基于CVOR模型的阿巴嘎旗北部牧户草场健康现状研究
时间：2023-04-24 20:30:05 来源：千叶帆 本文已影响人
罗 培，赛西雅拉图
(1.新疆维吾尔自治区天山西部国有林管理局，伊宁 835000；
2.内蒙古师范大学地理科学学院，呼和浩特 010020)
草原是生态环境中重要的组成部分，发挥着绿色屏障作用，并且蕴含着丰富多样的自然资源，为农牧业发展提供了有力的支持[1]。内蒙古典型草原位于我国北疆内陆区域，大陆型特征明显，其生态环境具有一定的脆弱性。在游牧时期，牧民因时、因地移动放牧，近三千年来草原以自然演替为主，草场健康状况一直处于良好状态[2]。
自实施“草畜双承包”制度以后，草场被牧民划分为小块状家庭式放牧草场，网围栏也阻断了大面积移动迁徙放牧的可能，牧民开始实行定居放牧制度[3]。定居放牧后，草场承包到户，牧户独自经营草场自负盈亏，受到不同牧户个人知识技能水平差异的影响，牧户对草场的使用管理能力也不尽相同，这也导致牧户间草场健康现状出现差异[4]。
草地健康程度评价，多数学者选择采用遥感技术与实测植物样方数据进行反演进行大规模大范围的评估，但对于小范围尤其是个别牧户间的草场具体退化程度评价较为模糊。随着草地生态系统的健康评价体系的不断改进和完善[5-7]，CVOR草场健康评价模型被广泛用于草场健康评价中[8-10]。
本研究以内蒙古阿巴嘎旗北部阿拉坦陶高图嘎查内处于不同管理方式下牧户放牧草场的植被和土壤进行一手调研资料获取，探讨不同管理方式下牧户草场健康现状，从人地关系演变的视角探讨差异现状的成因机制。研究最终目的旨在为当地牧户合理管护、利用草场提供科学依据，为相关部门恢复治理草原提供理论参考。
阿拉坦陶高图嘎查位于内蒙古锡林郭勒盟阿巴嘎旗西北部(114°5′—114°14′E、44°36′—44°54′N)，海拔为1 186 m—1 473 m，北部与蒙古国纳兰苏木隔国境线相望，是一个典型的边境型牧业嘎查。气候为中温带干旱、半干旱性典型大陆性气候，多年平均降雨量在250 mm左右，单日最高温度为38.6℃(7月份)，最低温度为-42.2℃(1月份)，年平均气温为1.8℃。
嘎查主要位于阿巴嘎旗低山丘陵地区，地形主要以低山高平原岗洼地为主，地势东北高西南低，整体呈东北向西南倾斜状。土壤主要为栗钙土、淡栗钙土、棕栗钙土、坡洪积栗钙土等组成的典型温带草原土壤，其中栗钙土为主要组成部分。土壤在草原植物根系、残体及牲畜粪便在微生物的分解下，形成大量的腐殖质，土质肥沃。植被主要由高平原干草原草场植被和低山丘陵干草原草场植被组成，植物群落以克氏针茅(Stipakrylovii)、羊草(Leymuschinensis)冷蒿(Artemisiafrigida)、糙隐子草(Cleistogenessquarrosa)和大针茅(Stipagrandis)等典型草原干冷性丛生禾草类为主。植物种类主要由禾本科、百合科等组成，同时牧草营养价值及可采食性较高。
2.1 植被、土壤样方采样
2017年7月下旬至8月上旬，在入户访谈的基础上挑选5户牧户(简称牧户NR、牧户CG、牧户AL和牧户BL，封育草场FB，简称为姓名拼音缩写)的草场进行野外植被和土壤样方采集。每个牧户分别采6个样方，其中封育草场FB为5个样方，植物土壤分别采取29个样方。植物的高度、盖度、密度、频度、地上生物量等信息。土壤样方采用“环刀取样法”，土壤样品采用牛皮纸，铝盒等保存。返校后在专业土壤实验室进行测试并记录相关数据。每个样方均采用GPS定位获取经纬度和海拔高度。样方采样全程通过照相记录并保存，所采样方数据经汇总无误后输入Excel软件中保存。
2.2 CVOR草场健康程度评估模型
2.2.1评价指标体系的构建
CVOR草地生态系统健康指数评价体系表主要以植物群落样方数据和土壤理化性质数据为基础，分为4个准则层，即基况C(condition)、活力V(vigor)、组织力O(Organizational)和恢复力R(Resilience)和18个具体因子层(见表1)。
表1 CVOR草地生态系统健康指数体系表
2.2.2评价体系相关指数系数的计算
2.2.2.1层次分析法
根据层次结构模型(见表1)，将原始数据归类处理后，构造判断矩阵，通过权重系数公式计算各级权重系数，对权重系数进行一致性检验，直至满足一致性检验后，确定各层级权重系数，主要流程见图1。
图1 层次分析法权重计算流程图
2.2.2.2熵值法
根据层次结构模型(见表1)，将原始数据归类处理后，构造判断矩阵，通过正向指标计算法对原始数据进行标准化处理后，通过系数计算公式确定各层级权重系数，主要流程见图2。
图2 熵值法权重计算流程图
2.2.3最终参数值的确立
参考相关学者计算方法，利用综合权重法，即通过熵值法和层次分析法所得系数计算CVOR模型参数最终值[10]。
(1)
公式中，Yi为对应指标j的综合权重值，WAHP和WE分别为运用层次分析法和熵值法求得的指标j的权重值，n综合评价因子数量(文中n=18)。
2.2.4草原生态系统退化程度评价
2.2.4.1草地健康综合得分计算方法
根据研究的目的与选取指标的不同，选取草地健康评价的方法也有所不同，借鉴王黎黎等对草地生态系统评价的成果[10]。采用加权平均法，通过标准化的实测植物Xij和土壤数据与公式(1)所计算的各层级最终权重值Yi,计算草地健康综合得分。
(2)
式中，Uj为第j个牧户草地健康评价的综合得分，Xij为标准化后的模型指标数据，Yi为对应指标j的最终加权值，j为对应评价指标，n为评价指标总数。
2.2.4.2牧户放牧草场健康程度评价
关于CVOR草场健康评价指标的选取，多数专家学者在不同的研究区域和方式上都有自身评价量表[11-12]，但大体上差异不大，为更符合研究区内的实际情况，本研究以单贵莲等在锡林郭勒典型草原健康评价时所采取的五分量表为基准[9](见表2)。
3.1 权重系数的计算
熵值法属于客观赋值类方法，其结果较为客观，但仅从客观信息进行计算的数据有时与实际结果存在较大差异。层次分析法优点是采用相关专家学者的意见，能够弥补熵值法的一些不足。为此，有学者[9]综合以上两种方法，利用综合权重法计算CVOR模型参数最终值，增加系数的科学性。
3.1.1层次分析法计算所得权重值
根据计算的数值进行层次排序，最终得出准则层和因子层的权重值，最终通过加权法计算出个因子层的综合权重值(见表3)。
表3 各层级权重值计算总表
3.1.2熵值法法计算所得权重值
通过熵值法流程计算，得出准则层和因子层的权重值(见表4)。
3.1.3加权计算所得CVOR最终权重值
通过加权计算，得出各因子层的最终权重值(见表5)。可见，嘎查内牧户草场健康状况影响最大的指标为活力V和组织力O，土壤理化性质相关系数指标贡献度要低于植物群落系数。
3.2 牧户草场健康程度评价
从表6 数据统计结果可知，牧户的健康评价得分从高到低依次为牧户NR(0.911 6)、封育草场FB(0.897 0)、牧户AL(0.705 6)、牧户CG(0.661 9)、牧户BL(0.588 5)，各个牧户间草场健康现状出现较明显差异，即牧户草场出现健康(牧户NR和封育草场FB)、亚健康(牧户AL和牧户CG)、警戒(牧户BL)3个层级。
表4 熵值法计算出的各类指标权重值表
表5 CVOR评价体系影响因子最终权重值表
表6 各牧户草场健康评价得分总表
4.1 牧户草场健康现状差异化显著
本研究牧户放牧草场位于阿巴嘎旗北部相同嘎查内，在相似的自然背景下牧户间草场健康现状理应处于相似水平，然而在研究区内入户调研时，通过对牧民的访谈中了解到，原来嘎查内牧户间的草场健康状况整体处于相同水平内，但从本研究的实际数据分析结果来看，牧户间草场健康已出现不同层级，即牧户草场出现健康(牧户NR和封育草场FB)、亚健康(牧户AL和牧户CG)、警戒(牧户BL)三个层级。如笔者在调研期间观察到，研究区内网围栏两侧牧户间的草场植被已出现明显差异(图3)，且部分牧户间，如牧户NR和牧户BL间的草场健康现状出现较大差异。从以上角度可以看出，牧户的决策水平差异会对其草场的健康状况产生影响，但如需进一步通过数据进行论证该观点则还需要定居放牧以前的植物群落和土壤理化性质等实测数据进行定量化分析，这也是笔者今后研究需要加深探讨的要点。
图3 嘎查内牧户草场网围栏两侧植物群落现状差异对比图
4.2 牧户草场差异化主要体现为植物群落差异
CVOR模型中基况C对于健康指数的影响值较低(权重值为0.11)，表明牧户放牧草场土壤的容重、含水量、氮、磷、钾等对牧户草场健康指数贡献度较低，研究区内草场土壤整体处于相似水平，说明土壤的退化演替相对植物演替而言具有滞后性，即土壤的退化在短时期内不会直接表现出来。活力V和组织力O对健康指数的贡献度接近七成(权重值为0.68)，以研究区内牧户草场植物群落的重要值为基础进行PCA主成分分析，发现各牧户间植物群落演替现状差异显著(图4)，表明牧户间的植物群落差异才是导致健康指数差异的主要影响因子，同时，植物群落的贡献度为0.89，故在研究区内植物的现状大体上体现了牧户草场的健康现状。植物群落分类排序中，主成分分析法(PCA)可以很好的却分不同层级的植物群落，为此，在今后一定时期内，研究区内草场健康状况可以通过实测植物群落相关数据以简化相关实验流程。
图4 研究区牧户草场植物群落PCA分析结果图
4.3 科学合理放牧才是牧区人地关系和谐的根本
从评价结果来看，封育草场的健康程度并不是所有评价草场内表现最好的，说明封育可以在短时期内暂缓草场的退化演替进程，但是并不能恢复到原来最好的状态。牧区的人地关系协调是千百年来牧民与牲畜和草原之间共同磨合而来的，而不是简单的通过禁牧、休牧的人为调节能达到。同时，在时代的进步发展下，一味的追求原始的游牧也不太切合实际，为此，在新时代下如何权衡好“人-草-畜”系统的平衡是当前乃至今后很长一点时期人们需要攻坚的难题。
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