草地生态风险评价指标体系的初步构建

2012-05-13赵有益林慧龙

草原与草坪 2012年4期

赵有益，林慧龙

（1.甘肃农业大学草业学院/理学院，甘肃兰州 730070；2.兰州大学草地农业科技学院，甘肃兰州 730000）

近年来，草地生态系统结构遭到严重干扰和破坏，如毒杂草、虫害和鼠害等生物问题，干旱、雪灾等自然灾害，超载、过牧、樵采和旅游等人为活动，以及当地经济发展对草地资源的过分依赖等，使草地生态系统的功能减退突显，系统也存在极大生态风险。因此，认识草地生态系统风险的因素，进行草地生态风险评价，提高草地抵御风险的能力，是草地可持续利用和科学管理的重要任务之一，也是牧区社会经济健康、有序可持续发展的必由之路［1，2］。草地生态风险评价的核心内容之一是评价指标体系的建立［3］。从生态风险因素分析为切入点，筛选并构建草地生态风险评价指标体系，可为科学反映草地生态风险变化特征，实现草地利用与生态、社会、经济可持续发展提供决策依据。

1 生态风险评价基本理论

生态风险是指一个种群、生态系统或整个景观的正常功能受外界胁迫，从而在目前和将来减小系统内部某些要素或其本身的健康、生产力、遗传结构、经济价值和美学价值的可能性。简言之，就是生态系统及其组分所承受的风险，反映了生态系统受到外力作用不能正常运转的概率和模型。生态风险评价是指利用环境学、生态学、地理学、生物学等多学科的综合知识，采用数学、概率论等风险分析技术手段，对受到胁迫因素影响的种群、生态系统或整个景观出现的不利生态后果可能性进行的评估［4］。

1.1 受体的选取

“受体”即风险承受者，是生态系统中可能受到来自风险源的不利作用的组成部分，在生态系统中具有重要地位的关键物种、种群、群落乃至生态系统类型作为风险受体［5］。草地生态系统是既涉及“植被—土壤—动物—人”，又涉及“草地—社会—经济”的多组分、多级层次的复杂结构，且相互联系，为此，选取草地及其生态系统作为风险评价的受体。

1.2 生态终点

生态终点指在具有不确定性的风险源的作用下，风险受体可能受到的损害，以及由此发生的生态系统结构和功能的损伤［5］。草地生态系统风险评价可能的生态终点包括草地牧草品质下降、草地沙化退化、生态服务功能减弱以及社会、经济和生态效益的降低等。

1.3 风险源分析

“风险源分析”是对生态系统或其组分产生不利作用的干扰进行识别、分析和度量［5］。草地生态风险源多种多样，首先是自然风险源，如干旱、雪雹、鼠、虫害和毒杂草等对草地的胁迫；二是人为风险源，如过牧、滥垦、樵采、开矿、滥挖等对草地导致危害或严重干扰生态系统的人为活动；三是社会风险源，如人口增加、区域经济发展对草地的依赖性、牧民居无定所、商品率低而“有畜不出栏”等由于社会本身的主客观问题或其他原因引起的对草地生态系统的压力影响。风险源经常是交互作用，互相促进，互为因果。如开垦、樵采常导致风蚀沙化、水土流失等过程的增强，过度放牧会引起鼠、虫害的加剧［2］。

1.4 暴露与危害分析

暴露与危害分析是对各个风险源在区域中的分布、传输途径及其危害程度和影响程度的评估，即评估生态风险因素对生态系统的损害程度［6］。对草地生态系统而言，暴露与危害评价就是评价风险源可能对草地生态系统造成危害，以及危害的速率、格局和空间分布及其强度。如牧草质量和产量降低，植株矮化，草地生态服务功能和经济效益降低等。

2 草地生态风险评价指标的选择

2.1 草地生态系统的危险性指标

2.1.1 自然压力（1）第一性生产力减产率C1：自然植被净第一性生产力反映了自然体系的生产和恢复能力［2，7］。随着草地退化越来越严重，其生产能力也表现为下降的趋势，而降水量、积温等因素是影响草地第一性生产力的关键性水热条件。选择第一性生产力减产率能科学地综合反映水热条件对草地系统的生态风险的可能影响程度。

（2）虫鼠灾害率C2：随着草地退化的持续扩展，虫、鼠灾害对草地植被和土壤产生重要影响，对草地生态系统存在潜在的风险。草地鼠啃食牧草茎叶和根，产草量降低，而且挖掘的泥土覆盖了牧草，严重破坏了牧草的生长层，严重时使草枯萎、死亡。草地的退化给喜欢干旱的草原蝗虫提供了繁殖场所，其发生面积越来越大，发生频率越来越高。选择虫害鼠害草地面积占草地面积的比例，或者虫鼠害发生概率来表示虫、鼠灾害率，以衡量其对草地的危害状况［8］。

（3）干旱指数C3：干旱直接影响牧草产量和品质，牧草返青至青草期的春旱，牧草处于生长阶段的夏旱，对牧草的产量具有重要的影响。春夏连旱使牧草在整个生长期内处于缺水状态，导致地下水位下降，湖泊、沼泽枯竭，河水断流，家畜饮水发生困难，家畜掉膘、发病甚至死亡。干旱最直接的危害是导致农牧业生产产量降低，加速草地生态环境恶化。可采用降水的Z指标法确定的干旱指数来揭示草地的干旱特征［9］。

式中：Z－干旱指数，Cs－偏态系数，Φi－降水量的标准化变量。

（4）毒杂草比例C4：毒杂草的广泛分布和大量滋生蔓延，排挤可食性牧草或有饲用价值的优良牧草，从而降低天然草地的生产能力和牧草品质，直接影响草地质量和载畜量。同时牲畜因误食毒草造成的中毒及死亡事件增加。以毒杂草在草群结构中所占比例表示毒杂草对草地生态风险的影响程度。

（5）雪灾成灾指数C5：雪灾不仅影响冬季放牧，而且严重威胁着特别脆弱的冬季畜牧业生产，这种灾害对依赖天然草地作为饲草来源的草原畜牧业，尤其是对以传统畜牧业为主的地区影响非常大。当遇到雪灾，牲畜缺少饲草料，致使牲畜瘦弱掉膘，母畜流产，仔畜成活率降低，老、弱、幼畜死亡率增高，给当地畜牧业生产造成极大危害。雪灾是制约畜牧业持续发展的重要致灾因子之一。可用雪灾成灾指数考察雪灾的损失程度。

式中：β－雪灾成灾指数，Si－第i类雪灾面积，wi－第i类灾害权数，S－区域草地面积

2.1.2 人为压力（1）土壤侵蚀指数C6：人类对自然植被的破坏是影响土壤侵蚀的最重要因素，不合理的土地利用是水土流失发生的主要原因［10］。许多农牧民在进行生产时对草地的采樵、砍伐、开荒，以及过度放牧，使得土壤理化性质发生变化，土壤肥力锐减，产草量下降。同时由于缺乏植被保护，受经济利益驱动，还经常进行修路、建筑和开矿等活动，使本来就相当脆弱的草地生态系统在人为干扰下远离原有的生态平衡，系统被不断带走大量的物质而得不到补偿，长期的入不敷出违背了生态系统中能量与物质流转应保持平衡的基本原则，进而造成水土流失，草地退化［2］。以滥垦、滥伐、乱挖使草地植被遭到破坏的草地面积与区域草地面积的比例表示土壤侵蚀指数。

（2）载畜量超载率C7：载畜量对草地生态风险具有重要影响，“以草定畜”，使草地载畜维持合理的水平是实现草地生态安全与可持续发展的基础。畜群的过度践踏和啃食，可引起优质牧草数量下降或消失、草地生物多样性丧失和牧草生活力、有性和无性繁殖能力的下降，这是导致草地植物群落退化演替的直接原因。牧户增加牲畜量，以实现自身经济利益的最大化，结果导致牲畜数量膨胀，草地退化加速。用载畜量超载率揭示对草地的利用强度。

式中：K－载畜量超载率，Q－实际载畜量，Q0－表示理论载畜量。

（3）旅游压力指数C8：草地旅游及其经营是密集的人为活动，在利益驱动下，草原旅游业盲目快速发展，旅游者和旅游开发者对草地造成严重破坏。在原生生境中进行道路、建筑物等修建，造成草地硬化度增加，特定生境条件下生存的动植物减少或退出。同时旅游者带入旅游地的固体废弃物，如包装物、酒瓶等物品严重污染草地环境和水质［11］。采用单位草地面积年均旅游人数刻画旅游对草地系统的压力状况。

（4）景观破碎指数C9：景观的破碎化指由于自然或人文因素的干扰，所导致的景观由简单趋向于复杂的过程，即景观由单一、均质和连续的整体趋向于复杂、异质和不连续的斑块镶嵌体的过程。随着干旱、草地旅游业和社会发展，水渠越修越多，路越修越宽，建筑用地越来越多，对该区域景观的整体化造成严重影响。用单位草地面积的水渠、道路和建筑折合长度来表示草地景观的破碎指数。

式中：B－景观破碎指数，L－水渠、道路和建筑折合长度，S－区域的草地面积。

（5）牧民游牧率C10：牧民居无定所，不仅经济效益低，且给草地造成巨大压力。牧民定居，一方面可充分发挥暖季草地利用优势，大力发展季节畜牧业，提高出栏率和商品率，增加经济效益；另一方面冷季牲畜舍饲后，既可减少牲畜冷季能量损耗，提高牲畜的生产性能，又可减轻天然草地压力，使草地生态环境步入良性循环。为了揭示由于粗放经营而对草地造成的影响和政府对草地建设投入情况，用游牧民户数占总牧民户数的比例表示游牧率。

2.2 草地生态系统的脆弱性指标

（1）人口密度C11：人口数量和人口密度的增加，对草地生态环境的压力增大，是系统遭受干扰而退化、沙化的诱因之一。用单位草地面积的人口数表示人口密度，反映人口对草地系统的压力状况，人口密度越大，对草地压力越大。

（2）畜牧业结构指数C12：产业结构和就业结构及其变化可以反映该地区的社会活动方式和社会经济发展方向。牧区因特殊的地理环境和历史原因，第一产业生产率不高，第二产业规模小，效益差，第三产业结构不完善，发展畸形。要从根本上解决问题，就要逐步发展第二、三产业，吸纳环境严重退化区的农牧民，腾出大量退化草地，适当降低畜牧业收益在国民生产总值GDP中的绝对主要地位，使其恢复生态平衡，以达到草地畜牧业的可持续发展。用畜牧业收益在区域GDP中的比重表示畜牧业结构指数，一定程度上反映了草地产出状况，同时也反映了区域经济发展过程中对草地的依赖程度。

（3）家畜存栏率C13：草地畜牧业存在的普遍问题是牲畜存栏时间长，消耗的饲草多，饲草料转化率低，导致产出效益低。“有畜不出”，到了冬、春牧草枯黄季节，家畜消耗体内沉积的脂肪、蛋白质和糖类，年老体弱牲畜难以度过冬瘦春死之关，牲畜死亡等于头年草地生产的牧草毫无价值。因此，只增加牲畜数量，致使草地高消耗低产出的状况，是草地畜牧业的致命弱点，是草地系统潜在的风险。本体系采用家畜存栏率来说明这种“有畜不出”而造成的对经济效益的损失和草地压力状况。

（4）恩格尔系数C14：在收入较低时，人们的食品支出在消费支出中必然占有重要地位，随着收入的增加，消费的重心才会开始向其他方面转移。用恩格尔系数可反映人们对草地建设投入的能力和潜力。

（5）管理系数C15：通过加强对鼠、虫害和杂毒草的防治，加强对草地轮牧、休牧和生态恢复，来反映对草地受到干扰和危害时的抵御能力和人类对其健康状况的保护性补偿［6，12］。用对退化草地的治理面积和对各类灾害的防治面积占草地退化和灾害的总面积的比例表示草地管理系数。