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  世界林业研究  2012, Vol. 25 Issue (2): 29-33  
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引用本文  

李新平, 赵娟, 安雁. 植被退化评价研究展望[J]. 世界林业研究, 2012, 25(2): 29-33.
Li Xingping, Zhao Juan, An Yan. Prospect of Evaluation Study on Vegetation Degradation[J]. World Forestry Research, 2012, 25(2): 29-33.

基金项目

国家林业局948项目矿区植被退化监测技术引进

作者简介

李新平(1958-), 山西高平人, 研究员, 主要研究方向:森林生态学, E-mail:tylixinping@126.com

文章历史

收稿日期:2011-06-20
植被退化评价研究展望
李新平1 , 赵娟1 , 安雁2     
1. 山西省林业科学研究院, 太原 030012;
2. 山西大学黄土高原研究所, 太原 030006
摘要:植被退化关系到所处生态系统的稳定与演替进程。文中通过对近年来国内外关于植被退化研究的梳理筛选,从评价参照系统的确定、评价指标体系的建立、评价方法的确定等方面对植被退化评价研究进行综述,并预测和展望植被退化的研究方向。
关键词植被退化    评价方法    评价指标体系    
Prospect of Evaluation Study on Vegetation Degradation
Li Xingping1, Zhao Juan1, An Yan2     
1. Shanxi Academy of Forestry Sciences, Taiyuan 030012, China;
2. Institute of Loess Plateau, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
Abstract: Vegetation degradation is related to the stability and succession process of ecological systems. This paper combed and screened the recent national and international research on vegetation degradation, and discussed vegetation degradation research in terms of selection of reference ecosystem for evaluation, selection of evaluation index system and the selection of evaluation methods. At last, the direction of vegetation degradation research was predicted and prospected.
Key words: vegetation degradation    evaluation method    evaluation index system    

植被是生态系统中物质循环与能量流动的中枢, 其退化的发生与发展直接关系到所处生态系统的稳定与演替进程。恢复生态学研究的焦点问题众多, 其中生态系统退化不仅是关键问题, 也是基础问题。生态系统退化的界定以及退化程度的确定是退化生态系统恢复与重建的基础和前提[1-2]。本文对植被退化评价方法进行总结和探讨, 以期为我国植被退化区的恢复与重建提供理论依据及实践指导。

1 植被退化的概念

植物群落的有序更迭过程称为演替, 主要表现为优势种群的更替, 环境演变是植物群落演替的基础[3]。现代生态学观点认为, 一个地区植被的现状、发展、退化状态均与该地区受到的干扰密切相关[4-5]。从生态学角度来讲, 植被退化实质上是由于植物群落受到干扰而发生的植被逆向演替。一般而言, 当无外力干扰时, 演替过程顺应自然, 结构逐步趋于复杂, 最终形成功能相对稳定的生态系统[6]。逆向演替则是一个生态系统在超载干扰下的退化过程[7]

2 植被退化评价研究现状 2.1 评价参照系统的确定

综观国内外有关恢复生态学的研究, 人们对恢复目标的关注较多, 但是恢复的目标不能完全作为诊断退化程度的参照系统[8-9]。由于植被退化的相对性, 其参照系统的确定往往是评价退化程度的基础工作。通常来说, 发生退化的生态系统其物种构成和群落结构发生改变, 生物多样性锐减, 生境恶化, 生产力下降, 种间关系改变[10-13]。植被退化的相对性主要体现在它是相对于未退化或退化前的生态系统[8]。也有学者认为, 退化是相对顶级生态系统或顶级群落而言的[13]。所谓顶级生态系统是指和当地气候条件保持协调和平衡的群落, 是演替的终点, 在演替过程中没有受到人为干扰[14]。准确来讲, 植被退化的评价应以退化前生态系统作为参照系统。由于人们对退化前生态系统缺乏长期的定位监测和数据统计, 因此在实际操作中往往以邻近区域或自然条件基本一致的、几乎没有受到人为干扰的生态系统作为参照系统[2]

生态系统结构和功能随着时间的变化与周围环境的变化以及人为作用力密切相关。如图 1所示, E0为未发生退化时的生态系统, 功能和结构均处于较高水平上。当有干扰入侵后, 生态系统发生退化, 功能衰减、结构完整性降低, 直至目前存在的Ed。如果干扰继续存在, 生态系统有可能形成与干扰相平衡的生态系统, 也有可能发生继续退化。当消除干扰后, Ed有4个发展方向:一是经过长时间的原生演替, 逐步恢复生态系统的结构和功能; 二是经过修复后, 恢复部分功能和结构; 三是人为协助恢复, 完全恢复原有的功能和结构; 四是直接进行人工复垦, 替代原有生态系统, 在这种情况下可能会在短时间内即形成比原有生态系统结构更复杂、功能更完善的生态系统。

图 1 生态系统结构与功能随时间变化模式 (据杜晓军2003改绘)
T1为当前的时间, T0为过去的时间, T2T3为将来的时间, Ed为当前所处的生态系统, E0Ed退化前的生态系统, E1为当前一个受干扰极小的生态系统, E2E3为对应时间T2T3的功能和结构等同于E0的生态系统, 为存在干扰的演替过程, 为消除干扰后的演替过程。
2.2 评价指标体系的建立

一个完善的评价体系的建立离不开评价指标的选择。由于植被退化指标众多, 各项指标所反映的退化程度有别, 指标测定难度不同, 因此在植被退化评价指标的选择上应遵循以下一些原则:1)数据易测、易表达; 2)指标合理可靠; 3)指标敏感度高; 4)指标受干扰性小; 5)指标可比性强; 6)指标具有典型性和代表性[15]

2.2.1 植被退化常用指标

植被的退化分为结构退化和功能退化, 因此在指标的选择上也主要分为结构指标和功能指标。一般而言, 生态系统的退化直接导致群落组成及其结构发生变化, 生态系统结构是其状态的直接反映。生态系统结构指标是由指标体系中最直观的指标构成[10]。结构指标也是日常群落基底调查中常见的指标, 如植物组成、演替指示性植物、植被盖度、频度等。结构的变化势必会影响植被群落的功能发挥, 功能指标是植被退化评价的有益性指标。功能指标所涉及的内容和范围极广, 其中包括其生产功能、生态功能和社会功能等。

2.2.2 植被退化评价指标体系

国内外许多学者概括了建立退化评价体系的如下一些原则:生态系统整体性原则、指标的区域性原则、指标概括性原则、主要关系原则、动态性原则、定性指标与定量指标相结合原则、层次性原则等[16-21]。总的来说, 体系建立的核心原则是代表性原则和实用性原则[2]。植被退化的评价体系为金字塔形, 上一级指标主要是由下一级指标的测定值综合考量得出的。一级指标是数量指标、结构指标、功能指标和品质指标。二级指标中数量指标下设植被覆盖率、种类和面积等指标, 结构指标下设优势度、多样性指数、密度、盖度和丰富度等指标, 功能指标下设生产力、生态功能和社会功能等指标, 品质指标下设植被生长势和健康状况等指标。二级指标中没有具体化的指标还可继续下设具体测定指标。

2.3 植被退化评价方法的确定

植被退化评价可以分为单途径单因子、单途径多因子和多途径多因子等分析方法。

2.3.1 单途径单因子分析法

植被退化评价途径众多, 常见的有生物途径、生境途径、生态系统功能/服务途径、景观途径和生态过程途径等[2], 每种途径中又有许多评价因子。单途径单因子评价是指选择某一种途径当中的一种因子作为植被退化的研究指标, 例如就生物途径来说对指示生物(植物、动物和微生物)的讨论较多[22], 但指示植物和群落的指示性存在地方性和局限性[23]。樊胜岳以狼毒的盖度变化为依据对植被群落的退化程度进行了评价[19]。Benkob和Uresk通过主成分分析筛选出可以反映不同退化程度的植物, 建立了主要植物指数与植被退化程度之间的动态模型[19]。植物群落生物量及生产力是研究森林物质生产和群落养分动态的基础[24], 对研究植被退化程度的评价有很强的定性和定量作用。魏兴虎通过分析禁牧区与不同程度放牧区高原寒草甸生物量的差异对植被退化的程度进行了定量评价[25]。不同煤炭开采强度下, 土壤孔隙度有显著差异, 是研究土壤水分的基础, 对于评价植被演替动态有积极意义[26]。森林释氧量、固碳量以及公众对森林景观的美誉度都可以作为植被退化评价的因素。

单途径单因子评价法的指标性和指示性强, 操作简单, 但由于其评价指标单一, 而且单一因子往往有地域局限性, 易受其他因素干扰, 因此评价结果往往不够准确。

2.3.2 单途径多因子分析法

采用一种途径的多指标综合判断植被退化程度更为客观、准确。多因子评价方法有许多依托平台, 其中有基于植被层多指标的评价[27-30]、基于土壤理化性质的评价[31-34]、基于土壤微生物的评价[35-38]和基于土壤种子库的评价等[39]。例如, 从景观途径入手, 由于生态系统发生退化, 一般会在较大的尺度即景观尺度上有所表现[40]。Foman和Gordon通过表达景观组成的嵌块体(大小、形状、个数和构型)、廊道(结构和类型)、基质与网络等因子以及表达景观结构的因子如异质性、廊道和基质的构型、景观对比度等来判断退化的程度[41]。Sarama在印度Megha- laya邦的Jaintia山区研究煤炭开采对森林群落的影响中, 应用梯度分析方法对每个矿区的288块样地的地上植被生物多样性、生物量、群落结构和种群动态变化进行了系统化研究, 以评价植被的退化程度[42]

相对于单途径单因子评价法, 单途径多因子评价法引入了更多的同途径因子, 可以更全面地评价该途径下植被的退化程度。但由于同一途径下不同因子间的相关性强, 其变化趋势往往趋于一致, 在评价过程中存在系统性不强的缺点。

2.3.3 多途径多因子分析法

植被退化评价涉及面广, 各项指标相互交织, 仅通过简单几项指标来判定一个生态系统退化与否很难具有说服力, 因此需要将指标系统化, 充分考虑各个评价指标的权重, 综合判断。随着植被退化研究的深入和系统化, 越来越多的研究开始转向多途径多因子的系统化评价法。此外, 生态系统退化直接反映在系统结构和功能的变化上, 而且它们之间又是紧密联系、相辅相成的。有时系统功能的变化也会滞后于系统结构的变化[43-44], 如矿山开采前期引起的植物群落的结构变化在一段时间内仍能使其生态系统功能维持原有的状态。因此, 将结构与功能相结合的方法才能更客观科学地反映生态系统的状态。白中科在对平朔安太堡露天煤矿植被恢复的长期研究中, 从土壤质量、排土场景观结构、水土流失特征、野生植物入侵和土壤动物等生物途径、生境途径、景观途径和生态功能途径等数十个因子入手, 全面客观地对该地区进行了动态评价[45-49]。由于数量、结构、功能和品质等多个因子的引入, 评价时数学分析方法和数学模型的介入就非常关键。

上述对植被退化评价方法的划分不是绝对的, 各方法之间既相互独立又相互联系、相互交叉、相互补充。例如, 我们在研究某一个生态系统中某一特定物种(如建群种)的退化或演替的生态学问题时, 常会把该物种以外的其他物种甚至是非生命因子作为生境因子来考虑[50-51]

3 存在的问题及研究展望

目前, 在我国植被退化研究中还没有建立起一套完整的退化评价体系, 对植被退化状态缺乏系统的定量描述。植被退化具有很广的时间和空间范围, 退化原因的多样化导致了退化评价指标的多样化, 制定统一的退化评价体系有一定的困难。关于退化的研究更多的是在种群和群落水平上进行, 例如由于外界干扰在退化生态系统中引起的种间竞争关系和群落结构的改变等, 单纯针对植被退化的研究相对缺乏[52-55]。在植被退化评价方法上还有许多需要解决的问题, 例如各指标之间转化的可能性及方法、各指标在评价体系中的权重比例、评价指标测定的连续性和长期性以及评价方法的标准化建立等。

根据我国植被退化评价发展的现状和存在的问题, 今后应重点加强以下研究:1)进一步探索和完善植被退化评价指标体系; 2)尽快启动植被退化评价的标准化进程, 消除不同评价方法下退化程度判定的不一致; 3)传统方法与卫星遥感影像资料相结合的评价手段; 4)社会效益和生态效益指标的筛选及介入; 5)植被退化评价结果对植被恢复重建的指导性。

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