技術(shù)的適宜面積最大，人工草地建植技術(shù)的適宜面積最小。綜合考慮技術(shù)適宜性和技術(shù)效益，提出3項(xiàng)典型草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)的適宜推廣亞區(qū)：渾善達(dá)克沙地亞區(qū)最適宜推廣人工草地建植技術(shù)，荒漠草原亞區(qū)最適宜推廣圍欄封育技術(shù)，典型草原亞區(qū)根據(jù)立地條件優(yōu)先推廣補(bǔ)播草種技術(shù)，在其無法實(shí)施的區(qū)域則應(yīng)選擇圍欄封育技術(shù)。

3)對(duì)京津風(fēng)沙源區(qū)內(nèi)21項(xiàng)草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)的分布特征和實(shí)施效果進(jìn)行分析，并選取3項(xiàng)典型技術(shù)進(jìn)行了效益定量化和適宜性評(píng)價(jià)。受研究區(qū)內(nèi)研究案例數(shù)量的限制，樣本數(shù)量不能滿足對(duì)區(qū)域內(nèi)每項(xiàng)草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)的定量評(píng)價(jià)，后續(xù)研究應(yīng)擴(kuò)大研究區(qū)范圍，將更多的研究案例納入，再對(duì)更多的草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)進(jìn)行深入分析和評(píng)價(jià)。