高寒草甸健康評(píng)價(jià)方法的研究與應(yīng)用

李帥，花立民，楊思維

(1.四川開放大學(xué)，四川 成都 610000；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，國家林業(yè)草原高寒草地鼠害防控工程技術(shù)研究中心，甘肅 蘭州 730070 3.四川省草原科學(xué)研究院，青藏高原高寒草地生態(tài)修復(fù)工程技術(shù)研究中心/色達(dá)草地生態(tài)四川省野外科學(xué)觀測(cè)研究站，四川 成都 611731；4.畢節(jié)市畜牧獸醫(yī)科學(xué)研究所,四川 畢節(jié) 551700)

我國高寒草甸面積遼闊，約占全國草地總面積的22.1%，是面積最大的一個(gè)草地類型[1]。近些年由于氣候變暖，加上不合理的草地利用，導(dǎo)致高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重受損，草地健康水平日趨惡化，嚴(yán)重影響到高寒草甸區(qū)生態(tài)、生產(chǎn)安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[2]。草地健康狀況評(píng)價(jià)是判斷草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是否正常的重要手段。通過草地健康評(píng)價(jià)，可及時(shí)準(zhǔn)確地反映草地生態(tài)系統(tǒng)的變化，對(duì)于科學(xué)地管理草地，發(fā)展草地畜牧業(yè)以及保護(hù)生態(tài)都具有重要的指導(dǎo)意義。

國內(nèi)對(duì)于草地健康評(píng)價(jià)的研究起步較晚，草地健康概念傳入國內(nèi)之初，許多學(xué)者對(duì)此展開了具有一定研究價(jià)值的工作，為后續(xù)的研究奠定了理論基礎(chǔ)[3]。1997年，李博[4]在草地類型演替的基礎(chǔ)上，以輕度退化、中度退化、重度退化和極度退化4個(gè)等級(jí)權(quán)衡了草地退化水平，并根據(jù)不同的植被類型、地上生物量及植被覆蓋情況提出了中國北方草地退化分級(jí)指標(biāo)體系。2000年，任繼周[5]將基況加入到評(píng)價(jià)指數(shù)中，形成了CVOR綜合指數(shù)模型，更加全面地在評(píng)價(jià)草地健康狀況。2005年，高安社[6]對(duì)不同放牧強(qiáng)度下草原生態(tài)系統(tǒng)健康諸因子進(jìn)行分析研究，確立了7個(gè)健康指標(biāo)，即：草群產(chǎn)量、草群蓋度、建群種羊草地上凈生產(chǎn)量、5月凋落物量、土壤全磷、土壤有機(jī)質(zhì)、0～20 cm土壤中>0.05 mm沙礫含量倒數(shù)指標(biāo)。2008年，草地健康評(píng)價(jià)國家標(biāo)準(zhǔn)[7]選取水文、生物、土壤3大類12個(gè)具體的指標(biāo)。然而，其中有難以測(cè)定且過于專業(yè)的指標(biāo)，無法滿足基層草地管理者和牧民實(shí)際操作過程中的需要[8]。因此，有必要在高寒草甸區(qū)開發(fā)一種科學(xué)合理、快速準(zhǔn)確，且適用于基層人員實(shí)地操作的草地健康評(píng)價(jià)方法，為監(jiān)測(cè)草地健康狀況、保護(hù)和合理利用草地資源提供科學(xué)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)和理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)域概況

本研究試驗(yàn)地選址在甘肅省天祝縣抓喜秀龍鄉(xiāng)，位于青藏高原祁連山東段高寒草甸區(qū)。地理坐標(biāo)為N 37°11′，E 102°32′。該地平均海拔2 700～3 100 m，年均降水量416 mm，主要集中在7、8、9月，年蒸發(fā)量1 592 mm，無絕對(duì)無霜期，年均氣溫-0.1 ℃，7月和1月平均氣溫分別為12.7和-18.3 ℃，≥0 ℃的年積溫為1 380 ℃，植物生長期120～140 d。屬于大陸性高寒半濕潤山地氣候，土壤以亞高山黑鈣土、亞高山草甸土等為主。放牧方式為夏、冬季節(jié)性輪牧，以藏羊、藏牦牛為主[9]。該地區(qū)植物優(yōu)勢(shì)種為矮嵩草(Kobresiahumilis)、線葉嵩草(K.capillifolia)、草地早熟禾(Poapratensis)、珠芽蓼(Polygonumviviparum)、車前(Plantagoasiatica)等。其中有毒植物共計(jì)18科、32屬、61種，常見種為翻白委陵菜(Potentilladiscolor)、高山韭(Alliumsikkimense)、黃芪(Astragalusmembranaceus)、甘肅馬先蒿(Pediculariskansuensis)、唐松草(Thalictrumaquilegifolium)、烏頭(Aconitumcarmichaeli)、銀蓮花(Anemonecathayensis)、狼毒(Stellerachamaejasme)[10]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 樣地設(shè)置 在研究區(qū)內(nèi)選取5塊不同放牧強(qiáng)度的草地作為試驗(yàn)樣地。每個(gè)樣地面積均超過1 hm2，皆為二級(jí)階地。樣地依次標(biāo)記為A1、A2、A3、A4、A5，放牧強(qiáng)度從小至大依次為A3< A4

表1 樣地設(shè)計(jì)

1.2.2 篩選指標(biāo) 篩選指標(biāo)遵循代表性強(qiáng)、易獲取、相對(duì)重疊小、定性與定量指標(biāo)相結(jié)合、生態(tài)與生產(chǎn)功能相兼顧的原則[11-12]。最終篩選出總蓋度(coverage)、群落層片結(jié)構(gòu)(community layer structure)、風(fēng)蝕/水蝕(soil erosion)、總產(chǎn)量(total yield)、可食牧草比例(edible forage biomass)、新鼠丘/鼠洞密度(new mounds or holes)6項(xiàng)指標(biāo)[13-14]。其中，生態(tài)指標(biāo)包括總蓋度、群落層片結(jié)構(gòu)、風(fēng)蝕/水蝕3項(xiàng)指標(biāo)；生產(chǎn)指標(biāo)包括總產(chǎn)量、可食牧草比例、新鼠丘/鼠洞密度3項(xiàng)指標(biāo)。指標(biāo)中總蓋度、總產(chǎn)量、可食牧草比例為定量指標(biāo)；群落層片結(jié)構(gòu)、風(fēng)蝕/水蝕、新鼠丘/鼠洞密度為定性指標(biāo)。全部指標(biāo)都可通過目測(cè)、步測(cè)、干重排序法(Dry-Weight Rank，DWR)直接獲得[15]。由此，形成高寒草甸健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(圖1)。其中：B層為一級(jí)指標(biāo)層，包括生態(tài)指標(biāo)和生產(chǎn)指標(biāo)；C層為二級(jí)指標(biāo)層。

圖1 高寒草甸健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.2.3 指標(biāo)權(quán)重計(jì)算 為排除人為主觀因素影響指標(biāo)權(quán)重賦值，本研究采用層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)與數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法(Data Envelopment Analysis，DEA)相結(jié)合的方式計(jì)算高寒草甸健康評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合權(quán)重組[16-17]，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度法(Grey Relational Analysis，GRA)構(gòu)造最優(yōu)指標(biāo)集合模擬生態(tài)對(duì)照區(qū)，與對(duì)照相比趨勢(shì)相似程度最高的一組確定為最優(yōu)指標(biāo)權(quán)重。

(1)基于AHP法構(gòu)造判斷矩陣 構(gòu)造判斷矩陣是本層次與上層次因素之間相對(duì)重要性的比較。為了使決策判斷量化，本研究采用1～9標(biāo)度法。首先邀請(qǐng)?jiān)诟吆莸閰^(qū)從事科研、技術(shù)推廣和生產(chǎn)工作多年的9位專家對(duì)B層、C層指標(biāo)分別在層內(nèi)做1～9度指標(biāo)相對(duì)重要打分，打分規(guī)則為前一項(xiàng)與后一項(xiàng)指標(biāo)相比較：同等重要，其權(quán)重取1；稍重要取3；明顯重要取5；很重要取7；絕對(duì)重要取9。由此構(gòu)造出比較判斷矩陣：

A=(aij)n×n

(2)計(jì)算指標(biāo)權(quán)重值 本研究采用和法計(jì)算判斷矩陣的最大特征值及其對(duì)應(yīng)的特征向量。

(3)一致性檢驗(yàn) 比較判斷矩陣是通過專家組對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行比較得到的，憑經(jīng)驗(yàn)形成的矩陣與理論比較矩陣有誤差，為了降低這種誤差，計(jì)算比較矩陣的最大特征值λmax，并與階數(shù)n的相對(duì)誤差作為比較矩陣的一致性指標(biāo)，即CI。

①計(jì)算判斷矩陣的最大特征根λmax

②計(jì)算一致性指標(biāo)CI

③計(jì)算隨機(jī)一致性比率CR

(4)基于DEA法構(gòu)建C2R模型，可得到如下線性規(guī)劃模型：

V=(v1,v2,…,vs,…，vp)T

U=(u1,u2,…,ut,…，uq)T

(5)無量綱化處理 本研究所采用處理方法為線性比例法。求解上述線性規(guī)劃模型即可得到各指標(biāo)相應(yīng)的權(quán)重，將其進(jìn)行歸一化處理，最終可得到：

(6)計(jì)算綜合權(quán)重：

式中，Wi*為第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合權(quán)重，α為主觀偏好系數(shù)，1-α為客觀偏好系數(shù)，α∈[0,1]，α具體由決策者根據(jù)偏好給出，由此得出綜合權(quán)重組。

(7)基于AHP法和DEA法的GRA法分析模型確定最優(yōu)方案指標(biāo)集

最優(yōu)方案指標(biāo)集D0=(d01，d02，…，d0n)，式中d0j(j=1,2，…，n)為第j個(gè)指標(biāo)的最優(yōu)值。選定最優(yōu)指標(biāo)集后，可構(gòu)造矩陣G：

(8)指標(biāo)值的規(guī)范化處理 由于評(píng)價(jià)指標(biāo)量綱和數(shù)量級(jí)不同，因此不能直接進(jìn)行比較，需要對(duì)矩陣G進(jìn)行規(guī)范化處理，本文采用極值處理法得到矩陣H。

(9)關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣的確定 可得第i個(gè)方案的第j的指標(biāo)與第j個(gè)最優(yōu)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)εij：

式中，ρ為分辨系數(shù)，ρ∈[0,1]，一般ρ=0.5。由εij可得關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣E：

(10)灰色關(guān)聯(lián)度的確定 根據(jù)關(guān)聯(lián)系數(shù)行向量Ei和指標(biāo)權(quán)重向量Wi*，可求得各方案的關(guān)聯(lián)度Ri(i=1,2，…，m)。

關(guān)聯(lián)度Ri越大，方案集Di與最優(yōu)指標(biāo)集D0越接近，說明兩個(gè)因素變化趨勢(shì)相似程度越高，由此可得出最優(yōu)指標(biāo)權(quán)重組合，并將這一組合確定為高寒草甸健康評(píng)價(jià)方法最終指標(biāo)權(quán)重。

1.2.4 指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參照國家草地健康狀況評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[17]，所有指標(biāo)均采取百分制賦分。定量化指標(biāo)至少設(shè)置四級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，每一級(jí)都說明具體評(píng)分規(guī)則與得分標(biāo)準(zhǔn)；定性化指標(biāo)設(shè)置九級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，每一級(jí)之間相對(duì)重疊小，且無需實(shí)驗(yàn)室分析與計(jì)算，僅通過目測(cè)即可獲得指標(biāo)分值。

1.2.5 健康評(píng)價(jià)評(píng)分表 綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)、權(quán)重、分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)形成可視化評(píng)價(jià)評(píng)分表，共劃分四個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，詳見表2。

表2 健康評(píng)價(jià)等級(jí)表

評(píng)價(jià)最終總得分計(jì)算公式如下：

式中：s為指標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)打分；q為指標(biāo)綜合權(quán)重。

在鳶尾花數(shù)據(jù)集上用兩種處理多分類問題的方式，進(jìn)行比較研究，發(fā)現(xiàn)兩種方式的結(jié)果是一樣的，但當(dāng)數(shù)據(jù)集增大，類別增多時(shí)，用OVO方式處理多分類問題較為復(fù)雜，因?yàn)橐?xùn)練M(M-1)/2個(gè)分類器，也易在投票環(huán)節(jié)出現(xiàn)最多類票數(shù)相同情況,而用OVA方式去處理多分類問題，其分類器的個(gè)數(shù)在減少，但在訓(xùn)練模型的時(shí)候，正類數(shù)據(jù)與負(fù)類數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)不平衡情況，當(dāng)這種不平衡比例增大時(shí)，會(huì)影響分類的結(jié)果。因此，在一般情況下，兩種方式處理多分類問題，效果差不多，但兩種方法各有優(yōu)劣。在后一階段的工作中，看能否尋找一種結(jié)合兩者優(yōu)勢(shì)的方式去解決多分類問題。

2 結(jié)果與分析

2.1 健康評(píng)價(jià)指標(biāo)得分一致性檢驗(yàn)結(jié)果

將樣地A1-A5的6項(xiàng)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)依照指標(biāo)換算規(guī)則得到各項(xiàng)指標(biāo)評(píng)分(表3)。

表3 健康評(píng)價(jià)指標(biāo)得分

經(jīng)計(jì)算，生態(tài)層的一致性比率為0.037<0.1，生產(chǎn)層一致性比率為0.073<0.1，說明判斷矩陣A(C1)與A(C2)具有滿意的一致性。

2.2 基于AHP健康評(píng)價(jià)的指標(biāo)權(quán)重結(jié)果

依據(jù)9位專家打分，可得高寒草甸生態(tài)功能與生產(chǎn)功能的重要性比值為7∶3，且專家認(rèn)為C層中指標(biāo)重要性依次為：總蓋度>總產(chǎn)量>群落層片結(jié)果>風(fēng)蝕/水蝕>可食牧草比例>新鼠丘/鼠洞密度(表4)。

表4 AHP指標(biāo)權(quán)重值

2.3 基于DEA健康評(píng)價(jià)的指標(biāo)權(quán)重結(jié)果

健康評(píng)價(jià)的6項(xiàng)指標(biāo)中，總蓋度(u1)、群落層片結(jié)構(gòu)(u2)、總產(chǎn)量(u3)及可食牧草比例(u4)為取值越大越好的指標(biāo)，可作為輸出指標(biāo)；風(fēng)蝕/水蝕(v1)與新鼠丘/鼠洞密度(v2)為取值越小越好的指標(biāo)，可作為輸入指標(biāo)。在建立模型之前首先對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理，可得到矩陣B：

B=

針對(duì)方案A1，可建立如下模型：

max h1=u1+0.625u2+0.833u3+u4

s.t.0.750v1+v2-u1-0.625u2-0.833u3-u4≥0

v1+0.889v2-0.990u1-0.875u2-0.833u3-0.990u4≥0

0.875v1+0.778v2-0.896u1-u2-u3-0.980u4≥0

0.750v1+0.778v2-0.854u1-u2-0.750u3-0.960u4≥0

0.625v1+0.667v2-0.792u1-0.500u2-0.417u3-0.980u4≥0

0.750v1+v2=1

V=(v1，v2)T≥0

U=(u1，u2，u3，u4)T≥0

通過Excel的非線性GRG規(guī)劃求解，可得到DEA理論最優(yōu)解指標(biāo)權(quán)重值(表5)。

表5 DEA指標(biāo)權(quán)重值

2.4 健康評(píng)價(jià)綜合權(quán)重組結(jié)果

在確定綜合權(quán)重時(shí)，定義主觀偏好系數(shù)α=0.5，可得Wi*=αW+(1-α)Wi=0.5W+0.5Wi。

將AHP方法得到的指標(biāo)權(quán)重結(jié)果與DEA方法得到的最優(yōu)解各占0.5的比例得到指標(biāo)的綜合權(quán)重組(表6)。

表6 指標(biāo)綜合權(quán)重

2.5 灰色關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果

根據(jù)A1-A5樣地原始數(shù)據(jù)，篩選出各項(xiàng)指標(biāo)相對(duì)最優(yōu)值組成最優(yōu)方案指標(biāo)集，即蓋度96%，層片結(jié)構(gòu)8級(jí)，風(fēng)蝕/水蝕2級(jí)，總產(chǎn)量2 400 kg/hm2，可食牧草比例99%，新鼠丘/鼠洞密度1級(jí)，得到D0=(96，8，2，2400，99，1)，進(jìn)一步構(gòu)造出矩陣G：

采用極值法對(duì)矩陣G進(jìn)行規(guī)范化處理。健康評(píng)價(jià)的6項(xiàng)指標(biāo)中，總蓋度(C11)、群落層片結(jié)構(gòu)(C12)、總產(chǎn)量(C21)、可食牧草比例(C22)為取值越大越好的指標(biāo)，即為極大型指標(biāo)；風(fēng)蝕/水蝕(C13)、新鼠丘/鼠洞密度(C23)為取值越小越好的指標(biāo)，所以為極小型指標(biāo)。將不同指標(biāo)帶入不同的極值法公式中，得到標(biāo)準(zhǔn)化矩陣H：

H=

本研究將ρ定義為0.5。因此，求得第i個(gè)方案的第j的指標(biāo)與第j個(gè)最優(yōu)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)εij：

由εij可得關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣E：

由此可得A1-A5樣地灰色關(guān)聯(lián)度依次為：

2.6 高寒草甸A1-A5樣地健康評(píng)價(jià)結(jié)果

3 討論

草地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的研究最早起源于美國，美國學(xué)者Dyksterhuis等在1948年提出草地基況的概念，1949年進(jìn)一步提出了草地地境學(xué)說，將植被按照減少者、增加者、入侵者分組，進(jìn)行了草地基況評(píng)價(jià)。至今草地基況分類法仍是草地屬性評(píng)價(jià)的主要方法和標(biāo)準(zhǔn)。草地基況即草地當(dāng)前的狀況，強(qiáng)調(diào)當(dāng)前草地植物群落與歷史頂級(jí)或理想植物群落的植被組成、生產(chǎn)力等指標(biāo)進(jìn)行比較，根據(jù)其相似程度，將草地評(píng)價(jià)為四個(gè)等級(jí)，即“極好”“好”“中等”及“差”，隨著評(píng)價(jià)等級(jí)不斷下降，隨之采用相應(yīng)的管理措施。1999年8月國際生態(tài)系統(tǒng)健康大會(huì)討論了生態(tài)系統(tǒng)的健康診斷，決定采用美國生態(tài)學(xué)家Costanza(1992)和Rapport(1998)提出的VOR評(píng)價(jià)體系。活力(V)代表草地的功能，草地的能量輸入越多物質(zhì)循環(huán)越快活力就越高；組織力(O)是草地的結(jié)構(gòu)，草地的結(jié)構(gòu)越優(yōu)化就越健康；恢復(fù)力(R)是草地反彈回復(fù)的速率，彈性越大恢復(fù)力越強(qiáng)。根據(jù)這3項(xiàng)指標(biāo)，借助于系統(tǒng)測(cè)量和預(yù)測(cè)公式的運(yùn)算，求出健康指數(shù)HI= V×O×R。應(yīng)用健康指數(shù)，把草地生態(tài)系統(tǒng)劃分為4個(gè)時(shí)期：健康、警戒、不健康和崩潰，找出預(yù)警指標(biāo)及閾值。但這種評(píng)價(jià)體系可操作性差，只能進(jìn)行理論研究。

我國學(xué)者在草地退化與草地健康評(píng)價(jià)方面也做了大量的研究。李博[4]以植物種類組成、地上生物量與蓋度及土壤等指標(biāo)為基礎(chǔ)，擬定了中國北方草地退化分級(jí)指標(biāo)體系，并且劃分出了四個(gè)草地退化等級(jí)，即：輕度退化、中度退化、重度退化與極度退化。郝敦元等[18]、劉鐘齡等[19]對(duì)草地植被退化演替的進(jìn)程與診斷進(jìn)行了10 余年連續(xù)不斷的研究，取得了一系列的創(chuàng)造性成果。任繼周[5]以界面理論為指導(dǎo)，提出草地健康評(píng)價(jià)的4 種狀態(tài)和3項(xiàng)閾值，建立CVOR評(píng)價(jià)體系。侯扶江等[20]采用牧草生理低限(PLL)、生理上限(PUL)和再生長期(R期)長度/放牧期(G期)長度的比(R/G)等指標(biāo)，構(gòu)建了放牧草地健康評(píng)價(jià)的生理閾限雙因子法，并于 2004 年以阿拉善草地生態(tài)系統(tǒng)中的地理環(huán)境——牧草界面的關(guān)鍵生態(tài)過程為基礎(chǔ)，以任繼周提出的COVR指數(shù)評(píng)價(jià)思路為指導(dǎo)，建立了COVR綜合指數(shù)的計(jì)算模型和方法。

本研究致力服務(wù)于草地基層管理者和牧民，草地健康評(píng)價(jià)方法科學(xué)、快速、易操作是開發(fā)的初衷和落腳點(diǎn)。其中評(píng)價(jià)指標(biāo)如何篩選是決定評(píng)價(jià)方法是否具備科學(xué)性與可行性的前提。遙感技術(shù)、無人機(jī)等技術(shù)的興起，使草地調(diào)查方式與途徑發(fā)生變化，劉曉峰等[21]利用遙感影像獲取色達(dá)縣草地健康監(jiān)測(cè)模型，通過 GDI 將色達(dá)縣退化草地劃分為不退化、輕度、中度和重度退化 4 個(gè)等級(jí)。然而遙感技術(shù)專業(yè)性過強(qiáng)且成本偏高，不利于在牧民中推廣。目前，國內(nèi)多采用任繼周CVOR評(píng)價(jià)體系，該體系可相對(duì)全面地反映草地健康水平，但基況(C)有機(jī)質(zhì)的測(cè)定需在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成，嚴(yán)重制約了牧民的使用。綜上，將定性與定量指標(biāo)相結(jié)合，生態(tài)與生產(chǎn)功能兼顧，篩選出總蓋度、群落層片結(jié)構(gòu)、風(fēng)蝕/水蝕、總產(chǎn)量、可食牧草比例、新鼠丘/鼠洞密度6項(xiàng)指標(biāo)間接反映草地結(jié)構(gòu)完整性、功能穩(wěn)定性、系統(tǒng)持續(xù)性等方面，其中將風(fēng)蝕/水蝕作為草地基況土壤指標(biāo)。以上6項(xiàng)指標(biāo)均可在現(xiàn)場(chǎng)通過目測(cè)、步測(cè)、干重排序法(DWR法)獲得，其中DWR法為0.1 m2樣方快速監(jiān)測(cè)技術(shù)，牧民可自制樣方，僅需一次培訓(xùn)即可掌握使用方法[15]。

指標(biāo)權(quán)重關(guān)乎健康評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性與準(zhǔn)確性，為避免人為主觀因素影響指標(biāo)權(quán)重賦值，本研究結(jié)合層次分析法與數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法兩種方法計(jì)算得到指標(biāo)綜合權(quán)重組。運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度法可有效解決樣地?zé)o實(shí)際對(duì)照的問題。當(dāng)監(jiān)測(cè)不同樣地時(shí)，可從理論上快速建立空白對(duì)照，選擇關(guān)聯(lián)度最大的一組作為最優(yōu)指標(biāo)權(quán)重，結(jié)合樣地指標(biāo)監(jiān)測(cè)得分，可快速實(shí)現(xiàn)高寒草甸草地健康評(píng)價(jià)。通過對(duì)天?？h抓喜秀龍鄉(xiāng)實(shí)地評(píng)價(jià)，本方法可快速得出5塊樣地(A1-A5)健康評(píng)價(jià)結(jié)果為：A1亞健康(68分)、A2健康(80分)、A3亞健康(79分)、A4亞健康(74分)、A5警告(55分)，其結(jié)果符合中度放牧理論。

高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)十分復(fù)雜，本技術(shù)6項(xiàng)指標(biāo)具有一定代表性但不具有完整性，后續(xù)還需開發(fā)一些便于使用者實(shí)地監(jiān)測(cè)草地健康水平的指標(biāo)。為更好地開展草地健康評(píng)價(jià)研究，時(shí)空尺度的轉(zhuǎn)化與擴(kuò)展十分重要[22]。建議長期進(jìn)行健康評(píng)價(jià)，才能對(duì)現(xiàn)狀及其未來變化趨勢(shì)做出正確的評(píng)估。

4 結(jié)論

本研究研發(fā)的草地健康評(píng)分表便于基層草地管理者或牧民對(duì)擬監(jiān)測(cè)的高寒草甸健康狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)。

高寒草甸健康評(píng)分表——打分樣表

地區(qū)觀測(cè)人員時(shí)間草場(chǎng)面積GPS坐標(biāo)(緯度)(經(jīng)度)

1.總蓋度(4級(jí))(權(quán)重系數(shù)0.232)

第1級(jí)：蓋度落在100%～80%，對(duì)應(yīng)分值100～80分，蓋度每降低1%減1分

第2級(jí)：蓋度落在79%～60%，對(duì)應(yīng)分值79～60分，蓋度每降低1%減1分

第3級(jí)：蓋度落在59%～50%，對(duì)應(yīng)分值59～50分，蓋度每降低1%減1分。

第4級(jí)：蓋度落在50%以下(不包含50%)，對(duì)應(yīng)分值49～0分，蓋度每降低1%減1分。

2.群落層片結(jié)構(gòu)(9級(jí))(權(quán)重系數(shù)0.341)

夏場(chǎng)(對(duì)照)冬場(chǎng)(對(duì)照)陰坡平地陽坡 健康草地(5個(gè)層片結(jié)構(gòu)):1.高山柳、高山杜鵑(大型灌木)。2.錦雞兒、繡線菊、金露梅(小型灌木)。3.苔草、早熟禾、虎耳草。 4.珠芽蓼、銀蓮花、金蓮花、唐松草、野草莓。5.苔蘚(地被植物) 健康草地(4個(gè)層片結(jié)構(gòu)):1.金露梅2.披堿草、鵝觀草3.嵩草、苔草4.珠芽蓼、球花蒿、毛茛、乳漿大戟、火絨草、扁蓿豆、唐松草 健康草地(3個(gè)層片結(jié)構(gòu)): 1.禾本科、披堿草2.苔草、嵩草、珠芽蓼、球花蒿3.翻白委陵菜、扁蓿豆、唐松草、毛茛健康草地(3個(gè)層片結(jié)構(gòu)):1.賴草、洽草、針茅、扁穗冰草2.矮嵩草、苔草3.扁蓿豆、冷蒿、球花蒿 亞健康草地(3個(gè)層片結(jié)構(gòu)):表現(xiàn)為大型灌木消失,存在部分小灌木以金露梅為主。苔草減少,嵩草增加,火絨草出現(xiàn)。 亞健康草地(3個(gè)層片結(jié)構(gòu)):灌叢消失,狼毒出現(xiàn),嵩草增加,唐松草與扁蓿豆增加。 亞健康草地(2個(gè)層片結(jié)構(gòu)):嵩屬為主,扁蓿豆、火絨草出現(xiàn)。 亞健康草地(2個(gè)層片結(jié)構(gòu)):洽草及賴草為主要優(yōu)勢(shì)植物,冷蒿和嵩草也有所增加。 不健康草地(2個(gè)層片結(jié)構(gòu)):棘豆出現(xiàn)、嵩草減少,優(yōu)勢(shì)種以委陵菜、珠芽蓼為主。地被植物消失不見。有明顯水蝕溝出現(xiàn)。 不健康草地(2個(gè)層片結(jié)構(gòu)):矮嵩草、球花蒿為優(yōu)勢(shì)種。鳳毛菊等貼地植物出現(xiàn),火絨草低矮生長。 不健康草地(2個(gè)層片結(jié)構(gòu)):蘭石草、車前、鳳毛菊等植物增加。扁蓿豆、矮嵩草等為主要優(yōu)勢(shì)植物 不健康草地(2個(gè)層片結(jié)構(gòu)):賴草很少,異葉青蘭出現(xiàn)。醉馬草大量出現(xiàn)。狼毒、棘豆、乳白稥青、黃芪有所增加,毒草為主要優(yōu)勢(shì)種。

3.風(fēng)蝕或水蝕(9級(jí))(權(quán)重系數(shù)0.277)

第1-3級(jí)：沒有明顯風(fēng)蝕、水蝕溝，撥開草可細(xì)微發(fā)現(xiàn)，但地表沒有石礫出現(xiàn)在草地表面，對(duì)應(yīng)100、90、80分。

第4-5級(jí)：風(fēng)蝕、水蝕溝明顯但寬度、深度不超過10 cm，地表有明顯石礫暴露，直徑不超過10 cm，對(duì)應(yīng)70、60分。

第6-9級(jí)：風(fēng)蝕、水蝕溝非常明顯且寬度、深度超過10 cm，地表有明顯石礫暴露，直徑超過10 cm，對(duì)應(yīng)50、35、20、0分。

4.總產(chǎn)量(4級(jí))(權(quán)重系數(shù)0.103)

第1級(jí)：產(chǎn)量落在3 500 kg/hm2以上(不包含3 500 kg/hm2)，對(duì)應(yīng)分值100分。

第2級(jí)：產(chǎn)量落在3 500～2 600 kg/hm2，對(duì)應(yīng)分值98～80分，產(chǎn)量每降低100 kg/hm2減2分。

第3級(jí)：產(chǎn)量落在2 500～1 600 kg/hm2，對(duì)應(yīng)分值78～60分，產(chǎn)量每降低100 kg/hm2減2分。

第4級(jí)：產(chǎn)量落在1 500～600 kg/hm2，對(duì)應(yīng)分值59～50分，產(chǎn)量每降低100 kg/hm2減1分。

第5級(jí)：產(chǎn)量落在500 kg/hm2及以下，對(duì)應(yīng)分值49～0分，產(chǎn)量每降低100 kg/hm2減10分。

5.可食牧草比例(4級(jí))(權(quán)重系數(shù)0.037)

第1級(jí)：可食用牧草占總產(chǎn)草量的100%～80%，對(duì)應(yīng)分值100～80分，比例每降低1%減1分。

第2級(jí)：可食用牧草占總產(chǎn)草量的79%～60%，對(duì)應(yīng)分值79～60分，比例每降低1%減1分。

第3級(jí)：可食用牧草占總產(chǎn)草量的59%～50%，對(duì)應(yīng)分值59～50分，比例每降低1%減1分。

第4級(jí)：可食用牧草占總產(chǎn)草量的50%以下(不包含50%)，對(duì)應(yīng)分值49～0分，比例每降低1%減1分。

6.鼠丘情況(9級(jí))(權(quán)重系數(shù)0.011)

總得分計(jì)算公式:總得分Total Scores=∑6i=1s×q=s1×0.232+s2×0.341+s3×0.277+s4×0.103+s5×0.037+s6×0.011=TS1+TS2+TS3+TS4+TS5+TS6 (s:該指標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)打分;q:該指標(biāo)所對(duì)應(yīng)權(quán)重系數(shù);TS:該指標(biāo)對(duì)應(yīng)權(quán)重下得分)

健康評(píng)價(jià)100～80分79～60分59～50分50分以下健康亞健康警告崩潰臨界