基于牧户感知和野外调查相结合的内蒙古东部草甸草原健康评价

尹燕亭,运向军,郭明英,伟 军,侯向阳,*

1 中国农业科学院草原研究所, 呼和浩特 010010 2 呼伦贝尔市草原工作站, 海拉尔 021008

我国是草原资源大国,草原占全国土地面积的41.7%,但受自然和人为因素影响,草原退化严重,因此遏制草原退化、保护草原生态环境已成为我国草原管理的重中之重。关于草原退化的一系列问题,如退化程度、退化原因识别以及相关治理政策的制定等,主要由科学方法确定[1- 3],如超载被认为是导致草原退化的首要原因[4- 6],因此制定了以减畜为主要手段、以实现草原保护为最终目标的生态政策。但科学方法一般从县域或地区等大尺度、采用遥感[7- 9]或试验方法[10- 12]进行研究,而忽略了牧户的重要性。在我国草原牧区,牧户是草原使用权的所有者和直接管理者,对草原状况有自己的一套认知和判断,这往往导致大尺度遥感或试验方法下的科学结果与牧户尺度下的自我感知结果相矛盾,进而引发草原生态治理政策和牧户实际畜牧业生产行为之间的矛盾,最终导致政策的失效[13- 14]。

国内外已经有大量研究表明,牧户感知能够用于有效评价草原状况[15- 18],从牧户视角出发开展退化草原治理研究有助于加深对草原退化的认识和制定合理有效的草原恢复政策[19- 20]。但由于牧户感知存在主观性[21- 22],其有效性遭到了诸多质疑,因此国外已经开始有将科学方法和牧户感知相结合的研究,对草原健康状况进行综合评价,并证实两种方法可以相互补充[23-26],可提高草原生态系统健康评价的准确性。尽管国内学界已经意识到牧户感知的重要性[16,27-28],但将两种方法相结合的研究却较为鲜见。

牧户作为草原资源的直接使用者和管理者,其对草原的第一手感知和认识对准确判断草原状况和治理草原退化具有不可忽视的重要价值。本研究试图将牧户感知与科学方法相结合,以内蒙古东部草甸草原地区牧户尺度下的草原为研究对象,通过牧户调研和野外调查,采用任继周提出的Condition-Vigor-Organization-Resilience (CVOR)综合指数评价法,分析和探讨两种方法在牧户尺度草原健康评价方面的一致性,以期为我国的草原健康评价、优化草原管理和有效治理草原退化提供新的方法视角和参考。

1 研究区域与方法

1.1 研究区域

研究区位于内蒙古东部的陈巴尔虎旗(118°22′—121°02′E,48°48′—50°12′N),属于典型的草甸草原。该地区属温带大陆性季风气候,年均气温-0.5—1.5℃,年降水量290—400 mm,全年降水分布不均匀,集中在夏季。在内蒙古所有草原类型中,该类型区草地生产力最高。土壤类型主要为栗钙土,主要物种包括羊草(Leymuschinensis)、贝加尔针茅(StipaBaicalensis)、日荫菅(Carexpediformis)等,其中羊草和贝加尔针茅占优势地位,冷蒿(Artemisiafrigida)、星毛委陵菜(Potentillaacaulis)、寸草苔(Carexduriuscula)等占比较小。

自20世纪80年代牧区实施“双权一制”,草原、牲畜到户以来,牧户一直是草原的直接使用者和管理者,畜牧业是牧户的主要收入来源,在牧户生计中具有重要作用。放牧是草原利用的主要方式,多数牧户草场实施全年放牧,部分牧户将自己的部分草场分割出来当作打草场,此部分打草场通常离居住地较近但实施围封,除作为秋季打草场外,在冬季也通常当作放牧地。

1.2 数据来源

1.2.1 牧户调研

本次调研采用分层随机抽样方法,2013年7月下旬—8月上旬在研究区选择3个苏木(乡)、共抽取5个嘎查(村),每个嘎查(村)随机选择5—20户牧户,共60户牧户。每个嘎查(村)调研前,皆先通过嘎查领导详细了解整个嘎查牧户的经济和牲畜情况；开始调研时,聘请一位熟悉嘎查情况的嘎查工作人员作为向导和翻译,以确保调研对象的代表性,以及牧户能充分理解被调研问题。因为调研内容涉及牧户对过去30年草地状况变化感知,所以在调研过程中只选择50岁及以上的牧户进行调查。

调研内容主要包括以下几个方面：(1)牧户社会背景及家庭经济情况(收入、牲畜等方面)；(2)牧户对草原植被动态变化的感知,包括植被类型、高度、群落盖度和生产力等；(3)对草原土壤动态变化的感知,主要包括土壤湿度和营养变化等；(4)草原变化对畜牧业生产的影响；(5)对整个草原健康状况的感知,包括是否退化、退化程度等。

1.2.2 野外调查

野外调查选择在已经调研过的阿尔山嘎查进行。野外调查开始之前,首先通过调研数据计算得出牧户家庭收入及草原载畜率,由于牧户收入与载畜率之间的高度正向相关关系[29- 30],本研究将牧户分为高、中、低收入水平,对应载畜率分别为3.00羊单位/hm2、2.00羊单位/hm2、1.50羊单位/hm2,同时结合牧户遥感数据,了解牧户整体草场状况。在征得牧户同意的基础上,从高、中、低收入水平牧户中各选5户牧户草场作为野外调查样地,最终形成高、中、低3个经济处理,每个处理包括5个重复,即每个经济水平包括5户牧户草场作为处理区,共计15个。关于参照区的选择,由于在研究区很难找到完全不放牧的草原(即使政策上有,根据调研,通常都仍在放牧),但该地区许多牧户留有打草场,由于实施围封并且只在冬季放牧,因此植被生长状况较好,根据Hobbs和Norton[31]的生态系统健康评价参照系统的选择方法,最终选择长久固定用于打草、且打草前的5户牧户草场作为参照区。

2013年8月中旬进行野外调查,采用样线法,以牧户居住点为起点,在样地所属牧户的协助下,选择植被较均匀、地形相似且能最大程度代表整个草原类型健康状况的地段进行试验,最终每个样地取5个1 m×1 m样方,分种记录各植物的高度、盖度和密度,并采用地面剪齐法剪草,分种类收集草样并进行烘干处理测其干重。参照区在打草前进行采样。

1.2.3 草原健康指数评价

关于生态系统健康评价,有模糊评价法、功能评价法、生态系统健康指数法等多种方法[32- 34],但其中普遍接受的则是VOR健康指数法[35],并在实践中得到了一定的应用,但该方法本身存在局限性,仅考虑生态系统本身而忽略了影响系统的环境因素[11],加之评价生态系统的各单项指标尺度不统一,造成了夸大或缩小某个指标作用的风险[11,36],进而影响评价结果。

在VOR指数法的基础上,任继周院士于2000年提出了CVOR综合指数评价法[37]。草原基况(C)是草原生态系统的大气、土地与位点等因子的综合[11],CVOR综合指数法考虑了环境因素对生态系统健康的影响,评价更为客观、综合性较强,该方法已经用于诸多研究中并证明了其可行性[10- 12],本研究采用CVOR综合指数法对牧户尺度草原进行健康评价。具体公式及计算方法如下：

(1)草原基况(C)的计算

草原基况反映了草原生态系统地境-牧草的状况[11],是大气、土壤与气候因子的综合[12,38],本研究以土壤有机质为指标,其计算公式为

C=SOMi/SOMRA

式中,SOMi为评价对象的土壤有机质含量,SOMRA为参照系统的土壤有机质含量,Ci∈[0, 1],如果C>1,则取C=1。

(2)活力指数(V)的计算

活力代表生态系统的能量和活动性[10- 12],可用光合效率[39]、地上生物量[10- 12]等表示,本研究选用地上生物量为指标进行计算：

Vi=Bi/BRA,

式中,Bi为评价对象的地上生物量,BRA为参照系统的地上生物量,Vi∈[0, 1],如果V>1,则取V=1。

(3)组织力指数(O)的计算

组织力反映生态系统的稳定性,可用生物多样性[40]、物种分布频率、相对生物量、相对高度[10- 12,36,41]、群落稳定性[42]等计算,参考内蒙古草原群落组织力评价方法[43],本研究采用各物种的相对频率、相对生物量和相对高度来计算,具体公式如下：

Oi=∑[(Fj+Bj+Hj)/3]

式中,Fj=Nj/N,代表各物种的相对频率,其中Nj为出现第j个物种的样方数,N是全部样方数(本研究为每个样地5个样方,即N=5)；Bj=Bjk/Bk,为各物种的相对生物量,其中Bjk为第j物种在第k个样方中干重(k=1,2,……5),Bk是第k个样方的总干重；Hj=Pj/Pmax,为各物种的相对高度,Pj为群落中第j个植物种在样方中的植株平均高度,Pmax是Pj中最大值。

最后,将评价对象组织力计算值与参照系统组织力计算值相比较,即:O=Oi/ORA,式中,Oi为评价对象的组织力；ORA为参照系统的组织力。O∈[0, 1],若O>1, 则取O=1。

(4)恢复力指数(R)的计算

恢复力表示生态系统对外在胁迫的反弹能力和恢复能力[10,12,42],可用多样性指数[36]、R测度法[11]等计算。与文献[10,12]相同,本研究采用优势种的地上生物量与退化指示种地上生物量的比值进行计算

式中,Bi(D1+D2)、BRA(D1+D2)分别代表评价对象和参照系统的优势种羊草和贝加尔针茅地上生物量之和,Bi(DI1+DI2)、BRA(DI1+DI2)则分别代表评价对象和参照系统的退化指示种冷蒿和星毛萎陵菜的地上生物量,其中Ri∈[0, 1],如果R>1,则R=1。

CVOR综合指数计算公式为

HI=Wc×C+Wv×V+Wo×O+Wr×R(1)

式中,Wc、Wv、Wo、Wr分别是C、V、O、R的权重系数,反映了C、V、O、R各因素的重要性,同时可减轻甚至避免由数据背景引起的不确定性、自然空间不均匀性抑或时间波动性等导致的结果误差[11- 12],其中Wc+Wv+Wo+Wr=1且Wc、Wv、Wo、Wr≥0。因为本研究在野外调查开始之前已经对牧户进行了调研,背景清晰,因此取Wc=Wv=Wo=Wr=1/4,HI∈[0, 1],如果HI= 1,系统处于最健康状态；若HI= 0,生态系统最不健康。

1.2.4 草原生态系统健康等级的划分

参考诸多文献[10- 12,36,42- 43],本研究利用四分法将草原生态系统健康状态划分为4个不同等级：如果0.75

1.2.5 数据处理

采用Excel 2007和IBM SPSS 21对数据进行处理。

2 结果与讨论

2.1 牧户对草原健康状况的感知

关于牧户对过去30年草原健康状况变化的感知,由表1可知,超过80%以上的牧户认为植被状况变差,82%的牧户认为植被种类减少,其中部分牧户指出,一年生和退化指示种(如冷蒿)呈增加趋势；另有85%和87%的牧户分别指出植被的高度和盖度降低,亦有高达87%的调研对象认为牧草产量减少,生产力降低。关于土壤状况,分别有80%和78%牧户认为土壤的湿度和肥力出现降低；关于草原健康状况变化对畜牧业的影响,80%的牧户表示当前的草原健康状况已经影响到畜牧业生产。上述结果显示牧户从植被、土壤、牲畜等多个指标进行对草原健康状况的感知判断,这与诸多采用科学方法的研究[10- 12,40- 43]是一致的,表明牧户感知与科学方法研究在评价草原健康状况指标选取方面具有相似性。由此可得出,在指标选取方面,牧户感知已经具备了用于准确评价草原健康状况的前提条件。

表1 牧户对草原健康状况的感知/%

2.2 牧户感知和CVOR指数法下的草原健康评价

从牧户感知而言,83%牧户认为草原已经发生退化,其中认为严重退化的牧户达53%,这与常骏和娜日苏[44- 45]分别采用试验和遥感方法针对草甸草原的研究结果是相似的。根据CVOR综合指数法得到不同经济水平牧户草场的健康评价指数(表2),可知中等经济水平牧户草场的健康指数最高(HI=0.54, SD=0.17),高经济水平次之(HI=0.51, SD=0.10),低经济水平牧户草场最低(HI=0.49, SD=0.09),参照草原生态系统健康等级评价方法,高、中经济水平牧户草场均被判定为不健康,低经济水平牧户草场处于警戒水平。上述结果表明,无论牧户感知或是CVOR综合指数法,牧户草场均被评价为不同程度的退化,这表示牧户感知不仅在评价指标选取方面与科学方法研究具有一致性,更重要的是,其评价结果也具有一致性,进一步证明牧户感知可用于准确评价草原健康状况的可行性和可信度。

表2 不同经济水平牧户草场健康指数评价结果

2.3 不同经济水平牧户草场健康状况

关于牧户感知结果,为便于进行非参数检验,首先对各指标进行赋值,植物种类、高度、盖度、草原生产力、土壤湿度和肥力的感知增加、降低、不变、不确定分别赋值为1、2、3、4；对牲畜影响的感知严重影响、轻微影响、无影响、不确定分别赋值为1、2、3、4；对退化程度的感知严重退化、轻度退化、无退化、轻微变好、明显变好分别赋值为1、2、3、4、5。 检验结果显示高、中、低不同经济水平牧户在对植被、土壤和牲畜状况等各指标变化以及退化程度的判断上均无显著差异(表3)。结合2.2中高、中、低不同经济水平牧户草场的健康指数虽有不同(表2),但不同经济处理之间亦无显著差异(P>0.05),即不同经济牧户水平牧户草场虽呈现不同程度退化,但退化程度并无显著差异,再次证明牧户草场生态状况趋同现象的存在,这与之前研究结果相似[21,46]。关于生态系健康状况趋同现象,早在2004年Huxman等[47]研究就已经指出,受降水使用效率影响,生态系统状况呈现趋同。但与Huxman等研究中趋同原因不同,本研究中草原健康状况趋同与牧户畜牧业生产行为有关[48]。高经济水平牧户通常拥有较多牲畜,因此他们经常选择租赁草原或进行走场到其他牧户草场,以减少自有草场的放牧压力。低经济水平则与之相反,牲畜较少而草场面积则较大,其草场常进行出租或被邻居付以较小代价作放牧使用,因此导致其草场压力不低甚至可能更高。中等经济水平牧户则通常拥有适当面积和数量的草场和牲畜,往往不会出租草场,或者有时会租赁草场,以维持适当牲畜规模进而防止草场放牧压力过大。不同经济水平牧户按照上述行为长期开展畜牧业生产实践,势必影响草原状况变化,最终导致高经济水平牧户草场实际载畜率不高,而低经济水平牧户草场实际载畜率不低,不同牧户草场健康状况趋同的现象。

表3 不同经济水平牧户草场健康感知非参数检验结果

2.4 综合运用多种评价方法为科学有效草原管理提供参考

草原生态系统健康评价的科学方法多样,但没有某一种方法完全比其他方法更有效,每种方法都有其优点和缺点,如运用遥感影像数据[7- 8],其优点是尺度大、覆盖面广,但由于分辨率低、指标种类不全面等问题,影响其评价结果的准确性；样地试验方法则仅反映了某个样地的生态健康状况,而牧户关心的是牧户尺度的草原生态系统健康状况,因此样地试验法的结果也往往不能被牧户接受,这势必影响到生态保护和建设政策的有效实施。牧户对草原和环境之间的相互作用有着自己的判断和认知[49- 50],并将其直接用于指导实际畜牧业生产管理进而影响草原健康状况。但由于牧户感知亦存在主观性,如牧户认为降水是导致草原退化的首要因素[21],而对于超载和过度放牧,牧户虽然认为也会引起草原退化,但大多数并不认为其草场存在超载或过度放牧。鉴于上述问题,国外已经有很多研究将科学方法和牧户感知结合起来,并证明了其在草原健康评价中的有效性[23- 26],甚至有学者已经开始探索参与式评价法[26,51],通过对牧户进行科学评价方法培训,结合其第一手感知和判断,以实现及时、准确地了解和掌握草原健康状况,科学指导畜牧业生产实践。

本研究证明了牧户感知在评价指标选取、评价结果方面与科学方法具有一致性,验证了其能够用于准确评价草原健康状况的可行性和可信度,但对于如何将牧户感知有效结合到科学草原评价和管理中,实施参与式评价,则值得进一步研究,对及时掌握草原状况,优化草原管理,制定牧户易于接受、自觉自愿执行的科学草原管理措施和生态保护建设政策具有重要意义和启示。

3 结论

基于牧户感知和野外调查相结合的内蒙古东部陈巴尔虎旗草甸草原健康评价研究获得了下列结论。

关于过去30年的草原健康状况变化,超过80%的牧户认为植物种类、植被高度、群落盖度、草原生产力等植被指标出现下降；分别有80%和78%的牧户认为土壤湿度和土壤肥力出现下降；80%牧户认为草原健康状况的变化已经影响到畜牧业生产。牧户草原健康状况的判断涉及植物种类、植被高度、群落盖度、草地生产力、土壤湿度、土壤肥力、对牲畜的影响等植被、土壤、牲畜方面,这与诸多采用科学方法的研究具有相似性。

无论牧户感知抑或CVOR综合指数法,均判定牧户草场出现不同程度的退化。超过80%牧户认为草场已经发生退化,其中高达53%牧户认为严重退化；CVOR指数法评价不同经济水平牧户草场健康指数排序为：中经济水平(0.54)>高经济水平(0.51)>低经济水平(0.49),不同牧户草场均处于不健康状态,发生不同程度的退化。

根据牧户感知和CVOR综合指数法评价结果,表明高、中、低不同经济水平牧户草场发生不同程度退化,但退化程度均无显著差异(P>0.05),证明两种方法对牧户草场健康状况评价具有趋同的结果。