北方農牧交錯帶縣域典型農業生態系統結構的對比演變

胡兵輝，廖允成，王克勤，陳奇伯

（1西南林業大學 環境科學與工程系，昆明650224；2.西北農林科技大學 農學院，陜西 楊凌712100）

農業生態系統不同于自然生態系統，其不同之處主要體現在農業生態系統是由人為控制和管理的生態系統，人類通過調節系統的結構，改變各產業的規模，來滿足人類的需求。系統結構的好壞決定了系統功能是否能充分發揮，一個合理的農業生態系統結構，不僅能呈現出良好的生態環境，而且能表現出合理的初級、次級生產比例，使系統具有持久穩定的經濟、社會和生態效益。受人類認知水平、科技水平和經濟發展水平的局限，農業生態系統結構的變動有時帶有盲目性和不合理性［1－3］，這種盲目性與不合理性不僅造成農業資源浪費、生態環境破壞及經濟效益降低，也使系統自我維持能力下降，導致整個系統陷入不可持續的發展境地。為了使農業生態系統的發展能更好地滿足人類的需要并維持生態平衡，合理的產業結構與穩定的生態經濟效益就顯得尤為重要［4］。

本文立足北方農牧交錯帶，在近31a的時間尺度上，選擇位于北方農牧交錯帶中西部偏農區的榆陽區和偏牧區的烏審旗典型縣域農業生態系統作為比較研究對象，采用系統組分優勢度、系統結構優勢度和系統穩定性指數作為研究模型，對兩地農業生態系統的產業結構進行了綜合分析和評價，以期為當地及北方農牧交錯帶農業生態系統結構優化和農牧業可持續發展提供理論依據和科學借鑒。

1 研究區概況

榆陽區地處陜西省境內的毛烏素沙漠向陜北黃土高原丘陵溝壑區的過渡地帶，包括一個區、10個鎮和18個鄉，東西寬128km，南北長124km，土地面積為7 053km2［5－6］。境內地形地貌大致以長城為界，西北部為沙漠草灘區地貌，屬毛烏素沙漠東南緣地帶，地勢開闊平坦，沙丘、草灘交錯分布，約占總面積的65.1%；東南部屬黃土高原丘陵溝壑區，梁峁起伏，溝壑縱橫，約占總面積的34.9%。全境地勢東北高，中部、南部低，平均海拔1 140m［7］。屬中溫帶半干旱大陸性季風氣候，雨少不均，氣候干燥，降水主要集中在6－9月，且由南向北遞減，年降水量398.45 mm、蒸發量為1 891.58mm、年均氣溫8.32℃、最大風速為4.1m／s、大風日數為11.5d［6］。生產性土地類型主要有耕地、林地、牧草地和園地，種植業是傳統優勢產業。

烏審旗位于鄂爾多斯高原西南部，毛烏素沙地中北部，是內蒙古高原向黃土高原過渡的低洼地帶，是內蒙古重要的畜牧業生產基地。總面積1.164 5萬km2，南北長194km，東西寬104km，平均海拔1 300 m，整體地勢由西北向東南平緩下降［8－9］。溫帶極端大陸性季風氣候，受極地大陸冷氣團控制的時間較長，受海洋熱帶暖氣團影響時間較短，降水少，干旱多風，蒸發強烈，日照充足［10］。年降水量350～400 mm，蒸發量約2 592mm，年均氣溫6～8℃，≥10℃積溫2 800～3 000℃，平均風速3.4m／s，日照時數2 800～3 000h。冬春季降雪稀少，夏秋季雨水集中，年際和年內變化很大，多西北風，風沙頻繁，屬于半干旱地區。土地沙化程度較高，以草地、林地和耕地為主要生產性土地，其中草地面積占總土地面積的一半以上，尤以天然草場比重最大。

2 農業生態系統產業結構評價方法及指標

為了能準確地描述農業生態系統產業結構及功能變化的狀況，又能從時間序列上反映系統的演變特征，運用生態系統多樣性理論與方法，選用系統組分優勢度、系統結構優勢度和系統穩定性指數為評價指標。

2.1 組分優勢度

組分優勢度表示生產結構中各組分的主導地位，反映各組分為整個農業生態系統的生產所作的貢獻，是組分相對重要性的表述，也即反映了各產業的比例和各產業之間的變化關系［2］。組分優勢度可用式（1）計算。

式中：Xij——組分i在j時刻的純收入；Xj——生產結構中所有組分在j時刻的總純收入；Pij——第i個組分在時間j的優勢度。Pij越大，表明組分i（或產業i）在j時刻占系統產業比例越大，且處于生產結構的主導地位，對整個農業生態系統的貢獻和重要性突出。

2.2 結構優勢度

系統結構優勢度是反映各產業配置結構是否合理的指標［2－3］。系統結構優勢度可用式（2）計算。

式中：C——系統結構優勢度；其它變量意義同前。本文中i＝1，…，4。C較小說明產業結構的產業風險相對較小，系統發展均衡，但沒有主導產業；C大則反映了產業結構發展單一，系統的均衡性較差。C如果接近0，表示各組分優勢度差異很?。籆如果接近1，則表示產業結構中某一產業處于絕對優勢。

2.3 穩定性指數

系統穩定性指數對農業生態系統功能的正常發揮及其效益的穩步提高具有非常重要的作用，其同時也是系統可持續性評價的重要指標［3－4］。為此，通過對系統穩定性指數的計算，可分析出整個系統抵御外力沖擊的能力，即其穩定性的強弱。系統穩定性指數可用式（3）計算。

式中：Pij——第i個組分在時間j的優勢度。S——系統穩定性指數。當S值增大時，系統穩定性增強，抵御外力沖擊的能力提高；反之，則表示系統的穩定性差，抵御外力的能力降低，系統變得脆弱。一個穩定的農業生態系統具有良好的穩定性、協調性和抗逆性。

3 北方農牧交錯帶縣域典型農業生態系統產業結構分析與評價

由于農業生態系統的產業結構基本上是由種植業、林業、畜牧業和漁業4大子系統組成的復合系統，北方農牧交錯帶的產業結構構成也具有同樣的特點，只是產業構成的偏重傾向更加明顯，偏農區的榆陽區與偏牧區的烏審旗農業生態系統就是北方農牧交錯帶不同產業模式偏重區的典型代表。利用1976－2006年榆陽區與烏審旗的農林牧漁業總產值統計數據，對兩地農業生態系統產業結構進行系統分析和評價（表1）。

表1 榆陽區與烏審旗農業生態系統組分優勢度、結構優勢度及穩定性指數

3.1 典型縣域農業生態系統的組分優勢度

系統組分優勢度是系統組分相對重要性的表述，是組分系統貢獻大小的體現。從圖1A可見，近31a里，榆陽區種植業與畜牧業組分大致有對稱發展的態勢，且在較高水平上呈現此起彼伏的狀況。整個過程中種植業組分優勢度逐漸下降，畜牧業組分優勢度則相應逐漸增加；林業組分優勢度呈現前期平穩后期緩慢下降的走向；漁業組分優勢度基本在0水平上。榆陽區種植業組分優勢度的變化范圍為0.28～0.69、林業為0.02～0.24、畜牧業為0.15～0.69、漁業為0.00～0.01；各業沿時間序列的平均組分優勢度為0.53，0.12，0.35和0.01。1976－1985年是榆陽區畜牧業和林業組分優勢度發展的交錯平衡期，之后畜牧業組分優勢度表現出強勁增長勢頭，林業則緩減，差距逐漸拉大；1976－1997年榆陽區種植業組分優勢度明顯處于絕對優勢地位，1997－2000年是種植業與畜牧業組分優勢度的交錯平衡發展期，2000年以后畜牧業組分優勢度超出種植業組分，且距離拉大；漁業組分優勢度一直在低水平徘徊?？梢哉f，在近31a的時間尺度上，種植業是榆陽區農業生態系統的主導產業，對整個系統生產的貢獻最大，畜牧業次之，林業較小，漁業基本無貢獻。

圖1 榆陽區與烏審旗農業生態系統組分優勢度的演變

圖1B顯示出畜牧業組分優勢度在近31a的時間序列上基本上處于絕對的主導地位，是一直對系統貢獻最大的組分，種植業組分大致位于第2位，林業組分基本為第3位，漁業組分最小（基本在0水平上）。在1983－1990年林業組分優勢度出現躍遷，超過了種植業組分優勢度，尤其在1985年成為系統優勢度最大的組分，這是林業子系統發展不平衡的表現；1990年后種植業和畜牧業組分優勢度的發展基本上對稱且平衡。種植業組分優勢度變化范圍為0.16～0.43、林業為0.08～0.45、畜牧業為0.39～0.70、漁業為0.00～0.01；各業沿時間序列的平均組分優勢度為0.28，0.18，0.54，0.00。整體來看，在近31a里，畜牧業仍然是烏審旗農業生態系統的主導產業，種植業組分優勢度有逐漸增大的態勢，畜牧業在較高水平上緩減，林業在較低水平上緩減，漁業基本在0水平上徘徊。同時，在一定程度反映出烏審旗農業生態系統在20世紀90年代以后組分的變異性變小，各業有相對均衡發展的趨勢。

3.2 典型縣域農業生態系統的結構優勢度

系統結構優勢度是衡量系統是否均衡發展的重要指標。從圖2榆陽區與烏審旗農業生態系統結構優勢度演變的情況看，在整個時間序列上榆陽區農業生態系統優勢度基本上均比烏審旗高，尤其在1985年和2006年是榆陽區系統結構優勢度高出烏審旗最大的兩年，峰值分別為0.5和0.55，分別是烏審旗系統結構優勢度的1.32倍和1.28倍；1990年是烏審旗系統結構優勢度高出榆陽區最大的一年，峰值為0.46，是榆陽區系統結構優勢度的1.28倍；1976年、1978年和1980年是榆陽區與烏審旗系統結構優勢度在高水平相同的年份，系統結構優勢度分別為0.48，0.53，0.51；榆陽區系統結構優勢度的變化范圍為0.36～0.55，烏審旗為0.36～0.55，兩地系統結構優勢度沿時間序列的平均值分別為0.45和0.42。從總態勢來看，1980－1989（1990）年是烏審旗（榆陽區）農業生態系統結構優勢度下降最快的時間區間，1990年后榆陽區系統結構優勢度穩步提高，且后期增加幅度加大；而烏審旗系統結構優勢度在1989－1992年出現較大波動后逐漸在平緩波動中沿時間序列平穩變化。

圖2 榆陽區與烏審旗農業生態系統結構優勢度的演變

榆陽區農業生態系統結構趨向出現漸偏性，系統結構優勢度逐漸增大，這主要是由于其畜牧業組分的優勢度凸顯，而種植業組分優勢度漸減造成的。說明榆陽區農業生態系統結構逐漸趨于單一化，畜牧業逐漸變成系統的主導產業，系統均衡性變差，系統風險加大。烏審旗農業生態系統結構趨向逐漸均衡，系統風險小，但長此以往就會出現無主導產業的局面，這主要是烏審旗種植業組分優勢度漸大和畜牧業組分優勢度減小所致。

3.3 典型縣域農業生態系統的穩定性指數

農業生態系統穩定性是系統可持續性的重要指標。從圖3榆陽區與烏審旗農業生態系統穩定性指數演變的情況看，同時與圖2進行比較時，發現在近31a兩地各自的系統結構優勢度與其系統穩定性指數大致有對稱演化的特征，榆陽區系統結構優勢度與其系統穩定性指數基本上相對稱演變，烏審旗同樣如此，說明系統穩定性指數在一定程度上是系統結構優勢度在對立面的反映。從整個時間序列看，榆陽區系統穩定性指數基本上均低于烏審旗，兩曲線的相應峰值分別出現在1989年和1990年，值均為1.09；兩條演化曲線可劃分為兩個階段，以1989年（烏審旗）和1990年（榆陽區）分別為分割點，之前均表現為波動中漸增，之后則均漸減，其中榆陽區減少速度較烏審旗快，尤其后期減少速度迅增；榆陽區與烏審旗系統穩定性指數的變化范圍為0.74～1.09和0.81～1.09，且兩地系統穩定性指數沿時間序列的平均值分別為0.93和0.98?？梢?，在近31a的時間序列上，烏審旗農業生態系統穩定性較強，抵御外力沖擊的能力強，系統穩定、協調、抗逆，尤其后期表現突出；榆陽區農業生態系統相對穩定性差，容易受到外界干擾，系統脆弱，后期系統穩定性趨于惡化。

圖3 榆陽區與烏審旗農業生態系統穩定性指數的演變

4 北方農民交錯帶典型縣域農業生態系統產業模式優化戰略

種植業是北方農牧交錯帶偏農區農業生態系統的主導產業，由于種植業組分優勢度在后期下降較快，應當適當控制，并處理好與畜牧業協調發展的關系。而偏牧區種植業組分優勢度處于漸增期，有望進一步提高，并和畜牧業并肩發展。由于國家退耕還林、退牧還草、封山育林等工程全面實施后，耕地面積會明顯減少，故北方農牧交錯帶偏牧區和偏牧區均應做好種植業結構調整工作，保護僅有耕地，引種效益好的作物種類與品種（經濟作物和飼草作物如蔬菜、藥材、苜蓿等），提高單位面積耕地的生產效益，確保在耕地面積減少情況下糧食不減產，效益還提高。同時，在為牧而農，以農促牧發展思路的引導下，處理好種植業和畜牧業協調、耦合發展的關系，確保系統穩定性提高，更好的實現系統效益。

林業在北方農牧交錯帶偏農區和偏牧區農業生態系統中的組分優勢度均較小，這與北方農牧交錯帶所處的自然地理帶有關系，該區是牧草適宜種植與發展的區域，林業應當適當發展。在國家生態建設工程的人為干預下，農業生態系統的結構變異性大，且系統干預的生態效益和社會效益正在逐漸發揮或有待長期發揮。故在北方農牧交錯帶，應當因地制宜，選用優質抗旱樹種，保證植樹造林的成活率。同時，可結合當地資源優勢，利用中西部獨特的沙漠氣候特征，引種名優果樹，發展經濟林果業，提高農牧民收入，這是該區提高林業組分優勢度和系統穩定性的重要途徑。

畜牧業是北方農牧交錯帶偏農區最具發展潛勢的產業，尤其是溫棚養豬和設施養羊業，已經成為偏農區農村經濟的新亮點，但要適當控制規模，做到科學布局，并注意發展草食和秸稈畜牧業，減少耗糧型生豬生產對糧食生產的壓力。畜牧業一直是偏牧區國民經濟發展的支柱產業，今后應加大畜群品種改良優化，提高飼草料的轉化利用率，并可適當發展特種養殖業。偏農區和偏牧區均應大力發展人工牧草種植和人工草場建設，全面推廣作物秸稈青貯、氨化等秸稈飼草化技術，確保冬春牛羊等的飼草料供給，并提高出欄率、設施養殖率和農牧耦合度。同時做好天然草場和人工草場的養護工作，增強系統抵御沙漠化地區惡劣氣候條件的干擾。

受水資源限制，漁業在北方農牧交錯帶偏農區和偏牧區農業生態系統中的組分優勢度均為最小，基本對系統無貢獻，這也說明漁業在北方農牧交錯帶有較大的發展潛力，故北方農牧交錯帶應在有條件的地方適當發展水產養殖業，提高漁業組分對農業生態系統的貢獻率和優勢度，使其成為部分農牧民增收的新產業。

總之，北方農牧交錯帶偏農區和偏牧區農業生態系統產業結構的優化發展，應在逐步提高系統組分優勢度的同時，確保系統結構優勢度恰當和系統穩定性增強。

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