北方農牧交錯帶生態空間潛力研究
——以神池縣為例

李茹夢，王曉軍，張 鸞，王亞文

（1.山西大學環境與資源學院，山西太原030006；2.山西大學黃土高原研究所，山西太原030006）

北方農牧交錯帶生態空間潛力研究
——以神池縣為例

李茹夢1，王曉軍1，張 鸞2，王亞文2

（1.山西大學環境與資源學院，山西太原030006；2.山西大學黃土高原研究所，山西太原030006）

北方農牧交錯帶生態環境脆弱，由人類活動造成的土地利用結構不合理、生態空間不足等問題日益突出。基于景觀生態學原理，以山西省神池縣為例，分析該地的土地利用狀況，從宏觀尺度對其開展生態空間潛力研究。結果表明，從歷史和現實條件看，神池縣未來的生態發展應建立以森林為主的生態系統；從景觀生態現狀分析，該地區主要土地利用景觀類型為耕地、林地（人工林和天然林）、草地，而耕地分布廣泛且效益低下、林地數量少且質量低劣、草地生態服務功能差等問題限制了生態發展空間，據生態空間潛力計算，約有13.66%的低效草地、4.99%的撂荒耕地以及0.13%的其他未被利用土地可為恢復森林生態系統留出空間，未來林地用地面積可達總面積的42.70%，生態空間潛力巨大。基于潛力分析結果，文章提出了實現恢復森林生態系統目標的途徑與階段，以期為北方農牧交錯帶偏農區的土地規劃和生態發展提供指導性意見。

北方農牧交錯帶；生態空間潛力；土地利用；案例研究

山西省神池縣是北方農牧交錯帶偏農區的典型區域[9]，目前面臨農耕、放牧和資源過度開發等生態壓力，同時作為國家級限制開發的重點生態試點示范縣，生態建設成為該地區可持續發展的核心。本試驗以神池縣為研究區，從宏觀尺度進行生態空間潛力研究，旨在探索今后適宜神池縣的土地利用景觀格局與生態發展途徑，為北方農牧交錯帶偏農區的經濟、社會、環境協調發展提供借鑒。

1 歷史與現實條件下的生態定位

北方農牧交錯帶地域廣闊，各地歷史和現實條件極其不同。從現實條件看，北方農牧交錯帶南側被定位為暖溫帶落葉闊葉林地帶與溫帶荒漠草原之間過渡的溫帶草原亞地帶，自然植被稀少，天然林木破壞殆盡[10]。雖然近10多年神池縣進行了大規模的生態建設，如退耕還林、京津風沙源治理工程等[11]，使得人工林有一定數量的增加，但以純林為主，質量低劣。同時，在空間上，為了經濟發展，開發宜林地為可耕地，盲目地擴大耕地和草地規模，林地發展空間不斷縮小，造成農—林—牧間發展不協調，使社會、經濟和生態系統之間沖突越來越大。

從歷史條件看，該區自新石器時代一直到先秦的數千年中，極少數人口在本地活動，也基本不深入到山區，該地在那時是一片茫茫林海[12]。從秦漢開始，隨著該地人口逐漸增加，人為干擾增多，森林面積不斷減少，其從北朝末年的80%左右，在遼金時期迅速降到40%左右，尤其是明朝高強度的軍事活動，長城沿線連年大量燒荒，對森林破壞嚴重；到清朝后期，森林覆蓋率低于10%[13]；據1975年森林資源清查，新中國成立后神池縣天然林只有163hm2，森林覆蓋率不足3%[14]。雖然北方農牧交錯帶歷史成因以氣候條件對土地利用方式的制約性為基礎，疊加了人為因素影響[15]，但從神池縣生態史看，這里的生態退化，自然氣候因素可忽略不計[16]，而人類對森林無節制的破壞，引起生境的退化，森林環境喪失，氣候條件也發生改變，是造成生態嚴重破壞的根本原因。

從現實和歷史的視角分析，人類對森林的砍伐與清理極大地改變了歷史時期與全球范圍的植被[17]，導致現實生態環境退化；而一些人往往習慣按現實的自然景觀和資源稟賦推斷今后生態建設的目標，易將草地作為生態發展的定位[18]，忽略該區域歷史上是茂密森林地帶的史實，簡單地認為該地區的恢復目標為草原是不合理的。并且已有學者對北方農牧交錯帶未來的土地利用進行了預測，通過模型模擬得出，在生態經濟社會協調發展情境下，未來的草地面積應減少最多[19]，同時按照林地比例升高的趨勢，利于未來北方農牧交錯帶土地利用格局的穩定[20]。因此，本研究認為，該地區的生態發展只能是森林而非草地，未來的生態定位應是建立以森林為主體的生態系統，與社會和經濟系統相互耦合[21]，才能實現區域的生態文明和可持續發展。

2 研究區域與研究方法

2.1 研究區概況

北方農牧交錯帶位于我國內蒙古高原東南部及黃土高原北部，是農區和牧區的過渡帶[22]。神池縣位于其南側（圖1），地處山西北部長城以內，屬于偏農區，地貌以黃土丘陵為主。東、南與北部為土石山區，中部為小型山間盆地，大部分地區海拔在1 300～1 600 m，屬溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫4.7℃，年均降水量487 mm，有“十年九旱，風大沙多”的說法。植被類型為溫帶森林草原地帶[23]。

2.2 研究方法

本研究借助ArcGIS和Erdas Imagine軟件，首先，通過非監督分類和目視解譯進行遙感影像解譯，獲得土地利用數據，包括耕地、林地、草地、居民交通用地、工礦用地、水域、鹽堿地和裸地共8類；其次，在土地利用數據的基礎上，結合1 m精度的森林起源數據進行人工林與天然林分布區域認定和疊加，形成包含9種地類的神池縣土地利用空間分布現狀圖，并以景觀生態學基本原理為指導，從宏觀上進行景觀生態現狀分析，同時指出主要問題；最后，基于建立以森林生態系統為主體的生態定位，結合實地調查，劃定效益極低的耕地、草地等土地類型進行生態空間潛力計算，并收集神池縣相關行政圖、交通圖、水系圖等，形成未來神池縣生態空間格局。

3 結果與分析

3.1 景觀生態現狀

從土地利用空間分布現狀圖來看，神池縣主要土地利用景觀類型為耕地、林地（人工林和天然林）、草地，其占研究區總面積的98%；居民交通用地占1.62%；其他用地類型面積不足1%（表1）。耕地分布最廣泛，是土地利用景觀的基質，該縣人均耕地面積為0.77 hm2。林地作為土地利用景觀的主要斑塊，分布分散，其中，人工林分布較為分散，主要分布在山區；天然林僅占總面積的4.00%，分布范圍較小，主要分布在縣域南部管涔山。草地占總面積的17.72%，但斑塊均較小，呈零星分散狀態，主要夾雜分布在耕地和林地斑塊中。居民交通用地，除神池縣城斑塊較大外，其他居民地以小斑塊散布（圖2）。可以看出，神池縣各土地利用景觀類型呈隨機型分布，尤其是大量草地零散分布，使景觀破碎度[24]增加。高度破碎化土地利用景觀格局，導致難以實現土地的規模利用，呈現土地利用結構不合理的現狀，同時，高度碎化的景觀格局是對生物多樣性的最大威脅[25]，進而使整個生態系統受到影響。

表1 各土地利用類型生態空間潛力分析

3.2 問題分析

3.2.1 耕地效益低下 該地區自然條件先天不足，適宜生長的農作物比較少且生長期短[26]，主要有莜麥、馬鈴薯、豆類、谷子、糜黍等，不是山西省糧食主產區；再加上土地宜農宜牧的特點，撂荒式耕作粗放經營，且冬天土地完全裸露[27]，土地生產力水平低下，生產潛力急劇下降。近幾年，神池縣盲目開發宜林草地為可耕地，盲目地擴大種植業規模，1984—2004年間，全縣耕地面積增加近6萬hm2，耕地面積盲目擴大，卻廣種薄收，限制了林地的發展空間。

3.2.2 林地數量少且質量低劣 2009年神池縣森林調查數據顯示，林地面積僅約為356 km2，人工林分布分散，不僅起不到林地的景觀生態功能，反而增加了土地利用景觀的破碎度，且樹種較單一，純林面積比例大，以油松、樟子松、落葉松為主，抗干擾能力低，難以與周邊環境連接演替為自我更新的生態系統。同時，天然林面積嚴重不足，大部分為建立國營林場后恢復的天然次生林地，主要為云杉等針葉樹種，受人類活動干擾較大。

3.2.3 草地生態服務功能差 與晉北其他縣的情況類似，近20 a來，農民為增加收入，神池縣大牲畜以及羊的數量在迅速增加，遠遠超過了其土地承載力。據統計，神池縣羊存欄量從1985年的4.03萬只猛增到2015年的65.38萬只，且幾乎全為自由放牧；因過度放牧，造成草地嚴重超載，無序利用，集體的公共草地空間供養著大量的私人羊群，導致大面積草地生態服務價值不高，喬、灌等植物難以自然恢復[28]，對生態系統的恢復產生了一定的影響和破壞。

3.3 生態空間潛力分析

3.3.1 可能存在的生態發展空間分析 基于上文分析可知，神池縣亟待調整土地利用結構、擴展生態空間，尤其是低效耕地和草地的生態化，從而優化土地利用景觀格局。本研究在土地利用現狀的基礎上，結合2016年以來對神池縣開展的生態調查，劃定出效益極低、利用不合理的耕地和草地以及其他未利用土地（鹽堿地和裸地）作為可能存在的生態發展空間，并計算相應的生態空間潛力（表1）。

由表1可知，約有4.99%的撂荒耕地、13.66%的低效草地以及0.13%的未利用土地可為生態發展提供空間。同時，考慮到未來神池縣經濟社會發展需求，少量空間（約0.73%）發展為居民交通用地、工礦用地和水域，其余大量空間均發展為林地。結果表明，在1 444 km2左右的國土總面積中，未來林業用地面積可達總面積的42.70%，生態發展空間潛力巨大。其中，草地面積減少最多，其次為耕地，它們是主要生態空間潛力來源。

3.3.2 生態空間潛力發展途徑 神池縣擁有巨大的生態空間潛力，當前不合理的土地利用空間結構，可以通過調整，使得在未來大面積低效草地、耕地以及鹽堿地和裸地逐漸轉向其他用地類型，尤其是人工林和天然林空間的擴大。為最優地利用這些生態空間，本研究提出如下發展途徑。通過以下途徑，擴大人工林和天然林的面積與規模，并豐富植被類型，促使形成集中較大的林地斑塊，有助于擴大林地的景觀生態功能。生態廊道、農林復合經營系統以及生態跳板的建立不僅起到保護斑塊內部的作用，同時加強連通性，還能夠促使逐漸形成穩定的土地利用景觀格局，建立高效的景觀生態系統（圖 3）。

3.3.2.1 擴大和提升森林發展空間 森林沒有發展的空間和時間，森林生態系統建設便無從談起。因此，首先，要保護現有天然次生林，對一些已形成的森林生態系統、生態功能基本發揮良好的天然次生林景觀，應持續保持其森林特征，加強保護；其次，在天然次生林或殘留天然林周邊，營造人工（樹）、天然（樹）混交林，即“人—天混交林”[29]。將人—天混交林逐步擴大，在有條件的地方連片，使現實稀樹草地轉變為森林，從而擴大天然林和人工林的發展空間。對于現有人工純林成果，需在林內引入原生鄉土樹種，增加種質資源，建立多物種混交大型斑塊和小型斑塊，實現人工林提質。同時，實行封育，做到森林發展空間內的區域局部地帶性禁牧，為生態系統恢復留出時間和空間。

3.3.2.2 建立綠色生態廊道 綠色生態廊道可以加強各孤立斑塊之間、斑塊與種源之間的聯系，有利于物種的空間運動以及本來孤立的斑塊內物種的生存和延續。為此，通過沿公路、鐵路、河流等建立綠色生態廊道，作為聯系各類斑塊的紐帶，并根據土地利用條件保證生物多樣性通道的寬度，建立生物遷徙走廊，最終形成生物多樣性保護網絡，不僅能保證斑塊的連通性，而且能消除景觀破碎化對生物多樣性的影響。

3.3.2.3 營造農林復合經營系統 對于以耕地基質為主的區域，建立農林復合經營系統，有利于提高農田綜合產出，提升農田生態效益[30]。其核心在于建立小網格高密度農田林網，具有良好的生態廊道功能的同時起到防護基質內作物的作用；通過發展“一村一品”、經濟林經營以及牧草種植，發展復合生態產業，實現畜牧舍飼化和農業特色發展。

3.3.2.4 配置生態跳板 在以較大的斑塊作為核心區的基礎上，在其周圍地區輔以許多小型人工樹或天然樹斑塊以及少量草地斑塊，將成為物種跳板斑塊（生態小斑塊），實行封育和局部地帶性禁牧，有條件時引入天然林土壤種子庫，呈現景觀多樣性的同時也保證生態系統的穩定性。

3.3.3 生態空間潛力發展階段 人類活動對森林的破壞造成生態環境退化的結果，需要很長時間甚至上百年來恢復，并且需要分階段來實現生態空間發展的最大潛力目標。1949年以來是神池縣的森林初步恢復時期，南部山區以前的天然殘林已基本恢復到以云杉為主的森林生態系統，雖然其生產力仍未達到地力所應有的理想目標，但其結構和功能已達到穩定。同時恢復的還有當地人對生態建設的信心。

植被恢復還不能等同于生態系統恢復，在今后一段長時期內，神池縣應當開啟森林生態系統恢復期，這個階段應通過原有天然林保護、現有低效林提質以及綠色廊道建設等途徑，形成森林生態系統網絡體系。在神池縣，森林生態系統能否正常發揮其生態功能、維持系統內生物多樣性、改善和維護生態環境、建立以森林生態系統為基礎的社會—經濟—生態復合系統，是該區域社會、經濟和生態可持續發展的關鍵。若干年后，神池縣必將步入生態系統穩定發展期，成為北方農牧交錯帶宜居山區小城和區域社會、經濟和生態可持續發展的典范。

4 結論

北方農牧交錯帶以其鮮明的特征構成了我國北方最重要的自然與人文界線，從歷史和現實條件看，其南側地區在歷史上曾為茂密森林地帶，由于人類活動對森林的破壞，造成現實自然植被破壞殆盡，森林環境喪失。今后的生態目標和定位不應只看到生態退化后的現狀，應發現該地區的生態空間發展潛力，恢復其生態良好時期的水平，而這個過程是長期的、艱巨的，需要不同階段來恢復。

本研究以位于北方農牧交錯帶南側（靠近農區）的神池縣為例，對該地區的生態空間潛力進行了研究，結果表明，從土地利用景觀現狀分析，該地區土地利用景觀格局呈現高度破碎化，表現出現存林地數量小且質量低、草地生態服務功能差、不合理的農牧業空間發展等現實問題。通過劃定生態潛力空間，指出未來神池縣的林業用地面積可達總面積的42.70%，且主要潛力空間來自低效草地以及部分撂荒耕地、少量鹽堿地和裸地，其中草地潛力最大。

基于生態空間潛力分析結果，為實現最大潛力目標，本研究提出擴大和提升森林發展空間、建立綠色廊道、營造農林復合經營系統以及配置生態跳板4個途徑，以期開發該地區未來生態發展的最大潛力，建立以森林為主的生態系統，逐漸形成趨于合理的生態空間格局，為北方農牧交錯帶偏農區的可持續發展提供借鑒。

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Study on Potential of Ecological Space in the North Farming-Pastoral Ecotones of China—A Case Study of Shenchi County

LI Rumeng1，WANGXiaojun1，ZHANGLuan2，WANGYawen2
（1.College of Environmental and Resources，Shanxi University，Taiyuan 030006，China；2.Institute of Loess Plateau，Shanxi University，Taiyuan 030006，China）

The ecological environment in the north farming-pastoral ecotones of China is fragile,especially the problems caused by human activities,such as the unreasonable land use structure and the shortage of ecological space etc..Base on the land use data and the principle of landscape ecology,the paper analyzes the potential of ecological space in Shenchi county at the macroscale.The results show that,firstly,considering the historical and realistic conditions,the future ecological development of Shenchi county should establish a forest-based ecosystem.Secondly,the main land use types in this area are cultivated land,forest land （plantation and natural forest）and grassland.And there are some issues limit the development of ecological space which are low efficiency of arable land,low number and poor quality of forest land,poor ecological services of grassland.According to calculation of potential ecological space,there are about 13.66%of inefficient grassland,4.99%of abandoned arable land and 0.13%of other unused land,which can be reserved for restoration of forest ecosystem.As a conclusion that the ecological space of the region has great potential and the area of forest will be up to 42.70%in the future.Based on the results of potential of ecological space analysis,we put forward the methods and stages of realizing the goal of restoring forest ecosystem,so as to provide guidance for land planning and ecological development in the north farming-pastoral ecotones of China.

the north farming-pastoral ecotones of China;the potential of ecological space;land use;case study

X171

A

1002-2481（2017）10-1671-06

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.10.24

北方農牧交錯帶是我國中、東部重要的生態屏障，近幾年，由于不合理的土地利用，導致水土流失加劇、土壤退化和生物多樣性減少[1-2]，農田和草地退化、農牧矛盾等問題日益突出[3]，人們越來越認識到開展北方農牧交錯帶生態恢復與重建的重要性。對此，已有眾多學者從不同的研究尺度和視角各有側重地進行了諸多研究，其主要集中在景觀格局、自然條件、生態系統服務、植被覆蓋、生態環境狀況、經濟與生態建設等領域上[4-6]。從宏觀尺度看，北方農牧交錯帶分布范圍廣[7]，地域內部差異大，各地生態狀況、土地覆被等特征各不相同[8]，深入細致地研究其內部區域的生態狀況，對于進一步認識北方農牧交錯帶，因地制宜地對北方農牧交錯帶進行生態恢復具有重要意義。

2017-03-24

國家自然科學基金青年基金項目（41301609）

李茹夢（1992-），女，山西襄汾人，在讀碩士，研究方向：恢復生態學。張 鸞為通信作者。