1、植被退化定量監(jiān)測與評價研究進(jìn)展安雁(山西大學(xué)黃土高原研究所，山西太原030006)摘要：植被是生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)與能量流動的中樞。植被退化是在不利自然因素及人類不合理的活動影 響下生態(tài)系統(tǒng)逆行演替的一種過程與結(jié)果，是土地荒漠化的主要誘因。本文在回顧國內(nèi)外植被退化研究進(jìn) 展的基礎(chǔ)上，總結(jié)了植被退化的研究歷程和退化程度的定量監(jiān)測評價方法，探討了植被退化研究方法尚存 在的問題，展望了能夠全面系統(tǒng)、快速簡單監(jiān)測評價植被退化程度的新方法的引入。關(guān)鍵詞：植被退化；研究歷程；退化程度；定量；監(jiān)測；評價Research progress of quantitativemonitoring and evalua

2、tion in degradationof vegetationAn Yan(Shanxi University, 030006 Taiyuan, China)Abstract: Vegetation is the hub of material circulation and energy flow in ecosystem . Degradation of vegetation is a retrograde succession process and result of ecosystem under the influence of adverse natural factors a

3、nd unreasonable human activities, the primary cause of desertification. This paper, based on the review of research progress in degradation of vegetation at home and abroad, summarized the research history of vegetation degradation and quantitative monitoring and evaluation methods of degradation de

4、gree, explored and discussed remaining problems of vegetation degradation, and look the introduction of new methods which is capable of comprehensive, systematic, quick and simple monitoring and evaluation of degradation degree.Key words: degradation of vegetation; research history; degradation degr

5、ee; quantitative; monitoring; evaluation近60年來，由于人類不合理活動及不利自然因素的影響，導(dǎo)致一系列的環(huán)境失調(diào)問題，特別是陸地 植被的大規(guī)模破壞已經(jīng)極大的威脅到人類自身生存和發(fā)展1,2。從上世紀(jì)60年代學(xué)術(shù)界就開始關(guān)注植被退 化問題，在植被退化程度、退化的驅(qū)動力與退化防治對策等方面都進(jìn)行過較為系統(tǒng)的研究3,4。本文重點對 植被退化的研究歷程和退化程度的定量監(jiān)測評價方法加以回顧與總結(jié)，旨在為相關(guān)領(lǐng)域的深入研究提供理 論參考。1研究歷程植被退化的研究始于上世紀(jì)60年代，最初關(guān)注的是放牧條件下草地植被退化和森林植被皆伐后的灌叢 演替，在研究方法上沿用了數(shù)量生

6、態(tài)學(xué)方法。經(jīng)過30多年的研究基本形成了較成熟的理論體系，植被退化 的評價方法也日趨完善。1989年我國特大洪水發(fā)生后，植被退化對森林水文的影響造成的全國性災(zāi)害損失 是建國后少有的，這就使得植被退化研究的焦點成為學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點，其中森林植被退化的成因和森林 植被保護(hù)及恢復(fù)研究成為植被退化研究領(lǐng)域的主流，研究空間展開到全國不同地域。本世紀(jì)以來，應(yīng)用3s技術(shù)對大空間尺度的植被退化研究成果頗多5-9。這些研究成果把人類認(rèn)識植被 退化的視角從局部的近距離直接介入性的研究推向區(qū)域性整體的定量模擬研究。廣泛的定量化分析手段的 應(yīng)用，極大地提高了植被退化理論研究的深度和可預(yù)見性。植被退化的研究對象涵蓋了森林

7、、草地和灌叢 等多樣性植被類型，研究內(nèi)容包括植被退化的成因、退化過程和機(jī)理、退化植被生態(tài)特征等，研究理論更 加系統(tǒng)，研究方法日臻完善。從而為植被退化的研究提供了全面系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)10-13。2研究方法植被退化的分異性通常是采用梯度觀測或干擾強(qiáng)度測定實現(xiàn)的，如過度放牧區(qū)可通過考察放牧強(qiáng)度變 化，進(jìn)而分析放牧區(qū)植被退化的空間格局隨放牧強(qiáng)度的梯度變化14。借助排序法確定區(qū)域植被退化梯度被 認(rèn)為是有效的方法，排序能夠反映出植被群落隨主要環(huán)境因子的變化情況，進(jìn)而確定出不同退化程度植被 群落的分布格局15。據(jù)此可依據(jù)植被退化的不同梯度定量評價退化程度。植被退化的評價包括單因子與綜合因子的評價，單因子評價是

8、采用植被層的指示種、標(biāo)志種、生物量 之一對植被退化程度進(jìn)行監(jiān)測評價。綜合因子評價是采用植被層的多個數(shù)量指標(biāo)或植被-土壤理化性質(zhì)、植 被-土壤微生物、植被-土壤種子庫對植被退化程度進(jìn)行監(jiān)測評價。在對植被退化程度采用植被-土壤系統(tǒng)評 價時，通常對土壤因子與植被層的部分?jǐn)?shù)量指標(biāo)建立回歸等統(tǒng)計模型，進(jìn)而確定植被退化的程度。2.1單因子的植被退化評價2.1.1指示種或標(biāo)志種評價種類組成變化是植被演替的結(jié)果，能夠反映植被退化的性質(zhì)和趨勢。在數(shù)量生態(tài)學(xué)方法調(diào)查的基礎(chǔ)上， 采用統(tǒng)計學(xué)方法篩選出能反映出不同退化程度的指示種或標(biāo)志種，運用這些物種的數(shù)量特征可對植被退化 梯度的植物群落類型做出定量評價。樊勝岳等通過

9、指示種狼毒的蓋度將植被群落劃分為不同程度的退化等 級，并判定天然草原植被群落優(yōu)勢種逐漸由狼毒替代16。Lakhdar和Daniel對美國懷俄明州Thunder盆地 國家草原采用主成分分析和聚類分析篩選出能反映不同退化程度的主要植物，通過對主要植物指數(shù)判別分 析建立了不同退化系列的動態(tài)監(jiān)測模型，提出最大監(jiān)測值所對應(yīng)的退化指數(shù)就是該植被當(dāng)前所處的退化階 段的觀點17。我國內(nèi)蒙古錫林郭勒草地退化程度的等級由主成分分析和聚類分析篩選出的主要植物物種反 映，判別分析建立的不同退化程度的動態(tài)監(jiān)測模型表明最小監(jiān)測值所對應(yīng)的退化程度可代表該區(qū)域草地當(dāng) 前所處退化階段的觀點18。2.1.2生物量評價植物群落的生

10、物量生產(chǎn)力是研究森林物質(zhì)生產(chǎn)和群落養(yǎng)分動態(tài)的基礎(chǔ)19，然而傳統(tǒng)研究只是采用樣方 收獲法或回歸模型測定生物量，進(jìn)而對不同退化系列的植被群落進(jìn)行定量評價14，魏興虎等通過方差分析 對那曲高寒草甸圍欄禁牧區(qū)和不同程度放牧區(qū)地上現(xiàn)存總生物量及建群種生物量兩兩之間進(jìn)行比較，進(jìn)而 客觀實際地定量評價出該放牧區(qū)植被退化的相異程度。近年來運用地統(tǒng)計學(xué)理論對生物量空間分布異質(zhì)性 的研究也受到關(guān)注。Huenneke對美國新墨西哥州Chihuanhuan沙漠植被研究后，指出半干旱草地退化到荒 漠灌叢，灌叢植被生產(chǎn)力的空間分布異質(zhì)性增強(qiáng)20。安樹青和劉世榮采用地統(tǒng)計學(xué)軟件對鄂爾多斯草地荒 漠化過程中不同植物群落個體生

11、物量建立最優(yōu)模型后，定量評價出不同退化程度植物群落的空間分布異質(zhì) 性21。2.2綜合因子的植被退化評價2.2.1植被層的多個數(shù)量指標(biāo)評價利用單一指標(biāo)作為植被退化的分類依據(jù)往往會出現(xiàn)一定偏差，采用多指標(biāo)綜合判斷植被退化程度能夠 更客觀準(zhǔn)確地反映退化現(xiàn)狀14。因此采用多指標(biāo)綜合評價植被退化的研究相對較多，劉東霞等通過對呼倫 貝爾退化草地的高度、蓋度、密度、地上生物量、物種多樣性22,23、質(zhì)量指數(shù)24及群落結(jié)構(gòu)組成定量分析 后，評價出該草地不同退化程度的狀況25。李裕元等對黃土高原紫花苜蓿草地不同退化階段群落結(jié)構(gòu)組成， 種群密度、重要值及總生產(chǎn)力定量分析評價出各階段的退化特征26。樊勝岳等在甘肅省

12、祁連山區(qū)對退化草 地群落優(yōu)勢種的地上生物量、密度、蓋度、重要值及物種多樣性進(jìn)行定量分析后，評價出該地區(qū)草地所處 的不同退化程度27。馬世震等在黃河源頭比較了退化區(qū)與未退化區(qū)的植被蓋度、物種多樣性及群落結(jié)構(gòu)組 成，進(jìn)而定量分析出該地區(qū)高寒草原退化的特征28。全曉毅等在青海省共和盆地也是通過比較了退化區(qū)與 未退化區(qū)的群落結(jié)構(gòu)組成、植被蓋度及物種多樣性，從而定量評價了該地區(qū)溫性草原退化的特征29。2.2.2基于土壤理化性質(zhì)的評價上世紀(jì)90年代初，張為政采用回歸分析方法對松嫩平原不同退化程度羊草相對蓋度和重要值分別與土 壤電導(dǎo)率和堿化度之間的關(guān)系進(jìn)行研究，對羊草相對地上生物量與土壤電導(dǎo)率和堿化度進(jìn)行研

13、究，并得到 合理的結(jié)果30-32。近年來，曲國輝等在松嫩平原通過對不同退化階段群落生物量與土壤pH值、含鹽量、 堿化度及土壤腐殖質(zhì)和全氮進(jìn)行一元回歸分析，得到群落的生物量與土壤pH值、含鹽量、堿化度呈負(fù)相 關(guān)，與土壤腐殖質(zhì)和全氮含量呈正相關(guān)的結(jié)論 33。文海燕，趙哈林在內(nèi)蒙古科爾沁退化沙質(zhì)草地采用 Spearmans秩相關(guān)分析和回歸分析描述各退化階段草本植被與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系，并得出退化過程 中草本植被各數(shù)量特征與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷及有效氮含量呈極顯著正相關(guān)水平34。也有一些學(xué) 者未采用任何統(tǒng)計學(xué)方法，但也得出較為合理的結(jié)論，周華坤等與張勁峰等分別對青藏高原高寒草甸 和云南西北亞高山林地

14、退化植被土壤系統(tǒng)進(jìn)行了評價，在劃分好的各個退化程度不同的草地和林地 上，分別采用植被數(shù)量指標(biāo)和土壤理化指標(biāo)對其進(jìn)行評價，最后得到了較為客觀合理的結(jié)論36。曹 廣民等在中國科學(xué)院海北生態(tài)定位站研究高寒草甸-土壤系統(tǒng)時，采用土壤-牧草氮素供需的情況來評價處 于不同退化階段的草甸類型，得出前三個退化程度依次加重的草甸類型的需氮總量依次增多，并且都遠(yuǎn)遠(yuǎn) 超出其土壤氮素供求，只有退化程度最嚴(yán)重的雜類草草甸需氮總量才低與其土壤氮素的供給37。研究植被類型與土壤理化性質(zhì)關(guān)系時，由于植被類型是以群落優(yōu)勢種為指標(biāo)，所以只需對不同退 化程度的草地類型或林地類型的土壤理化因子定量分析即可達(dá)到監(jiān)測評價的目的李貴才等在

15、云南哀 牢山中山濕性常綠闊葉林地區(qū)采用單因素方差分析和Duncan多重比較檢驗分析了不同退化程度林地類型 的土壤無機(jī)氮庫的差異，作為有效氮主要形式的銨態(tài)氮呈極顯著正相關(guān)水平，硝態(tài)氮差異也呈極顯著水平， 但硝態(tài)氮的含量遠(yuǎn)低于銨態(tài)氮38-40。2.2.3基于土壤微生物的評價土壤微生物在土壤中的數(shù)量和分布既反映了土壤各因子對微生物的影響，也反映了微生物對植物的生 長發(fā)育、土壤肥力的影響和作用41,42。人天志指出土壤微生物指標(biāo)被公認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)變化的預(yù)警和敏感指 標(biāo)44。因此國內(nèi)外對退化植被-土壤微生物的研究報道也較多。Stephan A, Meyer AH, Schmid B在2000年 開展了植物

16、多樣性與草地土壤微生物關(guān)系的研究，在數(shù)據(jù)分析中采用多元逐步回歸方法對物種多樣性與土 壤微生物類群菌數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析45。尚占環(huán)等在2007年在青藏高原江河源區(qū)對不同退化程度的草地的植 被數(shù)量特征與土壤微生物相關(guān)分析得知細(xì)菌數(shù)量與植被蓋度呈正相關(guān)，真菌數(shù)量與植被物種數(shù)呈顯著正相 關(guān)，放線菌數(shù)量與植被總生物量呈顯著負(fù)相關(guān)46。林超峰等在2007年在青海三江源通過比較不同植被類型 生態(tài)區(qū)土壤微生物數(shù)量得知土壤微生物3大類群菌數(shù)隨退化程度的加重呈下降趨勢，真菌和放線菌種類組 成趨于簡單化47。2.2.4基于土壤種子庫的評價土壤種子庫是一個潛在的植物群落體系，是退化植被恢復(fù)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，在一定程度

17、上可以反 映植被的未來發(fā)展方向，對植被的演替和更新具有重要的意義48。鑒于此，通過植被土壤種子庫評價出的 植被退化程度具有非常重要的意義。但對土壤種子庫的調(diào)查相對繁瑣，因為土壤中的種子要采用萌發(fā)試驗， 才能研究其數(shù)量特征，進(jìn)而才能與地表植被的數(shù)量特征進(jìn)行比較分析。在評價退化植被與土壤種子庫間的 關(guān)系時，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)土壤種子庫特征相對于地表退化植被有一定的滯后現(xiàn)象。Touzard B, Amiaud B, Langlois E在法國西部研究過濕地退化對土壤種子庫和地表植被的影響49。國內(nèi)于本世紀(jì)初展開過此類研 究，徐海量等在塔里木河下游選出不同程度的退化區(qū)作為研究對象，調(diào)查各個退化區(qū)樣地內(nèi)的植物種

18、類、 各種個體數(shù)、各種分蓋度和各種頻度，并計算其生物多樣性。種子庫與地表植被的相似性采用Sorensen相 似性系數(shù)計算。得出隨著退化程度的加重，地上植被密度和蓋度普遍降低，物種多樣性也在降低。土壤種 子庫密度呈下降趨勢，物種減少，多樣性指數(shù)降低，優(yōu)勢種組成趨于單一。土壤種子庫物種組成與地表植 被物種組成的相似性呈遞減趨勢50,51。沈有信等在云南東南部典型巖溶地點調(diào)查并計算了不同退化植被類 型土壤種子庫的數(shù)量、密度和垂直分布，以及各生活型的主要物種及其種子儲量占總儲量的比例，總結(jié)出 各退化區(qū)域種子密度都隨土層的加深而逐漸減少，但是隨著退化程度的加重，減少的趨勢也會加重52。歐 祖蘭等在廣西西

19、南峰叢洼地對不同退化階段植被土壤種子庫的密度、物種類型及豐富度、種子垂直分布格 局進(jìn)行調(diào)查，并分析了草叢階段到喬灌林階段地上植被與土壤種子庫的相關(guān)性得知二者間的相關(guān)性呈降低 趨勢53。3問題及其展望植被退化研究的方法缺乏綜合與集成，雖然部分研究已逐步注重定量化，但多數(shù)研究仍局限在單項技 術(shù)或方法上，并且方法也千差萬別，如對不同區(qū)域植被層物種評價的結(jié)果與生物量的評價結(jié)果根本無法比 較，某一區(qū)域中植被與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系與另外區(qū)域植被與土壤微生物的關(guān)系也同樣無法比較。因此對 各評價方法的優(yōu)化集成和綜合化是當(dāng)務(wù)之急。另外研究方法仍然以定性分析為多，缺乏更深入的定量研究， 也缺乏從多學(xué)科多角度來全面研

20、究植被退化的視野閔。目前由John A. Ludwig, David J. Tongway倒針對牧 場和礦區(qū)編寫的景觀功能監(jiān)測與評價(Landscape Function Analysis LFA)已經(jīng)引入我國。它是一種全面系 統(tǒng)、快速簡單的監(jiān)測評價方法，預(yù)計未來將會在我國乃至世界的植被退化監(jiān)測評價中發(fā)揮很大的作用。參考文獻(xiàn)陳靈芝.中國的生物多樣性：現(xiàn)狀及其保護(hù)對策.北京：科學(xué)出版杜，1993包維楷，陳慶恒等.岷江上游山地生態(tài)系統(tǒng)的退化及其恢復(fù)與重建對策.長江流域資源與環(huán)境，1995, 4(3)： 277-282包維楷，劉照光.岷江上游大溝流域驅(qū)動植被退化的人為干擾體研究.應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報，

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23、牧壓力下五臺山高山、亞高山草甸的退化特征.資源科學(xué)，2008, 30(10)： 1555-1563趙成章，樊勝岳等毒雜草型退化植被群落特征的研究.中國沙漠，2004, 24(4)： 507-512Lakhdar Benkobi, DanielW Uresk. Protocol for monitoring stanging crop in grasslands using visual obstructionJ. Journal of Rangeland Management, 2000, 53: 627-633鄭淑華，蔡睿類等.貝加爾針茅+線葉菊草地退化系列的定量劃分和動態(tài)模型的建立.干旱區(qū)

24、研究， 2008，25(6)：766-771孔維靜，鄭征.岷江上游茂縣退化生態(tài)系統(tǒng)及人工恢復(fù)植被地上生物量及凈初級生產(chǎn)力.山地學(xué)報， 2004，22(4)：445-450Huenneke L F, Anderson J P, Remmenga M, et al. Desertification alters patterns of aboveground net primary production in Chihuanhuan ecosystems. Global Change B iol., 2002, 8 (3):247-264程曉莉，安樹青等.鄂爾多斯草地退化過程中植被地上生物量空間分

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