黄土丘陵沟壑区安塞纸坊沟流域生态系统能流特征分析

能量流动是流域生态系统功能的重要体现。本研究以安塞纸坊沟流域为研究对象，利用流域1980～2001年的土地利用及社会经济动态数据，结合野外试验和调查，对纸坊沟流域生态恢复措施20年来农田子系统、草地子系统、林地子系统、畜牧子系统和农户子系统以及流域生态系统能流特征进行了分析。主要结果如下： 1．纸坊沟农田子系统的投能结构在20多年中发生了很大转变。在总投能量逐年增加的过程中，工业辅助能的投入量所占比例在不断增加。其中化肥和机械的使用率提高很快。随着工业辅助能的增加，农田系统对外界的依赖性越来越强。提出除去自然生产潜力修正能量产投的计算方法，结果表明，20年来总产投比和经济产投比的变化呈上升趋势。无机辅助能在提高农田生产力方面发挥着主要作用，而有机辅助能的影响不断增强。农田子系统的流通速率平均为0.77。农田能量的输出方向和流动量随种植结构和农民的消费结构的变化而变化。输出到农户的能量所占比例在逐年下降，输出到流域外界的能量比例在逐年上升，而输出到畜牧业的能量和留在农田系统内部的能量所占比例较稳定。农田的光能利用率(y％)与人工辅助能投入(10～9J／亩；)关系为：y=0.1967x+0.002，(r=0.994)。 2．草地子系统有效光能利用率在20年中呈现出上升趋势，在1990—1994年增加速度最大，从1995年以后有效光能利用率的增加速度变缓。草地系统的绝大部分能量没有参与流域能量流动，其流通速率很低，平均为0.066。大量的草地资源被浪费。以地上部能量的50％为可利用草地能量，纸坊沟流域天然草地可利用能量为7549×10～9J，以优良牧草利用率为70％的比例来计算，可养羊842只。提高草地资源的利用率和草地资源的永续利用应是目前能量结构调整的重要措施。 3．林地子系统中刺槐的光能利用率最高，为1.06％，其次是柠条，为1.03％。苹果园的光能利用率最低，为0.04％。林地子系统的流通速率较低，平均为0.17。林地子系统积累的能量较多，但平均只有11％的能量输出到子系统外部，大部分能量积累在系统内。从经济角度分析，刺槐林的木材累积是林地子系统中可输出的潜在能量。 4．20年来，流域畜牧业产投比在逐渐提高，到2001年已达到0.57。投入到畜牧业的能量随畜牧业的规模的变化而变化。牲畜组成结构直接影响着畜牧业的能量转化效率，调整牲畜结构是提高畜牧业能量产投比的一个重要手段。从八十年代到现在，畜牧业的能量流通速率一直在0.70以上。随着农田面积的缩小，畜牧业能量输出速率的下降。输出到农产的能量有增加的趋势，但占有的比例很小。 5．农户子系统中，来自林地的薪材消费所占比例在逐渐增加；来自农田的粮食 黄土丘陵区安塞纸坊沟流域生态系统能流特征分析 消费能量近年来在逐渐下降，相应的从流域外部输入的粮食能量增加。对畜牧业子系 统的能量消费呈缓慢上升趋势，但所占比例较小。劳力的输出结构分析表明输出到农 田的能量所占比例最大，平均为57%。输出到畜牧业的能量变化趋势与畜牧业的能 量变化相同，占总输出能的13%。输出到林地的劳力变化幅度很小。在治理的20多 年中劳动力的输出结构发生了改变，部分劳力逐渐从农田中释放出来，转移到流域外。 6.在20年生态恢复过程中，随着流域人工辅助能的投入不断增加，流域的光能 利用率由0.18%上升到0.62%，初级生产力由34559xl09)增加到106417xl09)。流 域次级生产的转化率由0.46上升到0.57。受畜牧业发展规模的影响，次级生产的利 用率较低，林草地能量的利用率不足20%。输出到流域外界的能量从治理初期的261.7 xl护J上升到目前的2129.24xl护J，但目前流域能量流通速率仅为0.02，因此流域 与外界的能量交换潜力仍较大。流域经济结构分析表明，在治理的前15年，产业处 于调整过程中，流域结构变异性指数变化幅度较大。近5年间结构变异性指数年际变 化幅度减小，反映流域的生产结构调整趋于合理，且具有一定的可持续性和较强的抗 逆能力，流域生态系统向良性循环发展。