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1、植被退化定量监测与评价研究进展安雁（山西大学黄土高原研究所，山西 太原 030006）摘要：植被是生态系统中物质循环与能量流动的中枢。植被退化是在不利自然因素及人类不合理的活动影响下生态系统逆行演替的一种过程与结果，是土地荒漠化的主要诱因。本文在回顾国内外植被退化研究进展的基础上，总结了植被退化的研究历程和退化程度的定量监测评价方法，探讨了植被退化研究方法尚存在的问题，展望了能够全面系统、快速简单监测评价植被退化程度的新方法的引入。关键词：植被退化；研究历程；退化程度；定量；监测；评价Research progress of quantitative monitoring and evalua
2、tion in degradation of vegetation An 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
3、and 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 d
4、egree, 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 deg
5、ree; quantitative; monitoring; evaluation 近60年来，由于人类不合理活动及不利自然因素的影响，导致一系列的环境失调问题， 特别是陆地植被的大规模破坏已经极大的威胁到人类自身生存和发展1,2。从上世纪60年代学术界就开始关注植被退化问题，在植被退化程度、退化的驱动力与退化防治对策等方面都进行过较为系统的研究3,4。本文重点对植被退化的研究历程和退化程度的定量监测评价方法加以回顾与总结，旨在为相关领域的深入研究提供理论参考。1 研究历程植被退化的研究始于上世纪60年代，最初关注的是放牧条件下草地植被退化和森林植被皆伐后的灌丛演替，在研究方法上沿用了数量生态
6、学方法。经过30多年的研究基本形成了较成熟的理论体系，植被退化的评价方法也日趋完善。1989年我国特大洪水发生后，植被退化对森林水文的影响造成的全国性灾害损失是建国后少有的，这就使得植被退化研究的焦点成为学术界关注的热点，其中森林植被退化的成因和森林植被保护及恢复研究成为植被退化研究领域的主流，研究空间展开到全国不同地域。本世纪以来，应用3s技术对大空间尺度的植被退化研究成果颇多5-9。这些研究成果把人类认识植被退化的视角从局部的近距离直接介入性的研究推向区域性整体的定量模拟研究。广泛的定量化分析手段的应用，极大地提高了植被退化理论研究的深度和可预见性。植被退化的研究对象涵盖了森林、草地和灌丛
7、等多样性植被类型，研究内容包括植被退化的成因、退化过程和机理、退化植被生态特征等，研究理论更加系统，研究方法日臻完善。从而为植被退化的研究提供了全面系统的理论基础10-13。2研究方法植被退化的分异性通常是采用梯度观测或干扰强度测定实现的，如过度放牧区可通过考察放牧强度变化，进而分析放牧区植被退化的空间格局随放牧强度的梯度变化14。借助排序法确定区域植被退化梯度被认为是有效的方法，排序能够反映出植被群落随主要环境因子的变化情况，进而确定出不同退化程度植被群落的分布格局15。据此可依据植被退化的不同梯度定量评价退化程度。植被退化的评价包括单因子与综合因子的评价，单因子评价是采用植被层的指示种、标
8、志种、生物量之一对植被退化程度进行监测评价。综合因子评价是采用植被层的多个数量指标或植被-土壤理化性质、植被-土壤微生物、植被-土壤种子库对植被退化程度进行监测评价。在对植被退化程度采用植被-土壤系统评价时，通常对土壤因子与植被层的部分数量指标建立回归等统计模型，进而确定植被退化的程度。2.1单因子的植被退化评价2.1.1指示种或标志种评价种类组成变化是植被演替的结果，能够反映植被退化的性质和趋势。在数量生态学方法调查的基础上，采用统计学方法筛选出能反映出不同退化程度的指示种或标志种，运用这些物种的数量特征可对植被退化梯度的植物群落类型做出定量评价。樊胜岳等通过指示种狼毒的盖度将植被群落划分为
9、不同程度的退化等级，并判定天然草原植被群落优势种逐渐由狼毒替代16。Lakhdar和Daniel对美国怀俄明州Thunder盆地国家草原采用主成分分析和聚类分析筛选出能反映不同退化程度的主要植物，通过对主要植物指数判别分析建立了不同退化系列的动态监测模型，提出最大监测值所对应的退化指数就是该植被当前所处的退化阶段的观点17。我国内蒙古锡林郭勒草地退化程度的等级由主成分分析和聚类分析筛选出的主要植物物种反映，判别分析建立的不同退化程度的动态监测模型表明最小监测值所对应的退化程度可代表该区域草地当前所处退化阶段的观点18。2.1.2 生物量评价植物群落的生物量生产力是研究森林物质生产和群落养分动态
10、的基础19，然而传统研究只是采用样方收获法或回归模型测定生物量，进而对不同退化系列的植被群落进行定量评价14，魏兴虎等通过方差分析对那曲高寒草甸围栏禁牧区和不同程度放牧区地上现存总生物量及建群种生物量两两之间进行比较，进而客观实际地定量评价出该放牧区植被退化的相异程度。近年来运用地统计学理论对生物量空间分布异质性的研究也受到关注。Huenneke对美国新墨西哥州Chihuanhuan沙漠植被研究后，指出半干旱草地退化到荒漠灌丛，灌丛植被生产力的空间分布异质性增强20。安树青和刘世荣采用地统计学软件对鄂尔多斯草地荒漠化过程中不同植物群落个体生物量建立最优模型后，定量评价出不同退化程度植物群落的空
11、间分布异质性21。2.2 综合因子的植被退化评价2.2.1植被层的多个数量指标评价利用单一指标作为植被退化的分类依据往往会出现一定偏差，采用多指标综合判断植被退化程度能够更客观准确地反映退化现状14。因此采用多指标综合评价植被退化的研究相对较多，刘东霞等通过对呼伦贝尔退化草地的高度、盖度、密度、地上生物量、物种多样性22,23、质量指数24及群落结构组成定量分析后，评价出该草地不同退化程度的状况25。李裕元等对黄土高原紫花苜蓿草地不同退化阶段群落结构组成，种群密度、重要值及总生产力定量分析评价出各阶段的退化特征26。樊胜岳等在甘肃省祁连山区对退化草地群落优势种的地上生物量、密度、盖度、重要值及
12、物种多样性进行定量分析后，评价出该地区草地所处的不同退化程度27。马世震等在黄河源头比较了退化区与未退化区的植被盖度、物种多样性及群落结构组成，进而定量分析出该地区高寒草原退化的特征28。全晓毅等在青海省共和盆地也是通过比较了退化区与未退化区的群落结构组成、植被盖度及物种多样性，从而定量评价了该地区温性草原退化的特征29。2.2.2 基于土壤理化性质的评价上世纪90年代初，张为政采用回归分析方法对松嫩平原不同退化程度羊草相对盖度和重要值分别与土壤电导率和碱化度之间的关系进行研究，对羊草相对地上生物量与土壤电导率和碱化度进行研究，并得到合理的结果30-32。近年来，曲国辉等在松嫩平原通过对不同退
13、化阶段群落生物量与土壤pH值、含盐量、碱化度及土壤腐殖质和全氮进行一元回归分析，得到群落的生物量与土壤pH值、含盐量、碱化度呈负相关，与土壤腐殖质和全氮含量呈正相关的结论33。文海燕，赵哈林在内蒙古科尔沁退化沙质草地采用Spearmans秩相关分析和回归分析描述各退化阶段草本植被与土壤理化性质的关系，并得出退化过程中草本植被各数量特征与土壤有机质、全氮、全磷及有效氮含量呈极显著正相关水平34。也有一些学者未采用任何统计学方法，但也得出较为合理的结论，周华坤等与张劲峰等分别对青藏高原高寒草甸和云南西北亚高山林地退化植被-土壤系统进行了评价，在划分好的各个退化程度不同的草地和林地上，分别采用植被数
14、量指标和土壤理化指标对其进行评价，最后得到了较为客观合理的结论35,36。曹广民等在中国科学院海北生态定位站研究高寒草甸-土壤系统时，采用土壤-牧草氮素供需的情况来评价处于不同退化阶段的草甸类型，得出前三个退化程度依次加重的草甸类型的需氮总量依次增多，并且都远远超出其土壤氮素供求，只有退化程度最严重的杂类草草甸需氮总量才低与其土壤氮素的供给37。研究植被类型与土壤理化性质关系时，由于植被类型是以群落优势种为指标，所以只需对不同退化程度的草地类型或林地类型的土壤理化因子定量分析即可达到监测评价的目的。李贵才等在云南哀牢山中山湿性常绿阔叶林地区采用单因素方差分析和Duncan多重比较检验分析了不同
15、退化程度林地类型的土壤无机氮库的差异，作为有效氮主要形式的铵态氮呈极显著正相关水平，硝态氮差异也呈极显著水平，但硝态氮的含量远低于铵态氮38-40。2.2.3 基于土壤微生物的评价土壤微生物在土壤中的数量和分布既反映了土壤各因子对微生物的影响，也反映了微生物对植物的生长发育、土壤肥力的影响和作用41,42。人天志指出土壤微生物指标被公认为生态系统变化的预警和敏感指标44。因此国内外对退化植被-土壤微生物的研究报道也较多。Stephan A, Meyer A H, Schmid B在2000年开展了植物多样性与草地土壤微生物关系的研究，在数据分析中采用多元逐步回归方法对物种多样性与土壤微生物类群
16、菌数进行相关性分析45。尚占环等在2007年在青藏高原江河源区对不同退化程度的草地的植被数量特征与土壤微生物相关分析得知细菌数量与植被盖度呈正相关，真菌数量与植被物种数呈显著正相关，放线菌数量与植被总生物量呈显著负相关46。林超峰等在2007年在青海三江源通过比较不同植被类型生态区土壤微生物数量得知土壤微生物3大类群菌数随退化程度的加重呈下降趋势，真菌和放线菌种类组成趋于简单化47。2.2.4 基于土壤种子库的评价土壤种子库是一个潜在的植物群落体系，是退化植被恢复发展的重要物质基础，在一定程度上可以反映植被的未来发展方向，对植被的演替和更新具有重要的意义48。鉴于此，通过植被-土壤种子库评价出的植被退化程度具有非常重要的意义。但对土壤种子库的调查相对繁琐，因为土壤中的种子要采用萌发试验，才能研究其数量特征，进而才能与地表植被的数量特
