不同管理措施下高寒退化草地恢復效果評估

劉延斌，張典業，張永超，石明明，尚振艷，賀 磊，宗文杰，傅 華，牛得草

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不同管理措施下高寒退化草地恢復效果評估

劉延斌1，張典業1，張永超1，石明明1，尚振艷1，賀 磊1，宗文杰2，傅 華1，牛得草1※

（1. 草地農業生態系統國家重點實驗室，蘭州大學草地農業科技學院蘭州 730020； 2. 甘肅省瑪曲縣畜牧獸醫局，瑪曲 747300）

為了科學評估不同管理措施下退化高寒草地生態治理的綜合成效，該研究采用VOR及CVOR生態系統健康評價模型，對甘肅省瑪曲退化高寒草甸實施2a的圍封、劃破、施肥、補播和綜合措施等五種不同生態恢復措施，以及自由放牧下的草地生態系統健康狀況進行了評估。根據兩種模型測算結果，用VOR指數評價綜合生態恢復措施的效果大致為：綜合措施、施肥>劃破、補播、圍封>放牧，用CVOR指數評價綜合生態恢復措施的效果：綜合措施>劃破>施肥、補播、圍封>放牧。綜合措施在2種評價體系下均顯著優于各單一處理措施，實施2a后其CVOR數值處于健康范圍，高達0.917，且放牧導致高寒草甸生態系統健康趨于警戒水平，健康指數值為0.572。結果表明，VOR及CVOR指數模型應用于生態恢復管理措施的效果評價，可反映出不同措施實施后的具體量化效果，可進行更廣泛適用。在退化嚴重亟需生態恢復的草地，可通過綜合生態恢復措施的實施，以達到全面迅速恢復草地生態系統健康的目的。此外，需具體考量每種措施的經濟學和生態學雙重效益，利用更全面的CVOR指數模型評價草地健康狀況，因地制宜地制定和實施管理措施。

生態；模型；土地利用；健康評價；VOR綜合指數；CVOR綜合指數；高寒草甸

0 引 言

草地是面積最大的陸地生態系統，是全球自然生態系統的重要組成部分，對發展畜牧業、保護生物多樣性和維護生態平衡具有重要的作用[1-2]。高寒草甸主要位于中國青藏高原和各山系的高山帶，其總面積約6 372萬hm2，占全國總草地面積的16.22%[3]。位于青藏高原東緣的甘肅省瑪曲縣是黃河徑流重要的匯集區和黃河上游生態系統的綠色生態屏障[4]。近年來，由于氣候變化、工農業的破壞及過度放牧等綜合因素導致高寒草地急劇退化，鼠害頻發，水土流失加劇，土壤侵蝕日愈嚴重，進而導致生態系統穩定性降低[5-6]。政府先后采取了圍封、施肥、補播、劃破等多種生態治理的管理措施[7]，使局部植被蓋度和生產力顯著提高，土壤肥力得以恢復[8]。然而，關于退化草地治理后的效果還缺少定量的綜合分析，諸如哪種工程或管理措施治理效果最好和何種狀態的草地為健康草地等問題，僅從單一的植被及土壤肥力的指標變化中，還無法回答。因此，急迫需要構建科學的方法與評估體系，對生態系統的健康進行科學地定量評估，以此直觀反映治理草地退化的綜合成效[9]。

由于生態系統自身的復雜性和基于人們對生態系統結構與功能的認識深度及廣度的提升，在過去數十年中，科學家已先后創建了單因子羅列法、單因子復合法、功能評價法、VOR綜合指數法、CVOR綜合指數法等生態系統健康評價的方法[10]。其中VOR綜合指數法于1999年被國際生態系統健康大會接受為生態系統健康診斷指標，并在實踐中得到了一定的運用[11]。VOR綜合指數評價體系最早是由Rapport等[12]基于活力（vigor, V）、組織力（organization, O）和恢復力（resilience, R）構建，其首先對活力、組織力和恢復力各單項指標進行計算，然后將各指標值直接相乘獲得生態系統健康指數，改進了單因子方法中指標量化缺乏齊整性和容易重復評價的缺陷[10-13]。但VOR評價體系更多反映的是植被狀況，未考慮到環境因素，且各單項指標的尺度尚不統一，導致各項指標相乘的整合方法極易放大或縮小某一單項指標的作用，從而制約著VOR評價方法的適用性[10,14]。CVOR綜合指數法是在VOR指數基礎之上，由任繼周等[9]依據草地系統的界面理論提出并加以完善，將植被評價與地境評價結合，在VOR原有構架中新引入草地基況（condition, C）的概念，用土壤有機碳（soil organic carbon, SOC）含量測算，以反映生態系統的大氣、土地與位點等因子的綜合特征，且在對各單項指標的衡量過程中，引入了參照系統，修正完善了VOR評價體系。另外，該法關于生態系統健康指數的算法上并非直接將各單項指標值相乘，而是在根據專家咨詢法確定了各單項指標的權重后，對各單項指標進行加權求和獲得，以此建立了植物與氣候因子關系的綜合評價模型來對草地生態系統健康進行評價[14-15]。CVOR綜合指數可以在相同尺度和起點上比較不同類型草地的健康狀況，能較全面地反映出草地健康信息，且各單項指標的衡量更加簡便易于操作，具有較大的適用范圍[16]。

本研究以退化的高寒草甸為研究對象，實施了圍封、劃破、補播、施肥以及綜合5種管理治理措施，并以自由放牧地為對照處理，調查草地植被與土壤的變化特征，利用VOR及CVOR綜合評價模型定量評估生態恢復的效果和草地生態系統的健康狀況，比較2種模型的適用程度，旨在探討最優的草地生態恢復措施、效果及生態恢復效果評價手段，進而為瑪曲退化高寒草甸的生態改良恢復、農牧區的經濟環境可持續發展提供技術指導和理論依據。

1 試驗區域概況與研究方法

1.1 區域概況

研究區位于甘肅省甘南藏族自治州的瑪曲縣，地理坐標為101°31′N，33°24′E，海拔3 585 m，屬于典型的高原大陸性季風氣候。該區年平均溫度在1.2 ℃左右，1月平均溫度在?10 ℃左右，7月平均溫度在11.7 ℃上下。其年降水量為615.5 mm，且主要集中在5—9月，年蒸發量1 353 mm，該地區太陽輻射強，全年日照時數在2 613.9 h左右，年霜期在270 d以上，無絕對無霜期，氣候寒冷且長冬無夏[17]。土壤類型為高山草甸土，群落中植物以莎草科的禾葉嵩草（）和禾本科的披堿草屬（）、早熟禾屬（）、剪股穎屬（）的一些種，以及菊科的風毛菊屬（）、橐吾屬（），毛茛科的銀蓮花屬（）和玄參科的馬先蒿屬（）等毒雜草為主，并伴有其他類雜草如米口袋（）、鵝絨委陵菜（）、珠芽蓼（）、蘭石草（）等[18]。

1.2 樣地設置及試驗數據采集

在選定研究區域內，選擇退化程度均一且地勢平坦的退化草地，于2010年5月進行圍欄，圍欄內草地共設置5種管理恢復措施，并以放牧措施作為對照，共計6種處理（表1）。每種措施設5個重復小區，小區面積為15 m×10 m，隨機排列。在此基礎上，同時針對放牧處理小區進一步圍欄，并設有牧道與試驗樣地大圍欄外的自由放牧地連通，放牧強度為牦牛2～2.5頭/hm2。

表1 試驗樣地設置

2010至2012年間，每年8月在各處理不同的試驗小區內，隨機設置1個0.5 m×0.5 m的樣方進行植被調查，記錄各樣方物種數以及各物種高度、蓋度、密度。然后，將樣方內的植物分物種齊地面剪下裝入信封，帶回實驗室于65 ℃溫度下烘干至恒重，以計算各物種生物量。同時，在每一小區的中心設置一條15 m長的固定樣線，以3 m間隔，用土鉆采集0～10 cm土層的土壤樣品，每條樣線的樣品充分混勻制備成一個混合土壤樣品，實驗室內風干，過0.5 mm篩子，用重鉻酸鉀氧化法測定土壤有機碳含量[19]。

1.3 VOR模型和CVOR模型及測算方法

1.3.1 參照系統的確立

確定參照系統是評價草地健康的首要前提。為了方便，一般生態系統評價研究常常把一個完全健康的生態系統作為對照。本研究選擇距離我們試驗樣地約2 km的1999年“天保工程”圍封至今的封育樣地作為參照系統[20]。

1.3.2 模型測算方法

基況指數（）[14]=SOC1/SOCCK，其中SOC為管理措施實施樣地1的SOC含量，SOCCK是瑪曲的高寒草甸中對照樣地土壤的0～10 cm土層中的有機碳含量，以作對照?！蔥0,1]，如>1，則取=1。

活力指數（）[14]=B2/CK，其中B2為管理措施實施樣地的植物群落生物量，BCK為對照樣地植物群落生物量。活力指生態系統的能量或活動性，本研究憑借群落地上生物產量來表征生態系統的活力狀況?！蔥0,1]，如>1，則取=1。

組織力指數（）表示生態系統物種組成結構及其物種間的相互關系，本研究利用修正的Gordon穩定性測定方法[21]計算，結果反映出群落中某類植物（%）占有累計生物量（%）的比例，即生產力的種間分布格局。具體指數步驟：將累計生物量（軸）與植物種類百分數（軸）一一對應畫出散點圖，用平滑曲線方程擬合，求出該擬合方程與直線方程=1?的交點（0≤≤0.5，0.5≤≤1），交點處物種的百分數與累積生物量的比值即為群落穩定性的值，該值越接近于理想的穩定點（0.2，0.8），表示群落越穩定。用各樣地的交點距穩定點的距離（）定量樣地群落穩定性的大小。

（1）

交點與穩定點的關系有3種：

恢復力指數（2）

S3（3）

其中L為物種的壽命，I為物種的相對生物量，為物種數目。為相對蓋度或活力，反映生產力恢復能力，S3是草地群落結構恢復能力的量化值。健康草地的SCK=400[22]，CK是健康草地群落結構恢復能力的量化值?！蔥0,1]，如＞1，則取=1。

植被健康評價（VOR）綜合指數為[14]

VOR=w·V+w·+w·（4）

w+w+w=1，w、w、w≥0 （5）

其中w、w、w分別是、、各個單項指數的權重系數，反映各單項因素的重要性，同時避免或減輕由于數據背景不確定性、自然空間不均勻性或時間波動性造成的結果誤差[21]。由于本研究中因參照樣地已知，故w=w=w=1/3。

生態系統健康評價（CVOR）綜合指數為[14]

CVOR=·VOR （6）

采用CVOR指數的方法進行數據的分析比較時，采用四分法將試驗數據結果劃分為4個健康等級（表2）。

表2 草地健康評價健康指數及等級[16]

CVOR指數中的基況是反映地境和牧草界面的耦合程度的參數，而地境又是生態系統的根基，給生物提供生存必要的氣候和養分條件[10,14]。據Hutchinson的多維生態位概念，地境變量是多維的，植物的生態位是超體積生態位，可以用地境（個因子，表示熱量、水分、光照、地形、位點、土壤肥力等）對植物需求的滿足程度來度量，用草地地境要素與最適地境要素之間的貼近度計算。牧草生長有關的個地境要素的量化指標分別記作1,2,…,d,，則={1,2, …,d}表示可供植物利用的地境資源，d的最適值d構成的D={1a,2a, …,d}就是某一區域植物的最適地境。通常而言，地境要素間具有明確定量關系，如氣候因子和SOC、SOC和土壤氮含量等，數學表達形式為或(,=1, 2, …,)。通過簡單的變量代換，經數據標準化后，地境中的許多參數可以映射到一個或少數幾個重要的標準化參數上。土壤有機質為植物養分的供應物和土壤微生物代謝打下了基礎，該指標與大氣、植被和土壤肥力指標有著直觀而緊密的定量關系，它們的關系可以通過線性相互轉化，在健康梯度上具有穩定的變化趨勢。因此，土壤有機質在某種意義上可以代表其他參數的動態，記作草地基況具有一定的代表性。在土壤化學分析中，由于土壤有機質含量一般通過土壤有機碳（SOC）含量乘以常數1.724計算，所以，本研究中草地基況選用SOC含量表示[14,16]。SOC替代土壤有機質的方法用于CVOR健康評價體系，簡單實用。

1.4 統計分析

植被物種多樣性分析采用Shannon-Weiner物種多樣性指數，其計算公式如下[20]

Shannon-Weiner指數（）（7）

式中P為樣方中第種植物的密度在群落總密度中所占的比例。

采用Excel 2007和IBM SPSS 20.0軟件進行數據統計和方差分析，單因子方差分析（ANOVA）和最小顯著差數法（LSD）用于不同管理措施下各指標的比較和差異顯著性檢驗，顯著性水平為0.05，并用SigmaPlot 12.5進行繪圖制作。

2 結果與討論

2.1 實施不同管理措施后草地生態狀況基本指標的變化

2.1.1 草地生產力及多樣性

從2010年到2012年間，除劃破外，其他5種處理下草地地上生物量均表現為先升高后下降的趨勢（圖1）。三年中5種恢復措施下草地地上生物量均高于放牧，在2011年補播、施肥和綜合措施實施樣地的地上生物量顯著高于其他措施（<0.05），隨著恢復措施實施時間的增長，2012年5種恢復措施下地上生物量都顯著高于放牧，其中劃破、補播、施肥和綜合措施對于提高草地地上生物量的效果顯著優于圍封處理。在2011年施肥和綜合措施下相應樣地的地上生物量分別達到了525.5和526.3 g/m2，是由于施用有機肥增加了植物可以直接利用的速效養分，使其在短的時間內達到較大的生物量，但于次年2種措施下的生物量均有所下降，可能歸因于養分的消耗、地表流失和淋溶[23]。補播處理中補播了垂穗披堿草種子，相當于增加了垂穗披堿草在群落中的多度，由于禾本科草具有高資源利用、高競爭的能力，其群落生物量的增加可能源于垂穗披堿草生物量的增加，但2012年較2011年補播措施下的生物量有所下降，可能由于補播植物在第2年的存活量下降，加上各植物物種間的競爭作用，導致總地上生物量下降[24]。綜合措施提高了草地地上生物量可能是由于劃破、補播、施肥之間存在互作效應，即劃破后更利于補播種子的萌發，施肥又給植物生長提供了充足養分支持，進而使得植物群落生物量迅速增加[23,25]。劃破措施對草地地上生物量的影響表現為先降低后增加的趨勢（圖1），這種短暫的降低可能是由于劃破改變了土壤通透性等理化性質導致短期內土壤性質突變后，植物和土壤微生物的不適應，植物體生長受阻和速效養分釋放不夠充分[26]。

生物群落中生物種類的增多代表了群落的復雜程度增高。由圖1b可知，劃破措施下的Shannon-Wiener多樣性指數呈逐漸上升趨勢，圍封、補播和綜合措施下數值先降低后升高，施肥下的多樣性指數則呈逐年遞減趨勢。劃破措施能在顯著提高地上生物量的同時（<0.05），還能保證物種多樣性顯著高于對照處理（<0.05）。劃破改善了土壤通透性、加快了養分的礦化速率，為種子的萌發創造了條件，進而可逐年增加物種多樣性[26]。施肥措施下多樣性指數逐年降低可能是因為隨著土壤養分的增加，植物個體增大而密度減小，可能導致低競爭能力的物種消失，從而使群落物種多樣性降低[27]，進而導致施肥和綜合措施在2011年的指數數值顯著低于除補播外其他3種處理，在2012年顯著低于圍封和劃破，且施肥措施的指數數值在2012年下降到所有措施中的最低值2.523（圖1）。與張春花[28]發現在瑪曲高寒草甸進行施肥能夠使得植物群落物種多樣性下降的結果相一致。補播垂穗披堿草增加了其多度，使其在群落中占據的生態位空間增加，對于養分、光資源的競爭能力強[29-30]，因此致使補播處理在2011、2012年多樣性指數值顯著低于圍封和劃破。綜合措施下多樣性的年際變動可能是由于第1年施肥效應明顯，而次年劃破的效果顯現，多種措施互作后呈現先降后升的趨勢[26]。

2.1.2 草地植物功能群及經濟類群生物量比例

各功能群組分的比例在實施措施后具明顯的變化，且對不同措施的響應具有時間上的差異，見圖2。在2010年，各處理下莎草、禾草和雜草類比例變化沒有2011和2012年明顯，圍封處理下莎草類比例顯著低于其他處理（<0.05）。2011年補播、施肥和綜合措施處理下禾草類比例顯著高于其他處理，雜類草比例顯著低于其他處理。2012年放牧處理下莎草和禾草比例顯著低于其他處理，雜草類比例顯著高于其他處理，圍封和施肥下雜草類比例顯著低于其他處理。在放牧處理下禾草類比例則呈逐年下降趨勢，雜草類比例呈上升趨勢。補播、施肥和綜合措施禾草類比例呈先上升后下降的趨勢，雜草類比例在補播和綜合措施措施下呈先下降后上升的趨勢。連續放牧會顯著增加牧草中雜草類的含量，圍封和劃破措施則使得雜草類比例逐年降低。圍封措施可逐年降低雜草類比例，同時莎草類比例逐年增加，這可能是由于圍欄封育后，退化草地上莎草類植物在生態恢復期占優勢地位，其對于養分和空間的競爭作用導致其他草類的比例下降[26,29]。植物功能群比例的改變也影響到可食性草類與毒草類的比例，在2012年圍封措施下可食性草類比例顯著高于其余措施（<0.05），且達90%以上，毒草比例降低至10%左右，本研究結果與張偉華等[26]得出圍封能顯著提升可食性草類占比的結果相一致。這可能是由于圍封不僅可避免輸出性養分損失，給可食性牧草的生長提供了足夠的養分儲備，還能夠消除牲畜采食的壓力，大量保留可食牧草種類的同時，提高其群落的競爭優勢，從而降低了毒草比例[31]。

2.2 草地生態系統的健康評價

2.2.1 評價模型的各單項測算指數

由表3可知在2010年度各措施的基況指數間無顯著差異（>0.05），說明各個樣地的初始土壤基況十分相似。補播樣地的組織力指數顯著高于其余措施（<0.05），綜合措施樣地的恢復力指數顯著高于其余措施。在2011年度，放牧和劃破的活力指數顯著低于其余措施，放牧的組織力指數顯著低于除劃破和補播外的其余措施，而放牧和圍封的恢復力指數則顯著高于除去劃破外的的其余措施。在2012年度，綜合措施和劃破的基況指數顯著高于除去補播外的其余措施，施肥的活力指數顯著高于其余措施，放牧的活力指數則顯著低于其余措施，各措施的組織力指數間無顯著差異，放牧的恢復力指數顯著低于除去圍封、施肥外的其余措施。此外，由表3，放牧處理下基況指數逐年遞減，這是由于家畜采食后植被恢復時消耗了土壤中的養分，從而導致基況指數降低[15]。圍封和劃破措施下，組織力指數和恢復力指數呈逐年遞增趨勢，與圍封和劃破可提高植被地上生物量和多樣性（圖1）的現象一致，施肥措施能逐年提高活力、組織力和恢復力指數，但其基況指數則呈先下降后上升的趨勢（表3）。在補播和綜合措施下，活力指數先升高后降低的趨勢。這是因為補播垂穗披堿草在短時間內，提高了群落的生物量，隨著時間的增長，補播效應將減弱，群落中低矮植物種的競爭也會增強，這由垂穗披堿草引起群落生物量增加的作用也隨之下降，導致2012年的活力指數降低[32-33]。

表3 不同管理管理措施下評價模型的各單項測算指數

注：表中不同小寫字母表示同一年份不同恢復措施間差異顯著（<0.05）。

Note: Different lowercase letters in the same year indicate significant difference among different management methods at 0.05 level.

2.2.2 草地生態系統VOR及CVOR健康指數的模型評價

從圖3a可得VOR指數作為考量標準時，2010年除去圍封和劃破樣地的VOR值在“警戒”（0.50～0.75）區間內，其余各措施的值均屬“健康”（0.75～1.00）區間，其中補播和綜合措施的VOR值顯著高于放牧（<0.05），說明補播和綜合措施可以更加快速地恢復植被狀況。2011年所有處理的VOR指數較上一年均有所上升，圍封的為當年最高值，達到0.911，且顯著高于放牧、劃破和補播措施的VOR值，與施肥及綜合措施的VOR值差異不顯著（>0.05）。2012年放牧樣地的VOR值顯著低于其他處理措施，數值低至0.696，已跌入生態系統健康的“警戒”區間內，雖其余各措施的VOR值都在“健康”的區間內，但圍封的VOR值較2011年有所下降。草地管理措施實施后草地生態健康程度大致為：綜合措施、施肥>劃破、補播、圍封>放牧。與王長庭等[27]發現的施肥和綜合恢復措施可能間接使得草地土壤養分含量增大、生態系統健康狀況提升的結論相一致。放牧和圍封措施的VOR值隨年份呈先升后降的趨勢，但圍封的健康指數顯著高于放牧，說明圍封措施有一定的生態健康恢復效果，劃破、補播、施肥和綜合措施的VOR值則隨年份保持逐漸增高的趨勢（圖3a），說明在實施措施后短時期內，劃破、補播、施肥和綜合措施能夠持續有效地恢復退化草甸的生態健康水平，其中施肥和綜合措施下VOR指數值高于其他措施并以5%～9%的增幅逐年遞增，因此施肥和綜合措施是在VOR評價體系下較優的生態恢復措施。

用CVOR指數作為考量標準時（圖3b），2010年綜合措施和補播處理后的樣地CVOR值處于生態系統“健康”區間，其余各措施的數值均處在“警戒”區間內，綜合措施的值最高，且顯著高于除去補播外的其余各處理的數值（<0.05）。2011年綜合措施的CVOR值顯著高于其余各處理的數值，且處在生態系統“健康”區間內，其余各措施的CVOR值均處在“警戒”區間內。2012年綜合措施的CVOR值顯著高于其余各處理，數值達0.917，放牧樣地的CVOR值則顯著低于其余各措施，數值低至0.572，接近生態系統“不健康”區間（0.25～0.50）的邊緣，說明隨著年限的增長，5種恢復管理措施在植被和土壤恢復方面都起到了一定的效果，草地生態健康程度大致為：綜合措施>劃破>施肥、補播、圍封>放牧。除圍封外各處理的CVOR值大體上表現出先降后升的趨勢，圍封則逐年小幅遞增（圖3），說明圍封在沒有肥料添加和草種補播等人為措施的干預下促進生態恢復的速度不如其他措施快。而劃破和綜合措施的數值在2012年的提升幅度大于其他措施（圖3），但劃破的末年數值顯著低于綜合措施（<0.05）。由于引入了基況的考量，因此在CVOR指數的評價體系中綜合措施的優勢得以體現，其健康評價數值在各年份均為最高值。綜合了圍封、劃破、施肥和補播4種恢復措施的綜合措施，不僅能夠顯著提升草地生產力和植被蓋度，同時還能持續恢復土壤養分狀況，為后續生態系統的自我修復作用打下基礎。綜合措施中，劃破為施肥和補播提供預先的物理性處理，其后施肥的養分添加效果和補播的改良植被群落結構效果又相互疊加，加上圍封后排除了牲畜和人為的大量干擾，多種互補作用疊加[34]。因此綜合措施可從恢復植被健康和恢復土體健康2方面同時發揮作用，繼而成為CVOR指數的評價體系下的最優生態恢復措施。此外，由于關注了基況對于草地生態系統健康的關鍵影響，CVOR指數包涵著VOR指數不能完全反映的草地健康的信息，CVOR指數的結果顯示出各個管理措施的差異較為明顯，加入非生物因素（地境）的考量，把生態恢復的評價從單一關注“草”系統擴大到考慮“土”系統的響應，從而把各種措施在土壤改造方面的效果通過一定量化的指標顯示出來，再加之原有的植被評價體系，借此CVOR指數能夠揭示出一些VOR指數反映不出的信息[35]。因此如需著重考慮植被恢復狀況，VOR指數生態系統健康評價法具有較好的適用性；如需著重考慮地境和植被的綜合恢復效果，CVOR指數生態系統綜合健康評價法可更為全面和可靠地反映出各種管理措施對整體恢復生態系統健康方面的效益。

鑒于現實情況中瑪曲高寒草甸上放牧家畜數量遠大于最大載畜量，過度放牧現象嚴重，用多種健康評價手段評價瑪曲高寒草甸，其很大部分的區域處于生態健康“警戒”甚至接近“不健康”范疇[18,34-35]。在大面積退化的瑪曲高寒草甸上進行生態恢復治理，雖然CVOR指數生態系統綜合健康評價法顯示綜合措施為最優生態恢復措施，但利用汲取多種恢復方法的綜合措施耗費治理成本很高，且不易大面積實施。在這種情況下，需要具體評估每種措施的經濟學和生態學雙重效益，因地制宜選出最適恢復措施，確保生態治理能有效且保障草地農業生態系統長期可持續發展[36]。

3 結 論

1）據兩種模型測算，VOR指數評價結果施肥及綜合措施的效果最佳，CVOR指數評價結果，綜合生態恢復措施的效果顯著優于各單一處理措施，且持續超載放牧則導致高寒草甸生態系統的健康趨于“警戒”水平。

2）在生態恢復管理措施的效果評價中使用VOR和CVOR指數模型，均可反映出不同措施實施后的具體量化效果，但實際應用中可優先選擇更全面的CVOR指數作為評價標準。

3）在退化嚴重區域，亟需生態恢復的草地上可通過綜合多項生態恢復措施的實施，以達到全面迅速恢復草地生態系統健康的目的，但實踐中由于綜合措施耗費治理成本很高，因此，需要具體評估每種措施的經濟學和生態學雙重效益，才能因地制宜選出最適恢復措施。

致謝：感謝張衛國教授在野外植物鑒定分類方面給予的幫助，及袁曉波博士在論文撰寫方面的指導。

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Evaluation of restoration effect in degraded alpine meadow under different regulation measures

Liu Yanbin1, Zhang Dianye1, Zhang Yongchao1, Shi Mingming1, Shang Zhenyan1, He Lei1, Zong Wenjie2, Fu Hua1, Niu Decao1※

(1.,,730020; 2.747300,)

Alpine meadow mainly locates in the Qinghai-Tibetan Plateau and other high altitude areas, and plays a vital role in maintaining the balance of the global ecosystem. Recently, the extensive degradation of alpine meadow has been caused by the global climate change and the interference of human activities, which has made these areas extremely important for further study. People have applied a few measures to restore the degraded grassland, however there was no quantitative mean that could evaluate the effectiveness of ecological restoration measures synthetically. For the scientific assessment of the effects of different ecological regulation measures on the degraded alpine meadow ecosystems, this research was conducted in Maqu alpine meadow in Gansu Province, northwestern China from May 2010 to December 2012. The VOR (vigor, organization, resilience) and CVOR (condition, vigor, organization, resilience) ecosystem health evaluation models were utilized to evaluate the health condition of the degraded grassland ecosystem after restoration, and the restoration measures included enclosure, ripping, organic material addition, reseeding and comprehensive measure, and the grazing was taken as the control. We implemented enclosure and slicing of the pasture vertically and horizontally with the plough as ripping, implemented enclosure, scarifying and fertilization in the pasture with sheep manure of 22.5 t/hm2as organic material addition, and implemented enclosure and reseeding with Elymus nutans of 15 kg/hm2as reseeding. And for grazing treatment we used the grazing pressure of about 2-2.5 yak/hm2. As for comprehensive measure, we combined the treatment of enclosure with the treatments of ripping, organic material addition and reseeding. For the calculation of evaluation model, we determined soil organic carbon content and gauged above-ground biomass, Shannon-Wiener species diversity index, biomass of functional groups and economic groups of all the grass under different regulation measures to further compute condition index (C), vigor index (V), organization index (O), and resilience index (R). We expected to find which ecological regulation measure was the most effective and contrasted 2 models to check the applicability. The results showed the CVOR health evaluation index was relatively more comprehensive than the VOR health evaluation index considering the importance of basic condition, which could more objectively reflect the additional specific soil nutrient status (organic or inorganic), and more quantitatively manifest the effects of restoration measures of grassland ecosystem, contributing to the specific formulation and the implementation of specific engineering management measures. According to the 2 models, the VOR index evaluation calculation results showed the effects of organic material input and comprehensive measure on recovery and rehabilitation of degraded grassland were more obvious than others, their health values rose by 5%-9% year by year simultaneously, and the value of grazing was lower than other measures significantly (<0.05). The CVOR index evaluation calculation results showed the effect of comprehensive ecological restoration measure was superior to other single treatment measure and its value reached 0.917 that was significantly higher than others (<0.05), while grazing led alpine meadow ecosystem to health “warning” level and its value went down to 0.572, which was lower than other measures significantly (<0.05). The results manifested that the implementation of comprehensive measure in local degraded areas can achieve the purpose of saving the grassland ecosystem health comprehensively and quickly. But in practice due to the comprehensive measure cost is high, for selecting the optimum ecological recovery measure, it requires specific consideration of each measure’s dual benefits of economy and ecology so as to adjust the measures to local conditions.

ecology; models; land use; health evaluation; VOR comprehensive index; CVOR comprehensive index; alpine meadow

10.11975/j.issn.1002-6819.2016.24.036

X171.4

A

1002-6819(2016)-24-0268-08

2016-05-17

2016-06-28

公益性行業（農業）科研專項經費（201203041）；國家重點基礎研究發展計劃項目（973計劃）（2014CB138703）；“長江學者和創新團隊發展計劃（IRT13019）”；國家自然科學基金（31572458，41671106）資助。

劉延斌，主要從事草地養分循環過程的研究。蘭州蘭州大學草地農業科技學院，730020。Email：liuyb15@lzu.edu.cn

牛得草，副教授，博士，主要從事草地生態學和草地營養生物學研究。蘭州草地農業生態系統國家重點實驗室、蘭州大學草地農業科技學院，730020。Email：xiaocao0373@163.com