遼西北草原植被恢復生態效益評價

文│陶金山 劉慧林 金成宇 張道宏 呂程（遼寧省草原監理站）

遼西北草原植被恢復生態效益評價

文│陶金山 劉慧林 金成宇 張道宏 呂程（遼寧省草原監理站）

遼西北草原是遼寧省主要草原區，位于我國第一級生態敏感帶的遼寧區域，是我國東部半濕潤氣候向半干旱氣候過渡，森林帶向草原帶過渡，農林區向牧區過渡的兩大生態系統交錯地帶，生態敏感性高，抗干擾能力弱，一旦受到破壞，自然恢復能力低。遼西山地歷史上曾是落葉闊葉林或矮林，遼寧北部也曾是千里松林和水草肥美的牧場。長期以來，人們重利用、輕保護，貪圖一時之利而毀滅性的砍伐森林和破壞草原植被，隨著人口的增加還不斷地開墾草地，且由于土層瘠薄又管理粗放，2～3年便會棄荒，造成嚴重的植被退化、水土流失、土地沙化和山地石礫化，嚴重地破壞了生態環境。遼寧省近年來大力推進生態環境建設，通過坡耕地退耕還草、退化沙化草地圍欄封育、天然草原改良補播和加強執法保護管理等措施，促進草原植被恢復。特別是開展了遼西北草原沙化治理工程，對遼西北草原保護和生態環境改善有著重要影響（圖1、圖2）。通過對工程區開展監測，能夠有效統計分析遼西北草原植被恢復生態效益，對工程實施效果評價、草原生態治理研究、草食畜牧業可持續發展和生態文明建設有重要意義。

一、遼西北草原沙化治理工程簡介

遼西北地區受連年干旱、開荒和內蒙古科爾沁沙地持續南侵等因素影響，遼西北75%的草原面積沙化、半沙化，在遼蒙邊界形成一條由西南到東北走向，長約600千米、寬達70千米，總面積約4.4萬平方千米的風沙危害帶，距離省會沈陽最近處只有40千米，且每年還以5米以上的速度向南推進。生態加速惡化，沙塵暴頻發。

遼寧省委、省政府從建設生態文明、改善民生環境、推動突破遼西北的戰略高度，從2009年開始在草原沙化退化嚴重的康平、義縣、阜蒙、彰武、北票、朝陽、喀左、凌源、建平、雙塔、龍城、建昌等12個縣（市、區）實施草原沙化治理工程，恢復草原植被，提高生態效益，建設環科爾沁沙地南緣草原阻沙帶。截至2015年，工程歷時7年，投資6.9億元，累計建設草原圍欄690萬畝，圍欄總周長近20萬千米；實施草原改良補播沙打旺、小葉錦雞、荊條、紫花苜蓿、草木樨等優良牧草417萬畝，開展草原鼠蟲害綜合防治280萬畝。

二、樣地設置和生態效益分析指標

遼西北草原沙化治理工程監測隨工程建設進度按年度開展，從2009年開始，在工程區每5萬畝設置1個代表性樣地，每年新增樣地20個，7年共設置樣地138個。對工程區生態指標進行長期定位對比監測，監測及評價方法參照《全國草原監測技術操作手冊》《草地評價》，評價的生態指標有蓋度指數、可食牧草指數變化、演替變化、生態服務功能價值變化等。計算公式及指標說明如下：

1.蓋度指數（KC）計算公式。

△C=C1-C0，KC=C1/CK。其中，C0為項目建設前蓋度，C1為項目建成后蓋度，△C為蓋度增加數，CK為蓋度系數，KC為蓋度指數。植被蓋度是指植物群落總體或各個種地上部分的垂直投影面積與取樣面積之比的百分數。蓋度系數是指當地天然草地類型頂級蓋度。

◎圖1 遼西北草原平均植被蓋度增加值對照

◎圖2 遼西北草原平均植被蓋度系數對照

2.可食牧草指數（KE）計算公式。△E=E1-E0，KE =E1/EK。其中，△E為可食牧草比率增量，E0為項目建設前可食牧草比率，E1為項目建設后可食牧草比率，KE為可食牧草指數，EK為可食牧草系數。可食牧草系數是指當地天然草地頂級植被可食牧草比率。

3.演替變化計算公式。△R=R1-R0。其中△R為觀察期優質牧草平均頻度變化，R0為第1次觀察時優質牧草平均頻度，R1為評價時觀察優質牧草平均頻度。頻度測定采用樣地內多次隨機設置小樣方，確定其中植物名稱，并計算頻率，頻率越高，說明優勢度越高。

三、遼西北草原植被恢復生態效益分析

1.蓋度指數變化分析。草原植被蓋度指標已被納入國家生態評價指標體系，對于衡量草原生態水平有重要意義。從圖1可以看出，遼西北草原平均植被蓋度增加值從2009年以來大幅增長，2009年增幅最大，達到11%，之后逐年趨緩；2010年和2011年分別增加8%和6%，到2014年增幅超過1倍，到2016年增幅為32%，達到60%。蓋度系數CK為80%，圖2中蓋度指數KC呈線性增加趨勢，從0.35增加到了0.75，接近頂級蓋度值。

2.可食牧草指數變化分析。通過可食牧草指數能夠衡量出草原植被中能夠食用的牧草所占比例的變化，而不可食的植物主要指有毒、有刺、適口性差等家畜不采食植物。可食牧草比率增加值呈逐年遞增趨勢，2009年增加值最大，2011年其次，之后趨緩，2016年整體提高較大，達到21.5%。可食牧草系數EK為95%，可食牧草指數KE呈逐年增長趨勢，從2008年的0.7增加到2016年的0.93，2008—2011年增長明顯，從2012年開始趨于平穩，與當地頂級可食牧草指數非常接近。

3.植被群落演替變化分析。植物頻度主要用來測定草地優勢植物的結構和變化，是評價植被演替的重要指標。遼西北草原優質牧草平均頻度增加值逐年增長，2010年增加值最高，2016年其次，到2016年增加了20%。頻度增加的優質牧草主要有沙打旺、苜蓿、錦雞兒、羊草、大針茅、冰草、隱子草、白羊草、苔草、荊條、胡枝子等，而頻度相對下降的中等以下牧草主要有蒿類、委陵菜類、狗尾草和芨芨草等，總體上一年生叢生草和雜類草優勢度下降，多年生禾草優勢度增加明顯。

4.草原生態服務價值變化分析。計算分析草原資源生態服務功能的經濟價值，尤其是其潛在的生命支撐功能價值，對于制定符合區域實際的生態環境保護、開發利用政策和草原資源恢復效果具有重要意義。

（1）涵養水源功能價值的分析。草原涵養水源功能主要是指草原及其植被對自然降雨的截留、吸收和貯存，將地表水匯聚為地表徑流、吸收到植物體內水或貯存在土層及地下。主要功能表現在增強蓄水能力，增加可利用水資源，凈化自然水質和調節地表徑流。據測算，2016年遼西北草原能涵養水源平均1.5立方米/畝，690萬畝治理區共計1035萬立方米，按照水庫建設單位庫容投資6.11元/立方米、水的凈化費用2.09元/ 立方米計算，690萬畝草原生態系統涵養水源功能價值為8487萬元。

（2）保持土壤功能價值的分析。保持土壤功能是指草原地表植被及其枯落物能夠有效截留降水，減輕降水對地表土壤的沖擊和徑流對土壤沖蝕，另外還可緩沖風對表土的吹蝕。據測算，治理之前遼西北草原每年被剝蝕的表土厚度平均3厘米，土壤容重平均1.25克/立方厘米， 690萬畝治理區草原每年可保土1.73億噸，按每噸土壤6.12元折算，每年保持的土壤價值為105876萬元。

（3）固氮功能價值的分析。草原豆科牧草及其特有的根瘤菌，是高效的共生固氮系統，其共生固氮菌與分子態氮在植物體內結合形成氨，為植物生長提供有效氮。治理區補播了沙打旺、草木樨、苜蓿、錦雞兒、胡枝子等大量豆科牧草，加之原生豆科牧草量的增加，使得豆科牧草平均占比達50%。據測算，天然草原每年可固氮10千克/畝，690萬畝治理區每年可固氮2587千克，折合尿素7393萬千克，按2400元每噸計算，固氮總價值為17743.2萬元。

（4）固碳釋氧功能價值的分析。根據植物光合作用化學反應式，草原植物每積累1噸干物質，平均吸收二氧化碳1.63噸，相當于固碳0.4445噸，釋放氧氣1.19噸，同時草原土壤也吸收一定量的二氧化碳。據測算，690萬畝治理區草原植被生態系統每年固碳103萬噸，釋放氧氣276萬噸。按照國際通用標準測算，固碳成本為1200元/噸，制氧成本為1000元/噸，治理區固碳功能價值123600萬元，釋放氧氣價值276000萬元，合計399600萬元。

四、植被恢復生態效益總體評價

遼西北地區氣候干旱，自然條件以丘陵草原為主，生態環境脆弱，是保障遼寧省生態安全的關鍵地區。而遼西北草原沙化治理工程覆蓋遼西北主要沙化、退化草原地塊，又是重中之重。近年來，通過持續投入保護建設，到2016年草原植被蓋度提高明顯，可食牧草占比明顯增加，群落結構發生明顯改變，優良牧草逐年增多，一年生禾草和雜類草占比減少，生態狀況呈現恢復趨勢，當前整體達到中等草原生態水平。

草原植被著生于土地表層，既減緩風與水對土壤表面的侵蝕，又能抓住表層土壤，增加土壤養分，且牧草耗水量相對于樹木少得多，在自然選擇的情況下，更適合作為遼西北地區地類主體。隨著遼西北草原生態水平的提高，其生態效益價值也隨之激增，涵養水源、保持土壤、固氮、固碳和釋放氧氣等生態功能價值已大大超出投入，作為公益類建設效益非常顯著。