基于徒步活动诱导的南非恩瑟莱尼自然保护区步道退化评估及其对土地退化零增长目标的启示

《Sustainability》：Assessing Hiking-Induced Trail Degradation in Enseleni Nature Reserve, Northern KwaZulu-Natal, South Africa S’phesihle Fanelesibonge Mlungwana, Kwanele Phinzi and Sibusisiwe Mnembe

　　

本研究针对南非恩瑟莱尼自然保护区（Enseleni Nature Reserve）内Mvubu与Nkonkoni两条徒步步道的物理退化状况进行了定量基线评估。研究人员采用实地测量与统计分析相结合的方法，测定了垂直下切深度（MID）、宽度（WID）、横截面积（CSA）、坡度（TG、LG）、地表组成（植被盖度VG、凋落物Litter、裸土Soil、岩石Rock）、土壤紧实度（PSI）、土壤含水量（SM）及土壤质地（砂Sand、粉粒Silt、黏粒Clay）等关键指标。通过独立样本t检验比较了两条步道退化特征的差异，并利用线性回归与偏最小二乘回归（PLSR）模型分析了生物物理变量对退化的解释力。结果表明，两条步道均存在中度物理退化，Mvubu步道表现出更高的垂直侵蚀趋势，而Nkonkoni步道则以侧向扩张为主。统计模型仅能解释有限比例的变异（MID: R2=0.19–0.20; WID: R2=0.12–0.55），提示降雨事件、空间异质性及游客行为等未测因素对退化模式有重要影响。基于此，研究人员提出了针对性的低成本管理策略以支持土地退化零增长（LDN）目标。

研究背景与意义

土地退化是全球生态系统面临的严峻挑战，直接影响生物多样性保护与可持续发展目标的实现。徒步旅游作为自然保护区内重要的游憩方式，其产生的步道侵蚀问题日益凸显，尤其在资源受限的非洲保护区，缺乏系统性的退化评估与管理依据。南非作为联合国防治荒漠化公约（UNCCD）缔约国，亟需落实土地退化零增长（Land Degradation Neutrality, LDN）目标于局部区域。本研究选取南非夸祖鲁-纳塔尔省的恩瑟莱尼自然保护区内的两条主要徒步步道——Mvubu步道与Nkonkoni步道为研究对象，旨在通过量化评估其物理退化特征，揭示驱动机制，并提出适配当地资源条件的管理对策，为小型保护区的可持续步道管理提供实证支持。研究成果发表于国际期刊《Sustainability》。

关键技术方法

研究人员在两条步道上各设置了20个采样点（共40个，间距50米）。使用便携式紧实度仪测定土壤穿透阻力（以PSI计），采用烘干法测定土壤含水量（SM），利用激光粒度仪分析土壤质地（砂、粉粒、黏粒含量）。步道几何形态参数（MID、WID、CSA）通过实地测量获得，地表覆盖类型通过目视估算百分比，坡度（TG、LG）使用坡度仪测量。所有统计分析在RStudio环境中完成，采用Shapiro-Wilk检验数据正态性，独立样本t检验比较组间差异，Pearson相关系数诊断多重共线性，并分别构建多元线性回归（MLR）与偏最小二乘回归（PLSR）模型预测退化指标，模型性能通过决定系数（R2）、均方根误差（RMSE）和平均绝对误差（MAE）评价。

研究结果

3.1. 描述性统计与探索性分析

Mvubu步道显示出更显著的垂直退化特征，其平均MID（6.4 cm）与CSA（456.5 cm2）均高于Nkonkoni步道（分别为5.0 cm与382.8 cm2），且土壤紧实度显著更高。相反，Nkonkoni步道表现为更强的侧向扩张，平均WID更大，地表裸土覆盖率高达48%，凋落物层较薄，土壤含水量较低。独立样本t检验证实，两条步道仅在地表覆盖、土壤紧实度、土壤质地及土壤含水量上存在显著差异（p < 0.05），而MID、WID、CSA及坡度等指标差异不具统计学意义。

3.2. 相关性与多重共线性分析

Pearson相关分析显示预测变量间存在强相关性。坡度变量（TG与LG）呈高度正相关（r = 0.82–0.88），三个土壤紧实度测量区亦强相关（r ≈ 0.85）。土壤粉粒、黏粒含量与含水量间存在极显著相关（r = 0.72–0.97）。为避免多重共线性干扰模型，研究人员剔除了LG（因与TG共线），并在Nkonkoni数据集剔除了粉粒、黏粒、SM及内外侧紧实度（Ipsi, Opsi），在Mvubu数据集剔除了粉粒、内外侧紧实度。此外，由于CSA由MID与WID计算所得，亦从预测变量中移除。

3.3. 线性回归分析

多元线性回归模型对步道退化的解释力有限。在预测MID的模型中，仅Nkonkoni步道的植被盖度（VG）呈显著正相关（p = 0.028），其余变量均不显著。预测WID的模型在所有数据集上均未发现具有统计学意义的预测因子，表明所测生物物理变量与步道宽度变化关联微弱。

3.4. 偏最小二乘回归

PLSR模型同样表现不佳。对于MID，模型仅能解释少量方差（Mvubu: R2 = 0.20; Nkonkoni: R2 = 0.19），预测误差较大（RMSE分别为2.65 cm与3.03 cm）。对于WID，Mvubu步道模型性能中等（R2 = 0.55, RMSE = 27.73 cm），而Nkonkoni步道模型性能极差（R2 = 0.12, RMSE = 38.15 cm）。观测值与预测值的散点图显示二者存在显著离散，95%置信区间过宽，进一步证实了模型的弱预测能力。

讨论与结论

研究发现，尽管Mvubu步道垂直侵蚀数值更高，但其较高的土壤黏粒含量、含水量及紧实度增强了土壤抗剪强度与凝聚力，可能提升了其抵抗侵蚀的能力。Nkonkoni步道虽土壤沙性强、裸土暴露高，但现存的地表凋落物层、木台阶及桥梁等管理措施有效起到了护甲作用，抑制了侵蚀，这得到了其MID模型中VG显著性的支持。统计模型较低的R2值强烈暗示，步道退化受控于未测量的外部因素，如高强度降雨事件、微尺度空间变异以及游客规避障碍等行为。因此，建议采取差异化、低成本的适应性管理策略：在Mvubu步道布设导水设施（如水坝）以应对细沟侵蚀，并在湿季铺设可降解土工布促进植被恢复；在Nkonkoni步道则应着重保护现有凋落物层，并加强“无痕山林”宣传教育以减少非正式路径的形成。本研究作为横断面调查，虽无法捕捉动态变化与游客行为数据，但所提供的可复制方法框架，对资源受限的非洲小型保护区实现LDN目标具有重要的实践指导意义。