毛烏素沙地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)耦合及其時序測度

1、毛烏素沙地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)耦合及其時序測度    位于我國北方農(nóng)牧交錯帶的毛烏素沙地,是我國重要的生態(tài)屏障區(qū),也是農(nóng)業(yè)與畜牧業(yè)交錯、耦合發(fā)展的典型區(qū)域。由于處在森林-草原-荒漠的“生態(tài)應(yīng)力帶”上,加上植被覆蓋度低、土壤組成物質(zhì)疏松以及易受人為干擾等因素影響,具有典型的生態(tài)脆弱性,系統(tǒng)的敏感性強(qiáng)、穩(wěn)定性差,人類不合理的生產(chǎn)經(jīng)營活動極易造成生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境的迅速退化。因此,毛烏素沙地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的研究具有極其重要理論價值和現(xiàn)實(shí)意義。論文重點(diǎn)選擇毛烏素沙地偏農(nóng)區(qū)的榆陽區(qū)與偏牧區(qū)的烏審旗為比較研究對象,在近50a的時間尺度上,在區(qū)域、縣域和戶域研究的空間尺度上,運(yùn)用區(qū)域

2、調(diào)研與試驗驗證相結(jié)合、定性分析與定量研究相結(jié)合、動態(tài)評價與靜態(tài)分析相結(jié)合及歸納與演繹相結(jié)合的研究方法,對毛烏素沙地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的耦合原理與機(jī)制、耦合環(huán)境、耦合效應(yīng)及耦合系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r等進(jìn)行了深入研究,提出了耦合農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)化模式體系及其穩(wěn)健發(fā)展的長效機(jī)制。主要研究結(jié)論如下:(1)毛烏素沙地草地、綠洲、荒漠在沒有人類社會經(jīng)濟(jì)活動之前,是通過水資源分布及其可利用性的聯(lián)系而形成的一個自然耦合生態(tài)系統(tǒng)。在人類開發(fā)利用自然資源基礎(chǔ)上進(jìn)行的農(nóng)業(yè)社會經(jīng)濟(jì)活動對大系統(tǒng)的干擾,促進(jìn)了各農(nóng)業(yè)子系統(tǒng)之間能流、物流和信息流的交換與循環(huán),從而使其農(nóng)牧業(yè)系統(tǒng)、農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)系統(tǒng)及與外界系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多途徑耦合。同時,理

3、想的毛烏素沙地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)耦合格局,應(yīng)當(dāng)打破行政割據(jù),形成半包庇式系統(tǒng)耦合帶譜,帶譜沿線有“陶樂-銀川-永寧-靈武-鹽池-定邊-靖邊-橫山-榆陽-神木-府谷等”主要城市群,起著極其重要的輻射帶動作用。(2)在近50a里,毛烏素沙地氣候逐漸趨于暖濕化,年內(nèi)光溫水等相對匹配,當(dāng)?shù)貞?yīng)在適當(dāng)發(fā)展夏糧作物的同時,大力發(fā)展人工牧草種植,充分利用夏秋氣候資源集中的優(yōu)勢。研究發(fā)現(xiàn),沙地東南緣的6縣、區(qū)均為牧草的適宜生長區(qū),其中神木(B,0.82)適宜程度最高,定邊(B,0.57)最低;熱量資源和光照資源均屬豐富,水分資源普遍缺乏,定邊(S水,0.39)缺乏最嚴(yán)重;帶內(nèi)各縣、區(qū)氣候資源量一般,光、熱、水匹配較差

4、,資源利用率有差異,相比神木(K,0.77)最高;氣候功能評價結(jié)果的大小順序:神木>府谷>靖邊>榆陽=橫山>定邊,總體呈現(xiàn)東北高西南低的走向;水分是整個毛烏素沙地氣候功能發(fā)揮的主要限制因子。(3)人地關(guān)系矛盾突出是毛烏素沙地沙漠化的內(nèi)在根源和決定因素,是沙漠化的直接動力,但無論是從時間上還是空間上講,該區(qū)的土地沙漠化都處于整體逆轉(zhuǎn)的階段。研究發(fā)現(xiàn),近58a在沙漠化的自然因子和社會因子中,耕地面積、蒸發(fā)量和大風(fēng)日數(shù)對榆陽區(qū)沙漠化的影響較對烏審旗大,而農(nóng)牧業(yè)人口數(shù)量、牲畜數(shù)量和降水量對烏審旗沙漠化的影響較對榆陽區(qū)大,農(nóng)牧業(yè)人口數(shù)量是對兩地沙漠化影響均最大的重要因子;人為因子

5、對兩地土地沙漠化作用力的合力是持續(xù)增加的,且烏審旗人為因子對沙漠化的貢獻(xiàn)率大于榆陽區(qū),人為因子是兩地導(dǎo)致沙漠化的主要作用力;烏審旗沙漠化因子綜合影響大于榆陽區(qū),從長遠(yuǎn)看,烏審旗沙漠化發(fā)展驅(qū)動力強(qiáng),沙漠化可能性較榆陽區(qū)大。(4)區(qū)域土壤水分結(jié)構(gòu)特征是毛烏素沙地景觀形成的本底要素。從田間景觀尺度看,裸地比作物地日蒸發(fā)量和年蒸發(fā)量都大,受干沙層影響,裸地僅呈單峰曲線變化;作物地生育期內(nèi)土壤水分含量存在劇烈變化層,且裸地水分保有量較作物地為好;農(nóng)田水分滲漏量約為141.25mm,玉米與馬鈴薯的作物蒸騰量約為175.3mm與183.91mm,而農(nóng)田實(shí)際蒸散量即作物耗水量約分別為306.48mm與303.

6、29mm。從農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)看,榆陽區(qū)種植業(yè)是主導(dǎo)產(chǎn)業(yè),而畜牧業(yè)是最具發(fā)展?jié)搫莸漠a(chǎn)業(yè),應(yīng)處理好種植業(yè)與畜牧業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)系,適當(dāng)控制其規(guī)模與結(jié)構(gòu),注意發(fā)展草食畜牧業(yè),減少耗糧型生豬生產(chǎn)對糧食生產(chǎn)的壓力;烏審旗種植業(yè)和畜牧業(yè)均處于發(fā)展期,畜牧業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè),應(yīng)加大畜群品種改良優(yōu)化,提高飼草料的轉(zhuǎn)化利用率,可適當(dāng)發(fā)展特種養(yǎng)殖業(yè);榆陽區(qū)和烏審旗林業(yè)、漁業(yè)尚有較大的發(fā)展空間。(5)受重大生態(tài)工程(退耕還林)對土地利用變化的影響,榆陽區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化表現(xiàn)為:林地和牧草地是總價值的主要構(gòu)成,且各種土地利用類型的服務(wù)價值均表現(xiàn)為急劇變化期和平緩變化期的階段性特征;林地、園地、交通地及總價值依時

7、間序列從快速增加至緩慢增長方向演變,耕地、牧草地、未利用地價值依時間序列從快速減少至緩慢減退方向演變;退耕還林工程前后系統(tǒng)總價值增加了0.19×109元,單位面積增加值為254元;價值增加的鄉(xiāng)鎮(zhèn)主要分布在東南部和北部兩片,而減少的主要在中部和西部連片,且各鄉(xiāng)鎮(zhèn)價值及其單位面積價值的分布具有北部風(fēng)沙草灘區(qū)大,南部黃土丘陵溝壑區(qū)小的特點(diǎn)。(6)在近27a中,糧食生產(chǎn)在榆陽區(qū)初級生產(chǎn)中占有舉足輕重的作用,牧草始終是烏審旗初級生產(chǎn)力的最主要部分,說明兩地偏農(nóng)型和偏牧型農(nóng)牧耦合發(fā)展模式的特點(diǎn);榆陽區(qū)有以耗糧型生豬、禽類生產(chǎn)為主的勢頭,烏審旗有以節(jié)糧型草食動物生產(chǎn)為主的勢頭;榆陽區(qū)農(nóng)牧系統(tǒng)比烏審

8、旗較為開放,其與外界的能流、物流、信息流交換較頻繁,系統(tǒng)調(diào)控力度大,產(chǎn)出高;榆陽區(qū)種植業(yè)與畜牧業(yè)之間的能值轉(zhuǎn)換率較高,畜牧業(yè)內(nèi)部品種結(jié)構(gòu)也較合理,品種的更新?lián)Q代較快,其系統(tǒng)耦合度較高,而烏審旗發(fā)展系統(tǒng)耦合的潛勢巨大。(7)毛烏素沙地偏農(nóng)區(qū)偏重不可更新工業(yè)輔助能投入,而偏牧區(qū)偏重可更新有機(jī)能投入。模式(榆陽區(qū)偏農(nóng)型典型農(nóng)戶單元生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)模式)在農(nóng)、牧戶經(jīng)營層面,更具有競爭力和優(yōu)勢,其經(jīng)濟(jì)效益較模式(烏審旗偏牧型典型牧戶單元生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)模式)為好,且經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度和農(nóng)牧業(yè)集約化程度高,對環(huán)境依賴性小,系統(tǒng)的自我控制和調(diào)節(jié)反饋能力強(qiáng),有較強(qiáng)自穩(wěn)定性,抗外界干擾能力也較模式強(qiáng),故應(yīng)防止產(chǎn)業(yè)無序競爭和過

9、度開發(fā),同時由于其長期處于較高的環(huán)境負(fù)荷力下,系統(tǒng)有可能產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的功能退化或喪失。模式和模式的可持續(xù)性指數(shù)均屬消費(fèi)型生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)范疇,模式的可持續(xù)性較好,且優(yōu)化調(diào)控空間較大,農(nóng)牧耦合潛勢尚待發(fā)揮。(8)近27a榆陽區(qū)和烏審旗早期的發(fā)展主要是依靠消耗REn(資源環(huán)境)承載力為代價的,在人口基數(shù)還不是很大的有利條件下,脆弱的生態(tài)環(huán)境、有限的資源以及滯后的SE(社會經(jīng)濟(jì))很難形成良好的系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展態(tài)勢,且不損害REn承載力的發(fā)展模式又面臨技術(shù)、資金和市場的多重約束。隨著區(qū)域生態(tài)環(huán)境建設(shè)與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,榆陽區(qū)和烏審旗的SE發(fā)展度、REn承載力及SEREn(社會、經(jīng)濟(jì)、資源和環(huán)境)協(xié)調(diào)發(fā)展度基

10、本上均沿時間序列增加,SE與REn協(xié)調(diào)發(fā)展的類型也均逐漸趨于更高水平,農(nóng)牧業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也逐漸由以資源環(huán)境消耗為主的資源密集型向以資金、科技利用為主的技術(shù)密集型轉(zhuǎn)變。受人類活動強(qiáng)度與農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)開放性的影響,兩地SEREn的承載力和發(fā)展度產(chǎn)生了相應(yīng)時序演變特征,使得SE與REn協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r也發(fā)生相應(yīng)變化。(9)毛烏素沙地耦合農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)模式的改良優(yōu)化必須著眼系統(tǒng)功能的有效化,協(xié)調(diào)處理好系統(tǒng)內(nèi)的農(nóng)業(yè)與畜牧業(yè)、農(nóng)業(yè)與林業(yè)、農(nóng)業(yè)與能源開發(fā)工業(yè)的關(guān)系,積極搭建以防護(hù)型生態(tài)結(jié)構(gòu)、節(jié)水型種植結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定型畜牧結(jié)構(gòu)和效益型農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)為中心內(nèi)容的脆弱性耦合農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)化模式體系,并加強(qiáng)模式之間的互補(bǔ)、協(xié)調(diào)與整合

11、。同時,農(nóng)牧結(jié)合是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征,農(nóng)牧矛盾高度緊張是系統(tǒng)的功能特征,構(gòu)建穩(wěn)定、安全的農(nóng)牧系統(tǒng)耦合結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)毛烏素沙地脆弱農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)健發(fā)展的核心問題。同主題文章1.    亢福仁,朱銘強(qiáng),胡兵輝,尚愛軍,卜耀軍. 毛烏素沙地典型縣域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)耦合生產(chǎn)力的演變規(guī)律以榆陽區(qū)為例' J. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究. 2010.(01)    2.    亢福仁,王鵬科,王立祥. 毛烏素沙地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)分析及評價' J. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究. 2006.(04) 

12、   3.    章熙谷,翟玉順. 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中新物種引進(jìn)的初步探討' J. 生態(tài)學(xué)雜志. 1990.(02)    4.    文偉. 毛烏素沙地三分之一面積得到治理' J. 草業(yè)科學(xué). 2004.(07)    5.    侯向陽. 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定機(jī)制' J. 生態(tài)學(xué)雜志. 1990.(06)   

13、60;6.    鄭龍翔,鄒光勇. 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的熵' J. 環(huán)境污染與防治. 1990.(06)    7.    郝鴻毅. 中國石油持續(xù)較快協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略制勝' J. 中國石油和化工(綜合版). 2006.(03)    8.    梁文舉. 沈陽市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)空間分布梯度的分析' J. 農(nóng)村生態(tài)環(huán)境. 1991.(01)    9.    梁文舉    ,孫慶元. 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的性質(zhì)' J. 農(nóng)業(yè)系統(tǒng)科學(xué)與綜合研究. 1989.(01)    10.