藏南农牧交错带农牧互作模式下土地利用效益耦合度分析

许承琪，徐海鹏，金少红，舒朝成，郭正刚

(兰州大学草地农业科技学院，兰州大学草地农业生态系统国家重点实验室，甘肃 兰州 730020)

农牧结合指将传统种植业与畜牧业通过地区之间资源的再次配置而实现有机耦合，提高农牧系统综合效益的过程。因此农牧结合模式在现代农业生产向集约化发展的过程中显得愈益重要[1]，已在青海海北、内蒙古四王子旗和川西北地区有很好地实践[2-3]。该模式不仅将农户、基地和企业的利益有机串联，而且实现了资源互补高效利用，特别是把区域的生态环境效益和社会经济效益作为整体考虑，既增加了农牧民的收入，又减轻了不同生产环节废弃物对环境的污染。农牧结合模式总是在一定面积的土地上实施，而该固定土地面积上农牧结合方式或组分发生变化时，其整体效益存在分异，因此农牧结合下土地利用效益的高低体现在生态环境效益和社会经济效益的耦合程度[4-6]。土地耦合模型是分析土地利用效益高低的主要手段之一，其通过定量分析系统中组分变化时的生态环境效益和社会经济效益，以获取单位面积土地效益的最大化。耦合度模型已被广泛应用于土地生态系统与城市化[7]、经济与环境污染[8]等领域的土地利用效益评价，近年来该模型也被引入内蒙古锡林郭勒盟农牧结合的效益分析[3]。区域土地利用效率主要表现在社会经济效益和生态环境效益两个方面，且他们之间相互影响、相互制约、相互促进[9-12]。当生态环境系统受损时，社会经济效益会受到限制，而社会经济效益为改善生态环境提供了资金和技术保障。

藏南农牧交错区是西藏人口集中的地区，半干旱气候环境，是传统的农牧交错区，然而过去几十年内畜牧业和种植业结构相对单一，且两者之间耦合程度较低。为实现充分利用种植业的农副产品和解决家畜季节性饲料短缺的问题，近年来逐渐形成了不同的农牧耦合模式，其中最主要的两种模式为“牧繁农育”和“农草牧补”[13-14]。种植业的“牧繁农育”指牧区繁殖家畜或提供架子畜，然后将这些架子畜在农区育肥[15]；“农草牧补”指将种植业的农副产品和农区高产栽培草地，调运至牧区发展草地畜牧业[16]。虽然“牧繁农育”和“农草牧补”两种模式已经广泛存在，但其土地利用效益究竟如何，社会经济效益和生态环境效益间的关系如何，尚需要科学分析提供证据。本研究以藏南农牧交错带的贡嘎-浪卡子和南木林-申扎为例，对比分析藏南地区两种农牧互作模式下社会经济效益和生态环境效益耦合度，实现量化评价“牧繁农育”和“农草牧补”的土地利用效益，为大面积推广这两种农牧耦合模式提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 研究地区概况

藏南农牧交错带是温带半干旱农牧区，地处藏南雅鲁藏布江流域，属于西藏重点发展的“一江两河”中部地区。贡嘎-浪卡子地区地理范围大约为90°04′-90°98′ E，28°97′-29°03′ N，其中贡嘎地区平均海拔3564 m，气候为高原带干旱季风气候，年平均降水量356.6 mm，主要集中于6-9月，年平均气温7.2～8.5 ℃；浪卡子地区平均海拔4500 m，气候为亚寒带高原气候，年平均降水量252.2 mm，年平均气温2.2～5.4 ℃，该地区农牧耦合的主要模式为“牧繁农育”，主要是牧区繁殖架子畜，然后农区育肥。

南木林-申扎地区地理范围为88°07′-89°01′ E，29°68′-30°93′ N，其中南木林地区海拔3790～4952 m，气候为高原温带半干旱气候类型，年平均降水量413 mm，年平均气温5.9 ℃。申扎地区平均海拔4700 m，气候为高原亚寒带半干旱季风气候，年降水量298.6 mm，年平均气温0.4 ℃，该地区农牧耦合的主要模式为“农草牧补”，将南木林地区的农业生产副产品和高产栽培草地，运至牧区，发展草地畜牧业。

1.2 研究方法

1.2.1数据收集及处理 本研究数据主要来源于《中国农业统计年鉴》(2008-2016年)、《中国畜牧业年鉴-统计资料》(2008-2016年)、《中国旅游统计年鉴(正副本)》(2008-2016年)、《中国气象年鉴》(2008-2016年)，以及贡嘎县、浪卡子县、南木林县和申扎县农牧局调研资料。从不同资料中择选本研究需要的本底数据，包括风景区比例、报告调查两个区域的风景区比例，自然保护区覆盖率，平均降水量，平均气温，蔬菜产量，水果产量，动物产量，动植物产品的年收益状况，农田面积，草地面积，当地产草量，农作物产量(表1和表2)。

为消除各指标量纲对分析结果的影响，对各个指标进行标准化处理。哪些指标值越大越好，无量纲化处理时采用原值，记为x；哪些指标值越小越好，为了便于比较，将其从负向指标转换为正向指标。公式为:

本研究无量纲化处理采用极差标准化方法，计算公式如下：

xx′=(x-m)/(M-m)

式中:x为指标数据值，x′为经过标准化处理后的值，m、M分别为指标数据值x的最小值和最大值，其介于0～1之间。

1.2.2指标体系构建及权重 为了准确、科学地评价“牧繁农育”模式和“农草牧补”模式下的土地利用社会经济效益与生态环境效益，充分考虑各个指标所反映的内涵具有重叠部分，以及各个指标间的相关关系，选择指标主要考虑数据可获得性，简单明了性，全面性的原则。

为了便于比较，“牧繁农育”和“农草牧补”两种模式采用统一的指标体系(表 3和表 4)，其中采用风景水源涵养区比例和自然保护区覆盖率、农田面积、草地面积分析生态效益，采用降水量、平均气温指标分析环境效益；采用蔬菜生产量、水果生产量分析社会效益；采用动物产品、动植物加工产品、产草量、农作物产量指标分析经济效益[17-18]。利用专家对各个指标的赋值，采用德尔菲法(Del2phi)确定各个指标的权重[19]。为了充分考虑，专家驻地对指标赋值的影响，专家分别从西藏内和西藏外选取，其中西藏境内选择专家10名，西藏外选择专家10名，利用电子邮件获取专家对指标的赋值。虽然总计发送20份邮件，实际收到回复邮件18份。指标权重按照18份邮件计算。

式中：x和y为效益系统的变量，a和b为相应变量系数，即权重。

农田、草地的社会经济效益与生态环境效益之间存在耦合关系，当社会经济效益与生态环境效益两个子系统协调时，整个系统也是协调发展。因此可以将它们看作一个系统整体分析，但其主导要素有两类，其复合系统演化方程可表述为：

A，B分别为受自身与外界影响下农田、草地的社会经济子系统与生态环境效益子系统的演变状态。A与B相互影响，li的变化必然会引起A和B的变化，反之，A或B的任何变化也会引起li的变化以及整个系统的变化。

表3 牧繁农育模式的指标体系及其权重Table 3 Indicator system and weight of animal husbandry prosperity induced farming improvement model

项目Items一级指标First-level index权重系数Weight coefficient二级指标Second-order index权重系数Weight coefficient草地生态系统生态环境效益Ecological and environmen-tal benefits of grassland e-cosystem生态效益Ecological benefit0.46草地面积Grassland area0.13风景水源涵养区比例Landscape water conservation area ratio0.15自然保护区覆盖率Nature reserve coverage0.18环境效益Environmental benefit0.54降水量Precipitation0.22平均气温Average temperature0.32农业生态系统社会经济效益Agroecosystem social and economic benefits社会效益Social benefit0.68农作物产量Crop yield0.20产草量Forage yield0.13农田面积Field area0.13蔬菜生产量Vegetable yield0.11水果生产量Fruit yield0.11经济效益Economic benefit0.32动物产品Animal products0.20动植物加工产品Processed animal and plant products0.12

表4 农草牧补模式的指标体系和权重Table 4 Indicator system and weight of crop forage supplied grazing model

A，B受到本身和外部环境共同作用时，其变化速度分别为：

VA，VB分别为社会经济效益子系统和生态环境效益子系统的演化速度，而整个系统演化速度V可以看作是VA，VB的函数，V=f(VA，VB)，VA，VB为控制变量，任一子系统的变化都将导致整个系统的变化，因此V的变化表述了整个系统以及两个子系统间的耦合关系。社会经济效益系统演化速度呈S形，具有周期性特征[21]，因此农田和草地的生态环境效益演化速度因受社会经济效益的约束也呈现周期性特征。每个周期内，可以用两维平面(VA，VB)分析V的变化过程，分别以VA，VB为纵横坐标轴建立坐标系，则V的变化轨迹为一个椭圆，主要是土地利用的生态环境效益演化速度较社会经济效益演化速率慢，幅值偏小(图1)。

图1 农田和草地利用效益耦合模型Fig.1 Farmland and grassland utilization coupled model

2 结果与分析

2.1 土地利用效益评价

“牧繁农育”模式下，2008-2016年土地利用生态环境效益和社会经济效益均呈逐渐增加的趋势，其中生态环境效益综合值从2008年的0.110上升至2016年的0.144，社会经济效益综合值从2008年的0.109增至2016年的0.132，但生态环境效益和社会经济效益综合值的增幅年际间变化较大(图2)。

“农草牧补”模式下，2008-2016年土地利用生态环境效益呈增加趋势，而社会经济效益综合值呈波动状相对稳定状态。生态环境效益综合值从2008年的0.118增至2016年的0.148，但社会经济效益综合值波动保持在0.145上下(图3)。

图2 牧繁农育模式的生态环境和社会经济效益变化趋势Fig.2 Trend of ecological environment and social economic benefit changes of animal husbandry prosperity induced farming improvement model

2.2 土地利用效益的耦合关系

“牧繁农育”模式，α值介于46.88°到48.60°之间(表5)，表明整个系统处于协调发展阶段。虽然每年的α值距最协调时的45°还有一定距离，但其差值幅度基本在2.70左右，说明土地利用社会经济效益与生态环境效益随年份而形成的波动小。

图3 农草牧补的生态环境和社会经济效益变化趋势Fig.3 Trend of ecological environment and social economic benefit changes of crop forage supplied grazing model

项目Item年份Year200820092010201120122013201420152016VA0.11990.12990.13600.14060.14420.14730.14980.15220.1543VB0.11230.12020.12510.12870.13160.13400.13610.13780.1395VC0.12340.14480.14490.14550.16960.14460.16820.16020.1719tanα1.0681.0801.0871.0921.0961.0991.1011.1041.106tanα10.9720.8970.9390.9660.8511.0180.8910.9510.897α (°)46.8847.2047.3847.5147.6247.7048.1048.3048.60α1 (°)44.1741.8843.1844.0140.3945.2841.7043.5541.89

“农草牧补”模式，α1值介于40.39°到45.28°之间(表5)，表明整个系统亦处于协调发展阶段，但每年α1值距最协调状态时的45°的最大差值幅度为4.610，最小差值幅度为0.280，说明土地利用社会经济效益与生态环境效益随年份的变化幅度也较小。

图4 两种农牧耦合模式社会经济效益与生态环境效益距最优耦合度的变幅Fig.4 The amplitude of the optimal coupling degree of ecological environment and social economic benefit of the two farming-animal husbandry coupling models

“牧繁农育”模式和“农草牧补”模式比较，前者α值距最协调状态45°的差值幅度相对平稳，而后者差值幅度波动较大(图4)，说明“牧繁农育”模式的土地利用社会经济效益与生态环境效益较“农草牧补”模式随年际变化而保持相对稳定，具有一定的优势。

3 讨论

土地利用效益由生态环境效益和社会经济效益构成，两个效益间耦合度越高，其整体效益越大[9]。农牧耦合模式下土地利用效益亦包括生态环境效益和社会经济效益，土地生态环境系统较高，其为社会经济效益提供的基础和空间就更好，有助于社会经济效益的增加，而社会经济效益的增加亦为生态环境保护提供了资金和技术支撑[22]，因此农牧耦合模式下土地利用的社会经济效益与生态环境效益相互影响、相互制约，从而约束整个系统的效益[5-6,18]。“牧繁农育”模式中，土地利用生态环境效益和社会经济效益均呈增加趋势，而“农草牧补”模式中，虽然生态环境效益表现为增加趋势，但其社会经济效益却保持波动性稳定，说明“牧繁农育”模式既能逐渐增加区域内的经济效益，而且能够逐渐改善区域内的生态环境，但“农草牧补”模式中，虽然能够逐渐改善区域内生态环境，但其增加区域内经济生产的效果不是十分明显。“牧繁农育”模式下，牧区架子畜运移到农区集中育肥，一方面减轻了牧区放牧压力，改善了牧区的生态环境[23]，另外一方面，由于是集中育肥，对农区生态环境影响有限，从而改善了区域内整体的生态环境；农区集中育肥，由于牧区出售架子畜其经济收益增加，农区因而集中育肥而增加了农区的经济收益，主要是家畜产品消费基本在农区，运输成本较低，从而提高了区域内的整体经济效益。“农草牧补”模式下，主要是将农区的种植业副产品和饲草运输至牧区饲喂家畜，这对农区生态环境的影响可以忽略，但牧区因外源性饲草料的补给而降低了放牧压力，这明显改善了生态环境[24-25]，整体上表现为区域内生态环境的明显改善；而农区因出售饲草和农副产品，具有一定的经济收益，但牧区由于保留家畜，经济效益不是十分明显，仅表现为增加家畜数量，整体上经济效益处于波动性的稳定状态。

“牧繁农育”和“农草牧补”模式的土地社会经济效益与生态环境效益耦合度均处于协调发展阶段，说明这两种模式下土地利用社会经济效益和生态环境效益均处于相互促进，互惠的状态，但是“牧繁农育”模式较“农草牧补”模式的土地利用效益相对稳定，说明前者略优于后者，主要原因是“牧繁农育”模式下牧区和农区的社会经济效益和生态环境效益均为增加趋势，而“农草牧补”模式仅增加了农区经济效益，而对牧区经济效益增加没有突显出来，可能是藏族地区的牧区将家畜作为活体银行或财富而保留[26]，没有实现货币化所致。

农牧交错在空间上农牧并存，时间上农牧交替，以往的研究主要侧重于农牧互作模式的途径和机制定性分析，分别关注牧区和农区的生态环境和社会经济状况[27-28]，本研究利用土地耦合模型，将牧区和农区作为一个整体，从区域整体的角度建立了土地利用效益评价的指标体系，采用德尔菲法确定了各个指标的权重，尝试研究了农牧耦合的土地利用效益，将广泛用于土地生态系统和城市化、经济与环境污染的土地利用效益评价方法引入到农牧交错带土地利用效益的研究，将当前农牧耦合模式的研究从静态推向动态研究，从定性研究革新为定量研究。研究结果表明，藏南农牧交错带两种农牧耦合模式的耦合度虽然趋同，但离最协调状态又存在差异，其中“牧繁农育”模式相对优于“农草牧补”模式，表明采用土地利用耦合模型能够很好地定量分析农牧交错带土地利用效益，这为其他类似地区量化分析农牧耦合效益提供了借鉴和参考。然而本研究以藏南地区农牧交错带为例，评价指标的选择必须考虑当地的草牧业生产特征，以及数据的易获取性，当应用于其他农牧交错带时，应该对指标做出适当的调整，因地制宜，充分考虑种植业生产特征和自然优势，遴选能够反映当地草牧业生产特征的指标。