北方農牧交錯帶土地生態健康模糊綜合評價

劉云超+馬莉+馬文勝

摘要:克什克騰旗處于我國北方農牧交錯地帶,是生態環境的敏感區和脆弱區,且克什克騰旗的生態系統在我國北方的生態環保中具有重要作用。運用模糊綜合評價法,對影響土地生態健康的各種因素進行了綜合分析和評價,得出克什克騰旗土地生態系統處于亞健康狀態,并提出了合理的解決措施。從長遠的發展來看,土地生態健康評價對未來的土地利用具有極其重要的意義和指導作用。

關鍵詞:土地生態系統健康;模糊綜合評價;北方農牧交錯帶;克什克騰旗

中圖分類號:S11+7;X826文獻標識碼:A文章編號:0439-8114(2014)11-2526-04

Health Assessment of Land Based on Fuzzy Comprehensive Evaluation Model in Ecozone Between Agriculture and Animal Husbandry in Northern China

—— Taking Keshiketeng Banner as an Example

LIU Yun-chao,MA Li,MA Wen-sheng

(College of resources and Environmental Sciences, Chifeng University, Chifeng 024000, Inner Mongolia,China)

Abstract: Keshenketeng banner in farming-pastoral zone of northern China is a sensitive area and the ecological environment fragile zone. Tts ecosystem plays an important role in the ecological environmental protection in the northen China. Fuzzy comprehensive evaluation method was used to comprehensively analyze and evaluate the factors impacting on the health of the land ecology. Results showed that the land ecological system of Keshenketeng banner was in the sub-health state. The advices were put forward. From the view of long-term development, the land ecosystem health evaluation of the future land use is of great significance.

Key words: land ecosystem health; the fuzzy comprehensive evaluation; ecotone between agriculture and animal husbandry in northern China; Keshiketeng banner

基金項目:內蒙古自治區高等學校科學研究項目(NJZY12312)

土地生態系統的實質是從農林牧業對土地的要求出發,通過對影響土地健康的各種自然社會經濟因素的綜合分析,科學地確定現有土地資源對農林牧業發展的適宜程度、限制因素,同時判定土地利用現狀的適宜程度,評價土地生態系統是否健康[1]。克什克騰旗位于我國北方農牧交錯地帶,其生態系統在我國北方的社會、經濟發展以及生態環境保護等方面具有十分重要的戰略地位[2]。但是,近些年來由于人類活動和全球氣候變化的影響,該地區生態環境明顯惡化,氣候災害增加,加之該區域土地資源質量差,人類活動干擾下,該地區土地利用/覆被類型發生了劇烈的變化,尤其是旅游的影響最大,面臨著許多重大的生態問題。因此在這樣一個具有生態敏感的地區進行土地生態健康評價有著重要的社會、經濟和生態價值。

1土地生態系統健康概述

生態健康的概念和思想由英國自然生態學家Aldo Leopold在20世紀40年代提出[3]。蘇格蘭生態學家James Hutton第一個把生態系統看作是一個完整的有機體,他在1788年提到“地球是一個大的具有自我維持能力的超有機體”,并最早提出“自然健康”的概念[4]。20世紀90年代,世界上許多國家和地區把生態系統的健康作為國家行政管理的新目標,更多的學者和專家開始進行生態健康的評價研究。我國也逐漸形成了適合我國的評價體系。在全球經濟高速發展而導致自然生態系統健康狀況日益惡化的嚴峻形勢下,生態系統健康及其評價研究不僅具有重要的應用價值,而且豐富了現代生態學的研究內容。

土地生態系統屬于生態系統的一個子系統,是由一定區域的土壤、近地表大氣圈、地表水及淺層地下水等環境要素所組成的具有一定結構與功能的綜合系統[5]。作為生態系統的組成部分,它對整個生態系統至關重要,并受人類活動因素影響較大。土地生態健康已成為當前生態系統管理的重要問題之一, 也是生態系統綜合評價的核心內容和生態學研究的熱點[6]。健康的生態系統具有較強的自我修復能力;能抵御外界的干擾,維護系統狀態的穩定[7]; 不影響相鄰生態系統的正常運行, 健康的系統對別的系統不構成威脅;不受風險因素的影響;在經濟上可行; 維持人類和其他有機群體的健康[8]。

2克什克騰旗概況與研究方法

2.1克什克騰旗自然條件

克什克騰旗地處赤峰市西北部,地理坐標為東經118°26′—126°21′,北緯42°23′—44°22′,總面積20 473 km2。地貌類型復雜多樣,地勢西高東低、中沙北草,地處渾善達克沙地和科爾沁沙地的結合部,融西部草原、南部熔巖臺地和北部丘陵山區于一體。平均海拔1 100 m,屬于溫帶大陸性季風氣候,年平均氣溫2~4 ℃,年無霜期60~150 d,年降水量250~500 mm,多集中在6、7、8月份。農牧業資源豐富,現有可利用耕地86 666.7 hm2,可利用草原牧場面積1 254 666.7 hm2。自然保護區、森林公園、地質公園11個,總面積為527 456.58 hm2,占全旗總面積的25.51%。動植物資源種類繁多,盛產甘草、黃芪、麻黃等中藥材,主要野生動物有馬鹿、狍子、黃羊等,禽鳥有丹頂鶴、天鵝、大鴇等。

2.2克什克騰旗社會經濟條件

克什克騰旗是一個以草原畜牧業為主體經濟的牧業旗。全境總面積20 673 km2,其中草原面積占總土地面積的85.6%[9]。2011年末克什克騰旗總人口251 316人。全旗牲畜總頭數101.6萬頭(只)。產業結構繼續調整,第一、第二、第三產業結構比由上年的13.2∶66.1∶20.7轉變為12.9∶67.2∶19.9。第二產業仍然是推動克什克騰旗經濟增長的主要力量。2011年,全年共接待國內外旅游人數達232萬人次,旅游收入達10.44億元。旅游業帶來的收入占全區GDP比例較大。克什克騰旗社會經濟的發展,相當一部分得益于旅游經濟的帶動[10]。

2.3克什克騰旗土地利用現狀

克什克騰旗土地大體可分為農牧用地、建設用地和未利用地。土地利用結構不合理。農牧用地占絕對優勢,農牧用地以草地為主,耕地中以旱地為主;未利用地所占比例較大而開發潛力小。土地的利用率不高。近幾年,農牧用地粗放式經營,產量不高,加之盲目墾荒種植,森林草原也遭到了破壞,植被覆蓋度降低,水土流失面積增大,土地生態環境惡化。土地管理不當,城鎮建設用地增長過快,占用了大量基本農田,導致耕地面積減少;大面積草場長期超載放牧,退化草場不能迅速恢復而繼續退化,優良的牧草地不斷減少。

3數據來源與研究方法

模糊綜合評價模型是一種基于模糊數學建立的具有較強功能的分析方法,該研究方法是根據模糊數學的隸屬度理論把定性評價轉化為定量評價, 即用模糊數學對受到多種因素制約的事物或對象作出一個總體評價。

模糊綜合評價的步驟是:

1)確定評價指標集合U,設U={U1,U2,…,Un},其中,U1,U2,…,Un為被評價對象的各個評價指標。

2)確定評價等級集合V,設V={V1,V2,…,Vn},其中,V1,V2,…,Vn為各個評價等級。

3)確定模糊關系矩陣R,對每個評價因素進行評價,得到V上的模糊集合R:

R=r11 r12 ... r1nr21 r22 ... r2n rn1 rn1 ... rnn

4)確定評價指標權重集A,設各個指標所對應的權重分別為a1,a2,…,an, 則A={a1,a2,…,an}。

5)對評價對象進行綜合評價,設B=A×R。根據得到的B值,與各評價等級的臨界值進行比較,即可得出該評價對象的等級。

本研究數據主要來源于文獻[11],并結合實地調查獲得。

4克什克騰旗土地生態健康模糊綜合評價模型的建立

4.1克什克騰旗土地生態健康評價指標選取和指標體系建立的原則

克什克騰旗土地生態系統評價指標體系的建立必須圍繞評價目標,從眾多的影響因子和指標中提取能全面概括生態系統結構和功能的指標。必須選擇具有典型性和實用性的評價指標,在充分研究系統功能與評價目標之間相互關系的基礎上,考慮土地利用結構變化前后引起的生態功能變化,還需考慮生態保護管理等方面,使選用的指標實用可行,同時要盡可能選取信息量大、易獲取且綜合性強的指標。而評價因子應盡量選擇評價區域范圍內差異顯著的因子。同時以定量為主,以減少主觀成分對評價結果的影響,提高評價精度。因此,在評價指標選擇上應遵循綜合性原則,代表性和實用性原則,可獲取性原則,差異性原則和定性與定量相結合原則。

4.2克什克騰旗土地生態健康評價指標體系建立

通過在對克什克騰旗自然和社會經濟條件以及土地生態系統影響因素進行了解和分析的基礎上,主要從土地生態系統的壓力、狀態、響應方面構建評價指標體系(表1)。

壓力指標用以表征那些造成不可持續發展的人類活動和消費模式或經濟系統的一些因素,即人類活動對環境的直接壓力因子,例如人類對環境資源的需求程度等;狀態指標用以表征可持續發展過程中的各系統的狀態,即環境當前的狀態或趨勢;響應指標用以表征人類為促進可持續發展所采取的對策,即環境政策措施。

4.3克什克騰旗土地生態系統健康模糊綜合評價

4.3.1研究區土地生態系統健康模糊綜合評價指標權重克什克騰旗土地生態系統健康模糊綜合評價指標的權重采用層次分析法確定, 其計算結果見表2。層次分析法是在一個多層次的分析結構中,最終被系統分析歸結為最低層次相對于最高層的相對重要性數值的確定或相對優劣次序的排序。首先通過構建判斷矩陣,在每一層次上,對該層的因子進行逐對比較后排列成矩陣形式。其次求判斷矩陣的特征值和特征向量,最后對矩陣進行一致性檢驗。

4.3.2確定研究區評價對象、因素集合評語集確定克什克騰旗土地生態系統健康為評價對象(即評價目標);選取克什克騰旗土地生態環境壓力、土地生態環境狀態、土地生態環境響應為評價要素層,組成模糊綜合評價因素集U={U1,U2,U3};16個評價指標為指標層,組成模糊綜合評價指標因子集U1={U11,U12,…,U15},U2={U21,U22,…,U25},U3={U31,U32,…,U36};評語集為V={V1,V2,...,V5},評語等級分為五級:優等V1、良好V2、一般V3、較差V4、惡劣V5。

4.3.3研究區模糊綜合評價矩陣土地生態系統各要素之間的相互作用關系以及各要素對土地生態系統健康的影響程度在量上是很難精確測定的,因此在確定隸屬度的時候采用專家評分法,首先由統計資料或實際采樣分析將各個指標定量化,然后由評判專家小組的每一個成員對每一個指標進行評價,可得到各要素的評價矩陣R1、R2、R3。

R1=(rij)5×5=0.3 0.70 00 00.7 0.1 0.2 00.2 0.5 0 0.1 0.20.2 0.4 0.3 0.1 00.3 0.2 0.3 0.20

R2=(rij)5×5=0.200.3 0.500.3 0.4 0.30 00.4 0.4 0.20 00.1 0.1 0.4 0.400.2 0.2 0.2 0.40

R3=(rij)6×5=00.4 0.60 000.5 0.40.100.2 0.70.1 0 00.2 0.3 0.30.200.1 0.5 0.30.100.1 0.4 0.30.20

4.3.4評價結果根據計算可分別得出克什克騰旗土地生態環境壓力模糊評價值B1;土地生態環境狀態模糊評價值B2;土地生態環境響應模糊評價值B3。

B1=(0.078 0.198 0.054 0.045 0.013);

B2=(0.098 0.087 0.105 0.091 0.000);

B3=(0.020 0.107 0.083 0.027 0.000)。

根據B=A×R,克什克騰旗土地生態健康評級模糊綜合評價值B如下:

B=(0.072 0.135 0.080 0.057 0.005)

根據最大隸屬度原則V2=0.135,V2>V3>V1>V4>V5,故克什克騰旗土地生態系統健康綜合評價結果為良好。土地生態系統處于亞健康狀態。敏感地帶較多,可發揮基本生態功能,生態系統可維持。

5關于改善克什克騰旗土地生態系統健康的建議

采用模糊綜合評價法對克什克騰旗土地生態系統健康狀況作了綜合評價。在評價過程中,遵循了生態系統綜合性、定性和定量相結合等原則,確定克什克騰旗土地生態系統為亞健康狀態,土地生態系統在滿足人類需求方面的能力、生態系統本身的自我維持和更新的能力有減弱的趨勢,土地生態系統的可持續性也在降低,土地利用結構不是十分合理。由于土地生態系統健康現狀是自然與人為共同作用下的結果,必須通過科學合理的技術手段和管理手段,管理與建設并重,才能達到土地生態環境綜合治理、恢復土地生態的目的。因此,針對克什克騰旗的實際情況,提出以下建議:

1)發展特色旅游業,建立循環經濟。依據克什克騰旗自然資源優勢,發展壯大旅游業,建設規模化、規范化的旅游區,強化打造特色生態旅游業,在改善生態環境的同時帶動服務行業的發展,構建良性循環經濟的生產格局。

2)植樹造林,改善生態環境。利用林、草等生物措施改良沙地、堿地是一項改善生態環境的有效措施,良好的森林可以防風固沙,改善小氣候,減少地面蒸發。因此,要加快林業建設步伐,在沙化嚴重的地方,特別是在風口處把營造防風固沙林作為重點建設項目,實行喬、灌、草相結合。

3)恢復沙化、鹽堿化土地的生態功能,減少荒漠化土地面積,增加草地的數量和質量,采取有效的措施保護現有的草場,防止沙化、鹽堿化土地的擴張,恢復重建覆蓋度低的草場,這對于地區環境、社會和經濟的可持續發展有著非常積極的意義。

4)對退化的草地進行補播,對出現堿斑的草地種植耐鹽堿的植物或者利用植物群落的演替,加速牧業草地的恢復。對于嚴重鹽堿化難以自身恢復的草地,采用種植耐鹽堿植物和鹽生植物,建立人工或者半人工的草地,使其堿斑盡快恢復植被,促進生態環境的改善和畜牧業的發展。

5)制定合理的土地生態保護政策,建立有效的檢測管理系統。政府在土地生態保護政策的執行上應與當地群眾配合,實現人民生活水平逐步提高,生態環境日益改善的雙贏局面。

參考文獻:

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2)植樹造林,改善生態環境。利用林、草等生物措施改良沙地、堿地是一項改善生態環境的有效措施,良好的森林可以防風固沙,改善小氣候,減少地面蒸發。因此,要加快林業建設步伐,在沙化嚴重的地方,特別是在風口處把營造防風固沙林作為重點建設項目,實行喬、灌、草相結合。

3)恢復沙化、鹽堿化土地的生態功能,減少荒漠化土地面積,增加草地的數量和質量,采取有效的措施保護現有的草場,防止沙化、鹽堿化土地的擴張,恢復重建覆蓋度低的草場,這對于地區環境、社會和經濟的可持續發展有著非常積極的意義。

4)對退化的草地進行補播,對出現堿斑的草地種植耐鹽堿的植物或者利用植物群落的演替,加速牧業草地的恢復。對于嚴重鹽堿化難以自身恢復的草地,采用種植耐鹽堿植物和鹽生植物,建立人工或者半人工的草地,使其堿斑盡快恢復植被,促進生態環境的改善和畜牧業的發展。

5)制定合理的土地生態保護政策,建立有效的檢測管理系統。政府在土地生態保護政策的執行上應與當地群眾配合,實現人民生活水平逐步提高,生態環境日益改善的雙贏局面。

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3)恢復沙化、鹽堿化土地的生態功能,減少荒漠化土地面積,增加草地的數量和質量,采取有效的措施保護現有的草場,防止沙化、鹽堿化土地的擴張,恢復重建覆蓋度低的草場,這對于地區環境、社會和經濟的可持續發展有著非常積極的意義。

4)對退化的草地進行補播,對出現堿斑的草地種植耐鹽堿的植物或者利用植物群落的演替,加速牧業草地的恢復。對于嚴重鹽堿化難以自身恢復的草地,采用種植耐鹽堿植物和鹽生植物,建立人工或者半人工的草地,使其堿斑盡快恢復植被,促進生態環境的改善和畜牧業的發展。

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