巴西戈亚斯州牧场退化现状评估：基于实地数据的多维度分析与可持续管理策略

这篇研究通过创新的牧场评估评分系统（PAS）结合多阶段聚类采样设计，对巴西戈亚斯州1,370万公顷牧场进行退化分级评估。研究采用蒙特卡洛法确定样本量（460个采样点），运用多重对应分析（MCA）和决策树模型（准确率97.05%）将牧场划分为未退化（39.35%±3.92%）、退化中（31.98%±2.66%）和严重退化（28.67%±3.64%）三类，为热带草原生态系统可持续管理提供重要基线数据。

　　

研究背景与方法学创新

巴西戈亚斯州作为塞拉多(Cerrado)生物群落的核心区域，其牧场面积占州领土40.27%（约1,370万公顷）。研究团队开发了创新的牧场评估评分系统（PAS），通过10个关键参数（植物发育阶段DV、杂草覆盖率WD、白蚁发生率TI等）的1-7分量表，实现了对热带牧场退化状态的快速可视化评估。采用三阶段聚类采样设计（100km→10km→10m网格）和霍维茨-汤普森估计量进行空间外推，样本量经蒙特卡洛模拟确保证标准误差≤4.47%。

多维数据分析与分类模型

多重对应分析（MCA）揭示前两个主维度解释71.2%变异量（Dim1=49.9%，Dim2=21.3%）。通过沃德法聚类识别出6个特征群组，决策树模型（仅需Dim1）实现97.05%分类准确率：Dim1>0.38为未退化（ND），-1.21至0.38间为退化中（PD），<-1.21为严重退化（SD）。值得注意的是，白蚁活动与中度退化显著相关，挑战了传统认知中白蚁作为退化标志的观点。

退化现状的空间分布

戈亚斯州牧场中39.35%（541万±54万公顷）保持良好状态，31.98%（440万±37万公顷）呈现退化迹象，28.67%（394万±50万公顷）达到严重退化标准。土壤覆盖（SC）评估显示多数牧场保持足够生物量覆盖，但牧草可利用量（FA）评分普遍偏低（2-3分，对应1-4吨干物质/公顷），反映放牧压力过大的普遍问题。

与传统遥感监测的对比

相较于MapBiomas基于植被活力（33.48%高活力，22.45%低活力）的遥感评估，本研究通过地面验证发现：遥感可能将原生草地误判为退化牧场，且难以识别以入侵物种（如Sporobolus spp.）增加为特征的农艺退化。无人机与地面照片的系统采集为遥感产品验证提供了宝贵基准数据集。

管理策略建议

针对不同退化阶段提出分级干预：退化中牧场建议实施轮牧、石灰施用和磷肥补充；严重退化区域需考虑牧草更新或发展林牧复合系统。特别强调调整载畜量与牧草生长周期的匹配，在雨季向旱季过渡期（数据采集时段）需重点关注牧草再生能力。

技术应用前景

PAS系统的标准化协议（附录S1）为热带牧场监测提供可推广工具，其与PlanetScope等高分卫星的协同应用（如Silva等2024年研究）展现出跨尺度监测潜力。未来需建立季节性修正系数以解决旱雨季评分差异问题。

生态经济双重价值

研究量化了牧场退化对巴西牛肉产业（占全国产量重要份额）的潜在威胁，同时揭示塞拉多作为生物多样性热点与关键水源地的生态脆弱性。酸性土壤（高铝低磷）特性与不当管理的交互作用，使该区域成为全球热带草原可持续管理的典型研究案例。