草地健康與退化評(píng)價(jià)：概念、原理及方法

董世魁，張宇豪，王冠聰

（1.北京林業(yè)大學(xué)草業(yè)與草原學(xué)院, 北京 100083；2.國家林業(yè)和草原局草原管理司, 北京 100714）

草地占陸地總面積的40%以上，是陸地上重要的自然資源和生態(tài)系統(tǒng)。草地不僅為種植業(yè)、畜牧業(yè)、食品業(yè)、醫(yī)藥業(yè)提供原材料或產(chǎn)品，同時(shí)還具有涵養(yǎng)水源、保持水土、防風(fēng)固沙、固碳釋氧、凈化空氣、保護(hù)生物多樣性等多種生態(tài)功能，其中大部分生態(tài)功能轉(zhuǎn)化為生態(tài)產(chǎn)品和服務(wù)，為人類提供福祉[1]。盡管草地具有十分重要的資源價(jià)值和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，但是全球約有49%的草地發(fā)生退化，造成溫室氣體排放增加、土地荒漠化和水土流失加重、生物多樣性喪失加速等生態(tài)環(huán)境問題，嚴(yán)重影響了全球貧困地區(qū)的生態(tài)安全和人類福祉，甚至影響了全球的可持續(xù)發(fā)展[2]。

我國是草地大國，面積位居全球草地第一位。據(jù)20 世紀(jì)末第1 次全國草地資源調(diào)查數(shù)據(jù)，我國有可利用草地面積39 283.2 萬hm2(近60 億畝)，占國土陸地面積的40.9%。近幾十年來，受超載過牧、氣候變化等因素的影響，我國草地發(fā)生嚴(yán)重退化，20 世紀(jì)90 年代末，全國退化草地面積在90%以上[3]。進(jìn)入21 世紀(jì)，尤其是黨的十八大以來，隨著生態(tài)文明建設(shè)、美麗中國建設(shè)等國家重大戰(zhàn)略的縱深推進(jìn)，國家實(shí)施了退耕還林還草、退牧還草、草原生態(tài)獎(jiǎng)補(bǔ)、草畜平衡等一大批草地生態(tài)建設(shè)工程項(xiàng)目，全國草地生態(tài)持續(xù)惡化的狀況得到初步遏制。但是，當(dāng)前全國草地生態(tài)系統(tǒng)整體仍較脆弱，保護(hù)修復(fù)力度不夠、管理利用水平不高、科技支撐能力不足等問題依然突出，草地退化的總體局面并未全面扭轉(zhuǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國70% 的草地仍處于退化狀態(tài)，30%左右的草地處于嚴(yán)重退化的狀態(tài)[4]。

縱觀國內(nèi)外生態(tài)修復(fù)實(shí)踐和科學(xué)研究的相關(guān)進(jìn)展，退化草地生態(tài)修復(fù)是一項(xiàng)全局性、長期性、復(fù)雜性、多樣性和綜合性的系統(tǒng)工程，需要在科學(xué)方略指導(dǎo)下因地制宜的開展工作。我國草地生態(tài)修復(fù)已開展了幾十年的工作，前期草原生態(tài)修復(fù)技術(shù)和措施對(duì)退化草地生態(tài)恢復(fù)起到了很好的推動(dòng)作用，但大部分退化草地恢復(fù)均缺乏科技支持。盡管國內(nèi)外學(xué)者提出了草地健康與草地退化的理論、方法及標(biāo)準(zhǔn)[5-14]，但是多數(shù)研究并未厘清草地健康與草地退化的關(guān)系，并未提出退化草地的恢復(fù)效果和進(jìn)程的量化指標(biāo)體系，因而無法對(duì)草地健康狀況及其變化動(dòng)態(tài)(退化或恢復(fù))做出系統(tǒng)、科學(xué)的評(píng)判。為更好地促進(jìn)我國退化草地的生態(tài)修復(fù)工作，尚需加強(qiáng)草地健康及草地退化等相關(guān)評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建研究，實(shí)現(xiàn)草地生態(tài)修復(fù)工作的標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化和系統(tǒng)化管理，本文在總結(jié)國內(nèi)外相關(guān)理論與方法的基礎(chǔ)上，提出草地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況和草地退化程度及退化速率的評(píng)價(jià)技術(shù)體系，為科學(xué)、合理、有序推進(jìn)草地保護(hù)修復(fù)工作、改善草地生態(tài)環(huán)境狀況、推進(jìn)生態(tài)文明和美麗中國建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

1 草地健康與退化概念辨析

“草地健康”和“草地退化”是反映草地生態(tài)狀況的常用術(shù)語，多數(shù)學(xué)者將其常常作為一對(duì)反義詞使用。事實(shí)上，草地健康和草地退化并不是相對(duì)的概念，而是反映了不同的語境和涵義。一般而言，健康是指事物在某一時(shí)段所處的狀態(tài)，與之相對(duì)的反義詞應(yīng)為病態(tài)；而退化是指事物在某一時(shí)段變化的過程，與之相對(duì)的反義詞為恢復(fù)。對(duì)于草地健康和草地退化的區(qū)別與聯(lián)系，需從二者的釋義加以理解。

1.1 草地健康

“草地健康”一詞最早朔源于1949 年美國環(huán)境倫理學(xué)家Leopold 在《沙鄉(xiāng)年鑒》一書[15]中提出的“土地健康(land health)”，即土地系統(tǒng)跟人體或有機(jī)體一樣都存在健康問題。但是，這一概念并未在當(dāng)時(shí)引起足夠的重視。這一時(shí)期，草地學(xué)家根據(jù)Clements 的生態(tài)演替理論，提出了草原基況(range condition)評(píng)價(jià)的觀點(diǎn)，根據(jù)某一地境當(dāng)前的植被組成和生產(chǎn)力與該地境所確定的頂極植物群落的相似程度，將該草原基況評(píng)為極好、好、中等或差的等級(jí)[16]。20 世紀(jì)60 年代，美國的草原學(xué)家們進(jìn)一步發(fā)展這一評(píng)價(jià)體系，加入了生態(tài)基況(ecological conditions)和價(jià)值(values)的內(nèi)容[17]。

1994 年，美國國家研究委員會(huì)(National Research Council，NRC) 在《草原健康-草原分類調(diào)查監(jiān)測的新方法》中提出了草原健康的定義，即草原生態(tài)系統(tǒng)的土壤、植被、水、空氣以及生態(tài)過程的完整性得到平衡和持續(xù)的程度[18]，具體而言就是Rappor 等[19]指出的生態(tài)系統(tǒng)基況偏離參照生態(tài)系統(tǒng)(頂極植物群落) 的程度或狀態(tài)，可以分為，健康(healthy)，草原提供價(jià)值和產(chǎn)品的能力得到保持；危險(xiǎn)(at risk)，草原具有不斷增加的但可逆轉(zhuǎn)的退化潛力；不健康(unhealthy)，草原退化已導(dǎo)致其提供價(jià)值和產(chǎn)品的能力發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的損失。

2008 年，任繼周主編的《草業(yè)大辭典》將草地健康定義為草地健康又稱草原健康，即草原生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和功能正常的狀態(tài)[20]。草地健康受生物因素(植物、動(dòng)物、微生物)、非生物因素(大氣、土壤、位點(diǎn)) 和社會(huì)因素(生產(chǎn)、生活、科技) 綜合制約，是衡量草地質(zhì)量的首要指標(biāo)，也是草地能否持續(xù)發(fā)展的唯一評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，一般可以分為健康閾、警戒閾、不健康閾和崩潰閾4 個(gè)等級(jí)。

綜合國內(nèi)外相關(guān)定義，可以將草地健康的定義概括為，草地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能所處的健康狀態(tài)，具體表現(xiàn)為土壤、植被、水和空氣等生物和非生物要素的結(jié)構(gòu)完整性、生態(tài)學(xué)過程的平衡狀態(tài)及其可維持程度。草地健康通常用來表示草地的某種特定功能和作用，如維持養(yǎng)分循環(huán)。健康的草地能夠保持生態(tài)平衡，維持物種多樣性，同時(shí)給草地畜牧業(yè)生產(chǎn)提供持續(xù)的支撐能力。

1.2 草地退化

草地退化一詞則要溯源于1916 年美國生態(tài)學(xué)家Clements 提出了單元頂極演替理論，認(rèn)為自然狀態(tài)下植物群落演替的最終結(jié)果是與氣候相適應(yīng)的單一頂極狀態(tài)，但是干擾活動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致植物群落逆行(退化) 演替到早期的某個(gè)階段[21]。按照這個(gè)理論，世界上大多數(shù)的草地都受到不同程度的干擾(家畜放牧、野生動(dòng)物采食、火燒等)，所以理應(yīng)處于“退化”狀態(tài)。20 世紀(jì)30 年代，美國生態(tài)學(xué)家Tansley提出了多元頂極演替理論，認(rèn)為某一植物群落在某種生境中基本穩(wěn)定、能夠自行繁殖并結(jié)束其演替過程，就可以看作頂極群落，除氣候頂極終點(diǎn)，可能還有土壤頂極、地形頂極、火燒頂極、動(dòng)物(放牧)頂極[22]。1975 年，美國生態(tài)學(xué)家Whittaker 提出了生態(tài)演替的頂極格局理論，認(rèn)為在一個(gè)區(qū)域內(nèi)多元頂極群落呈現(xiàn)連續(xù)變化的格局[23]。

2008 年，任繼周主編的《草業(yè)大辭典》將草地退化定義為草原退化，具體指因自然原因或人為原因?qū)е虏莸厣鷳B(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能衰退的現(xiàn)象，出現(xiàn)草原生態(tài)系統(tǒng)逆行演替、生產(chǎn)力下降的過程，具體可體現(xiàn)在植被、土壤和家畜等方面，如植被蓋度、高度降低，植物種數(shù)和優(yōu)良牧草減少，毒雜草增加，生產(chǎn)力降低，土壤和基質(zhì)破壞，沙化、鹽堿化、石漠化，水土流失，畜產(chǎn)品的生產(chǎn)力和品質(zhì)降低等。長時(shí)間、大范圍的草地退化，不僅引起草地生產(chǎn)力的下降，還造成生態(tài)環(huán)境惡化和對(duì)人類生存與發(fā)展的威脅。

綜合國內(nèi)外相關(guān)定義，可以將草地退化的定義概括為，在不利自然因素和人類活動(dòng)的影響下，草地生態(tài)環(huán)境惡化，草地牧草生物產(chǎn)量降低，品質(zhì)下降，草地利用性能降低，甚至失去利用價(jià)值的過程。

2 參照系統(tǒng)與評(píng)價(jià)指標(biāo)

草地健康狀況與人體健康狀況一樣，需要有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和方法來診斷，這就需要選擇參照系統(tǒng)和指標(biāo)體系進(jìn)行評(píng)價(jià)。草地退化反映草地健康狀況惡化的過程，則同樣需要參照系統(tǒng)和指標(biāo)體系進(jìn)行分析。

2.1 參照系統(tǒng)選擇

參照系統(tǒng)是用于草地健康狀況和退化程度診斷的基準(zhǔn)，所以一般選擇理想狀態(tài)下的草地基況，即具有頂極植物群落或者接近于頂極植物群落、能夠體現(xiàn)一個(gè)特定區(qū)域最優(yōu)健康狀況的草地生態(tài)系統(tǒng)。選擇參照系統(tǒng)的具體方法包括：

1) 優(yōu)先選擇評(píng)價(jià)區(qū)周邊水熱條件相近的草地類自然保護(hù)地的合理利用示范區(qū)、草畜平衡或圍欄封育示范區(qū)的典型樣地。

2) 評(píng)價(jià)區(qū)周邊沒有草地類自然保護(hù)地、草畜平衡或圍欄封育示范區(qū)，選擇 20 世紀(jì)80 年代初、中期全國首次草地資源調(diào)查所得的、與評(píng)價(jià)區(qū)具有相同草地類型的典型樣地。

3) 如果評(píng)價(jià)區(qū)周邊沒有草地類自然保護(hù)地、草畜平衡或圍欄封育示范區(qū)，又缺乏 20 世紀(jì)80 年代初、中期全國首次草地資源調(diào)查，則采用正式出版的20 世紀(jì)80 年代初、中期全國草地首次調(diào)查資料編寫的各省、市、自治區(qū)草地資源專著或文獻(xiàn)中相同草地類型的典型樣地。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇

草地退化不僅包括植被的退化演替過程，而且包括土壤環(huán)境的惡化過程，因此選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)充分考慮植被和土壤環(huán)境變化的綜合結(jié)果。

2.2.1 植被指標(biāo)

地上生物量。草地植被生長旺季的地上生物量綜合反映了植被的整體狀況，其變化狀態(tài)可以表征植被健康程度。地上生物量包括草本植物生物量及木本植物當(dāng)年嫩枝葉的產(chǎn)量，具體采用地面調(diào)查和衛(wèi)星遙感監(jiān)測兩種途徑獲得。

植被蓋度。草地植被生長旺季的蓋度也能綜合反映植被的整體狀況，其變化狀態(tài)也可以直接表征植被健康程度。植被蓋度具體指植物群落地上部分的垂直投影面積與樣方面積之比的百分?jǐn)?shù)，可以采用地面監(jiān)測和遙感技術(shù)獲取。

頂極植物群落優(yōu)勢植物生物量。頂極植物群落優(yōu)勢種對(duì)植物群落結(jié)構(gòu)和功能的維持作用最大，其生物量變化狀態(tài)可以直接反映植被健康程度，該指標(biāo)可以通過地面樣方調(diào)查獲得。

地下(根系)生物量。植物根系是養(yǎng)分吸收、支持地上部分生長的主要器官，其變化狀態(tài)可以表征植被健康程度。地下生物量的測定可以與地上生物量同步進(jìn)行，主要通過植物群落全根系采集獲得。

2.2.2 土壤指標(biāo)

土壤容重。土壤容重是土壤的重要物理性狀，綜合反映了土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、緊實(shí)度等信息，其變化狀態(tài)可以表征土壤物理性狀的健康程度，具體用環(huán)刀法測定。

土壤有機(jī)質(zhì)和全氮。土壤有機(jī)質(zhì)和全氮是土壤的重要化學(xué)性狀，綜合反映了土壤養(yǎng)分循環(huán)和地力狀況，其變化狀態(tài)可以表征土壤化學(xué)性狀的健康程度，在草地植被調(diào)查的同時(shí)，采集樣地或樣方內(nèi)的土壤樣品，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行測定。

2.2.3 綜合指標(biāo)

裸地或裸斑。裸地或裸斑是外界干擾下草地植被生長受到嚴(yán)重抑制形成的斑塊，大尺度范圍內(nèi)(樣地或區(qū)域)的裸地或裸斑面積變化直接反映草地的整體健康程度。裸地或裸斑可以通過遙感影像獲取，并通過地面調(diào)查校驗(yàn)。

頂極植物群落優(yōu)勢種優(yōu)勢度。頂極植物群落優(yōu)勢種優(yōu)勢度綜合反映了氣候、土壤、植被等生境條件的變化，小尺度范圍內(nèi)(樣方)頂極植物群落優(yōu)勢種優(yōu)勢度變化可以反映草地的整體健康程度，可以解決大尺度范圍內(nèi)(樣地或區(qū)域)沒有發(fā)現(xiàn)裸地或裸斑、但植物群落已變化為先鋒植物群落的草地健康診斷問題。具體根據(jù)植物群落中各物種的相對(duì)高度、相對(duì)蓋度、相對(duì)頻度、相對(duì)密度、相對(duì)生物量，計(jì)算植物群落中各物種的優(yōu)勢度，計(jì)算方法如下：

式中：C′為相對(duì)蓋度，Ci為頂極植物群落優(yōu)勢種或共優(yōu)種的蓋度，C1為植物群落中所有種的蓋度之和；D′為相對(duì)密度，Di為頂極植物群落優(yōu)勢種或共優(yōu)種的密度，D1為植物群落中所有種的密度之和；F′為相對(duì)頻度，F(xiàn)i為頂極植物群落優(yōu)勢種或共優(yōu)種的頻度，F(xiàn)1為植物群落中所有種的頻度之和；H′為相對(duì)高度，Hi為頂極植物群落優(yōu)勢種或共優(yōu)種的高度，H1為植物群落中所有種的平均高度之和；W′為相對(duì)生物量，Wi為頂極植物群落優(yōu)勢種或共優(yōu)種的生物量，W1為植物群落中所有種的生物量之和；SDR為頂極植物群落優(yōu)勢種或共優(yōu)種的優(yōu)勢度。

2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重量化

評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重主要采用德爾菲專家評(píng)價(jià)法進(jìn)行量化，主要步驟：

編制專家評(píng)價(jià)表。按評(píng)價(jià)指標(biāo)的定義、必需的評(píng)分說明、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，繪制評(píng)分表。

分輪評(píng)審。一般需經(jīng)過4 輪專家咨詢進(jìn)行評(píng)審。第1 輪將項(xiàng)目評(píng)分表發(fā)給各位專家，讓他們根據(jù)自己的知識(shí)和對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象的認(rèn)知情況，得出評(píng)價(jià)結(jié)果。第2 輪收回評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理。將前輪的評(píng)價(jià)填寫在評(píng)價(jià)表中新增的“前輪結(jié)果”欄內(nèi)，再將新的評(píng)價(jià)表發(fā)出，讓各專家根據(jù)反饋信息，對(duì)自己的判斷做出調(diào)整，如果評(píng)價(jià)的結(jié)果和反饋的信息差距較大，應(yīng)敘述理由。第3 輪、第4 輪重復(fù)第2 輪的工作。

結(jié)果處理。在評(píng)價(jià)時(shí)，最終一次評(píng)審是綜合前幾次的反饋?zhàn)龀龅?，因此，最后一次評(píng)審最具真實(shí)性，在評(píng)價(jià)時(shí)一般以最后一次評(píng)審為主。公式及計(jì)算(以最后一輪評(píng)審分?jǐn)?shù)計(jì)算)：

式中：Kmi為第m個(gè)項(xiàng)目第i項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果；Pmij為第j位專家對(duì)第m個(gè)項(xiàng)目第i項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)分值；n為專家數(shù)。離散系數(shù)以Vi表示，則：

第i項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差以Si表示，則：

第j位專家對(duì)第m個(gè)項(xiàng)目所評(píng)分?jǐn)?shù)為Qmj，其中，h為評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)。

第m個(gè)項(xiàng)目最后所得分?jǐn)?shù)為qm，則：

3 草地健康評(píng)價(jià)

3.1 植被健康評(píng)價(jià)

3.1.1 單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)

將評(píng)價(jià)區(qū)植物群落的地上生物量、蓋度及優(yōu)勢植物產(chǎn)量等指標(biāo)與參照系統(tǒng)植被地上生物量、蓋度及頂極植物群落優(yōu)勢植物生物量相比( ΔR)，得出草地植被健康狀況并進(jìn)行量化分級(jí)(表1)。

表1 植被健康評(píng)價(jià)單項(xiàng)指標(biāo)及分級(jí)Table 1 Indicators and grades for vegetation health assessment

各項(xiàng)指標(biāo)的相對(duì)減少率計(jì)算方法：

ΔR=(R0-Ri)/R0。

式中： ΔR為植被單項(xiàng)指標(biāo)的相對(duì)減少率，R0為參照系統(tǒng)植被單項(xiàng)指標(biāo)值，Ri為評(píng)價(jià)區(qū)植被單項(xiàng)指標(biāo)值。

3.1.2 綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)

將評(píng)價(jià)區(qū)與參照系統(tǒng)的植被地上生物量、蓋度及優(yōu)勢植物生物量的變化情況(相對(duì)減少率)根據(jù)分級(jí)進(jìn)行賦分(K 值) (表2)。根據(jù)德爾菲專家評(píng)價(jià)法，給出不同草地類型的各項(xiàng)土壤指標(biāo)的權(quán)重賦值(Q 值) (表3)。

表2 植被健康評(píng)價(jià)單項(xiàng)指標(biāo)賦分(K)Table 2 Assignments to individual indicators for vegetation health assessment (K)

表3 各類草地植被健康評(píng)價(jià)單項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重 (Q)Table 3 Weights to different types of grasslands for vegetation health assessment (Q)

根據(jù)各指標(biāo)K 值與Q 值進(jìn)行計(jì)算：

式中：GVHS為草地植被健康指數(shù)，Ki為草地植被健康指標(biāo)得分，Qi為草地植被健康指標(biāo)權(quán)重，i為草地植被健康單項(xiàng)指標(biāo)(1 為地上生物量的相對(duì)減少率，2 為植被蓋度的相對(duì)減少率，3 為優(yōu)勢植物生物量的相對(duì)減少率)，GVHS值為0～0.74 表示極不健康，0.75～1.49 表示不健康，1.50～2.24 表示亞健康，2.25～3.00 表示健康。

3.2 土壤健康評(píng)價(jià)

3.2.1 單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)

將評(píng)價(jià)區(qū)草地土壤容重、有機(jī)質(zhì)含量與全氮含量等指標(biāo)與參照系統(tǒng)草地土壤容重、有機(jī)質(zhì)含量與全氮含量相比( ΔR)，得出草地土壤健康狀況并進(jìn)行量化分級(jí)(表4)。

表4 土壤健康評(píng)價(jià)單項(xiàng)指標(biāo)及分級(jí)Table 4 Indicators and grades for soil health assessment

各項(xiàng)指標(biāo)的相對(duì)減少率計(jì)算方法：

ΔR=(R0-Ri)/R0。

式中： ΔR為土壤單項(xiàng)指標(biāo)的相對(duì)減少率，R0為參照系統(tǒng)土壤單項(xiàng)指標(biāo)值，Ri為評(píng)價(jià)區(qū)土壤單項(xiàng)指標(biāo)值。

3.2.2 綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)

將評(píng)價(jià)區(qū)與參照系統(tǒng)草地土壤容重、有機(jī)質(zhì)含量與全氮含量的變化情況(相對(duì)減少率)根據(jù)分級(jí)進(jìn)行賦分(K 值) (表5)。根據(jù)德爾菲專家評(píng)價(jià)法，給出不同草地類型的各項(xiàng)土壤指標(biāo)的權(quán)重賦值(Q 值)(表6)。

表5 土壤健康評(píng)價(jià)單項(xiàng)指標(biāo)賦分(K)Table 5 Assignments to individual indicators for soil health assessment (K)

表6 各類草地土壤健康評(píng)價(jià)單項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重(Q)Table 6 Weights to different types of grasslands for vegetation health assessment (Q)

根據(jù)各指標(biāo)K 值與Q 值進(jìn)行計(jì)算：

式中：GS HS為草地土壤健康指數(shù)，Ki為草地土壤健康指標(biāo)得分，Qi為草地土壤健康指標(biāo)權(quán)重值，i為草地土壤健康單項(xiàng)指標(biāo)(i= 4 為0—30 cm 土層土壤容重的增加率，i= 5 為0—30 cm 土層有機(jī)質(zhì)含量的減少率；i= 6 為0—30 cm土層全氮含量的減少率)。

GSHS值在0.00～0.74 表示極不健康，0.75～1.49表示不健康，1.50～2.24 表示亞健康，2.25～3.00 表示健康。

3.3 草地健康整體評(píng)價(jià)

第1 步，在樣地或區(qū)域尺度(1 hm2以上)，用遙感和無人機(jī)技術(shù)監(jiān)測評(píng)價(jià)區(qū)的裸地(裸斑)面積，與參照系統(tǒng)的裸地(裸斑)面積相比( ΔR)，得出大尺度草地生態(tài)狀況的整體情況(表7)。

表7 草地健康狀況整體評(píng)價(jià)Table 7 Overall assessment for grassland health

裸斑(裸地)相對(duì)增加率計(jì)算方法：

ΔR=(R0-Ri)/R0。式中： ΔR為 裸地(裸斑)的相對(duì)增加率；R0為參照系統(tǒng)裸地(裸斑)面積；Ri為評(píng)價(jià)區(qū)裸地(裸斑)面積。

第2 步，如果在樣地或區(qū)域等大尺度上遙感或無人機(jī)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)裸地面積增加率小于5%，則要進(jìn)行地面樣方調(diào)查，分析氣候、土壤、植被等生境條件變化后導(dǎo)致的植物群落組成變化，具體將參照系統(tǒng)的植物群落作為頂極植物群落，將其優(yōu)勢種或共優(yōu)種的優(yōu)勢度與評(píng)價(jià)區(qū)同種植物的優(yōu)勢度相比( ΔR)，得出小尺度草地生態(tài)狀況的整體情況(表7)。

頂極植物群落優(yōu)勢種或共優(yōu)種的優(yōu)勢度相對(duì)減少率計(jì)算方法：

ΔR=(R0-Ri)/R0。

式中： ΔR為頂極植物群落優(yōu)勢種或共優(yōu)種優(yōu)勢度的相對(duì)增加率，R0為參照系統(tǒng)頂極植物群落優(yōu)勢種或共優(yōu)種優(yōu)勢度，Ri為評(píng)價(jià)區(qū)頂極植物群落優(yōu)勢種或共優(yōu)種優(yōu)勢度。

4 草地退化/恢復(fù)評(píng)價(jià)

4.1 草地退化/恢復(fù)程度評(píng)價(jià)

4.1.1 植被退化/恢復(fù)程度評(píng)價(jià)

將評(píng)價(jià)區(qū)當(dāng)期和往期的植被健康指數(shù)進(jìn)行對(duì)比，通過植被健康指數(shù)的變化量反映草地植被退化或恢復(fù)程度(表8)。植被健康指數(shù)變化率計(jì)算公式：

表8 草地退化/恢復(fù)程度評(píng)價(jià)Table 8 Assessment of the extents of grassland degradation or restoration

ΔGVHS=GVHSr-GVHSp。

式中： ΔGVHS為植被健康指數(shù)變化量，GVHSr為當(dāng)期植被健康指數(shù)，GVHSp為往期植被健康指數(shù)。

4.1.2 土壤退化/恢復(fù)程度評(píng)價(jià)

將評(píng)價(jià)區(qū)當(dāng)期和往期的土壤健康指數(shù)進(jìn)行對(duì)比，通過土壤健康指數(shù)的變化量反映草地土壤退化或恢復(fù)程度(表8)。土壤健康指數(shù)變化率計(jì)算公式：

ΔGS HS=GS HSr-GS HSp。

式中： ΔGS HS為土壤健康指數(shù)變化量，GS HSr為當(dāng)期土壤健康指數(shù)，GS HSp為往期土壤健康指數(shù)。

4.1.3 草地退化/恢復(fù)程度整體評(píng)價(jià)

第1 步，在樣地或區(qū)域尺度(1 hm2以上)，將評(píng)價(jià)區(qū)當(dāng)期和往期的裸地(裸斑)面積比例進(jìn)行對(duì)比，通過裸地(裸斑)面積占比的變化量反映草地生態(tài)系統(tǒng)大尺度退化或恢復(fù)程度，具體分級(jí)結(jié)果如表8 所列。裸地(裸斑)面積變化計(jì)算：

ΔGBA=GBAr-GBAp。

式中： ΔGBA為草地裸地(裸斑) 面積占比變化量，GBAr為當(dāng)期草地裸地(裸斑) 面積占比，GBAp為往期草地裸地(裸斑)面積占比。

第2 步，如果前后連個(gè)時(shí)段的評(píng)價(jià)區(qū)裸地(裸斑)面積占比小于5%，則要進(jìn)行地面樣方調(diào)查，根據(jù)頂極植物群落優(yōu)勢種或或共優(yōu)種的優(yōu)勢度變化來反映草地生態(tài)系統(tǒng)小尺度退化或恢復(fù)程度，具體分級(jí)結(jié)果如表8 所列。頂極植物群落優(yōu)勢種或共優(yōu)種的優(yōu)勢度變化計(jì)算：

ΔSDR=SDRr-SDRp。

式中： ΔSDR為頂極植物群落優(yōu)勢種或共優(yōu)種的優(yōu)勢度變化量，SDRr為當(dāng)期頂極植物群落優(yōu)勢種或共優(yōu)種的優(yōu)勢度，SDRp為往期頂極植物群落優(yōu)勢種或共優(yōu)種的優(yōu)勢度。

4.2 草地退化/恢復(fù)速率評(píng)價(jià)

將評(píng)價(jià)區(qū)不同時(shí)段的草地健康狀進(jìn)行比較，可以反映草地植被、土壤和生態(tài)系統(tǒng)退化或恢復(fù)的速率，具體依據(jù)兩個(gè)時(shí)段的植被健康指數(shù)、土壤健康指數(shù)、生態(tài)整體狀況(大尺度或小尺度) 的變化快慢，反映草地退化速率。

植被退化/恢復(fù)速率評(píng)價(jià)。將評(píng)價(jià)區(qū)當(dāng)期和往期的植被健康指數(shù)變化量除以兩期間隔的長度(年)，則可以反映草地植被退化或恢復(fù)的速率(表9)，具體按下式計(jì)算：

表9 草地退化/恢復(fù)速率評(píng)價(jià)表Table 9 Evaluation of grassland degradatin / restoration

式中：rGVHS為植被健康變化速率， ΔGVHS為植被健康指數(shù)變化量， ΔY為兩期調(diào)查間隔年份。

土壤退化/恢復(fù)速率評(píng)價(jià)。將評(píng)價(jià)區(qū)當(dāng)期和往期的土壤健康指數(shù)變化量除以兩期間隔的長度(建議5 年為一個(gè)間隔)，則可以反映草地土壤退化或恢復(fù)的速率(表9)，具體按下式計(jì)算：

式中：rGS HS為土壤健康變化速率， ΔGS HS為土壤健康指數(shù)變化量， ΔY為為兩期調(diào)查間隔年份。

草地退化/恢復(fù)速率整體評(píng)價(jià)。第1 步，在樣地或區(qū)域尺度(1 hm2以上)，將評(píng)價(jià)區(qū)當(dāng)期和往期的裸地(裸斑) 占比變化量除以兩期間隔的長度(建議5 年為一個(gè)間隔)，則可以反映大尺度草地退化或恢復(fù)整體變化速率(表9)。裸地(裸斑)面積變化速率按下式計(jì)算：

式中：rGBA為 草地裸地(裸斑)變化速率， ΔGBA為草地裸地(裸斑)占比變化量， ΔY為為兩期調(diào)查間隔年份。

第2 步，如果前后兩個(gè)時(shí)段的評(píng)價(jià)區(qū)裸地(裸斑)面積占比小于5%，則要進(jìn)行地面樣方調(diào)查，將評(píng)價(jià)區(qū)當(dāng)期和往期的頂極植物群落優(yōu)勢種或共優(yōu)種優(yōu)勢度變化量除以兩期間隔的長度(建議5 年為一個(gè)間隔)，則可以反映小尺度草地退化或恢復(fù)整體變化速率(表9)。頂極植物群落優(yōu)勢種或共優(yōu)種的優(yōu)勢度變化速率計(jì)算：

式中：rSDR為頂極植物群落優(yōu)勢種或共優(yōu)種的優(yōu)勢度變化速率， ΔSDR為頂極植物群落優(yōu)勢種或共優(yōu)種的優(yōu)勢度變化量， ΔY為為兩期調(diào)查間隔年份。

5 結(jié)語

草地健康與草地退化是全球關(guān)注的熱點(diǎn)問題，也是我國生態(tài)文明建設(shè)的主要領(lǐng)域。但是，由于學(xué)界對(duì)草地健康和草地退化概念的理解偏差，造成草地健康與草地退化的評(píng)價(jià)理論和方法處于混沌狀態(tài)。由此提出了形色各異的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)，如《天然草地退化、沙化、鹽漬化的分級(jí)指標(biāo)》(GB19377—2003)、《草原健康狀況評(píng)價(jià)》(GB/T21439—2008)、《草地植被健康監(jiān)測評(píng)價(jià)方法》(NY/T3648—2020)、《川西北高寒草甸草地放牧退化分級(jí)》(DB51/T 1978—2015)、《高寒草原退化等級(jí)劃分》(DB63/T981—2011)。但是，這些標(biāo)準(zhǔn)并沒有考慮草地健康是狀態(tài)、草地退化是過程的事實(shí)，將兩者作為一個(gè)事物的正反兩面進(jìn)行同質(zhì)化處理，實(shí)際應(yīng)用中會(huì)造成結(jié)果的偏差和誤判。例如，我國自2000 年以來實(shí)行了大面積的生態(tài)工程建設(shè)項(xiàng)目，草原生態(tài)健康狀況整體向好發(fā)展。但是，由于現(xiàn)行的草地退化評(píng)價(jià)體系將草地健康狀況作為評(píng)判依據(jù)，造成多數(shù)草地仍處于退化(不健康或極不健康)狀態(tài)，這無形低估或誤判了生態(tài)恢復(fù)工程的作用效果。事實(shí)上，如果將生態(tài)工程實(shí)施前(如1999 年)的草地健康狀況與評(píng)價(jià)年(如2021 年)的草地健康狀況進(jìn)行對(duì)比，可以明顯得出草地健康狀況趨向好轉(zhuǎn)的結(jié)論。這就類似于病人的病情診斷，如果檢測指標(biāo)始終與正常值對(duì)比，可能一直處于病態(tài)(極不健康、不健康或亞健康)；如果將治療后和治療前的兩次檢測結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，則可以明確得出病情好轉(zhuǎn)(療效顯著)還是繼續(xù)惡化(療效較差)。因此，草地健康和草地退化的評(píng)價(jià)應(yīng)從狀態(tài)和過程兩個(gè)維度進(jìn)行，而不能將兩者作為同一事物的兩個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。本研究辨析了草地健康和草地退化概念的聯(lián)系與區(qū)別，并構(gòu)建了用于草地健康和草地退化評(píng)價(jià)的不同指標(biāo)體系，解決了長期固化的兩者定義和評(píng)價(jià)混淆不清的問題。

我國草地面積大、類型多、分布廣，且有國家公園、自然保護(hù)區(qū)等保護(hù)地以及傳統(tǒng)牧業(yè)生產(chǎn)區(qū)等不同功能區(qū)，因此草地得管理目標(biāo)多樣，導(dǎo)致不同學(xué)者或管理部門采用不同評(píng)價(jià)方法、不同評(píng)價(jià)指標(biāo)、不同測算體系量化草地健康和草地退化程度。但是，這些龐雜的評(píng)價(jià)體系導(dǎo)致草地健康或草地退化狀況的判定結(jié)果不一，無法科學(xué)指導(dǎo)專業(yè)化草地管理和保護(hù)修復(fù)工作。另外，我國不同類型的草地退化形式和后果不盡相同，草甸類草地退化主要表現(xiàn)為“裸斑化”“島嶼化”“毒雜草化”，草原類草地退化主要表現(xiàn)為土地沙化、植被蓋度下降、物種多樣性減少，但目前我國的草地健康或草地退化并未給出分類評(píng)價(jià)方法和權(quán)重賦值，無法客觀反映不同類型草地健康或草地退化的實(shí)際情況。本研究提出了草地健康和草地退化的分步評(píng)價(jià)方法，可以從遙感和地面調(diào)查實(shí)現(xiàn)大尺度和小尺度的精準(zhǔn)評(píng)價(jià)，提出簡明、清晰、可操作性強(qiáng)的草地健康和草地退化判斷標(biāo)準(zhǔn)，有助于解決我國草地健康診斷、草地退化預(yù)警及退化草地修復(fù)的管理需求問題。