農牧交錯帶生態經濟耦合評價模型及其實證研究*

摘要：生態經濟耦合評價模型是揭示生態與經濟互動關系及其系統耦合要素演變過程的一種有效分析方法，農牧模式的生態經濟耦合評價模型是開展農牧交錯帶生態經濟可持續發展定量研究的有效手段。本研究基于生態經濟耦合評價模型，以陜西省吳起縣為例，利用黃土丘陵溝壑區各監測站數據和吳起縣2007年土地利用現狀、地形、坡度等數據，模擬分析了吳起縣種植業作物產量與泥沙流失量隨人均梯田面積的變化特征，評價了吳起縣草畜業生態經濟耦合現狀并模擬分析了預計可達到的生態經濟耦合指數。結果表明：坡耕地改梯田不僅能小幅度增加作物產量，而且能大幅度減少泥沙流失量，具有顯著的生態經濟效益；生態經濟耦合指數可以定量表征生態經濟耦合過程及其狀態，吳起縣目前農牧模式生態經濟耦合過程還處在相對較低的水平，草畜業模擬生態經濟耦合指數僅為992.20 元/t，大規模開展舍飼草畜業不可行，未來需在加強草場管理和合理載畜的前提下，逐步取消禁牧（放養羊）政策。

關鍵詞 農牧交錯帶；生態經濟；耦合評價模型；農牧模式；吳起縣

中圖分類號 X24 文獻標識碼 A 文章編號 1002-2104(2011)02-0117-07

農牧交錯帶是農業種植區與草原畜牧區相連接的生態過渡地帶，也稱半農半牧區或生態脆弱帶（ecotone）。農牧交錯帶不僅蘊含著巨大的生產潛力，而且是遏制荒漠化、沙化東移和南下的生態屏障［1］。積極開展農牧交錯帶生態、地理、農業、經濟等領域的研究，對于促進農牧交錯帶生態保護和社會經濟持續發展具有重要戰略意義［2］。自1953年趙松喬［3］最早提出“農牧過渡地帶”的概念以來，學者們在界定農牧交錯帶的空間范圍［4-5］，農牧交錯帶自然條件［6-8］，土地利用與景觀［9-13］，生態系統［14-17］，產業經濟與區域發展方面［18-20］開展了大量的研究工作。對于農牧交錯帶的空間范圍，不同研究者分別從不同學科領域出發并采用不同的劃分方法，導致劃定的中國農牧交錯帶空間范圍存在著一定差異。最早對農牧交錯帶進行界定的趙松喬等人，從農業經濟地理的角度，將內蒙古南部、長城沿線、晉陜甘黃土丘陵、隴中、青東丘陵界定為農牧兼營的農牧交錯帶［3］。最新的研究成果是陳全功等采用模糊理論和層次分析方法，參考牧草生長適宜度模型，實現了中國農牧交錯帶的GIS可視化描述，并指出中國農牧交錯帶是與胡煥庸提出的人口分界線走向大體一致的一條狹長地帶［5］。然而無論是基于哪種農牧交錯帶的界定，位于黃土丘陵溝壑區的吳起縣都屬于典型的農牧交錯地區。目前關于生態經濟耦合關系的研究也多集中在流域尺度［21-26］，對于農牧交錯帶某種生態農業模式的生態經濟耦合關系的定量研究較少。本文從影響生態恢復和經濟發展的耦合要素入手，構建農牧交錯帶生態經濟耦合評價模型，并以陜西省吳起縣為例開展實證研究，以揭示生態與經濟互動關系及其系統耦合要素演變過程，希望為制定農牧交錯帶生態經濟可持續發展方案提供一些科學依據。

1 研究地域、生態經濟耦合評價模型及數據來源1.1 研究地域概況

吳起縣位于延安市西北部，東經107°38′37″-108°32′49″，北緯30°33′33″-37°24′27″，屬于毛烏素沙地南緣農牧交錯帶和典型陜北黃土高原丘陵溝壑區，縣境內有無定河、北洛河兩大流域，白于山、子午嶺兩大山系。全縣面積3 791.5 km2，海拔高度1 233-1 809 m。年平均氣溫7. 8℃，無霜期96-146天，年平均降雨量478.3 mm，且64%以上集中在7-9月份，其它季節多為無效降雨，旱災、雹災、凍災、風災等自然災害頻繁，多年平均陸面蒸發量為400-450 mm，屬典型干旱半干旱地區和半農半牧地區。據統計，全縣25°以上坡地面積占全縣總面積的56.86%，水土流失面積3 693 km2，占全縣總面積的97.4%，屬極強水土流失區。1998年該縣率先啟動了退耕還林工程，2000年初又被列為國家林業局黃土高原林草植被恢復科技示范點，并實行全縣一次性退耕還林。經過6年的封禁治理，吳起縣已形成了大面積的自然恢復群落，植被覆蓋度得到了明顯提高，水土流失現象得到了有效遏制。

湯青等:農牧交錯帶生態經濟耦合評價模型及其實證研究中國人口#8226;資源與環境 2011年 第2期全縣轄4鎮8鄉，164個村民委員會，總人口12.5萬人，其中農業人口10.6萬人，人口密度為32.7 人/km2。農村經濟以草畜業為主，種植業、林果業和加工業為輔。2007年，農民人均純收入2 658元。2007年吳起縣土地利用現狀見表1。

1.2 生態經濟耦合評價模型

1.2.1 生態經濟耦合評價模型原理

生態經濟耦合評價模型構建原理及技術流程如圖1所示。恢復生態和發展經濟是生態經濟耦合評價模型構建的宗旨和目標，協調兩者關系或提高它們耦合程度的關鍵舉措是改變土地利用方式和調整土地利用結構。將土地利用方式和結構作為構建生態評價模型和經濟評價模型的基礎，以土壤侵蝕量或植被覆蓋率為目標函數構建生態評價數學模型，模型結果可有效反映模式的生態恢復狀態，土壤侵蝕量越小，說明模式的生態恢復效果越好；以經濟收入或糧食產量為目標函數構建經濟評價數學模型，模型結果可定量刻畫模式的經濟收益差異，經濟收入越高，說明模式的經濟效果越好。

如何將生態評價模型與經濟評價模型有機地結合在一起是構建生態經濟耦合評價模型的關鍵，本研究提出并定義的生態經濟耦合指數可以有效解決這一難題。生態經濟耦合指數是指經濟收入與土壤侵蝕量的比值。需要特別說明的是生態經濟耦合指數有狹義和廣義之分，狹義生態經濟耦合指數就是將評價對象嚴格限定在模式內部，即指單位土壤侵蝕量所能帶來的經濟收入；廣義生態經濟耦合指數是指包含有模式外部的經濟收入，可被用于評價農戶或具有一定空間范圍的鄉村區域（如行政村、鄉鎮乃至縣級行政區等）。一般而言，廣義生態經濟耦合指數大于狹義生態經濟耦合指數。為綜合把握不同模式的生態經濟耦合狀況，在對具體模式進行評價時，不能僅觀測生態經濟耦合指數的高低，還應綜合考慮經濟收入、糧食產量、土壤流失量、植被覆蓋率等方面的效果。

圖1 生態經濟耦合評價模型構建原理及技術流程

Fig.1 Principle and technical course of ecologyeconomy

coupling model

1.2.2 農牧模式生態經濟耦合評價模型

農牧交錯帶生態經濟可持續發展的關鍵在于土地資源的合理高效利用以及生態農業模式的合理選擇。草畜型農牧模式是半農半牧區為響應國家退耕還林還草政策和陜西省禁牧（禁止放羊）政策而發展起來的一種農牧模式，其要旨是在貫徹退耕還林還草政策的基礎上，利用退耕地發展人工種草面積，進而發展規模性的舍施養羊業。在坡耕地面積較大，且適合發展養殖業的地區，農牧型生態農業模式應根據當前黃土高原退耕力度不斷加大的發展走向，在實現糧食自給的基礎上，通過發展草畜業增加農民經濟收入，逐步形成以農促牧、以牧養農的復合農業系統的良性循環，最終達到加速坡耕地退耕還林（草）和恢復生態環境的目的。

為準確評價農牧型生態農業模式生態經濟實際效益，構建其生態經濟耦合評價模型，來論證模式的可行性和發展前景。根據生態經濟耦合評價模型基礎思路以及農牧型生態農業模式的特征，構建如下模型：

EEC = I/Qg（1）

Qg = Sg1#8226;Lg1 + Sg2#8226;Lg2 + Sg3#8226;Lg3 + Sg4#8226;

Lg4 + Sg5#8226;Lg5+ Sg6#8226;Lg6（2）

I = P #8226;W#8226;r（3）

其中，EEC為生態經濟耦合指數

Qg代表草地的泥沙流失量

Sg1Sg2Sg3Sg4Sg5Sg6分別代表坡度為<5°，5-10°，10-15°，15-20°，20-25°，>25°的草地面積

Lg1Lg2Lg3Lg4Lg5Lg6分別代表坡度為<5°，5-10°，10-15°，15-20°，20-25°，>25°的草地土壤侵蝕模數

I為養殖或放牧收入。其中P為養殖或放牧每頭羊市場價格，W為養殖或放牧羊數量，r為出欄率

假設在市場條件不變的情況下，P即每頭羊市場價格不變，則影響農牧型生態農業模式要素變化的關鍵參數就是養殖或放牧的羊數量W與草地泥沙流失量Qg。

1.3 數據來源

本研究使用的黃土丘陵溝壑區各監測站數據來源于水利部2007年水土保持公報，吳起縣2007年土地利用變更調查數據來源于國土資源部，吳起縣地形高程與坡度數據來源于中國科學院資源環境科學數據中心。

2 吳起縣種植業生態經濟耦合分析

吳起縣作為草畜型新型農牧模式的典型區域，其種植業主要以實現糧食自給為目標。退耕還林工程以來，吳起縣耕地面積大幅度下降，種植業的主要職能是輔助草畜業的發展。為定量評價吳起縣農牧型農業模式生態經濟實際效益，本研究以土豆為例，并假設坡耕地坡度為15°-25°。首先假設吳起縣耕地面積總量恒定，人口在研究期內保持不變，人均坡耕地面積恒定。坡耕地由梯田和坡地構成，因而人均梯田面積和人均坡地面積此消彼長，人均梯田面積以一定的步長遞增，人均坡地面積就以相應的步長遞減。作物產量和泥沙流失量隨著人均梯田面積的變化而變化，不同人均梯田面積和坡地面積組合對應著一個作物產量和泥沙流失量。

圖2 吳起縣作物產量、泥沙流失量隨人均梯田面積變化

（以土豆為例，坡耕地坡度15°-25°）

Fig.2 Change of crop yield and soil and water loss as the

terrace area per capita changes in Wuqi County

本研究以土豆為例，并假設坡耕地坡度為15°-25°。根據Winyeild軟件的模擬結果［29］，吳起縣梯田土豆年產量為1.13×104 kg/hm2，坡耕地土豆年產量為1.11×104 kg/hm2；梯田土豆年土壤侵蝕模數為3.20×104 kg/hm2，坡耕地年土壤侵蝕模數為4.48×104 kg/hm2。根據統計數據，吳起縣2007年底耕地面積為2.01萬hm2，農業人口為10.6萬人，人均耕地面積為0.19 hm2。假設人均梯田面積以0.027 hm2（0.4畝）為步長遞增，則人均坡耕地面積以0.027 hm2（0.4畝）步長遞減。分別計算不同人均梯田面積和坡地面積組合下的作物產量和泥沙流沙量，并繪制出變化折線圖（見圖2）。根據折線圖，可以得到作物產量和泥沙流失量與人均梯田面積的耦合關系，對于給定作物產量或者泥沙流失量，可以反算出相應的人均梯田面積。研究期望可以得到吳起縣作物產量和泥沙流失量隨人均梯田面積變化的變化趨勢。

模型模擬結果表明（見表2），吳起縣作物產量隨人均梯田面積的增加而增加，泥沙流失量隨人均梯田面積增加而減少。從變化速度來看，作物產量隨人均梯田面積的變化速度要明顯低于泥沙流失量隨人均梯田面積的變化速度。人均梯田面積每增長一個步長0.027 hm2（0.4畝），作物產量平均增長0.2%，而泥沙流失量平均減少4.1%。模擬結果表明，坡耕地改梯田不僅能小幅度增加作物產量，而且最主要的是能大幅度減少泥沙流失量，具有顯著的生態經濟效益。

3.1 草畜業生態經濟耦合現狀評價

吳起縣屬典型黃土高原丘陵溝壑區與半農半牧區，草畜業是農牧業的支柱產業，主要以舍飼養羊業為主。截止至2007年底，養羊規模在100只以上的大戶達到131戶，50只以上的320戶，養羊覆蓋率占農戶總數的71%，占從事第一產業農戶的88%。2007年底，吳起縣草地面積為11.72萬hm2，農業人口10.6萬，農民人均純收入2658元。

根據水利部2007年監測數據，位于黃土丘陵溝壑區的各監測站監測結果見表3。由于吳起縣未設監測站，因此本研究在參照吳起縣經緯度（107°38′37″-108°32′49″E，30°33′33″-37°24′27″N）前提下，取表3中7個典型黃土丘陵溝壑區監測站土壤侵蝕模數2007年的平均值作為吳起縣土壤侵蝕模數。根據計算結果，吳起縣2007年土壤侵蝕模數為215.89t/(km2#8226;a)。按農業人口10.6萬，農民人均純收入2 658元計算，2007年吳起縣農業人口總收入為281 748 000元。土壤侵蝕模數按215.89 t/(km2#8226;a)，總面積按3 693 km2計算，農用地面積占97.28%，則吳起縣2007年土壤流失量為775 595 t。根據公式（1）計算，吳起縣2007年生態經濟耦合指數僅為363.27 元/t。2007年吳起縣林地面積占土地總面積46.02%，林草植被覆蓋率達到76.92%。盡管吳起縣林草覆蓋率達到較高的水平，但農牧模式下的生態經濟耦合指數仍然比較低，表明目前吳起縣農牧模式生態經濟耦合過程還處在相對較低的水平。[KG)]

3.2 草畜業生態經濟耦合模擬分析

目前在黃土高原退耕政策實施封山禁牧的情況下，草食牲畜飼養以苜蓿為主要飼料。若一年以苜蓿飼養按全年平均每天飼養2.5 kg（鮮草）計算，則1只成年羊年需苜蓿量為912.5 kg（鮮草），若以鮮草中含10%干物質計算，則1只成年羊年需苜蓿量為91.25 kg干物質。同時本研究假定一頭成年羊平均市場價格以240元計算，舍飼養羊出欄率為75%。

根據Winyeild軟件模擬結果［27］，吳起縣不同坡度下（0-5°， 5-10°，10-15°，15-20°，20-25°，25-90°）苜蓿年產量分別為4 651 kg/hm2，4 618 kg/hm2，4577 kg/hm2，4 494 kg/hm2，4 406 kg/hm2，4 244 kg/hm2（干物質），各坡度下苜蓿地年土壤侵蝕模數分別為676 t/km2，740 t/km2，817 t/km2，946 t/km2，1 106 t/km2，1 138 t/km2。根據遙感數據提取結果，吳起縣各坡度下草地面積分別為087，2.09，2.93，3.01，2.00，0.82萬hm2。按照以上參數，根據公式（3）計算出各坡度苜蓿地草畜業的模擬收入（見表4），并根據公式（1）和公式（2）計算出各坡度苜蓿地產生的模擬泥沙流失量與生態經濟耦合指數EEC（見表5）。

模擬結果顯示（見表4，表5，圖3），苜蓿單產隨著坡度增加而減小，而苜蓿地年侵蝕模數隨著坡度增加而增加。由于草地面積在各坡度條件下分布不均，吳起縣草畜業模擬收入最大的是15-20°之間的苜蓿地，其次是10-15°，最小的是>25°的苜蓿地。吳起縣各坡度下草地產生的泥沙流失量也呈現出非線性的規律，最大也是15-20°之間的苜蓿地，其次是10-15°，最小者為0-5°苜蓿地。而生態經濟耦合指數EEC的大小則隨坡度變化產生線性規律，其值隨坡度增大而逐漸減小（見圖3）。合計結果顯示，吳起縣模擬生態經濟耦合指數EEC為992.20 元/t。該值表明每產生一噸泥沙可帶來的經濟收入僅為992.20元，證明在吳起縣大規模開展舍飼草畜業不可行，比較收益低下。未來需在加強草場管理和合理載畜的前提下，逐步取消禁牧（放養羊）政策。

4 結 語

（1）生態經濟耦合評價模型是揭示生態與經濟互動[CM(81.5mm]關系及其系統耦合要素演變過程的一種有效分析方法。[CM)]農牧模式生態經濟耦合評價模型既可以評價生態經濟耦合現狀，也可以進行生態經濟耦合模擬分析，是開展農牧交錯帶生態經濟可持續發展定量研究的有效手段。生態經濟耦合指數可以定量表征生態經濟耦合過程和狀態，可以作為衡量地區生態經濟可持續發展的一個重要指標。然而在衡量一個地區生態經濟可持續發展狀態時，僅靠一個生態經濟耦合指數是不夠的，還需要其他輔助指標來全面刻畫。生態經濟耦合評價模型可被廣泛應用于農牧交錯地區生態經濟耦合評價，但在運用該模型開展研究時，應注意先要對地區農業模式進行準確的診斷和剖析，此外，還應根據地區實際情況對指標體系做出必要的調整，以保證評價結果的客觀性和準確性。

（2）以陜西省吳起縣為例開展的實證研究表明，作物產量隨人均梯田面積的增加而增加，泥沙流失量隨人均梯田面積增加而減少。坡耕地改梯田不僅能小幅度增加作物產量，而且最主要是能大幅度減少泥沙流失量，具有顯著的生態經濟效益。吳起縣2007年生態經濟耦合指數僅為363.27 元/t，農牧模式生態經濟耦合過程還處在相對較低的水平，模擬生態經濟耦合指數EEC為992.20 元/t，

大規模開展舍飼草畜業不可行，比較收益低下，未來需在加強草場管理和合理載畜的前提下，逐步取消禁牧（放養羊）政策。

(編輯：田 紅)

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Ecologicaleconomic Coupling Assessing Model and an Empirical Study

in the Agropasturage Ecotone

TANG Qing1，2 XU Yong1

(1．Institute of Geographical Sciences and Natural Resources Research，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100101，China;

2．Graduade University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China )

Abstract Ecologicaleconomic coupling assessing model is an efficient measure to unearth the ecologicaleconomic coupling relationship and its changing process of system elements. Ecologicaleconomic coupling assessing model of agropastoral pattern is an important tool for the quantitative research of ecologicaleconomic sustainable development of agropasturage ecotone. Based on ecologicaleconomic coupling assessing model， taking Wuqi County of Shaanxi Province as an example， using data of observations of Loess hillygully region， land use， topographic elevation and gradient， the paper simulated changing characteristics of crop yield and soil and water loss as terrace area per capita changes， assessed ecologicaleconomic coupling status of animal husbandry and simulated general EEC of animal husbandry in Wuqi County. Results show that: ① Transforming slope farmland to terrace not only slightly increases crop yield， but also significantly reduces soil and water loss， which shows obvious ecologicaleconomic benefits. ② EEC can quantitatively describe the ecologicaleconomic coupling process and status. At present， the ecologicaleconomic coupling process of agropastoral pattern of Wuqi County stays in elementary stage， and the simulating EEC of animal husbandry in Wuqi County is 992.20 yuan RMB/t， which indicates that largescale animal husbandry based on alfalfa forage is not feasible. The policy of prohibiting pasturage should be abolished gradually on the premise of improving pasture management and reasonable degree of grazing in the future.

Key words agropasturage ecotone; ecologicaleconomy; coupling assessing model; agropastoral pattern; Wuqi County