王宗松,姜麗麗,汪詩(shī)平, 王艷芬,周華坤

1 中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所,北京 100101 2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,北京 100049 3 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,北京 100049 4 中國(guó)科學(xué)院西北高原生物研究所,西寧 810008

草地占據(jù)地球陸地面積的37%,是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[1],也是承載人類活動(dòng)最集中的區(qū)域[2]。草地具有緩和氣候變化、影響碳循環(huán)等重要作用[3];同時(shí),草地在維持生物多樣性以及水資源的調(diào)節(jié)和供給方面也發(fā)揮著重要作用[4]。草地生態(tài)系統(tǒng)持有大約全球碳儲(chǔ)量的20%,其在平衡溫室氣體濃度方面的作用也不可忽視[5]。然而由于人類活動(dòng)和氣候變化,全球草地出現(xiàn)了大面積退化[1]。在世界范圍內(nèi),接近50%的草地發(fā)生退化,其中5%正在經(jīng)歷嚴(yán)重退化,草地退化已經(jīng)成為人類需要面對(duì)的重要問(wèn)題[6]。在中國(guó),天然草地的面積大約為3920萬(wàn)hm2[7],但是自20世紀(jì)50年代以來(lái)由于氣候變暖、人口增長(zhǎng)以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展、過(guò)度放牧和無(wú)序開發(fā),導(dǎo)致中國(guó)北方近90%的草原出現(xiàn)一定程度的退化,并且以每年6700 km2的速度增加[8]。近年來(lái),由于國(guó)家退耕還草等草地工程項(xiàng)目實(shí)施,草地退化速度得以減緩,但退化依然比較嚴(yán)重。草地退化降低植被覆蓋度、植物地上和地下生物量以及導(dǎo)致生物多樣性喪失、群落組成改變[9—11]，土壤表層有機(jī)碳、氮含量顯著下降[12];此外土壤容重隨退化程度的加深而增大,土壤的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性顯著下降,水土流失嚴(yán)重[13],土壤水源涵養(yǎng)功能降低甚至喪失。

由于草地退化帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng)以及國(guó)家層面的重視,草地恢復(fù)逐漸成為生態(tài)學(xué)研究的一個(gè)重要方面[14]。雖然世界范圍內(nèi)的草地恢復(fù)實(shí)踐較多,但由于對(duì)恢復(fù)目標(biāo)不清楚、恢復(fù)措施不準(zhǔn)確以及恢復(fù)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一,導(dǎo)致恢復(fù)效果并不總盡如人意[15—16]。因此,本文歸納了退化草地恢復(fù)的目標(biāo)、指標(biāo)和措施,綜述了退化草地恢復(fù)的評(píng)估方法,以期為退化草地恢復(fù)及效果評(píng)估提供依據(jù)和有效支撐。

1 退化草地恢復(fù)的目標(biāo)和指標(biāo)

國(guó)際恢復(fù)生態(tài)學(xué)會(huì)(Society for Ecological Restoration,SER)將生態(tài)恢復(fù)定義為：幫助遭受退化和破壞的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的過(guò)程[17—18]。草地恢復(fù)中的重點(diǎn)就是恢復(fù)目標(biāo),目標(biāo)的選擇直接決定了恢復(fù)的難度和成本。退化草地恢復(fù)的目標(biāo)主要集中于生態(tài)功能和生產(chǎn)功能兩個(gè)方面[19]。生產(chǎn)功能往往以產(chǎn)量、生物量或生產(chǎn)力來(lái)衡量恢復(fù)效果,而生態(tài)功能一般以生態(tài)系統(tǒng)屬性作為衡量恢復(fù)成功的指標(biāo)。國(guó)際生態(tài)恢復(fù)協(xié)會(huì)提供了9個(gè)生態(tài)系統(tǒng)屬性作為衡量恢復(fù)成功的指標(biāo)：(1)與參考點(diǎn)具有相似的物種多樣性和群落結(jié)構(gòu);(2)存在本地物種;(3)存在貢獻(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定性的功能群;(4)維持種群再生的自然環(huán)境;(5)正常的功能;(6)與景觀的一體性;(7)消除潛在的威脅;(8)抵抗自然干擾的能力;(9)自我可持續(xù)發(fā)展[18]。雖然測(cè)定所有的屬性能夠完美的評(píng)價(jià)草地恢復(fù)的效果,但是由于經(jīng)濟(jì)、時(shí)間的制約,很少有研究會(huì)顧及所有的方面,在實(shí)踐中大多數(shù)的測(cè)量可以劃分為三個(gè)生態(tài)系統(tǒng)屬性：(1)多樣性;(2)植被結(jié)構(gòu);(3)生態(tài)過(guò)程[20—21]。在已有的案例中恢復(fù)目標(biāo)大多是植物多樣性和土壤養(yǎng)分。生物多樣性因其與生態(tài)系統(tǒng)功能和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間聯(lián)系非常緊密,例如生物多樣性提高能夠增加群落生產(chǎn)力、增加土壤肥力、維持群落和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性等,因此生物多樣性常被做為恢復(fù)實(shí)踐是否成功的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[22]。由于生物多樣性的多維性,近年來(lái)一些研究從更多的角度探討生物多樣性的恢復(fù),例如在物種多樣性的基礎(chǔ)上增加考慮功能多樣性[23]以及遺傳多樣性[24—25]。土壤是生態(tài)系統(tǒng)提供生態(tài)服務(wù)的支持者,但是隨著退化加劇出現(xiàn)了養(yǎng)分匱乏并且難以維持正常的生產(chǎn)和生態(tài)功能的后果[26]。因此有研究將恢復(fù)實(shí)踐后的土壤養(yǎng)分狀況作為恢復(fù)的目標(biāo)[27]。此外群落結(jié)構(gòu)也是維持正常的生態(tài)系統(tǒng)功能以及抵抗外界干擾的必要條件,對(duì)于植物或者微生物均是如此[28]。其他如土壤微生物、土壤無(wú)脊椎動(dòng)物(甲殼蟲、蜘蛛、草蜢等)和昆蟲群落[29—30]等也可作為恢復(fù)目標(biāo),但案例較少[19]。實(shí)際恢復(fù)中研究人員發(fā)現(xiàn)至少選擇兩個(gè)關(guān)乎生態(tài)系統(tǒng)功能的變量,并且應(yīng)該找到至少兩個(gè)參考點(diǎn)來(lái)捕獲生態(tài)系統(tǒng)退化恢復(fù)中產(chǎn)生的變化才能使得對(duì)恢復(fù)效果的評(píng)估更加客觀[20]。

2 退化草地恢復(fù)的措施

退化草地恢復(fù)按照恢復(fù)措施不同,又分為被動(dòng)恢復(fù)和主動(dòng)恢復(fù)[31]。被動(dòng)恢復(fù)指恢復(fù)一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的第一步是要消除或者至少減少導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)退化的原因,從而使該系統(tǒng)能夠通過(guò)自然過(guò)程自行恢復(fù)[32—33]。例如禁止放牧使得美國(guó)中部盆地牧場(chǎng)原生河岸植被的全面恢復(fù)[34];圍封目標(biāo)區(qū)域,限制人類進(jìn)入使地中海沿岸沙丘得到了恢復(fù)[35]。然而,當(dāng)物種、地點(diǎn)或者景觀已經(jīng)被改變到僅靠被動(dòng)恢復(fù)難以挽回的狀態(tài)時(shí),就必須要采取多方面的人為干預(yù),也稱主動(dòng)恢復(fù),即通過(guò)種植植被、除草、焚燒來(lái)管理土地,以達(dá)到理想的結(jié)構(gòu)[31]。在這種情況下首選的是基于過(guò)程的恢復(fù),目的是恢復(fù)創(chuàng)造和維持生態(tài)系統(tǒng)的基本過(guò)程,例如擴(kuò)散、生物地球化學(xué)循環(huán)、水文動(dòng)力學(xué)、流域滲透能力等[36]?，F(xiàn)在實(shí)施的草地恢復(fù)措施主要有圍欄封育、合理放牧、翻耕、補(bǔ)播、施肥以及建立人工草地等[37—42],其具體的作用效果見表1。

表1 退化草地恢復(fù)措施以及影響

3 草地生態(tài)系統(tǒng)退化恢復(fù)的評(píng)估方法

此前有大量的研究采用一些植被以及土壤肥力參數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)草地恢復(fù)的好壞,如歸一化植被指數(shù)[53]、蓋度、生物量、群落組成、多樣性[16, 54—56]以及土壤養(yǎng)分和容重等理化性狀[57]。但是單從植被以及土壤的簡(jiǎn)單指標(biāo)中難以得出恢復(fù)效果的全面評(píng)估結(jié)果,因此退化草地恢復(fù)的評(píng)估方法也在逐漸發(fā)展以適應(yīng)不同空間尺度和更全面、合理的指導(dǎo)恢復(fù)實(shí)踐的需求。退化草地恢復(fù)的評(píng)估方法在不同的生態(tài)復(fù)雜度上有不同的方法,包括種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)和景觀,不同尺度采取的評(píng)價(jià)方法及評(píng)價(jià)內(nèi)容如表2。

表2 草地退化恢復(fù)的主要評(píng)估方法及原理

3.1 種群尺度上的評(píng)估方法

在種群尺度上的評(píng)價(jià)是指從目標(biāo)物種種群的遺傳結(jié)構(gòu)、年齡結(jié)構(gòu)以及營(yíng)養(yǎng)和繁殖能力等方面進(jìn)行評(píng)估[67]。早在1997年有學(xué)者強(qiáng)調(diào)種群生物學(xué)在生態(tài)恢復(fù)中的作用,并主張當(dāng)種群重新建立到能夠使其長(zhǎng)期存在的水平時(shí),恢復(fù)就應(yīng)該被認(rèn)為是成功的[58]。但是與從群落和生態(tài)系統(tǒng)的角度對(duì)退化草地恢復(fù)進(jìn)行評(píng)價(jià)的研究相比,種群尺度的研究相對(duì)較缺乏。

從種群角度對(duì)草地恢復(fù)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)對(duì)目標(biāo)物種的選擇會(huì)因?yàn)椴莸赝嘶脑蛞约盎謴?fù)目的的不同而不同,例如有關(guān)鍵種[68]、指示種[69]、稀有種[70]和入侵種[71]等。對(duì)目標(biāo)物種定植成功的影響因素也不盡相同,包括棲息地的生物和非生物條件。在比利時(shí)北部的農(nóng)業(yè)景觀中研究了當(dāng)?shù)氐牟荼局参锇倮锵愕姆N子的遠(yuǎn)距離傳播和遺傳結(jié)構(gòu),表明修復(fù)目標(biāo)區(qū)域的非生物棲息地條件不能保證目標(biāo)植物的有效恢復(fù),而限制該物種定植的關(guān)鍵因素是種群間有效的種子傳播[72]。不同的恢復(fù)措施也可能會(huì)影響目標(biāo)植物的定植。在對(duì)美國(guó)愛荷華州東北部高草草原的恢復(fù)中發(fā)現(xiàn)主要植物種群的基因組變化受到恢復(fù)措施的影響[73],尤其是種子添加,該措施降低了原生種群的繁殖成功率。當(dāng)目標(biāo)植物定植后,評(píng)估其發(fā)展的可持續(xù)性也是一項(xiàng)重要內(nèi)容。在瑞士的農(nóng)業(yè)景觀中對(duì)剪秋羅的研究表明,在自然種群之間其基因交流要比在恢復(fù)和自然種群之間的基因交流的水平高,表明恢復(fù)后的種群之間的功能連通度還是較低[74]。該研究表明遺傳方法為研究恢復(fù)措施對(duì)植物種群功能連通性的影響提供了有價(jià)值的工具。

隨著現(xiàn)代分子技術(shù)的發(fā)展,對(duì)種群的遺傳結(jié)構(gòu)和多樣性以及種群之間的基因交流的研究才逐漸增加[24]。種群的大小、遺傳多樣性和增長(zhǎng)率能夠很好的預(yù)測(cè)當(dāng)下恢復(fù)的種群是否能夠更好的抵御環(huán)境變化的干擾以及種群本身的適應(yīng)度[58, 75]。但是對(duì)種群的研究通常只是在特定地點(diǎn)對(duì)少數(shù)幾個(gè)物種的表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià),難以推廣到其他物種和其他地點(diǎn),并且與調(diào)查物種多樣性和植被蓋度、生物量等方法相比,種群研究的方法顯然在時(shí)間和經(jīng)費(fèi)上的消耗要更大。

3.2 群落尺度上的評(píng)估方法

在群落水平上對(duì)草地恢復(fù)進(jìn)行評(píng)估的方法是最為常見的。一般采取比較恢復(fù)點(diǎn)和參考點(diǎn)的植物群落的多樣性和群落結(jié)構(gòu)[59]。此外也有研究將動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較。例如在日本熊本縣阿蘇山周圍的半天然草地的恢復(fù)研究利用植被的相似性指數(shù)評(píng)估恢復(fù)情況[40]。瑞典北部草地恢復(fù)實(shí)踐中采用減少干擾以及增加生境的異質(zhì)性的方法并利用植物物種豐富度和植物群落組成來(lái)評(píng)估恢復(fù)情況[76]。在南非的自然保護(hù)區(qū)將螞蟻群落的組成和豐富度與參考點(diǎn)進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)23年后仍然未達(dá)到完全恢復(fù)的狀態(tài)[77]。

除了對(duì)比恢復(fù)點(diǎn)和參考點(diǎn)的植物群落組成和多樣性等指標(biāo),近年來(lái)越來(lái)越多的研究將群落的功能屬性應(yīng)用到恢復(fù)評(píng)價(jià)中[23]。有研究者指出如果僅僅靠植被的群落結(jié)構(gòu)來(lái)評(píng)價(jià)恢復(fù)是否成功太過(guò)于保守,因?yàn)橹参锶郝涞幕謴?fù)可能會(huì)需要上百年,并且研究發(fā)現(xiàn)功能多樣性和組成與物種的多樣性和組成在恢復(fù)進(jìn)程中的表現(xiàn)是不一致的,相比于植物的恢復(fù),功能的恢復(fù)要更快[78],而功能的恢復(fù)為之后本地物種的自然定殖也會(huì)提供必要條件。此外,由于參考點(diǎn)和恢復(fù)點(diǎn)的環(huán)境因素可能不會(huì)完全相同,同時(shí)植物的組成和結(jié)構(gòu)高度依賴于環(huán)境因素,所以可能恢復(fù)點(diǎn)的植物群落會(huì)達(dá)到另一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定并能夠提供必要的功能屬性的群落[59]。因此有研究利用群落水平的比葉面積、葉片干物質(zhì)含量以及種子的大小和數(shù)量等屬性對(duì)德國(guó)的沖擊平原草地恢復(fù)進(jìn)行評(píng)價(jià),發(fā)現(xiàn)盡管植物群落未達(dá)到和參考點(diǎn)一致,但是功能多樣性和組成已達(dá)到恢復(fù)成功狀態(tài)[23]。所以從群落功能的角度評(píng)估恢復(fù)效果既可以驗(yàn)證傳統(tǒng)方法的有效性,又可以識(shí)別特定退化草地中哪些是能夠快速恢復(fù)的功能。在當(dāng)今全球范圍內(nèi)植物屬性數(shù)據(jù)日益增加的背景下,將群落功能屬性結(jié)合植物的群落結(jié)構(gòu)和多樣性對(duì)草地恢復(fù)進(jìn)行評(píng)估能得到更加具有指導(dǎo)意義的結(jié)論。

3.3 生態(tài)系統(tǒng)尺度上的評(píng)估方法

在生態(tài)系統(tǒng)尺度上,可以運(yùn)用一系列評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)健康的方法作為退化草地恢復(fù)的評(píng)估方法,其中包括指示物種和指標(biāo)體系法。指示物種是在一定的區(qū)域范圍內(nèi),反應(yīng)環(huán)境某一方面的特征的物種,最初是由Wilhelmi提出將小頭蟲用于指示海洋污染狀況,之后相繼有研究利用浮游生物以及魚類等評(píng)估海洋和湖泊等水生生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況[79—80]。在陸地生態(tài)系統(tǒng)中有研究利用蜘蛛[81]、昆蟲[82]、植物物種以及其他節(jié)肢動(dòng)物[83]等的群落多樣性和結(jié)構(gòu)來(lái)指示森林和草地生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況。但是由于生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能復(fù)雜且處于動(dòng)態(tài)變化中,僅從單一物種來(lái)評(píng)估其效果意義有限,并且指示物種的指示作用強(qiáng)弱不明確,無(wú)法反映出生態(tài)系統(tǒng)總體的結(jié)構(gòu)和功能恢復(fù)情況,因此越來(lái)越多的研究綜合多個(gè)指標(biāo)來(lái)進(jìn)行評(píng)估[84]。指標(biāo)體系法是將一組相互聯(lián)系的指標(biāo)整合成系統(tǒng)性的整體的方法。在退化草地恢復(fù)的研究中常運(yùn)用不同的方法將一系列結(jié)構(gòu)和功能指標(biāo)進(jìn)行整合來(lái)對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。

3.3.1VOR模型

Costanza提出,生態(tài)系統(tǒng)的健康應(yīng)該與可持續(xù)性密切相關(guān),可持續(xù)性意味著系統(tǒng)在面對(duì)外部壓力時(shí)能夠長(zhǎng)期保持其結(jié)構(gòu)(組織)和功能(活力),提出用于生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的VOR模型[85]。在該模型中,V表示生態(tài)系統(tǒng)活力,包括生態(tài)系統(tǒng)活動(dòng)、生產(chǎn)力、代謝,O表示生態(tài)系統(tǒng)組織,包括生態(tài)系統(tǒng)多樣性和食物網(wǎng)絡(luò)的連接性,R代表生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力,表示生態(tài)系統(tǒng)在擾動(dòng)后的恢復(fù)力[60]。該方法主要依靠恢復(fù)點(diǎn)與參考點(diǎn)的對(duì)比得出生態(tài)系統(tǒng)每一項(xiàng)的得分,從而判斷生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的狀況。在對(duì)內(nèi)蒙古退化草地進(jìn)行圍封處理后通過(guò)VOR模型得出草地恢復(fù)向好的結(jié)論[86]。雖然該方法早在1999年就被國(guó)際生態(tài)系統(tǒng)健康大會(huì)所認(rèn)可,但是因?yàn)樵摲椒ㄖ饕强紤]植被的狀態(tài),沒有將環(huán)境因素考慮進(jìn)去,在實(shí)際應(yīng)用中也是更多和其他方法結(jié)合起來(lái)評(píng)價(jià)草地恢復(fù)狀況。

3.3.2CVOR模型

由于VOR評(píng)價(jià)體系缺少對(duì)生態(tài)系統(tǒng)具有重要影響的環(huán)境指標(biāo),并且在不同的草地類型間不具有可比性,所以任繼周提出將基況信息加入VOR體系的CVOR綜合評(píng)價(jià)體系,其中基況代表生態(tài)系統(tǒng)的大氣、土地與位點(diǎn)等因子的綜合[61]。侯扶江等將CVOR綜合評(píng)價(jià)體系應(yīng)用于阿拉善草地的健康評(píng)價(jià),將土壤有機(jī)碳作為評(píng)價(jià)草地基況的重要指標(biāo),綜合評(píng)定了阿拉善草地健康隨放牧水平和管理方式不同的變化,反應(yīng)了比VOR更加準(zhǔn)確的草地健康信息[87]。陸均等基于CVOR指數(shù)對(duì)巴音布魯克高寒草原自2004年至2012年的草地健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià),發(fā)現(xiàn)該生態(tài)系統(tǒng)CVOR指數(shù)逐漸上升[88]。雖然該方法被廣泛應(yīng)用于評(píng)價(jià)草地健康,但是在研究中基況的選擇往往局限于土壤有機(jī)質(zhì)[86, 88],所以該評(píng)價(jià)方法可能也會(huì)對(duì)實(shí)際的恢復(fù)效果做出片面的評(píng)價(jià)。

3.3.3PSR模型

PSR由聯(lián)合國(guó)經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)和聯(lián)合國(guó)環(huán)境署(UNEP)于20世紀(jì)80年代末提出,其基本思想如下：由于人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境施加的壓力使得環(huán)境狀態(tài)發(fā)生改變,然后人類應(yīng)該對(duì)環(huán)境的變化作出反應(yīng),施加措施以使其恢復(fù)原來(lái)的狀態(tài)。該模型中“壓力”表示人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境造成的負(fù)面影響; “狀態(tài)”表示現(xiàn)有的環(huán)境質(zhì)量以及自然資源狀況; “反應(yīng)”是人類對(duì)所面臨問(wèn)題的反應(yīng)[62]。對(duì)于將各準(zhǔn)則層綜合起來(lái)的方法有簡(jiǎn)單的加權(quán)求和以及改進(jìn)的公式等[89]。該方法相比于VOR和CVOR模型而言將更多的指標(biāo)納入到評(píng)價(jià)體系中,并且將社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),例如人口密度、城市化率和人均生產(chǎn)總值等包含進(jìn)去。該模型能夠更加貼近實(shí)際情況對(duì)退化草地的恢復(fù)情況做出評(píng)價(jià)。趙玉婷等基于PSR模型壓力、狀態(tài)和響應(yīng)三個(gè)層面,分別選取一系列指標(biāo)建立評(píng)價(jià)體系對(duì)甘南州高寒草地生態(tài)系統(tǒng)2001年至2013年的健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià),結(jié)果表明近13年來(lái)該區(qū)域大部分草地健康狀況的負(fù)向變化趨勢(shì)明顯[89]。

3.3.4層次分析法

層次分析法(Analytical Hierarchy Process,AHP)由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家 A.L.Saaty提出,結(jié)合定性與定量分析,用于得出不同方案的重要程度的權(quán)重[90],其基本思想是將要分析的指標(biāo)按照彼此間的關(guān)系進(jìn)行層次化,再分層次分析評(píng)價(jià)[91]。層次分析法主要是對(duì)影響目標(biāo)的各因素進(jìn)行權(quán)重的計(jì)算,因此需要構(gòu)建層次化的結(jié)構(gòu)模型,例如生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的PSR模型,然后依次構(gòu)造每一層的判斷矩陣并計(jì)算權(quán)重值,最后得到每個(gè)指標(biāo)對(duì)目標(biāo)層的合成權(quán)重。周華坤等對(duì)江河源區(qū)退化高寒草甸運(yùn)用層次分析法進(jìn)行退化成因分析和恢復(fù)措施的有效性分析,得出該區(qū)域的超載放牧與氣候變暖以及鼠害增加和人類干擾等因素對(duì)草地退化的相對(duì)貢獻(xiàn)量[63]。吳蓉蓉等對(duì)青海省河南縣高寒草地運(yùn)用層次分析法得出該區(qū)域大部分草地的健康狀況較好,該方法可以給草原管理與退化恢復(fù)的措施選擇以及合理利用草地資源提供定量依據(jù)[92]。

3.3.5主成分分析法

在評(píng)價(jià)草地恢復(fù)狀況中由于測(cè)量指標(biāo)數(shù)量眾多并且相互之間存在一定程度的相關(guān)性,而主成分分析法可以將原來(lái)的指標(biāo)減少到幾個(gè)綜合指標(biāo)(主成分),在分析中可以有效避免眾多指標(biāo)之間相互干擾以便更好的研究樣本間的規(guī)律[93]。該方法基本步驟為(1)設(shè)置觀測(cè)樣本矩陣;(2)標(biāo)準(zhǔn)化原始數(shù)據(jù);(3)計(jì)算指標(biāo)之間相關(guān)系數(shù)矩陣;(4)計(jì)算特征值與特征向量;(5)計(jì)算貢獻(xiàn)率與累計(jì)貢獻(xiàn)率并提取主成分。許新忠等利用主成分分析法寧夏荒漠草原不同恢復(fù)年限的生態(tài)效應(yīng)進(jìn)行評(píng)價(jià),結(jié)果表明5年圍欄封育的效果較好[94]。

越來(lái)越多的研究將多種評(píng)價(jià)方法應(yīng)用于一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的評(píng)估,劉延斌等利用VOR和CVOR評(píng)價(jià)體系對(duì)不同措施管理下的退化高寒草地進(jìn)行評(píng)估,對(duì)未來(lái)的草地管理提供更加科學(xué)有效的理論依據(jù)[44]。俞鴻千等也是結(jié)合VOR和CVOR評(píng)價(jià)體系以及其他多樣性指數(shù)對(duì)寧夏干旱風(fēng)沙區(qū)荒漠草原健康進(jìn)行評(píng)價(jià),分別得出該區(qū)域草地健康狀況為“不健康”和“警戒”狀態(tài),表明該區(qū)域草地恢復(fù)工作還有待加強(qiáng)[95]。單貴蓮等同樣利用VOR和CVOR評(píng)價(jià)內(nèi)蒙古典型草原的放牧與圍封樣地的健康狀況,證明圍封確實(shí)對(duì)草地恢復(fù)起到重要作用[86]。趙玉婷等將PSR模型與AHP層次分析法結(jié)合對(duì)高寒牧區(qū)草地進(jìn)行評(píng)估,得出該區(qū)域大面積的草地健康狀況處于負(fù)向變化趨勢(shì)的結(jié)論[89]。

3.4 景觀尺度上的評(píng)估方法

景觀包括兩個(gè)或者多個(gè)相互影響的生態(tài)系統(tǒng)以及生態(tài)系統(tǒng)之間的群落過(guò)渡帶[96]。有研究指出了一系列從景觀尺度上描述生態(tài)恢復(fù)的指標(biāo),這些指標(biāo)可以分為三大類：結(jié)構(gòu)和生物組成;生態(tài)系統(tǒng)之間的功能上的相互作用;景觀破碎化和退化的程度、類型和原因[97]。

在歐洲草地的景觀尺度上的生態(tài)恢復(fù)研究發(fā)現(xiàn)補(bǔ)播草地的基礎(chǔ)物種和建立緩沖區(qū)可以有效減少草地的破碎化和化學(xué)負(fù)荷,能夠使退化草地向半自然草地演替。該研究為恢復(fù)和管理植被和生境多樣性的空間變異性提供了范例[98]。在瑞典南部草地的恢復(fù)研究發(fā)現(xiàn)植物傳粉昆蟲之間的營(yíng)養(yǎng)關(guān)系在提高了不同草地之間的連通性后得到了更好的恢復(fù),表明恢復(fù)措施應(yīng)該考慮景觀的空間配置：在獨(dú)立性高的草地生態(tài)系統(tǒng)中應(yīng)該著重恢復(fù)該系統(tǒng)的質(zhì)量,而在連接性較高的草地中應(yīng)該更關(guān)注恢復(fù)草地和保存完好的草地之間的聯(lián)系[76]。

有研究表明在景觀尺度上依據(jù)目標(biāo)物種的分布特征計(jì)算其功能連接度對(duì)恢復(fù)評(píng)估有重要意義。因其易于應(yīng)用且結(jié)果合理,對(duì)未來(lái)的恢復(fù)決策有重要的指導(dǎo)意義[99]。有研究利用自然度指數(shù)(naturalness indicator values,NIVs)[100]來(lái)檢驗(yàn)草地恢復(fù)的程度,因?yàn)橹参锟梢宰鳛榉磻?yīng)環(huán)境某些特性的生物指標(biāo),而自然度指數(shù)法是賦予植物不同的得分,根據(jù)不同的環(huán)境梯度,如溫度、光照或土壤濕度,物種根據(jù)它們實(shí)現(xiàn)的生態(tài)最佳狀態(tài)得到分?jǐn)?shù)(即指標(biāo)值),最初由Borhidi對(duì)潘諾尼亞區(qū)域的維管植物賦予相應(yīng)的得分,從“-3”(指示嚴(yán)重退化的物種)到“+6”(指示完好狀態(tài)的物種)依次代表環(huán)境變化趨好[65]。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于可以不依賴于參考點(diǎn)而對(duì)恢復(fù)效果做出評(píng)價(jià),這對(duì)區(qū)域尺度上的恢復(fù)效果評(píng)價(jià)有很大的幫助,因?yàn)樵诖蟪叨壬陷^難選定統(tǒng)一的參考點(diǎn)[66]。

4 存在的問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)

恢復(fù)的評(píng)估方法的發(fā)展方向是逐漸復(fù)雜。傳統(tǒng)的方法是從簡(jiǎn)單的生態(tài)系統(tǒng)屬性(物種豐富度或生態(tài)系統(tǒng)功能)對(duì)恢復(fù)效果進(jìn)行評(píng)估,但是過(guò)度的簡(jiǎn)化不利于指導(dǎo)未來(lái)的恢復(fù)實(shí)踐。隨著技術(shù)的發(fā)展和人們認(rèn)識(shí)的提高,評(píng)估的角度逐漸復(fù)雜,例如物種豐富度、物種組成、功能多樣性、遺傳多樣性和交互網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度的梯度變化。在分析中將動(dòng)植物和微生物結(jié)合起來(lái),運(yùn)用跨域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的分析方法,通過(guò)與參考點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)屬性的比較判斷恢復(fù)狀況,并且可以識(shí)別出該區(qū)域的關(guān)鍵組分和不同組分之間的相互作用,為后續(xù)的恢復(fù)提供新的見解。所以未來(lái)對(duì)退化恢復(fù)的草地進(jìn)行評(píng)估時(shí)應(yīng)從更加復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)的角度(互作網(wǎng)絡(luò))進(jìn)行分析。

考慮到草地生態(tài)系統(tǒng)的完全恢復(fù)可能需要較長(zhǎng)的時(shí)間(幾十至幾百年),并且現(xiàn)在的評(píng)估方法大都依賴于參考系統(tǒng)的狀態(tài),因此對(duì)退化草地進(jìn)行評(píng)估時(shí)應(yīng)當(dāng)加入動(dòng)態(tài)評(píng)估的要素,例如考慮未來(lái)氣候變化,將現(xiàn)階段的生態(tài)系統(tǒng)組分及其相互作用與環(huán)境和人類社會(huì)變化之間建立聯(lián)系并構(gòu)造模型,描述恢復(fù)和參考系統(tǒng)的演替軌跡?？紤]恢復(fù)和參考生態(tài)系統(tǒng)的自然演替能夠給退化草地恢復(fù)效果的評(píng)價(jià)帶來(lái)更具價(jià)值的信息。