辽西北草原植被恢复生态效益评价

文│陶金山 刘慧林 金成宇 张道宏 吕程（辽宁省草原监理站）

辽西北草原植被恢复生态效益评价

文│陶金山 刘慧林 金成宇 张道宏 吕程（辽宁省草原监理站）

辽西北草原是辽宁省主要草原区，位于我国第一级生态敏感带的辽宁区域，是我国东部半湿润气候向半干旱气候过渡，森林带向草原带过渡，农林区向牧区过渡的两大生态系统交错地带，生态敏感性高，抗干扰能力弱，一旦受到破坏，自然恢复能力低。辽西山地历史上曾是落叶阔叶林或矮林，辽宁北部也曾是千里松林和水草肥美的牧场。长期以来，人们重利用、轻保护，贪图一时之利而毁灭性的砍伐森林和破坏草原植被，随着人口的增加还不断地开垦草地，且由于土层瘠薄又管理粗放，2～3年便会弃荒，造成严重的植被退化、水土流失、土地沙化和山地石砾化，严重地破坏了生态环境。辽宁省近年来大力推进生态环境建设，通过坡耕地退耕还草、退化沙化草地围栏封育、天然草原改良补播和加强执法保护管理等措施，促进草原植被恢复。特别是开展了辽西北草原沙化治理工程，对辽西北草原保护和生态环境改善有着重要影响（图1、图2）。通过对工程区开展监测，能够有效统计分析辽西北草原植被恢复生态效益，对工程实施效果评价、草原生态治理研究、草食畜牧业可持续发展和生态文明建设有重要意义。

一、辽西北草原沙化治理工程简介

辽西北地区受连年干旱、开荒和内蒙古科尔沁沙地持续南侵等因素影响，辽西北75%的草原面积沙化、半沙化，在辽蒙边界形成一条由西南到东北走向，长约600千米、宽达70千米，总面积约4.4万平方千米的风沙危害带，距离省会沈阳最近处只有40千米，且每年还以5米以上的速度向南推进。生态加速恶化，沙尘暴频发。

辽宁省委、省政府从建设生态文明、改善民生环境、推动突破辽西北的战略高度，从2009年开始在草原沙化退化严重的康平、义县、阜蒙、彰武、北票、朝阳、喀左、凌源、建平、双塔、龙城、建昌等12个县（市、区）实施草原沙化治理工程，恢复草原植被，提高生态效益，建设环科尔沁沙地南缘草原阻沙带。截至2015年，工程历时7年，投资6.9亿元，累计建设草原围栏690万亩，围栏总周长近20万千米；实施草原改良补播沙打旺、小叶锦鸡、荆条、紫花苜蓿、草木樨等优良牧草417万亩，开展草原鼠虫害综合防治280万亩。

二、样地设置和生态效益分析指标

辽西北草原沙化治理工程监测随工程建设进度按年度开展，从2009年开始，在工程区每5万亩设置1个代表性样地，每年新增样地20个，7年共设置样地138个。对工程区生态指标进行长期定位对比监测，监测及评价方法参照《全国草原监测技术操作手册》《草地评价》，评价的生态指标有盖度指数、可食牧草指数变化、演替变化、生态服务功能价值变化等。计算公式及指标说明如下：

1.盖度指数（KC）计算公式。

△C=C1-C0，KC=C1/CK。其中，C0为项目建设前盖度，C1为项目建成后盖度，△C为盖度增加数，CK为盖度系数，KC为盖度指数。植被盖度是指植物群落总体或各个种地上部分的垂直投影面积与取样面积之比的百分数。盖度系数是指当地天然草地类型顶级盖度。

◎图1 辽西北草原平均植被盖度增加值对照

◎图2 辽西北草原平均植被盖度系数对照

2.可食牧草指数（KE）计算公式。△E=E1-E0，KE =E1/EK。其中，△E为可食牧草比率增量，E0为项目建设前可食牧草比率，E1为项目建设后可食牧草比率，KE为可食牧草指数，EK为可食牧草系数。可食牧草系数是指当地天然草地顶级植被可食牧草比率。

3.演替变化计算公式。△R=R1-R0。其中△R为观察期优质牧草平均频度变化，R0为第1次观察时优质牧草平均频度，R1为评价时观察优质牧草平均频度。频度测定采用样地内多次随机设置小样方，确定其中植物名称，并计算频率，频率越高，说明优势度越高。

三、辽西北草原植被恢复生态效益分析

1.盖度指数变化分析。草原植被盖度指标已被纳入国家生态评价指标体系，对于衡量草原生态水平有重要意义。从图1可以看出，辽西北草原平均植被盖度增加值从2009年以来大幅增长，2009年增幅最大，达到11%，之后逐年趋缓；2010年和2011年分别增加8%和6%，到2014年增幅超过1倍，到2016年增幅为32%，达到60%。盖度系数CK为80%，图2中盖度指数KC呈线性增加趋势，从0.35增加到了0.75，接近顶级盖度值。

2.可食牧草指数变化分析。通过可食牧草指数能够衡量出草原植被中能够食用的牧草所占比例的变化，而不可食的植物主要指有毒、有刺、适口性差等家畜不采食植物。可食牧草比率增加值呈逐年递增趋势，2009年增加值最大，2011年其次，之后趋缓，2016年整体提高较大，达到21.5%。可食牧草系数EK为95%，可食牧草指数KE呈逐年增长趋势，从2008年的0.7增加到2016年的0.93，2008—2011年增长明显，从2012年开始趋于平稳，与当地顶级可食牧草指数非常接近。

3.植被群落演替变化分析。植物频度主要用来测定草地优势植物的结构和变化，是评价植被演替的重要指标。辽西北草原优质牧草平均频度增加值逐年增长，2010年增加值最高，2016年其次，到2016年增加了20%。频度增加的优质牧草主要有沙打旺、苜蓿、锦鸡儿、羊草、大针茅、冰草、隐子草、白羊草、苔草、荆条、胡枝子等，而频度相对下降的中等以下牧草主要有蒿类、委陵菜类、狗尾草和芨芨草等，总体上一年生丛生草和杂类草优势度下降，多年生禾草优势度增加明显。

4.草原生态服务价值变化分析。计算分析草原资源生态服务功能的经济价值，尤其是其潜在的生命支撑功能价值，对于制定符合区域实际的生态环境保护、开发利用政策和草原资源恢复效果具有重要意义。

（1）涵养水源功能价值的分析。草原涵养水源功能主要是指草原及其植被对自然降雨的截留、吸收和贮存，将地表水汇聚为地表径流、吸收到植物体内水或贮存在土层及地下。主要功能表现在增强蓄水能力，增加可利用水资源，净化自然水质和调节地表径流。据测算，2016年辽西北草原能涵养水源平均1.5立方米/亩，690万亩治理区共计1035万立方米，按照水库建设单位库容投资6.11元/立方米、水的净化费用2.09元/ 立方米计算，690万亩草原生态系统涵养水源功能价值为8487万元。

（2）保持土壤功能价值的分析。保持土壤功能是指草原地表植被及其枯落物能够有效截留降水，减轻降水对地表土壤的冲击和径流对土壤冲蚀，另外还可缓冲风对表土的吹蚀。据测算，治理之前辽西北草原每年被剥蚀的表土厚度平均3厘米，土壤容重平均1.25克/立方厘米， 690万亩治理区草原每年可保土1.73亿吨，按每吨土壤6.12元折算，每年保持的土壤价值为105876万元。

（3）固氮功能价值的分析。草原豆科牧草及其特有的根瘤菌，是高效的共生固氮系统，其共生固氮菌与分子态氮在植物体内结合形成氨，为植物生长提供有效氮。治理区补播了沙打旺、草木樨、苜蓿、锦鸡儿、胡枝子等大量豆科牧草，加之原生豆科牧草量的增加，使得豆科牧草平均占比达50%。据测算，天然草原每年可固氮10千克/亩，690万亩治理区每年可固氮2587千克，折合尿素7393万千克，按2400元每吨计算，固氮总价值为17743.2万元。

（4）固碳释氧功能价值的分析。根据植物光合作用化学反应式，草原植物每积累1吨干物质，平均吸收二氧化碳1.63吨，相当于固碳0.4445吨，释放氧气1.19吨，同时草原土壤也吸收一定量的二氧化碳。据测算，690万亩治理区草原植被生态系统每年固碳103万吨，释放氧气276万吨。按照国际通用标准测算，固碳成本为1200元/吨，制氧成本为1000元/吨，治理区固碳功能价值123600万元，释放氧气价值276000万元，合计399600万元。

四、植被恢复生态效益总体评价

辽西北地区气候干旱，自然条件以丘陵草原为主，生态环境脆弱，是保障辽宁省生态安全的关键地区。而辽西北草原沙化治理工程覆盖辽西北主要沙化、退化草原地块，又是重中之重。近年来，通过持续投入保护建设，到2016年草原植被盖度提高明显，可食牧草占比明显增加，群落结构发生明显改变，优良牧草逐年增多，一年生禾草和杂类草占比减少，生态状况呈现恢复趋势，当前整体达到中等草原生态水平。

草原植被着生于土地表层，既减缓风与水对土壤表面的侵蚀，又能抓住表层土壤，增加土壤养分，且牧草耗水量相对于树木少得多，在自然选择的情况下，更适合作为辽西北地区地类主体。随着辽西北草原生态水平的提高，其生态效益价值也随之激增，涵养水源、保持土壤、固氮、固碳和释放氧气等生态功能价值已大大超出投入，作为公益类建设效益非常显著。