中國西部退化草地對不同類型恢復(fù)措施響應(yīng)的Meta 分析

陳晨旭，張 力，趙 巍，葉 輝，謝紅霞，賴文欽

（1.九江學(xué)院旅游與地理學(xué)院，江西 九江 332000；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重實(shí)驗(yàn)室，陜西 楊凌712100；3.中國科學(xué)院水利部水土保持研究所，陜西 楊凌712100）

草地是一種地球上廣泛分布的陸地生態(tài)系統(tǒng)，生態(tài)系統(tǒng)功能和服務(wù)意義重大[1-2]。近年來，受氣候變化和人為因素的干擾，草地生態(tài)系統(tǒng)承受著巨大壓力[3-4]，目前中國約有90%的天然草地處于不同程度的退化狀態(tài)，其中嚴(yán)重退化草地占60% 以上[5]。草地退化不僅影響生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定性，也使生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值下降[6]。因此，遏制草地退化并通過生態(tài)治理與修復(fù)改善生態(tài)系統(tǒng)的功能和服務(wù)能力，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共生顯得尤為重要。

地域分異規(guī)律是國土空間生態(tài)修復(fù)的重要關(guān)注點(diǎn)，也是生態(tài)修復(fù)布局的理論基礎(chǔ)，生態(tài)修復(fù)布局包括時(shí)間和空間布局兩個(gè)方面[7]。多數(shù)文獻(xiàn)報(bào)道了具體的恢復(fù)措施(例如圍欄、補(bǔ)播、人工種草)在時(shí)間或空間尺度上對退化草地的影響[8-11]?？臻g研究方面，前人多將氣溫、降水等具有空間分異特性的因子和其他因子一起納入研究，空間特性凸顯不足[12-14]；時(shí)間研究方面，前人多關(guān)注恢復(fù)措施對退化草地的恢復(fù)效果隨時(shí)間的變化[15-18]，例如采用時(shí)間序列方法研究青藏高原4～18 年不同恢復(fù)時(shí)間的植被恢復(fù)的效果[19]，而對隨時(shí)間或修復(fù)階段變化恢復(fù)措施調(diào)整的必要性和可能性探索不足。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者對退化草地的恢復(fù)已進(jìn)行大量研究[20-22]，但多數(shù)試驗(yàn)之間相互獨(dú)立，草地恢復(fù)措施的具體效果和適用范圍還不確定。Meta 分析是一種定量評估統(tǒng)計(jì)方法，能夠整合研究多個(gè)同類研究結(jié)果，將涉及同一主題的獨(dú)立研究項(xiàng)目進(jìn)行系統(tǒng)評價(jià)，彌補(bǔ)單個(gè)研究的不足，提高效應(yīng)大小的總體估計(jì)能力[23]。也有學(xué)者運(yùn)用Meta 分析方法評估了青藏高原地區(qū)不同退化程度高寒草地的植物生產(chǎn)力、植物多樣性與土壤質(zhì)量對不同恢復(fù)措施的綜合響應(yīng)，但忽略了恢復(fù)年限與草地退化程度之間的動態(tài)變化以及恢復(fù)措施適宜性的空間變化[24]。鑒于此，本研究運(yùn)用Meta 分析，使用Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)、地上生物量，地下生物量、土壤有機(jī)碳4 個(gè)指標(biāo)，評估退化草地對不同類型恢復(fù)措施(自然恢復(fù)、人工輔助和生態(tài)工程)的響應(yīng)，探討1) 退化草地在不同恢復(fù)措施下恢復(fù)指標(biāo)的變化情況；2) 退化草地對恢復(fù)措施的響應(yīng)隨恢復(fù)時(shí)間和退化程度變化情況；3) 退化草地對恢復(fù)措施的響應(yīng)隨降水量變化情況，揭示草地恢復(fù)措施適宜性的時(shí)空變化，為退化草地的科學(xué)恢復(fù)提供依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與分析方法

1.1 數(shù)據(jù)收集

本研究數(shù)據(jù)來源于CNKI 數(shù)據(jù)庫，通過關(guān)鍵詞(包括：自然恢復(fù)、人工輔助、生態(tài)工程、圍欄封育、放牧管理、人工建植、引進(jìn)草種、退耕還草、退牧還草、灌草結(jié)合、草方格障、鼠害防治、滅毒雜草、劃破草地、補(bǔ)播、施肥、覆蓋、火燒、灌溉、輪牧、翻耕、圍封、澆水、打孔、刈割、禁牧)檢索2000 年至2022 年的相關(guān)文獻(xiàn)。檢索截止時(shí)間為2022 年3 月27日，共檢索出27 513 篇文獻(xiàn)。為了保證收集的數(shù)據(jù)能滿足Meta 分析(圖1)，需要對已收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，篩選標(biāo)準(zhǔn)如下：

圖1 Meta 分析技術(shù)路線圖Figure 1 Meta-analysis of grassland restoration and response

1)文獻(xiàn)必須是研究草地恢復(fù)，需提供恢復(fù)方法、植物生產(chǎn)力、物種多樣性以及土壤質(zhì)量相關(guān)變量的數(shù)據(jù)。

2)文獻(xiàn)必須提供恢復(fù)后的指標(biāo)即恢復(fù)措施對Shannon-Wiener 指數(shù)、地上生物量、地下生物量或者土壤有機(jī)碳變量的影響，必須同時(shí)包含以上4 個(gè)指標(biāo)中的3 個(gè)及其以上即可。

3)文獻(xiàn)還需要提供研究區(qū)的降水量、恢復(fù)時(shí)間、退化草地程度等信息。

4)文獻(xiàn)中必須包含對照組(退化草地) 和試驗(yàn)組(恢復(fù)草地)，必須提供對照組和試驗(yàn)組相關(guān)數(shù)據(jù)的樣本量、均值和標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation)或者標(biāo)準(zhǔn)誤(standard error)數(shù)據(jù)。

檢索文獻(xiàn)后通過對文獻(xiàn)的標(biāo)題、摘要、關(guān)鍵字和文獻(xiàn)內(nèi)容進(jìn)行評估和篩選。最后篩選出24 篇文獻(xiàn)符合標(biāo)準(zhǔn)，并使用GetData2.20 (http://getdata-graphdigitizer.com/)提取數(shù)據(jù)，或者將文獻(xiàn)中提取的數(shù)據(jù)通過計(jì)算獲得本文研究所需數(shù)據(jù)，總共收集到了133 組數(shù)據(jù)。

草地恢復(fù)效果評估通過對地上和地下部分生物量、土壤有機(jī)碳與物種多樣性(本文使用Shannon-Wiener 多樣性指數(shù))的變化進(jìn)行評估。使用Meta 分析方法，需要先對已收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類整合，針對不同研究土壤分層參差不齊，按照相應(yīng)公式依據(jù)土層厚度加權(quán)平均，獲得歸一化后土層(0—20 cm)的地下生物量和土壤碳均值數(shù)據(jù)[25]。本研究將不同的恢復(fù)措施分為自然恢復(fù)、人工輔助恢復(fù)以及生態(tài)工程3 大類[26]。草地退化程度依據(jù)天然草地退化、沙化、鹽漬化的分級指標(biāo)劃分為輕度退化、中度退化以及重度退化3 個(gè)等級[27]。研究區(qū)的氣候大區(qū)依據(jù)中國氣候區(qū)劃名稱與代碼劃分為半濕潤、半干旱、干旱3 個(gè)等級[28]?；謴?fù)時(shí)間分為小于2 年、2～5年以及大于5 年[25]。

1.2 Meta 分析

本研究通過定量綜合研究將若干獨(dú)立研究的統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)、地上和地下生物量和土壤有機(jī)碳等恢復(fù)指標(biāo)的效應(yīng)值來衡量不同措施對恢復(fù)草地的影響。效應(yīng)值以自然對數(shù)比(lnRR)來計(jì)算，公式如下：

式中：lnRR為效應(yīng)值，Xe為處理組的平均值，Xc為對照組的平均值。通過單個(gè)效應(yīng)值加權(quán)計(jì)算出若干研究的綜合效應(yīng)值lnRR++，若單個(gè)研究結(jié)果之間異質(zhì)性較弱，選取固定效應(yīng)模型計(jì)算lnRR++；反之，選擇隨機(jī)效應(yīng)模型。本文應(yīng)用P值及I2統(tǒng)計(jì)量檢測異質(zhì)性存在與否和異質(zhì)性程度。lnRR++的95%置信區(qū)間若全部大于0，說明該恢復(fù)指標(biāo)顯著增加；若全部小于 0，說明該恢復(fù)指標(biāo)顯著減少；若包含0，則恢復(fù)指標(biāo)無顯著變化。

所搜集的恢復(fù)指標(biāo)數(shù)據(jù)經(jīng)K-S (Kolmogorov-Smirnov)檢驗(yàn)結(jié)果表明均不服從正態(tài)分布(P＜ 0.05)，因此所有數(shù)據(jù)都是采用非參數(shù)估計(jì)方法(bootstrapping testn= 9 999)生成均值和設(shè)定95% 置信區(qū)間。通過下面公式把綜合效應(yīng)值轉(zhuǎn)化為百分?jǐn)?shù)(RR++，%)以便于直觀解釋。

使用 MetaWin 2.1 進(jìn)行Meta分析，SPSS 22.0 (SPSS,USA)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，Sigma-plot 14.0 (SYSTAT，USA)繪圖。

2 結(jié)果

2.1 退化草地對不同恢復(fù)措施的響應(yīng)

不同措施的草地恢復(fù)效果存在差異，相比人工輔助和生態(tài)工程，自然恢復(fù)的草地有更多指示恢復(fù)效果的指標(biāo)顯著增加(P＜ 0.05)，增幅更大(圖2)。自然恢復(fù)和人工輔助均能顯著增加地上和地下生物量，但增幅前者(49.80%、148.63%) 高于后者(39.92%、14.27%)，而且人工輔助顯著降低物種多樣性(8.29%)，其他指標(biāo)受二者影響不顯著(P＞ 0.05)。生態(tài)工程對草地物種多樣性、地上和地下生物量以及土壤有機(jī)碳無顯著影響(P＞ 0.05)。

圖2 不同恢復(fù)措施對退化草地的影響Figure 2 Effects of different restoration measures on degraded grasslands

2.2 不同恢復(fù)年限下退化草地對恢復(fù)措施的響應(yīng)

恢復(fù)時(shí)間影響草地的恢復(fù)效果，不同恢復(fù)年限的退化草地對恢復(fù)措施的響應(yīng)存在差異(圖3)?；謴?fù)期小于兩年，人工輔助顯著增加地上(47.09%)和地下生物量(14.10%)以及土壤有機(jī)碳(5.79%)同時(shí)顯著減少物種多樣性(4.02%) (P＜ 0.05)。自然恢復(fù)和生態(tài)工程分別顯著增加物種多樣性(33.15%)和土壤有機(jī)碳(10.92%)，二者對其余指標(biāo)無顯著影響(P＞0.05)；恢復(fù)期為2～5 年，人工輔助顯著增加地上生物量(35.64%)，對其余指標(biāo)無顯著影響，而自然恢復(fù)和生態(tài)工程，除生態(tài)工程顯著減少物種多樣性(16.84%)外，兩者對其他指標(biāo)影響均不顯著；恢復(fù)年限大于5 年，自然恢復(fù)顯著增加地上(101.17%)和地下生物量(1 221.69%)，其余指標(biāo)變化不顯著。人工輔助顯著增加地上生物量(33.20%) 同時(shí)顯著減少物種多樣性(12.65%)，生態(tài)工程顯著減少土壤有機(jī)碳(73.48%)，其余指標(biāo)受二者影響不顯著。綜上可知，物種多樣性等指標(biāo)，在恢復(fù)年限小于5 年時(shí)人工輔助下顯著增加最多增幅最大，而在恢復(fù)年限大于5 年時(shí)則為自然恢復(fù)。

圖3 不同恢復(fù)年限的草地對恢復(fù)措施的響應(yīng)Figure 3 Effects of different recovery years and restoration measures on degraded grasslands

2.3 不同退化程度下退化草地對恢復(fù)措施的響應(yīng)

研究表明不同退化程度的草地對不同恢復(fù)措施的響應(yīng)存在差異(圖4)。重度退化草地下，生態(tài)工程顯著增加地上(200.09%)和地下生物量(56.03%) (P＜0.05)，人工輔助顯著增加地上生物量(100.93%)，對其余指標(biāo)影響不顯著(P＞ 0.05)，自然恢復(fù)對各項(xiàng)指標(biāo)均無顯著影響；中度退化草地下，人工輔助顯著增加地上生物量(15.00%) 同時(shí)顯著減少物種多樣性(13.25%)，生態(tài)工程顯著減少地下生物量(51.45%)，對其余指標(biāo)影響不顯著，而自然恢復(fù)對各項(xiàng)指標(biāo)均無顯著影響；輕度退化草地下，自然恢復(fù)和人工輔助恢復(fù)均顯著增加地下生物量(266.82%、32.23%)，另外它們分別顯著增加物種多樣性(33.08%) 和地上生物量(83.27%)，其余指標(biāo)變化不顯著。由于輕度退化草地缺乏采用生態(tài)工程進(jìn)行修復(fù)的必要性，因此缺失生態(tài)工程對輕度退化草地的研究。綜上可知，物種多樣性等指標(biāo)，在重度、中度和輕度退化草地分別是生態(tài)工程、人工輔助和自然恢復(fù)及人工輔助顯著增加的數(shù)量最多，增幅最大。

圖4 不同退化程度的草地對恢復(fù)措施的響應(yīng)Figure 4 Responses of grasslands with different levels of degradation to restoration measures

2.4 不同降水區(qū)下退化草地對恢復(fù)措施的響應(yīng)

研究表明不同降水區(qū)的退化草地對恢復(fù)措施的響應(yīng)存在差異(圖5)。在半濕潤地區(qū)，人工輔助顯著增加地上生物量(32.72%)、地下生物量(81.00%)以及土壤有機(jī)碳(56.30%) (P＜ 0.05)。自然恢復(fù)顯著增加草地物種多樣性(40.45%)，生態(tài)工程顯著增加地上生物量(82.78%)同時(shí)顯著減少土壤有機(jī)碳(49.00%)，它們對其余指標(biāo)無顯著影響(P＞ 0.05)；在半干旱地區(qū)，自然恢復(fù)顯著增加地上(103.20%) 和地下生物量(273.86%)，對其余指標(biāo)影響不顯著。人工輔助顯著增加地上生物量(15.28%)和土壤有機(jī)碳(10.56%)同時(shí)顯著減少物種多樣性(11.58%)，生態(tài)工程顯著減少地上(48.57%)和地下生物量(53.68%)，二者對其余指標(biāo)影響不顯著；在干旱地區(qū)，生態(tài)工程和人工輔助均能顯著增加地上和地下生物量，但增幅前者(200.09%、56.39%) 高 于后者(63.56%、17.94%)，而且人工輔助顯著減少物種多樣性(5.18%)，其余指標(biāo)受二者影響不顯著。自然恢復(fù)顯著減少土壤有機(jī)碳(46.14%)，對其他指標(biāo)無顯著影響。綜上可知，物種多樣性等指標(biāo)，在半濕潤、半干旱和干旱地區(qū)分別是人工輔助、自然恢復(fù)和生態(tài)工程顯著增加的數(shù)量最多，增幅最大。

圖5 不同降水區(qū)下恢復(fù)措施對退化草地的影響Figure 5 Effects of different restoration measures on in different climatic zones

3 討論

3.1 恢復(fù)措施對退化草地的影響

雖然草地恢復(fù)有利于改善生態(tài)系統(tǒng)功能，但何種恢復(fù)措施更適宜尚存在爭議[29]。有研究發(fā)現(xiàn)人工輔助恢復(fù)效果優(yōu)于自然恢復(fù)，集中表現(xiàn)在土壤肥力、初級生產(chǎn)力等生態(tài)系統(tǒng)多功能性方面[30]，但也有研究表明自然恢復(fù)優(yōu)于人工輔助，其顯著增加植被生物量、物種多樣性以及土壤穩(wěn)定性，更有利于植被恢復(fù)[31]。本研究表明自然恢復(fù)優(yōu)于人工輔助，雖然二者均能顯著增加地上、地下生物量，但增幅前者高于后者，另外生態(tài)工程恢復(fù)效果不顯著(圖2)。自然恢復(fù)可以通過圍欄等方式排除放牧壓力，利用自身的自愈能力改善植被生長環(huán)境[32]，有助于地上生物量的增加和植物根系的生長，可顯著增加退化草地生物量。同時(shí)本研究發(fā)現(xiàn)，人工輔助和生態(tài)工程都會降低草地物種多樣性，前者降幅達(dá)到顯著水平(圖2)。與晏和飄等[24]基于Meta 分析定量評估不同退化程度草地的植物生產(chǎn)力、多樣性與土壤質(zhì)量的研究結(jié)果一致。這可能與人為干預(yù)有關(guān)，一方面作為人工輔助措施之一的補(bǔ)播，通過選擇生長快適應(yīng)性強(qiáng)的草種，導(dǎo)致該草快速占據(jù)上部生長空間抑制了其他植物的生長[33]；另一方面施肥雖然可以補(bǔ)充土壤元素為植被生長提供肥力，但也可能會打破植物地下資源競爭平衡以及加劇了地上光的競爭[34]。這將導(dǎo)致一些競爭力較弱的下層群落因缺少養(yǎng)分或光照，其密度下降甚至在植物群落中消失，從而減少物種多樣性[35]。另外，本研究發(fā)現(xiàn)一個(gè)特殊現(xiàn)象，雖然生態(tài)工程對所有草地恢復(fù)指標(biāo)影響均不顯著，但地上生物量對其為正響應(yīng)(33.87%)，物種多樣性、地下生物量以及土壤有機(jī)碳為負(fù)響應(yīng)(0.77%、32.00%、23.40%) (圖2)。這可能與生態(tài)工程的特性有關(guān)，生態(tài)工程一般適用于嚴(yán)重退化草地，通過選種、整地、播種、撫育管理等科學(xué)治理[36]，以完全的人工干預(yù)來遏制草地退化，雖然可以促進(jìn)草地植被生長，但以消耗地力為代價(jià)提高草地生產(chǎn)力[4]，而且種植作物多為一年生植物，與其他恢復(fù)方式中的植物群落相比，積累的地下根系相對較少[37]。

3.2 恢復(fù)措施的時(shí)間演變

恢復(fù)年限影響草地恢復(fù)效果，恢復(fù)措施的適宜性隨時(shí)間變化。有研究認(rèn)為一定恢復(fù)年限內(nèi)自然恢復(fù)和人工輔助均顯著提高植被生產(chǎn)力和土壤質(zhì)量[38]，但也有研究表明不同恢復(fù)年限自然恢復(fù)與人工輔助的恢復(fù)效果不同，人工輔助短期顯著提升草地生產(chǎn)力，而長期恢復(fù)效果不顯著甚至可能減少物種多樣性，相反，自然恢復(fù)短期的效果不顯著，而長期顯著增加植被生物量、多樣性以及土壤肥力[39]。本研究發(fā)現(xiàn)，恢復(fù)措施的適宜性隨時(shí)間發(fā)生變化，短期(小于5 年) 人工輔助對草地恢復(fù)的正作用更明顯，可增加草地生物量，甚至兩年內(nèi)即可顯著增加地上和地下生物量和土壤有機(jī)碳，而自然恢復(fù)的效果不顯著；長期(大于5 年)自然恢復(fù)的正作用更為明顯，可顯著增加草地生物量，人工輔助卻顯著減少物種多樣性(圖3)。這可能與人為干預(yù)有關(guān)，人工輔助通過施肥等措施增加土壤肥力或采用補(bǔ)播適宜性強(qiáng)的草種，短期內(nèi)可改善植被的生長環(huán)境，從而快速增加草地覆蓋度[40]。但人為選擇生長較快適應(yīng)性強(qiáng)的草種，長期恢復(fù)可能會使優(yōu)勢草種占據(jù)上部生長空間，進(jìn)而抑制其他植物的生長[4]。自然恢復(fù)措施通過排除干擾依靠草地的自愈能力進(jìn)行恢復(fù)，短期內(nèi)難以達(dá)到恢復(fù)效果[41-42]，而長期恢復(fù)有利于提高生物多樣性和生態(tài)完整性，進(jìn)而增加恢復(fù)草地的生態(tài)系統(tǒng)彈性[43]，促進(jìn)草地恢復(fù)的可持續(xù)性。因此，前期更適宜采用人工輔助進(jìn)行短期恢復(fù)，可快速增加草地覆蓋度，初步改善草地退化狀況，后期更適宜采用自然恢復(fù)進(jìn)行長期恢復(fù)，進(jìn)一步改善草地的生態(tài)系統(tǒng)，使退化草地全面可持續(xù)發(fā)展。蔣翔等[20]通過整合分析也發(fā)現(xiàn)短期人工恢復(fù)效果較明顯，可有效提高草地的恢復(fù)速度，長期自然恢復(fù)效果較好，能使草地恢復(fù)逐漸達(dá)到退化前的狀態(tài)。

理論上，隨著恢復(fù)時(shí)間的增加，草地的退化程度也發(fā)生相應(yīng)的改變，退化程度影響草地恢復(fù)效果，不同退化等級應(yīng)采用不同恢復(fù)措施。自然恢復(fù)是針對輕度退化草地，而生態(tài)工程是針對重度退化草地，隨著退化程度加劇，需要人工干預(yù)更多的恢復(fù)措施[35]。具體而言，自然恢復(fù)可顯著增加輕度退化草地的生物量和物種多樣性，對重度退化草地的恢復(fù)效果不顯著[25]，人工輔助在中、重度退化草地恢復(fù)效果較好，可顯著增加草地生物量同時(shí)會降低物種多樣性[44]。但也有研究表明中度退化草地人工輔助的恢復(fù)效果較好，可顯著增加生物量且對物種多樣性無影響[45]，重度退化草地生態(tài)工程恢復(fù)效果最好，能明顯增加草地的地上生物量和豐富度[46]。本研究發(fā)現(xiàn)，恢復(fù)措施的適宜性隨草地退化程度而改變，重度退化草地生態(tài)工程對草地恢復(fù)的正作用更為明顯，可顯著增加地上和地下生物量，中度退化草地人工輔助的正作用更為明顯，可顯著增加地上生物量，輕度退化草地自然恢復(fù)和人工輔助恢復(fù)效果均較好(圖4)?；謴?fù)初期，重度退化草地，原生植被和土壤種子庫消失殆盡，自然繁殖更新能力極低[47]，僅靠單一的自然恢復(fù)難以達(dá)到恢復(fù)效果。利用生態(tài)工程通過系統(tǒng)的科學(xué)治理，可以快速阻止植被和土壤環(huán)境進(jìn)一步惡化，實(shí)現(xiàn)草地的快速恢復(fù)[48]。恢復(fù)一段時(shí)間后，重度退化草地可能逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹卸韧嘶莸亍Ｖ脖粻顩r和土壤理化性質(zhì)惡化程度稍輕的中度退化草地，短期內(nèi)仍難以依靠草地自愈能力進(jìn)行恢復(fù)，需要補(bǔ)播和施肥等人工輔助措施幫助草地恢復(fù)，播種生長力強(qiáng)的草種和補(bǔ)充土壤中植被所需的營養(yǎng)元素[49]，從而繼續(xù)改善草地生長環(huán)境，加速草地恢復(fù)。隨著草地恢復(fù)時(shí)間的持續(xù)增加，有機(jī)會向輕度退化草地轉(zhuǎn)變。相比于其他退化程度的草地，輕度退化草地土壤養(yǎng)分較多，植被的生長環(huán)境較好[34]，因此輕度退化草地施行各類恢復(fù)措施均可有效促進(jìn)草地恢復(fù)。綜上所述，草地恢復(fù)應(yīng)因時(shí)制宜，隨恢復(fù)時(shí)間和恢復(fù)階段調(diào)整恢復(fù)措施，實(shí)現(xiàn)由恢復(fù)初期(重度退化)初步遏制草地進(jìn)一步退化，中期(中度退化)改善草地生長環(huán)境，后期(輕度退化)提高生物多樣性和生態(tài)完整性，促進(jìn)退化草地全面恢復(fù)轉(zhuǎn)變的理想狀態(tài)。

3.3 恢復(fù)措施的空間變化

地域分異規(guī)律是國土空間生態(tài)修復(fù)的重要關(guān)注點(diǎn)，也是生態(tài)修復(fù)布局的理論基礎(chǔ)[7]。降水是大多數(shù)陸生生態(tài)系統(tǒng)水分的主要來源，也是影響草地恢復(fù)的重要因素[50]。我國的降水具有空間變化特征，因此可以用氣候區(qū)來探討恢復(fù)措施適宜性的空間變化。本研究發(fā)現(xiàn)，半濕潤地區(qū)人工輔助對草地恢復(fù)的正作用更為明顯，可顯著增加草地生物量和土壤有機(jī)碳，半干旱地區(qū)自然恢復(fù)的正作用更為明顯，可顯著增加草地生物量，干旱地區(qū)生態(tài)工程的正作用更為明顯，可顯著增加地上和地下生物量(圖5)。原因可能是：1)半濕潤地區(qū)降水較多，提升了土壤中植物可利用的有效水分比例[51]，同時(shí)半濕潤區(qū)具有較快的根系周轉(zhuǎn)率，可向土壤中釋放了大量的營養(yǎng)元素[3]，采用施肥、補(bǔ)播、淺翻耕等人工輔助進(jìn)行有針對性的恢復(fù)，可快速提升草地生產(chǎn)力和增加土壤養(yǎng)分，有效促進(jìn)草地恢復(fù)。2)我國重要牧區(qū)大多位于半干旱地區(qū)，放牧是其主要的土地利用方式[52]，不合理的放牧可能是導(dǎo)致草原生態(tài)系統(tǒng)退化的主要原因，采用自然恢復(fù)排除放牧壓力，利用草地的自愈能力改善植被生長環(huán)境[53]，更有利于生態(tài)恢復(fù)。3)水分是干旱地區(qū)植被生長最主要的限制因素，降水不足使土壤水分逐漸減少甚至出現(xiàn)土壤干層，導(dǎo)致草種生長繁殖十分緩慢[54]，而生態(tài)工程通過選種、整地、播種、撫育管理等科學(xué)治理重建草地生態(tài)系統(tǒng)，為草地提供良好的生長環(huán)境[38]，從而有效促進(jìn)退化草地的恢復(fù)。

4 啟發(fā)與不足

通過了解退化草地對不同恢復(fù)措施的響應(yīng)以及恢復(fù)措施適宜性的時(shí)空變化，有助于提高草地的管理水平，因時(shí)制宜、因地制宜進(jìn)行草地恢復(fù)。目前，已有許多學(xué)者提出關(guān)于退化草地的恢復(fù)建議。例如，輕度沙化草地需采用圍欄封育等自然恢復(fù)，而重度沙化草地的生態(tài)恢復(fù)需采用植灌、種草結(jié)合的生態(tài)工程措施[55]，在半干旱和干旱地區(qū)需采用人工輔助和生態(tài)工程進(jìn)行草地恢復(fù)以改善土壤質(zhì)量和維持農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[56]。但草地恢復(fù)是一個(gè)動態(tài)變化的過程，不能忽略時(shí)間因素的影響。本研究發(fā)現(xiàn)，草地恢復(fù)適宜性措施短期為人工輔助，長期為自然恢復(fù)，重度、中度和輕度退化草地的適宜恢復(fù)措施分別為生態(tài)工程、人工輔助和自然恢復(fù)(圖3、圖4)。有必要從時(shí)間角度出發(fā)，注重草地恢復(fù)過程，關(guān)注隨恢復(fù)時(shí)間退化程度變化情況，并依據(jù)不同的恢復(fù)階段采用相應(yīng)的恢復(fù)方式，例如運(yùn)用漸進(jìn)式生態(tài)修復(fù)理論[45]，前期草地退化程度較高時(shí)采用人工輔助引導(dǎo)退化生態(tài)系統(tǒng)重新進(jìn)行組織，后期通過天然植被次生演替實(shí)現(xiàn)自然恢復(fù)的自我調(diào)節(jié)提高群落物種多樣性及抗干擾能力，有利于提升草地管理水平和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性恢復(fù)。

本研究雖然考慮了恢復(fù)年限和土壤屬性，但研究的退化草地恢復(fù)年限較短，土壤屬性也只研究了有機(jī)碳沒有研究其他土壤理化性質(zhì)，也沒有單獨(dú)研究氣溫、海拔等因素對恢復(fù)效果的影響。之后還需要收集更多的數(shù)據(jù)擴(kuò)大樣本量，考慮更多氣候環(huán)境因素和土壤性質(zhì)對草地恢復(fù)效果的長期響應(yīng)，以及對不同恢復(fù)措施下地上和地下的協(xié)調(diào)變化進(jìn)行深入的研究。此外，進(jìn)行草地恢復(fù)不僅僅需要恢復(fù)其生態(tài)功能也需要考慮生產(chǎn)功能，選擇適宜的恢復(fù)措施不僅要針對“地”，也需要考慮“人”，不僅需要因時(shí)因地掌握自然要素的演化機(jī)制，也需要理解區(qū)域發(fā)展和居民生活的需求[7]。之后可增加恢復(fù)草地初級生產(chǎn)力的數(shù)據(jù)，為未來深入研究恢復(fù)草地生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益的復(fù)合作用提供數(shù)據(jù)支撐，為我國草地恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

5 結(jié)論

草地恢復(fù)措施對于遏制草地退化以及改善生態(tài)系統(tǒng)功能具有重要意義，不同恢復(fù)措施對草地恢復(fù)的影響效果不同。在本研究中，通過Meta 分析研究了自然恢復(fù)、人工輔助和生態(tài)工程恢復(fù)下草地物種多樣性、地上和地下生物量以及土壤有機(jī)碳的變化特征，得到以下結(jié)論：整體而言，自然恢復(fù)顯著提高退化草地的地上和地下生物量，與人工輔助和生態(tài)工程相比，它對草地恢復(fù)的正作用更為明顯。同時(shí)恢復(fù)措施具有時(shí)間適宜性，草地退化程度也受時(shí)間因素影響。人工輔助和自然恢復(fù)分別在恢復(fù)5 年以內(nèi)和5 年以上具有更為明顯的正作用。重度、中度退化草地分別采用生態(tài)工程、人工輔助對草地恢復(fù)的正作用更為明顯，另外輕度退化草地由于退化程度低，采用自然恢復(fù)和人工輔助的恢復(fù)效果均較好。此外，草地恢復(fù)措施也具有空間適宜性。在半濕潤、半干旱及干旱地區(qū)進(jìn)行草地恢復(fù)，其正作用更為明顯的措施分別為人工輔助、自然恢復(fù)和生態(tài)工程。因此，在未來的草地恢復(fù)與管理過程中，需要因時(shí)制宜、因地制宜選擇草地恢復(fù)措施。