藏南農(nóng)牧交錯帶農(nóng)牧互作模式下土地利用效益耦合度分析

許承琪，徐海鵬，金少紅，舒朝成，郭正剛

(蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點實驗室，甘肅 蘭州 730020)

農(nóng)牧結(jié)合指將傳統(tǒng)種植業(yè)與畜牧業(yè)通過地區(qū)之間資源的再次配置而實現(xiàn)有機耦合，提高農(nóng)牧系統(tǒng)綜合效益的過程。因此農(nóng)牧結(jié)合模式在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向集約化發(fā)展的過程中顯得愈益重要[1]，已在青海海北、內(nèi)蒙古四王子旗和川西北地區(qū)有很好地實踐[2-3]。該模式不僅將農(nóng)戶、基地和企業(yè)的利益有機串聯(lián)，而且實現(xiàn)了資源互補高效利用，特別是把區(qū)域的生態(tài)環(huán)境效益和社會經(jīng)濟效益作為整體考慮，既增加了農(nóng)牧民的收入，又減輕了不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)廢棄物對環(huán)境的污染。農(nóng)牧結(jié)合模式總是在一定面積的土地上實施，而該固定土地面積上農(nóng)牧結(jié)合方式或組分發(fā)生變化時，其整體效益存在分異，因此農(nóng)牧結(jié)合下土地利用效益的高低體現(xiàn)在生態(tài)環(huán)境效益和社會經(jīng)濟效益的耦合程度[4-6]。土地耦合模型是分析土地利用效益高低的主要手段之一，其通過定量分析系統(tǒng)中組分變化時的生態(tài)環(huán)境效益和社會經(jīng)濟效益，以獲取單位面積土地效益的最大化。耦合度模型已被廣泛應(yīng)用于土地生態(tài)系統(tǒng)與城市化[7]、經(jīng)濟與環(huán)境污染[8]等領(lǐng)域的土地利用效益評價，近年來該模型也被引入內(nèi)蒙古錫林郭勒盟農(nóng)牧結(jié)合的效益分析[3]。區(qū)域土地利用效率主要表現(xiàn)在社會經(jīng)濟效益和生態(tài)環(huán)境效益兩個方面，且他們之間相互影響、相互制約、相互促進[9-12]。當生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)受損時，社會經(jīng)濟效益會受到限制，而社會經(jīng)濟效益為改善生態(tài)環(huán)境提供了資金和技術(shù)保障。

藏南農(nóng)牧交錯區(qū)是西藏人口集中的地區(qū)，半干旱氣候環(huán)境，是傳統(tǒng)的農(nóng)牧交錯區(qū)，然而過去幾十年內(nèi)畜牧業(yè)和種植業(yè)結(jié)構(gòu)相對單一，且兩者之間耦合程度較低。為實現(xiàn)充分利用種植業(yè)的農(nóng)副產(chǎn)品和解決家畜季節(jié)性飼料短缺的問題，近年來逐漸形成了不同的農(nóng)牧耦合模式，其中最主要的兩種模式為“牧繁農(nóng)育”和“農(nóng)草牧補”[13-14]。種植業(yè)的“牧繁農(nóng)育”指牧區(qū)繁殖家畜或提供架子畜，然后將這些架子畜在農(nóng)區(qū)育肥[15]；“農(nóng)草牧補”指將種植業(yè)的農(nóng)副產(chǎn)品和農(nóng)區(qū)高產(chǎn)栽培草地，調(diào)運至牧區(qū)發(fā)展草地畜牧業(yè)[16]。雖然“牧繁農(nóng)育”和“農(nóng)草牧補”兩種模式已經(jīng)廣泛存在，但其土地利用效益究竟如何，社會經(jīng)濟效益和生態(tài)環(huán)境效益間的關(guān)系如何，尚需要科學(xué)分析提供證據(jù)。本研究以藏南農(nóng)牧交錯帶的貢嘎-浪卡子和南木林-申扎為例，對比分析藏南地區(qū)兩種農(nóng)牧互作模式下社會經(jīng)濟效益和生態(tài)環(huán)境效益耦合度，實現(xiàn)量化評價“牧繁農(nóng)育”和“農(nóng)草牧補”的土地利用效益，為大面積推廣這兩種農(nóng)牧耦合模式提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 研究地區(qū)概況

藏南農(nóng)牧交錯帶是溫帶半干旱農(nóng)牧區(qū)，地處藏南雅魯藏布江流域，屬于西藏重點發(fā)展的“一江兩河”中部地區(qū)。貢嘎-浪卡子地區(qū)地理范圍大約為90°04′-90°98′ E，28°97′-29°03′ N，其中貢嘎地區(qū)平均海拔3564 m，氣候為高原帶干旱季風(fēng)氣候，年平均降水量356.6 mm，主要集中于6-9月，年平均氣溫7.2～8.5 ℃；浪卡子地區(qū)平均海拔4500 m，氣候為亞寒帶高原氣候，年平均降水量252.2 mm，年平均氣溫2.2～5.4 ℃，該地區(qū)農(nóng)牧耦合的主要模式為“牧繁農(nóng)育”，主要是牧區(qū)繁殖架子畜，然后農(nóng)區(qū)育肥。

南木林-申扎地區(qū)地理范圍為88°07′-89°01′ E，29°68′-30°93′ N，其中南木林地區(qū)海拔3790～4952 m，氣候為高原溫帶半干旱氣候類型，年平均降水量413 mm，年平均氣溫5.9 ℃。申扎地區(qū)平均海拔4700 m，氣候為高原亞寒帶半干旱季風(fēng)氣候，年降水量298.6 mm，年平均氣溫0.4 ℃，該地區(qū)農(nóng)牧耦合的主要模式為“農(nóng)草牧補”，將南木林地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)副產(chǎn)品和高產(chǎn)栽培草地，運至牧區(qū)，發(fā)展草地畜牧業(yè)。

1.2 研究方法

1.2.1數(shù)據(jù)收集及處理 本研究數(shù)據(jù)主要來源于《中國農(nóng)業(yè)統(tǒng)計年鑒》(2008-2016年)、《中國畜牧業(yè)年鑒-統(tǒng)計資料》(2008-2016年)、《中國旅游統(tǒng)計年鑒(正副本)》(2008-2016年)、《中國氣象年鑒》(2008-2016年)，以及貢嘎縣、浪卡子縣、南木林縣和申扎縣農(nóng)牧局調(diào)研資料。從不同資料中擇選本研究需要的本底數(shù)據(jù)，包括風(fēng)景區(qū)比例、報告調(diào)查兩個區(qū)域的風(fēng)景區(qū)比例，自然保護區(qū)覆蓋率，平均降水量，平均氣溫，蔬菜產(chǎn)量，水果產(chǎn)量，動物產(chǎn)量，動植物產(chǎn)品的年收益狀況，農(nóng)田面積，草地面積，當?shù)禺a(chǎn)草量，農(nóng)作物產(chǎn)量(表1和表2)。

為消除各指標量綱對分析結(jié)果的影響，對各個指標進行標準化處理。哪些指標值越大越好，無量綱化處理時采用原值，記為x；哪些指標值越小越好，為了便于比較，將其從負向指標轉(zhuǎn)換為正向指標。公式為:

本研究無量綱化處理采用極差標準化方法，計算公式如下：

xx′=(x-m)/(M-m)

式中:x為指標數(shù)據(jù)值，x′為經(jīng)過標準化處理后的值，m、M分別為指標數(shù)據(jù)值x的最小值和最大值，其介于0～1之間。

1.2.2指標體系構(gòu)建及權(quán)重 為了準確、科學(xué)地評價“牧繁農(nóng)育”模式和“農(nóng)草牧補”模式下的土地利用社會經(jīng)濟效益與生態(tài)環(huán)境效益，充分考慮各個指標所反映的內(nèi)涵具有重疊部分，以及各個指標間的相關(guān)關(guān)系，選擇指標主要考慮數(shù)據(jù)可獲得性，簡單明了性，全面性的原則。

為了便于比較，“牧繁農(nóng)育”和“農(nóng)草牧補”兩種模式采用統(tǒng)一的指標體系(表 3和表 4)，其中采用風(fēng)景水源涵養(yǎng)區(qū)比例和自然保護區(qū)覆蓋率、農(nóng)田面積、草地面積分析生態(tài)效益，采用降水量、平均氣溫指標分析環(huán)境效益；采用蔬菜生產(chǎn)量、水果生產(chǎn)量分析社會效益；采用動物產(chǎn)品、動植物加工產(chǎn)品、產(chǎn)草量、農(nóng)作物產(chǎn)量指標分析經(jīng)濟效益[17-18]。利用專家對各個指標的賦值，采用德爾菲法(Del2phi)確定各個指標的權(quán)重[19]。為了充分考慮，專家駐地對指標賦值的影響，專家分別從西藏內(nèi)和西藏外選取，其中西藏境內(nèi)選擇專家10名，西藏外選擇專家10名，利用電子郵件獲取專家對指標的賦值。雖然總計發(fā)送20份郵件，實際收到回復(fù)郵件18份。指標權(quán)重按照18份郵件計算。

式中：x和y為效益系統(tǒng)的變量，a和b為相應(yīng)變量系數(shù)，即權(quán)重。

農(nóng)田、草地的社會經(jīng)濟效益與生態(tài)環(huán)境效益之間存在耦合關(guān)系，當社會經(jīng)濟效益與生態(tài)環(huán)境效益兩個子系統(tǒng)協(xié)調(diào)時，整個系統(tǒng)也是協(xié)調(diào)發(fā)展。因此可以將它們看作一個系統(tǒng)整體分析，但其主導(dǎo)要素有兩類，其復(fù)合系統(tǒng)演化方程可表述為：

A，B分別為受自身與外界影響下農(nóng)田、草地的社會經(jīng)濟子系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境效益子系統(tǒng)的演變狀態(tài)。A與B相互影響，li的變化必然會引起A和B的變化，反之，A或B的任何變化也會引起li的變化以及整個系統(tǒng)的變化。

表3 牧繁農(nóng)育模式的指標體系及其權(quán)重Table 3 Indicator system and weight of animal husbandry prosperity induced farming improvement model

項目Items一級指標First-level index權(quán)重系數(shù)Weight coefficient二級指標Second-order index權(quán)重系數(shù)Weight coefficient草地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)環(huán)境效益Ecological and environmen-tal benefits of grassland e-cosystem生態(tài)效益Ecological benefit0.46草地面積Grassland area0.13風(fēng)景水源涵養(yǎng)區(qū)比例Landscape water conservation area ratio0.15自然保護區(qū)覆蓋率Nature reserve coverage0.18環(huán)境效益Environmental benefit0.54降水量Precipitation0.22平均氣溫Average temperature0.32農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)社會經(jīng)濟效益Agroecosystem social and economic benefits社會效益Social benefit0.68農(nóng)作物產(chǎn)量Crop yield0.20產(chǎn)草量Forage yield0.13農(nóng)田面積Field area0.13蔬菜生產(chǎn)量Vegetable yield0.11水果生產(chǎn)量Fruit yield0.11經(jīng)濟效益Economic benefit0.32動物產(chǎn)品Animal products0.20動植物加工產(chǎn)品Processed animal and plant products0.12

表4 農(nóng)草牧補模式的指標體系和權(quán)重Table 4 Indicator system and weight of crop forage supplied grazing model

A，B受到本身和外部環(huán)境共同作用時，其變化速度分別為：

VA，VB分別為社會經(jīng)濟效益子系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境效益子系統(tǒng)的演化速度，而整個系統(tǒng)演化速度V可以看作是VA，VB的函數(shù)，V=f(VA，VB)，VA，VB為控制變量，任一子系統(tǒng)的變化都將導(dǎo)致整個系統(tǒng)的變化，因此V的變化表述了整個系統(tǒng)以及兩個子系統(tǒng)間的耦合關(guān)系。社會經(jīng)濟效益系統(tǒng)演化速度呈S形，具有周期性特征[21]，因此農(nóng)田和草地的生態(tài)環(huán)境效益演化速度因受社會經(jīng)濟效益的約束也呈現(xiàn)周期性特征。每個周期內(nèi)，可以用兩維平面(VA，VB)分析V的變化過程，分別以VA，VB為縱橫坐標軸建立坐標系，則V的變化軌跡為一個橢圓，主要是土地利用的生態(tài)環(huán)境效益演化速度較社會經(jīng)濟效益演化速率慢，幅值偏小(圖1)。

圖1 農(nóng)田和草地利用效益耦合模型Fig.1 Farmland and grassland utilization coupled model

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用效益評價

“牧繁農(nóng)育”模式下，2008-2016年土地利用生態(tài)環(huán)境效益和社會經(jīng)濟效益均呈逐漸增加的趨勢，其中生態(tài)環(huán)境效益綜合值從2008年的0.110上升至2016年的0.144，社會經(jīng)濟效益綜合值從2008年的0.109增至2016年的0.132，但生態(tài)環(huán)境效益和社會經(jīng)濟效益綜合值的增幅年際間變化較大(圖2)。

“農(nóng)草牧補”模式下，2008-2016年土地利用生態(tài)環(huán)境效益呈增加趨勢，而社會經(jīng)濟效益綜合值呈波動狀相對穩(wěn)定狀態(tài)。生態(tài)環(huán)境效益綜合值從2008年的0.118增至2016年的0.148，但社會經(jīng)濟效益綜合值波動保持在0.145上下(圖3)。

圖2 牧繁農(nóng)育模式的生態(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟效益變化趨勢Fig.2 Trend of ecological environment and social economic benefit changes of animal husbandry prosperity induced farming improvement model

2.2 土地利用效益的耦合關(guān)系

“牧繁農(nóng)育”模式，α值介于46.88°到48.60°之間(表5)，表明整個系統(tǒng)處于協(xié)調(diào)發(fā)展階段。雖然每年的α值距最協(xié)調(diào)時的45°還有一定距離，但其差值幅度基本在2.70左右，說明土地利用社會經(jīng)濟效益與生態(tài)環(huán)境效益隨年份而形成的波動小。

圖3 農(nóng)草牧補的生態(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟效益變化趨勢Fig.3 Trend of ecological environment and social economic benefit changes of crop forage supplied grazing model

項目Item年份Year200820092010201120122013201420152016VA0.11990.12990.13600.14060.14420.14730.14980.15220.1543VB0.11230.12020.12510.12870.13160.13400.13610.13780.1395VC0.12340.14480.14490.14550.16960.14460.16820.16020.1719tanα1.0681.0801.0871.0921.0961.0991.1011.1041.106tanα10.9720.8970.9390.9660.8511.0180.8910.9510.897α (°)46.8847.2047.3847.5147.6247.7048.1048.3048.60α1 (°)44.1741.8843.1844.0140.3945.2841.7043.5541.89

“農(nóng)草牧補”模式，α1值介于40.39°到45.28°之間(表5)，表明整個系統(tǒng)亦處于協(xié)調(diào)發(fā)展階段，但每年α1值距最協(xié)調(diào)狀態(tài)時的45°的最大差值幅度為4.610，最小差值幅度為0.280，說明土地利用社會經(jīng)濟效益與生態(tài)環(huán)境效益隨年份的變化幅度也較小。

圖4 兩種農(nóng)牧耦合模式社會經(jīng)濟效益與生態(tài)環(huán)境效益距最優(yōu)耦合度的變幅Fig.4 The amplitude of the optimal coupling degree of ecological environment and social economic benefit of the two farming-animal husbandry coupling models

“牧繁農(nóng)育”模式和“農(nóng)草牧補”模式比較，前者α值距最協(xié)調(diào)狀態(tài)45°的差值幅度相對平穩(wěn)，而后者差值幅度波動較大(圖4)，說明“牧繁農(nóng)育”模式的土地利用社會經(jīng)濟效益與生態(tài)環(huán)境效益較“農(nóng)草牧補”模式隨年際變化而保持相對穩(wěn)定，具有一定的優(yōu)勢。

3 討論

土地利用效益由生態(tài)環(huán)境效益和社會經(jīng)濟效益構(gòu)成，兩個效益間耦合度越高，其整體效益越大[9]。農(nóng)牧耦合模式下土地利用效益亦包括生態(tài)環(huán)境效益和社會經(jīng)濟效益，土地生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)較高，其為社會經(jīng)濟效益提供的基礎(chǔ)和空間就更好，有助于社會經(jīng)濟效益的增加，而社會經(jīng)濟效益的增加亦為生態(tài)環(huán)境保護提供了資金和技術(shù)支撐[22]，因此農(nóng)牧耦合模式下土地利用的社會經(jīng)濟效益與生態(tài)環(huán)境效益相互影響、相互制約，從而約束整個系統(tǒng)的效益[5-6,18]。“牧繁農(nóng)育”模式中，土地利用生態(tài)環(huán)境效益和社會經(jīng)濟效益均呈增加趨勢，而“農(nóng)草牧補”模式中，雖然生態(tài)環(huán)境效益表現(xiàn)為增加趨勢，但其社會經(jīng)濟效益卻保持波動性穩(wěn)定，說明“牧繁農(nóng)育”模式既能逐漸增加區(qū)域內(nèi)的經(jīng)濟效益，而且能夠逐漸改善區(qū)域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境，但“農(nóng)草牧補”模式中，雖然能夠逐漸改善區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境，但其增加區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟生產(chǎn)的效果不是十分明顯。“牧繁農(nóng)育”模式下，牧區(qū)架子畜運移到農(nóng)區(qū)集中育肥，一方面減輕了牧區(qū)放牧壓力，改善了牧區(qū)的生態(tài)環(huán)境[23]，另外一方面，由于是集中育肥，對農(nóng)區(qū)生態(tài)環(huán)境影響有限，從而改善了區(qū)域內(nèi)整體的生態(tài)環(huán)境；農(nóng)區(qū)集中育肥，由于牧區(qū)出售架子畜其經(jīng)濟收益增加，農(nóng)區(qū)因而集中育肥而增加了農(nóng)區(qū)的經(jīng)濟收益，主要是家畜產(chǎn)品消費基本在農(nóng)區(qū)，運輸成本較低，從而提高了區(qū)域內(nèi)的整體經(jīng)濟效益。“農(nóng)草牧補”模式下，主要是將農(nóng)區(qū)的種植業(yè)副產(chǎn)品和飼草運輸至牧區(qū)飼喂家畜，這對農(nóng)區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響可以忽略，但牧區(qū)因外源性飼草料的補給而降低了放牧壓力，這明顯改善了生態(tài)環(huán)境[24-25]，整體上表現(xiàn)為區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境的明顯改善；而農(nóng)區(qū)因出售飼草和農(nóng)副產(chǎn)品，具有一定的經(jīng)濟收益，但牧區(qū)由于保留家畜，經(jīng)濟效益不是十分明顯，僅表現(xiàn)為增加家畜數(shù)量，整體上經(jīng)濟效益處于波動性的穩(wěn)定狀態(tài)。

“牧繁農(nóng)育”和“農(nóng)草牧補”模式的土地社會經(jīng)濟效益與生態(tài)環(huán)境效益耦合度均處于協(xié)調(diào)發(fā)展階段，說明這兩種模式下土地利用社會經(jīng)濟效益和生態(tài)環(huán)境效益均處于相互促進，互惠的狀態(tài)，但是“牧繁農(nóng)育”模式較“農(nóng)草牧補”模式的土地利用效益相對穩(wěn)定，說明前者略優(yōu)于后者，主要原因是“牧繁農(nóng)育”模式下牧區(qū)和農(nóng)區(qū)的社會經(jīng)濟效益和生態(tài)環(huán)境效益均為增加趨勢，而“農(nóng)草牧補”模式僅增加了農(nóng)區(qū)經(jīng)濟效益，而對牧區(qū)經(jīng)濟效益增加沒有突顯出來，可能是藏族地區(qū)的牧區(qū)將家畜作為活體銀行或財富而保留[26]，沒有實現(xiàn)貨幣化所致。

農(nóng)牧交錯在空間上農(nóng)牧并存，時間上農(nóng)牧交替，以往的研究主要側(cè)重于農(nóng)牧互作模式的途徑和機制定性分析，分別關(guān)注牧區(qū)和農(nóng)區(qū)的生態(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟狀況[27-28]，本研究利用土地耦合模型，將牧區(qū)和農(nóng)區(qū)作為一個整體，從區(qū)域整體的角度建立了土地利用效益評價的指標體系，采用德爾菲法確定了各個指標的權(quán)重，嘗試研究了農(nóng)牧耦合的土地利用效益，將廣泛用于土地生態(tài)系統(tǒng)和城市化、經(jīng)濟與環(huán)境污染的土地利用效益評價方法引入到農(nóng)牧交錯帶土地利用效益的研究，將當前農(nóng)牧耦合模式的研究從靜態(tài)推向動態(tài)研究，從定性研究革新為定量研究。研究結(jié)果表明，藏南農(nóng)牧交錯帶兩種農(nóng)牧耦合模式的耦合度雖然趨同，但離最協(xié)調(diào)狀態(tài)又存在差異，其中“牧繁農(nóng)育”模式相對優(yōu)于“農(nóng)草牧補”模式，表明采用土地利用耦合模型能夠很好地定量分析農(nóng)牧交錯帶土地利用效益，這為其他類似地區(qū)量化分析農(nóng)牧耦合效益提供了借鑒和參考。然而本研究以藏南地區(qū)農(nóng)牧交錯帶為例，評價指標的選擇必須考慮當?shù)氐牟菽翗I(yè)生產(chǎn)特征，以及數(shù)據(jù)的易獲取性，當應(yīng)用于其他農(nóng)牧交錯帶時，應(yīng)該對指標做出適當?shù)恼{(diào)整，因地制宜，充分考慮種植業(yè)生產(chǎn)特征和自然優(yōu)勢，遴選能夠反映當?shù)夭菽翗I(yè)生產(chǎn)特征的指標。