草甸草原放牧場(chǎng)退化定量評(píng)估指標(biāo)體系建立

閆瑞瑞，高娃，沈貝貝，張宇，王淼，朱曉昱,2，辛?xí)云?/p>

草甸草原放牧場(chǎng)退化定量評(píng)估指標(biāo)體系建立

1中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所/呼倫貝爾草原生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，北京 100081；2農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測(cè)所，天津 300191

內(nèi)蒙古草原是我國北方重要的天然生態(tài)屏障，其中草甸草原處于森林向草原過渡地帶，在我國溫性草甸草原是一種非常寶貴的自然再生資源。且內(nèi)蒙古草原在我國溫性草甸草原所占比例最大，其中大部分是放牧場(chǎng)。放牧是人類影響草地生態(tài)系統(tǒng)最主要的方式之一，過度的放牧?xí)?dǎo)致草原群落發(fā)生逆行演替，草地的生產(chǎn)性能不斷降低，從而限制了草地畜牧業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。【】全面準(zhǔn)確及時(shí)地評(píng)估放牧場(chǎng)退化狀況，為維護(hù)和促進(jìn)草地可持續(xù)利用提供支持。通過總結(jié)草地放牧場(chǎng)退化演替規(guī)律及驅(qū)動(dòng)機(jī)制，采用層次分析、專家調(diào)查以及比較矩陣分析方法，構(gòu)建了內(nèi)蒙古草甸草原放牧場(chǎng)退化指標(biāo)體系，包括地上生物量、蓋度、平均高度、植物種數(shù)、枯落物量、退化指示植物比例、土壤有機(jī)碳含量、土壤容重共8個(gè)指標(biāo)?；谠u(píng)估綜合指數(shù)模型的建立，提出對(duì)照基準(zhǔn)指標(biāo)的參數(shù)，利用定量評(píng)估的綜合指數(shù)反映草甸草原放牧場(chǎng)退化的整體狀況。同時(shí)，探討和研究了內(nèi)蒙古草甸草原放牧場(chǎng)退化定量評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建及其技術(shù)方法，以呼倫貝爾謝爾塔拉控制放牧試驗(yàn)為基礎(chǔ)，對(duì)該方法進(jìn)行了評(píng)估驗(yàn)證。研究得出內(nèi)蒙古草甸草原放牧場(chǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的8項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重由大到小依次為地上生物量、蓋度、平均高度、退化指示植物比例、植物種數(shù)、枯落物量、土壤有機(jī)碳含量、土壤容重增加比例。草甸草原退化分級(jí)可以分為未退化、輕度退化、中度退化、重度退化4個(gè)等級(jí)，當(dāng)放牧等于零或很輕的放牧狀態(tài)時(shí)草地屬于未退化草地范圍。當(dāng)放牧為90%以上時(shí)草原屬于重度退化草地范圍。基于上述研究，建議在今后的研究中進(jìn)行更長時(shí)期的探討，對(duì)基準(zhǔn)參考值做進(jìn)一步的完善和更新，對(duì)放牧場(chǎng)退化評(píng)估指標(biāo)體系更加完善和成熟有利，可以為放牧場(chǎng)退化定量評(píng)估提供依據(jù)。

草甸草原；放牧場(chǎng)退化；指標(biāo)篩選；定量評(píng)估

0 引言

【研究意義】溫性草甸草原生態(tài)系統(tǒng)是我國地帶性草地生態(tài)系統(tǒng)的重要類型之一，主要集中分布于內(nèi)蒙古大興安嶺東西兩麓。它以世界最好草地而著稱，構(gòu)成歐亞大陸草原生態(tài)系統(tǒng)最東部的生態(tài)屏障。據(jù)研究報(bào)道，內(nèi)蒙古草甸草原放牧場(chǎng)普遍存在不同程度退化現(xiàn)象，過度放牧或放牧利用不合理導(dǎo)致植物群落發(fā)生退化演替，引起生境旱化、土壤理化性質(zhì)惡化、土壤肥力降低、草地生產(chǎn)性能不斷降低，限制了草地畜牧業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展[1-3]。正確評(píng)價(jià)草甸草原放牧場(chǎng)退化狀況，是制定保護(hù)措施和管理的重要前提?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】目前尚未有針對(duì)內(nèi)蒙古草甸草原放牧場(chǎng)退化評(píng)估指標(biāo)體系的專門研究，但是與其相關(guān)的研究較多。許多學(xué)者對(duì)草地退化演替進(jìn)行了大量研究[4-7]，揭示了放牧對(duì)草地退化演替的影響[8]。有些學(xué)者以草甸草原放牧利用為研究對(duì)象，從不同角度揭示了生態(tài)學(xué)和草地學(xué)眾多指標(biāo)特征及其內(nèi)在聯(lián)系，以及放牧退化演替規(guī)律及機(jī)制[9-11]。這些草地放牧演替的基本理論和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，有利于了解草地放牧退化性質(zhì)及特征，為放牧場(chǎng)退化評(píng)估奠定基礎(chǔ)。劉興元等[12]關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能分類和貨幣化評(píng)估，奠定了生態(tài)服務(wù)功能及其價(jià)值評(píng)估方法與理論。隨之推動(dòng)了國內(nèi)外對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值評(píng)估研究[13-15]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】對(duì)于草地退化定量化評(píng)估而言，2003年我國農(nóng)業(yè)部頻發(fā)了GB 19377-2003，規(guī)定了天然草地退化、沙化、鹽漬化的分級(jí)和指標(biāo)，提出必須監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和輔助監(jiān)測(cè)項(xiàng)目以及評(píng)定退化的方法。XU等[16]2019年依據(jù)半干旱牧區(qū)天然打草場(chǎng)合理利用和清查研究，采用5級(jí)級(jí)差法及指標(biāo)閾值范圍，構(gòu)建了我國北方半干旱天然打草場(chǎng)退化分級(jí)的評(píng)估指標(biāo)體系。放牧場(chǎng)草地定量化評(píng)估指標(biāo)體系建立一直以來是草地學(xué)面臨的難題，需要進(jìn)一步研究。【擬解決的關(guān)鍵問題】本文基于內(nèi)蒙古草甸草原放牧系統(tǒng)，利用定量化評(píng)估指標(biāo)體系建立的原則和方法，從評(píng)估指標(biāo)篩選、指標(biāo)賦權(quán)、基準(zhǔn)指標(biāo)參數(shù)選擇、綜合指標(biāo)計(jì)算模型建立和綜合指標(biāo)指數(shù)分級(jí)等方面，研究和探討草甸草原放牧場(chǎng)退化指標(biāo)體系和評(píng)估方法，以期在草原利用和管理中為科學(xué)評(píng)判草甸草原放牧場(chǎng)退化程度提供技術(shù)手段。

1 評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建的思路與原則

以草地生態(tài)學(xué)及可持續(xù)發(fā)展理論為基礎(chǔ)，通過分析歷史資料和控制放牧試驗(yàn)研究，根據(jù)內(nèi)蒙古草甸草原生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其內(nèi)蒙古草甸草原放牧場(chǎng)退化特性，借鑒國內(nèi)外相關(guān)評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建的思路和方法，構(gòu)建反映草甸草原放牧場(chǎng)退化基本內(nèi)涵的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。通過總結(jié)相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立的原則[17-18]，提出內(nèi)蒙古草甸草原放牧場(chǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系應(yīng)遵循的原則：①定量化、易獲取原則，選擇指標(biāo)應(yīng)可測(cè)量、易于計(jì)算，指標(biāo)定義準(zhǔn)確清晰,數(shù)據(jù)來源可靠或權(quán)威。②操作性原則，構(gòu)建評(píng)估指標(biāo)體系要從實(shí)際服務(wù)出發(fā)，與經(jīng)濟(jì)、技術(shù)發(fā)展水平相適應(yīng)，為不同層次水平和不同專業(yè)的使用者之用，評(píng)估方法及過程，簡單、易于應(yīng)用和推廣。③主導(dǎo)性、代表性原則，影響放牧場(chǎng)植被和生境變化的評(píng)估因子十分復(fù)雜，限于現(xiàn)有條件，選擇其中主導(dǎo)作用強(qiáng)的指標(biāo)反映總體特征，以符合放牧場(chǎng)生產(chǎn)、生態(tài)安全為目標(biāo)，避免指標(biāo)重疊。④科學(xué)性原則，在科學(xué)的基礎(chǔ)上建立指標(biāo)體系，包括指標(biāo)權(quán)重、基準(zhǔn)指標(biāo)參數(shù)、指標(biāo)篩選以及綜合指標(biāo)計(jì)算模型等，必須以公認(rèn)的科學(xué)理論為依據(jù)，同時(shí)數(shù)據(jù)應(yīng)有連續(xù)性和可比性，確保評(píng)估指標(biāo)體系的科學(xué)性和合理性。

2 指標(biāo)的篩選方法

指標(biāo)的篩選在草甸草原放牧場(chǎng)退化評(píng)估指標(biāo)體系（圖1）中為基礎(chǔ)指標(biāo)（指標(biāo)層）的篩選，基礎(chǔ)指標(biāo)需要地面實(shí)測(cè)或其他手段來獲取。基礎(chǔ)指標(biāo)的篩選是在資料收集的基礎(chǔ)上，全面掌握內(nèi)蒙古草甸草原及其放牧場(chǎng)退化狀況的同時(shí)，采用頻度分析等方法首先進(jìn)行指標(biāo)的初選，再利用專家調(diào)查法和數(shù)學(xué)模型法對(duì)初選指標(biāo)進(jìn)一步優(yōu)化，進(jìn)而選擇出符合要求的基礎(chǔ)指標(biāo)。

2.1 基礎(chǔ)資料的收集

廣泛收集、調(diào)研國內(nèi)、外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、技術(shù)文獻(xiàn)等資料。針對(duì)草業(yè)生產(chǎn)中放牧場(chǎng)退化評(píng)價(jià)需求、收集了國內(nèi)外天然草地健康評(píng)價(jià)[19-20]、天然草地退化、沙化、鹽漬化的指標(biāo)分級(jí)[21]與放牧草場(chǎng)退化評(píng)價(jià)以及相關(guān)草地管理措施等文獻(xiàn)資料；收集了國家和各地區(qū)有關(guān)草地調(diào)查、監(jiān)測(cè)的技術(shù)手冊(cè)和相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，包括上世紀(jì)八十年代內(nèi)蒙古第一次統(tǒng)一草地調(diào)查數(shù)據(jù)集和內(nèi)蒙古草地資源編著[22]、2000年以來草原生態(tài)建設(shè)工程及生產(chǎn)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及監(jiān)測(cè)報(bào)告，以及中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所開展的草甸草原放牧控制試驗(yàn)以及國家重點(diǎn)研發(fā)“北方草甸草原退化草地治理技術(shù)與示范”等研究成果。收集查閱了林業(yè)資源評(píng)價(jià)、土地荒漠化評(píng)價(jià)[23-25]等不同行業(yè)相關(guān)文獻(xiàn)資料。這些資料為草甸草原放牧場(chǎng)退化評(píng)估指標(biāo)體系的研究提供了數(shù)據(jù)來源和可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

2.2 指標(biāo)的初選

指標(biāo)初選是對(duì)基礎(chǔ)指標(biāo)篩選范圍的確立。初選指標(biāo)重在指標(biāo)體系的全面性，可允許重復(fù)，為進(jìn)一步指標(biāo)優(yōu)化提供選擇的可能性。草地放牧場(chǎng)退化可理解為天然草地由于放牧干擾而引起的植物群落出現(xiàn)稀疏低矮、地上生物量減少、物種組成下降和土壤狀況變差及生境惡化現(xiàn)象。按定量評(píng)估指標(biāo)體系建立思路和原則，在查閱分析大量文獻(xiàn)和試驗(yàn)研究資料基礎(chǔ)上，參考草地監(jiān)測(cè)與管理實(shí)踐中經(jīng)常應(yīng)用的指標(biāo)，首先選擇那些使用頻度較高的指標(biāo)作為基礎(chǔ)指標(biāo)。在眾多指標(biāo)的分析和歸納過程中，發(fā)現(xiàn)使用頻度較高的指標(biāo)主要集中于草地植被、土壤性質(zhì)及其生態(tài)環(huán)境。草甸草原放牧場(chǎng)退化的本質(zhì)是草地生態(tài)系統(tǒng)的生物量和生產(chǎn)力及其復(fù)雜性下降，它包含了草地植被的長期減少和土壤性狀的衰退。然而草地及放牧場(chǎng)退化過程中，植被因素反應(yīng)最為敏感和直接，同時(shí)一定程度上影響到土壤性狀。當(dāng)放牧場(chǎng)植被和土壤發(fā)生退化演變時(shí)，必然影響到草地的生境及生態(tài)環(huán)境。因此，植被、土壤及其生態(tài)環(huán)境三大類可作為指標(biāo)體系的準(zhǔn)則層（圖1），符合草地放牧場(chǎng)退化特征的內(nèi)涵。

在大量文獻(xiàn)資料中，收集符合要求的大量指標(biāo)，并按植被、土壤、生態(tài)環(huán)境進(jìn)行歸類和指標(biāo)篩選。初選指標(biāo)范圍包括平均高度、地上生物量、蓋度、中型禾草（一般為優(yōu)良牧草）占比例、枯落物量、退化指示植物比例、裸斑、鹽堿斑比例、可食草種占總量比例、可食草種增加率、不可食草占總量比例、有害草占總量比例、土壤侵蝕模增加比例、鼠洞面積占草地面積比例、土層土壤容重增加比例、土層全氮含量減少比例、土壤含鹽量增加比例、有機(jī)質(zhì)含量減少比例、禾草類占比例、沙化指示植物增加比例、鹽漬化指示植物增加比例、土壤有機(jī)碳含量比例、植物種類，共22個(gè)指標(biāo)。

2.3 指標(biāo)的優(yōu)化

2.3.1 指標(biāo)比較判斷矩陣 采用層次分析法對(duì)22個(gè)初選指標(biāo)進(jìn)一步篩選和優(yōu)化。層次分析法（Analytic Hierarchy Process, AHP）是美國運(yùn)籌學(xué)家SSTTY等人提出的一種將定性與定量相結(jié)合多準(zhǔn)則分析測(cè)評(píng)方法[26]，被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域評(píng)估中。通過構(gòu)造層次分析的結(jié)構(gòu)，排列組合得到優(yōu)劣的次序是AHP的基本原理。在指標(biāo)選擇中，首先把指標(biāo)對(duì)象分層系列化，其次，是構(gòu)造判斷矩陣，主要依據(jù)常用的1—9標(biāo)度法來進(jìn)行判別。構(gòu)造的判斷矩陣做層次單排序和一次性檢驗(yàn)[26]。層次單排序原因是為了確定基礎(chǔ)指標(biāo)對(duì)整體指標(biāo)體系的影響程度[26]。因此，由12名專家根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)初選指標(biāo)進(jìn)行判斷打分。專家打分法是一種最適用、最簡單、且易于應(yīng)用的指標(biāo)選擇方法。然后將打分結(jié)果進(jìn)行匯總，將各指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較判斷，創(chuàng)建了矩陣（表1），計(jì)算出了最大特征根以及相對(duì)應(yīng)的特征向量，根據(jù)最終權(quán)重大?。ū?）選取該標(biāo)準(zhǔn)具有代表性的相關(guān)指標(biāo)。量化指標(biāo)重要性比較，范圍在1—9，所表示的為從同等重要到極端重要。重要數(shù)值的倒數(shù)表明相對(duì)不重要的程度，即1/9表示最不重要。同時(shí)要保持判斷的一致性和連續(xù)性。

圖1 草甸草原放牧場(chǎng)退化指標(biāo)體系的結(jié)構(gòu)

2.3.2 指標(biāo)權(quán)重計(jì)算與排序 利用最大特征值及其特征向量是反映專家調(diào)查法指標(biāo)判斷矩陣的指標(biāo)權(quán)重的大小順序。最大特征向量的計(jì)算是將判斷矩陣的每一列元素進(jìn)行歸一化處理，其元素一般項(xiàng)的公式為：

將每一列經(jīng)歸一化處理后的判斷矩陣按行相加：

對(duì)向量=(1,2,……W)

所求的特征向量的近似解為：=(1,2,……W)

通過最大特征向量的計(jì)算，結(jié)果得出指標(biāo)的權(quán)重

大小排序見表2。

2.3.3 指標(biāo)判斷矩陣一致性檢驗(yàn) 由于專家調(diào)查打分法確定權(quán)重具有一定的主觀性，為了衡量AHP方法得出的結(jié)果是否合理，需要對(duì)判別矩陣作一致性檢驗(yàn)，來對(duì)判斷矩陣的合理性進(jìn)行整體判別。判斷矩陣一致性檢驗(yàn)的值應(yīng)小于0.1[27]，判斷矩陣一致性檢驗(yàn)的步驟主要包括以下兩個(gè)過程：

（1）判斷矩陣最大特征根的計(jì)算：

為前面的比較矩陣，為前面已經(jīng)求出的特征根。

（2）判斷矩陣一致性指標(biāo)為(Consistency index)，計(jì)算公式：

得出=0.03，指標(biāo)的一致性通過，由此，表2指標(biāo)權(quán)重排序大小具有合理性。

2.4 指標(biāo)體系的結(jié)構(gòu)

依據(jù)表1 指標(biāo)權(quán)重大小排序，將指標(biāo)權(quán)重≥0.052的9個(gè)指標(biāo)作為備選指標(biāo)，對(duì)9個(gè)指標(biāo)再進(jìn)行篩選優(yōu)化，依據(jù)指標(biāo)盡可能不重疊，結(jié)合生態(tài)學(xué)和草地學(xué)及實(shí)際應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，最終篩選出代表性和主導(dǎo)性的8個(gè)指標(biāo)，其中植被指標(biāo)4個(gè)，土壤指標(biāo)2個(gè)，生態(tài)指標(biāo)2個(gè)。圖1為草甸草原放牧場(chǎng)退化指標(biāo)體系的結(jié)構(gòu)組成，包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層。

表1 專家調(diào)查法篩選指標(biāo)判斷矩陣

續(xù)表1 Continued table 1

表2 指標(biāo)的權(quán)重大小排序

植被狀況：包括地上部生物量、蓋度、平均高度、多年生物種數(shù)。地上現(xiàn)存量指單位面積多年生植物地上部分的干重；蓋度指植物地上部分垂直投影面積占地表面積的比例；平均高度指草群的平均自然高度；植物種數(shù)指單位面積多年生植物的數(shù)量。放牧場(chǎng)退化的重要標(biāo)志，首先是從地上部生物量、蓋度、平均高度、多年生物種數(shù)的減少和損失開始，它們是植物群落生態(tài)學(xué)研究的常用指標(biāo)，被廣泛應(yīng)用于草地植被退化的監(jiān)測(cè)和研究。

土壤狀況：土壤有機(jī)碳含量是指通過土壤中微生物的作用所形成的腐殖質(zhì)、動(dòng)植物殘?bào)w和微生物體的合稱，其中的碳元素含量就是土壤有機(jī)碳，是反映草地健康與土壤品質(zhì)和的重要指標(biāo)之一，且對(duì)草地群落的生產(chǎn)力和土壤肥力產(chǎn)生著直接的影響[28-29]。許多研究表明，土壤碳儲(chǔ)量與利用方式和管理策略具有顯著關(guān)系。放牧減少了碳素向土壤輸入而減少了土壤有機(jī)碳含量，通過植物生產(chǎn)、土壤微環(huán)境等途徑對(duì)土壤碳庫造成影響，過度放牧一般減少土壤有機(jī)碳含量而引起草地退化。土壤容重是指單位容積土壤的質(zhì)量，是反映土壤的堅(jiān)實(shí)度的指標(biāo)。土壤容重大小在一定程度上可以預(yù)警草地退化狀況，可以作為草地放牧退化的土壤因子的重要指標(biāo)。有關(guān)研究表明土壤容重與土壤孔隙度、滲透率密切相關(guān)，并可以反映土壤熟化程度和結(jié)構(gòu)。一般而言，隨放牧強(qiáng)度的增大，土壤容重增加，土壤的保水和持水能力下降。

生態(tài)狀況：退化指示植物指具有指示天然草地質(zhì)量下降的植物。草甸草原放牧場(chǎng)退化的常見指示植物一般包括冷蒿（）、糙隱子草（）、星毛委陵菜（）、二裂委陵菜（）、寸草苔（）、狼毒（）、披針葉黃華（）等。退化指標(biāo)植物比例是一個(gè)關(guān)鍵的預(yù)警指標(biāo)，表明草甸草原放牧地處于退化狀況，需要同時(shí)控制放牧強(qiáng)度和改變管理措施?？萋湮锪渴菃挝幻娣e地上立枯和地面凋落物的總量。通過枯枝落葉和陳舊腐爛枯落物在地面的覆蓋程度，可以判斷該生境的水分保持功能。枯落物量高分值意味著水分得到保持，條件有利于水分滲入土壤；低枯落物量分值意味著水分保持能力較差，生境土壤侵蝕加劇。

2.5 指標(biāo)的測(cè)定

2.5.1 指標(biāo)測(cè)定時(shí)間和樣地樣方布設(shè) 指標(biāo)測(cè)定時(shí)間為草原放牧結(jié)束的隔年，當(dāng)?shù)刂参锷L旺期，一般在7月20日至8月10日測(cè)定。樣地設(shè)置在有代表性的地段，每個(gè)樣地代表面積不小于100 hm2。采用定位、目視判斷和訪問調(diào)查方法進(jìn)行描述。樣方布設(shè)在樣地內(nèi)代表性地段設(shè)置樣線，沿樣線以50 m的間隔布設(shè)5—7 個(gè)樣方，樣方為1 m2。

2.5.2 指標(biāo)測(cè)定的方法 地上現(xiàn)存量：各樣方內(nèi)全部植物按退化指示植物、其他植物分別齊地面剪割，稱取鮮重，取500 g裝袋，鮮重不足500 g的應(yīng)全部收獲帶回，帶回的樣品經(jīng)65℃烘干24 h至恒重。按樣方數(shù)據(jù)計(jì)算樣地單位面積現(xiàn)存量干重。

蓋度：樣方內(nèi)分植物種用網(wǎng)格法估測(cè)1 m2樣方內(nèi)的植物地上部分垂直投影面積占單位面積的百分比。

平均高度：樣方內(nèi)測(cè)定從地面至草群頂部的自然高度，每個(gè)樣方內(nèi)隨機(jī)測(cè)定7—10次，計(jì)算平均值。

植物種數(shù)：樣方內(nèi)計(jì)數(shù)多年生植物，計(jì)算平均值。

枯落物量：收集各樣方內(nèi)全部枯落物，稱取鮮重，取500 g裝入袋內(nèi)，鮮重不足500 g的應(yīng)全部收獲帶回，帶回的樣品經(jīng)65℃烘干24 h至恒重。按樣方數(shù)據(jù)計(jì)算樣地單位面積枯落物干重。

退化指示植物比例：測(cè)定全部植物地上現(xiàn)存量，計(jì)算退化指示植物地上現(xiàn)存量占全部植物地上現(xiàn)存量的百分比。

土壤有機(jī)碳含量：選擇5個(gè)樣方，植物地上現(xiàn)存量剪割后，將取樣面修理平整，用土鉆按0—10 cm采集土壤有機(jī)碳樣品，重復(fù)采樣10次混合取500 g裝入自封袋。土壤有機(jī)碳含量測(cè)定按HJ 695-2014執(zhí)行。

土壤容重：按農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《土壤檢測(cè)第4部分：土壤容重的測(cè)定》進(jìn)行。

2.6 指標(biāo)的賦權(quán)

在草甸草原放牧退化綜合評(píng)價(jià)中，各指標(biāo)權(quán)重值的高低直接影響著綜合評(píng)價(jià)指數(shù)值大小及評(píng)價(jià)結(jié)果，科學(xué)地確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重在綜合評(píng)價(jià)中是非常重要。權(quán)重相互獨(dú)立地反映各指標(biāo)在不同方面的重要性，權(quán)重賦值主要考慮各指標(biāo)對(duì)放牧響應(yīng)的程度。在草甸草原放牧場(chǎng)退化狀況評(píng)價(jià)中，各指標(biāo)相對(duì)重要性主要從幾個(gè)方面來考察：一是各指標(biāo)對(duì)放牧響應(yīng)敏感性；二是指標(biāo)獨(dú)立性的大?。蝗侵笜?biāo)測(cè)定值獲取的主觀性大?。凰氖侵笜?biāo)參數(shù)的生態(tài)安全閾值。

各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定采用了專家調(diào)查、咨詢法的方法，充分收集專家的意見，使指標(biāo)賦權(quán)更科學(xué)、客觀、合理。收集了12位對(duì)天然草地資源和草甸草原放牧場(chǎng)生態(tài)系統(tǒng)有深入了解的專家意見，讓他們各自單獨(dú)對(duì)已經(jīng)確定的最終的8個(gè)指標(biāo)賦權(quán)值，再把專家意見匯集在一起，最后將每個(gè)指標(biāo)權(quán)數(shù)的平均值進(jìn)行計(jì)算。專家對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)賦權(quán)統(tǒng)計(jì)分析及匯總見表3。

表3 專家對(duì)各價(jià)指標(biāo)賦權(quán)分析及匯總

2.7 基準(zhǔn)指標(biāo)參數(shù)

基準(zhǔn)指標(biāo)是判斷是否退化的可參照指標(biāo)。理論上基準(zhǔn)指標(biāo)參數(shù)應(yīng)以同類草地的頂級(jí)作為基準(zhǔn)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。SAMPSON[26]將頂級(jí)與植物演替理論引入草地研究中，把生態(tài)演替的階段類型與不同類型植被草地的放牧價(jià)值聯(lián)系起來。1935年，TANSELY[30]發(fā)表觀點(diǎn)，放牧?xí)共莸厣鷳B(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)一個(gè)亞頂級(jí)，也就是在演替的過程中，由于放牧干擾導(dǎo)致草地植被群落停留在演替過程中的一個(gè)階段，若之后將放牧干擾移除，演替還可以在這個(gè)階段繼續(xù)按照原來的演替方向進(jìn)行。DYSTERHUIS[31]則認(rèn)為一種草地類型只會(huì)包含一個(gè)穩(wěn)態(tài)，可以通過對(duì)由于不合理的、過度的放牧導(dǎo)致逆行演替的草地進(jìn)行適當(dāng)管理（包括減輕或者禁止放牧等）來使草地得到恢復(fù)，另外草地的退化和恢復(fù)是途徑相同、放牧相反的過程。這是近幾年研究關(guān)于放牧草地工作的理論基礎(chǔ)[2, 32]。然而，在草地監(jiān)測(cè)工作中，目前頂級(jí)草地難以尋求，因此，基準(zhǔn)指標(biāo)采用歷史調(diào)查或研究資料，選取草地未退化或接近原生狀況出現(xiàn)過的指標(biāo)最大值，作為評(píng)估基準(zhǔn)指標(biāo)的參考最大值。指標(biāo)參考最大值作為退化評(píng)價(jià)和監(jiān)測(cè)的基準(zhǔn)參數(shù)，為不同退化程度的草地提供了比較的基礎(chǔ)。因此，基準(zhǔn)指標(biāo)參考最大值的數(shù)據(jù)來源，采用內(nèi)蒙古20世紀(jì)60年代和80年代草地研究和調(diào)查資料、自然保護(hù)區(qū)及科學(xué)研究試驗(yàn)區(qū)資料等。草甸草原放牧退化定量評(píng)估指標(biāo)參考最大值（表4）。

3 草地退化評(píng)估

3.1 評(píng)估綜合指數(shù)模型

3.1.1 指標(biāo)歸一化處理 為了消除不同指標(biāo)間量綱的差異，需要對(duì)指標(biāo)值作標(biāo)準(zhǔn)化處理，將不同量綱的指標(biāo)通過適當(dāng)?shù)淖儞Q，為無量綱的標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)。

表4 草甸草原放牧退化定量評(píng)估指標(biāo)參考最大值

指標(biāo)歸一化處理：歸一化后的指標(biāo)=歸一化前指標(biāo)×歸一化系數(shù)。其中：歸一化系數(shù)=100/Axn，n=1,2,……,8。Axn為被計(jì)算指標(biāo)歸一化處理前的各指標(biāo)參考最大值。各指標(biāo)的Axn見本標(biāo)準(zhǔn)（表4）。

3.1.2 綜合指數(shù)模型 依據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)加權(quán)方法進(jìn)行指數(shù)綜合，加法合成一般適用于各評(píng)價(jià)指標(biāo)之間相對(duì)獨(dú)立的場(chǎng)合。草甸草原放牧退化定量評(píng)估的綜合指數(shù)按式（1）計(jì)算。

EI=0.2X1(100/AX1)+0.15X2(100/AX2)+0.15X3(100/AX3)+0.1X4(100/AX4)+0.1X5(100/AX5)+0.1[100-X6(100/AX6)]+0.1X7(100/AX7)+0.1[100-X8(100/AX8)] （1）

式中：EI—綜合指數(shù)；X1—地上現(xiàn)存量測(cè)定值；X2—蓋度測(cè)定值；X3—平均高度測(cè)定值；X4—多年生物種數(shù)；X5—枯落物量測(cè)定值；X6—退化指示植物比例；X7—土壤有機(jī)碳含量測(cè)定值；X8—土壤容重測(cè)定值；Axn—各指標(biāo)參考最大值（表1）。

3.2 退化程度分級(jí)

草甸草原退化程度分級(jí)的主要依據(jù)是通過國家重點(diǎn)研發(fā)“北方草甸退化草地治理技術(shù)與示范”項(xiàng)目試驗(yàn)相關(guān)研究成果進(jìn)行總結(jié)歸納，參考相關(guān)資料，綜合分析了草甸草原退化的植被和土壤的特征，確定了草甸草原退化程度的技術(shù)指標(biāo)及技術(shù)方法。評(píng)價(jià)指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)力求簡潔、準(zhǔn)確，可操作性強(qiáng)。評(píng)價(jià)的技術(shù)和方法，既要有前瞻性，也要考慮目前草原監(jiān)測(cè)和管理的技術(shù)水平。最終將草甸草原的退化程度劃分成四級(jí)，分別為未退化、輕度退化、中度退化、重度退化。退化程度分級(jí)，草甸草原放牧退化程度分級(jí)見表5。

3.3 評(píng)估指標(biāo)體系的驗(yàn)證

在內(nèi)蒙古呼倫貝爾草原生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測(cè)研究站進(jìn)行控制放牧試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)不放牧（0）為未退化；輕度放牧（23%—34%）為輕度退化；中度放牧（46%）為中度退化；重度放牧（69%—92%）為重度退化，草地退化程度隨著放牧強(qiáng)度的加重而增加已被許多人研究而證明。利用2013—2018年草甸草原放牧強(qiáng)度的野外調(diào)查67個(gè)樣地141個(gè)樣方資料，對(duì)指標(biāo)參數(shù)以及評(píng)估方法進(jìn)行精度檢驗(yàn)結(jié)，結(jié)果顯示正確率在91.17%。試驗(yàn)放牧強(qiáng)度與綜合指數(shù)相關(guān)性見圖2。當(dāng)放牧等于零或很輕的放牧狀態(tài)時(shí)，綜合指標(biāo)指數(shù)為50≤EI＜65，屬于未退化草地范圍。當(dāng)放牧在90% 以上時(shí)的放牧狀態(tài)，綜合指標(biāo)指數(shù)為EI＜35，屬于重度退化草地范圍。

表5 草甸草原放牧退化程度分級(jí)

圖2 試驗(yàn)放牧強(qiáng)度與綜合指數(shù)相關(guān)性

4 討論

依據(jù)內(nèi)蒙古草甸草原放牧場(chǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建的原則，基于頻度法確立了基礎(chǔ)指標(biāo)的范圍，經(jīng)計(jì)算得到一致性指標(biāo)，C.i.=0.03，均值小于0.10，表明所建判斷矩陣均具有滿意的一致性，其權(quán)重排序可以作為最終決策依據(jù)。依據(jù)研究結(jié)果看出，將指標(biāo)權(quán)重≥0.052的9個(gè)指標(biāo)作為備選指標(biāo)，其中可食草種占總量比例和土壤容重增加比例均=0.052，鑒于指標(biāo)篩選的代表性，征求有關(guān)專家的意見，認(rèn)為保留土壤容重增加比例為土壤狀況準(zhǔn)則層之一更加科學(xué)，故應(yīng)排除可食草種占總量比例指標(biāo)。研究結(jié)果得出內(nèi)蒙古草甸草原放牧場(chǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系應(yīng)包括8項(xiàng)，按著指標(biāo)權(quán)重由大到小依次為地上生物量、蓋度、平均高度、退化指示植物比例、植物種數(shù)、枯落物量、土壤有機(jī)碳含量、土壤容重增加比例（表2）。依據(jù)指標(biāo)的敏感性、獨(dú)立性、主觀性、生態(tài)安全閾值，采納了12位專家對(duì)指標(biāo)賦權(quán)值（表3）。評(píng)估指標(biāo)參考最大值（Axn）來源于歷史數(shù)據(jù)（表4）。采用綜合指數(shù)法，建立了內(nèi)蒙古草甸草原放牧退化定量評(píng)估的綜合指數(shù)計(jì)算公式（EI）。

經(jīng)相關(guān)數(shù)據(jù)的總結(jié)和歸納，將草甸草原退化分級(jí)為未退化、輕度退化、中度退化、重度退化四個(gè)等級(jí)（表5）。當(dāng)EI≥65時(shí)，為未退化，表明當(dāng)前的放牧水平和管理是一種肯定的，是可持續(xù)的；當(dāng)50≤EI＜65時(shí)，為輕度退化，說明放牧生產(chǎn)力和生態(tài)環(huán)境無明顯變化，可以自然恢復(fù)，實(shí)施合理放牧對(duì)策；當(dāng)35≤EI ＜50時(shí)，為中度退化，放牧生產(chǎn)力和生態(tài)環(huán)境發(fā)生明顯變化，自然恢復(fù)力弱，實(shí)施降低放牧強(qiáng)度的對(duì)策；當(dāng)EI＜35時(shí)，為重度退化，草地生產(chǎn)力和生態(tài)環(huán)境發(fā)生根本性變化，不能自然恢復(fù)，必須進(jìn)行重大的管理改進(jìn)，實(shí)施禁牧或培育對(duì)策。

5 結(jié)論

內(nèi)蒙古草甸草原放牧場(chǎng)退化定量評(píng)估指標(biāo)體系的精度檢驗(yàn)數(shù)據(jù)來源于放牧控制試驗(yàn)，正確率達(dá)到91.17%。該評(píng)估指標(biāo)體系應(yīng)具有一定的可操作性、合理性和科學(xué)性，為我國草甸草原放牧場(chǎng)退化評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建和區(qū)域各類草地放牧場(chǎng)退化評(píng)估體系的構(gòu)建奠定了重要基礎(chǔ)。

本研究雖然從理論和實(shí)踐層面上展開的，由于收集的歷史調(diào)查和科學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可能存在一定的局限性，需要在長期的探討和實(shí)踐研究中，對(duì)基準(zhǔn)參考值做進(jìn)一步的完善和更新。內(nèi)蒙古草甸草原放牧場(chǎng)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不同群落特征及其生態(tài)條件各異。因此，在今后的研究和應(yīng)用中，內(nèi)蒙古草甸草原放牧場(chǎng)退化評(píng)估指標(biāo)體系需要長期的實(shí)踐驗(yàn)證，有利于更加完善和成熟。

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Index System for Quantitative Evaluation of Pasture Degradation in Meadow Grassland of Inner Mongolia

1Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Hulunbeir Grassland Ecosystem Research Station, Beijing 100081;2Agro-Environmental Protection Institute, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Tianjin 300191

【】Inner Mongolia grassland is an important natural ecological barrier in northern China, among which meadow steppe is located in the transition zone from forest to grassland, and it is a very valuable natural renewable resource in China. The proportion of meadow grassland in Inner Mongolia is the largest in China,most of which are pastures. Grazing is one of the most important ways for human beings to affect grassland ecosystem. Excessive grazing will lead to retrograde succession of grassland community, and grassland production performance will be continuously reduced, thus limiting the stable development of grassland animal husbandry. 【】Comprehensive, accurate and timely assessment of pasture degradation is of great significance for maintaining and promoting sustainable grassland utilization. 【】In this study, the degradation succession law and driving mechanism of grassland pasture were summarized, and the degradation index system of grassland pasture in Inner Mongolia was established by using analytic hierarchy process (AHP), expert investigation and comparative matrix analysis methods, which included 8 indexes, such as aboveground biomass, coverage, average height, plant species, litter, proportion of degradation indicator plant, soil organic carbon content and soil bulk density. Based on the establishment of the comprehensive evaluation index model, the parameters of the reference index were put forward, and the comprehensive index of quantitative evaluation was used to reflect the overall situation of grassland degradation. At the same time, the quantitative evaluation index system of grassland degradation in Inner Mongolia and its technical method were discussed and studied. This method was evaluated and verified based on the controlled grazing experiment in Xeltala of Hulunbuir. 【】 The results showed that the weight of the eight indexes from the largest to the smallest in the evaluation index system of Inner Mongolia meadow steppe were aboveground biomass, coverage, average height, proportion of degraded plants, number of plant species, litter, soil organic carbon content, and proportion of soil bulk density increase. Meadow grassland degradation could be classified into four grades: non-degradation, mild degradation, moderate degradation and severe degradation. When the grazing was equal to zero or very light grazing, the grassland belonged to the scope of non-degraded grassland. When the grazing rate was above 90%, the grassland belonged to the range of severely degraded grassland. 【】It was suggested that a longer period of discussion should be carried out in the future research to further improve and update the benchmark reference value, which was conducive to the improvement and maturity of the evaluation index system of pasture degradation, and could provide a basis for quantitative assessment of pasture degradation.

meadow steppe; degradation of grazing land; index screening; quantitative evaluation

10.3864/j.issn.0578-1752.2021.15.017

2020-07-01；

2021-05-25

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFC0500601，2017YFE0104500）、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（31971769）、中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)（Y2020YJ19，1610132021016）、呼倫貝爾市科技計(jì)劃項(xiàng)目（YYYFHZ201903）、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)性長期性科技工作（NAES037SQ18）

閆瑞瑞，E-mail：yanruirui@caas.cn。通信作者辛?xí)云?，E-mail：xinxiaoping@caas.cn

（責(zé)任編輯 林鑒非）