高寒牧区草地生态系统健康动态评价——以甘南地区为例

基于"压力-状态-响应"(pressure-state-response,PSR)模型,从压力、状态、响应3个层面选取17个指标构建了甘南州高寒牧区草地生态系统健康评价体系。采用AHP层次分析法,对甘南州2001-2013年草地生态系统健康进行了动态评价,并结合GIS/RS技术,分析了甘南州草地生态系统健康状况空间变化特征。评价结果表明,1)草地生态系统健康等级为低健康水平、较低健康水平、中等健康水平、较高健康水平及高健康水平的区域分别占总面积的3.82%、23.5%、0.82%、53.06%及18.81%。卓尼、舟曲、迭部、玛曲、碌曲草地生态系统为较高健康水平,合作、临潭、夏河为较低健康水平。2)近13年来,甘南州高寒牧区草地生态系统健康负向变化趋势明显,占总面积的68.01%,27.75%的面积呈稳定变化趋势,呈正向变化的区域仅占总面积的4.18%。

草地生态系统服务价值估算前瞻

本研究将草地生态系统生态服务价值评估分为4个步骤进行,分别为:内涵确认、功能分类、指标设定及价值核算,并按此顺序将草地生态系统服务价值评估的研究进展做了阐释,发现现有的草地生态系统服务价值评估研究,在内涵确认、指标设立、评估方法及计算结果方面都存在很大分歧。主要原因有三:1)没有充分认识到草地生态系统内部存在的异质性特征;2)对评估对象的认识存在偏差,没有找到真正的评估对象,从而导致评估过程中出现重复计算问题;3)对价值评价的主观性特点,以及价值与利益相关者之间的关系缺乏认识。针对以上分析,基于草地综合顺序分类法(CSCS)提出了草地生态系统服务价值评估的实践方案,包含确定研究空间尺度及其内部草地类型,确定研究范围内的利益相关者,选择评估指标和合适的评估方法四步骤,并强调实地研究在草地生态系统服务价值评估中的重要作用。

中国草地生态系统中的化感作用研究进展

本文综合了我国主要草地类型化感作用的现有研究成果,对已报道的化感植物、化感物质以及化感物质释放途径的研究进行了综述。目前,在菊科、豆科、瑞香科、玄参科等十多个科属中发现具有化感潜势的植物,鉴定出的化感物质有萜类、酚类、皂苷类以及非蛋白氨基酸等十几类化合物。化感物质释放的途径以自然挥发、雨雾淋溶等为主,主要是植物地上部分的化感作用。化感作用检测主要使用生物测定法,化感物质在不同浓度下对于受体植物种子的萌发、幼苗的生长等表现出不同的促进或者抑制效应。研究显示,草地部分科属植物的化感作用在草地治理、草原管理以及维护生态平衡上扮演重要的角色。本文综合已报道的化感作用研究,在当前草地植物化感作用研究的基础上,提出了草地生态系统中化感作用进一步研究的方向。

高寒草地干湿生态系统土壤水分及入渗对降水的响应

为厘清高寒草地土壤水分动态对降水的响应,利用2015-2017年的降水和不同土层(5、10、20、30和40 cm)土壤水分连续观测数据,分析了高寒草原和沼泽草甸生长季土壤水分变化及入渗对降水事件的响应。结果表明:相比于草原,生长季沼泽草甸降水频次较高,小降水事件占比较大。草原和沼泽草甸土壤水分对降水事件的响应存在较大差异,小降水事件(≤5 mm)仅增加了草原5 cm土层土壤含水量,而对沼泽草甸0~40 cm土壤剖面各层土壤含水量均起到微弱的补充;草原5~10 mm的降水事件明显增加了10 cm土层土壤含水量,而>10 mm的降水事件才可明显补充10 cm以下土层土壤含水量;在沼泽草甸>5 mm的降水事件对40 cm土层土壤含水量的增加较上层(0~30 cm)明显。土壤水分增量不仅受降水事件大小和强度的显著影响(P<0.001),同时受降水前表层(0~10 cm)土壤含水量和降水期间气温的显著影响(P<0.05)。相比草原,沼泽草甸土壤中湿润锋运移较快;小降水事件发生时,沼泽草甸0~40 cm土壤剖面蓄水量增加较多;大降水事件发生时,沼泽草甸0~40 cm土壤剖面蓄水量增加较少。结果表明,草原大降水事件(>10 mm)占比较大的特征对于土壤剖面蓄水具有重要作用,沼泽草甸高频次降水和雨水渗透更快更深的特征,有利于土壤更频繁获取和有效地保持水分资源。该研究结果可为理解高寒草地区域尺度上复合生态系统土壤水分维持对降水格局的响应提供理论基础。

不同放牧强度下祁连山东段草地生态系统氮磷计量特征

通过研究青藏高原祁连山东段高寒草甸牧区土草畜氮磷特征,以及高寒草甸放牧区家畜氮磷平衡现状,以期为高寒草地健康评价及家畜管理提供理论及技术支持。依饮水点为中心,由近及远设置3个相对放牧强度,研究地上植物群落特征、牧草及土壤营养成分及家畜氮磷平衡。结果表明:物种多样性和草地生物量轻牧和中牧强度均显著高于重牧强度(P<0.05);土壤全磷含量在0~10cm和10~20cm土层中重牧强度显著高于轻牧强度和中牧强度(P<0.05),而在20~30cm土层中中牧强度下显著高于轻牧强度和重牧强度(P<0.01);土壤全氮含量0~10cm土层中重牧强度显著高于轻牧强度和中牧强度(P<0.01),10~20cm土层中中牧强度显著高于轻牧强度(P=0.016),20~30cm土层中不同放牧强度下氮含量无显著性差异(P>0.05);随着放牧强度的增加,牧草全磷含量线性下降(P<0.001),N/P线性增加(P<0.001),而全氮含量对放牧强度的响应不显著(P>0.05);此外,高寒草甸泌乳牦牛体内氮沉积量为27.95g/d,呈正平衡,磷沉积量为-1.95g/d,呈负平衡。综上,合理放牧,维持高寒草甸土草畜氮磷流的平衡,对于家畜的健康生长以及草地的可持续利用具有重要作用。

植物化感作用在农业生态系统中的应用

为探明植物的化感作用在农业生态系统中的作用及应用,本研究对近年来植物化感领域所取得的研究成果、已报道的化感植物、化感物质以及化感物质释放途径等进行了综述,并归纳了植物化感作用在农、林、牧业等方面的研究成果。研究显示,在豆科、禾本科、菊科等多个科发现了具有化感潜势的植物并分别鉴定出了酚酸类、萜类、生物碱类等十几类化感物质,化感物质多以自然挥发、雨雾淋溶、根系分泌、残渣分解等方式进入周围环境并对受体发生化感作用,化感物质在不同浓度下对受体植物种子的萌发、幼苗的生长等表现出不同的促进或者抑制效应;化感现象对作物的轮作和套作、混交林树种的选择搭配、合理放牧、除草剂等方面的应用具有重要作用。最后在综合已报道的化感作用研究的基础上,指出了植物的化感作用在农业生态系统中的关键问题,并对其存在的问题进行了分析展望。

构建草地农业智库系统,助力中国农业结构转型

"草地农业",简称草业,是兼顾生态和生产、粮食和饲料,适应时代发展,迎接城乡统筹,面向全球经济一体化的新型农业系统,也是破解我国传统"耕地农业"发展难题、优化农业结构的一个里程碑式转变。"草地农业"建设是一项系统工程,涉及社会众多层面。为了落实党的十八届三中全会《决定》提出"加强中国特色新型智库建设,建立健全决策咨询制度",本研究提出构建"草地农业智库",基于云计算等新兴互联网技术,构建"草地农业智库"信息系统,巩固现有研究成果,凝聚研究合力,对国内外草业信息做适时收集、分析,使之成为草业的"神经系统"以供社会共享。"草地农业智库"应具有独立性、科学性、时效性和建设性,为一线生产,科研院所和政府机构提供服务的智力平台,对我国草业发展提供科技支撑,助力中国农业从传统"耕地农业"向粮草兼顾的"草地农业"转型。

基于文献计量的国际草地农业生态学研究发展态势分析

草地农业生态学研究体现出生物学、农学和地理学交叉的特点。近年来,全球许多国家及相关研究机构对草地农业生态学的研究力度不断加大。本研究以SCIE论文数据库作为数据源,利用Thomson Data Anlyzer(TDA)和UCINET软件对1996-2015年草地农业生态学研究论文进行数据挖掘和定量分析,探究了近20年来国际草地农业生态学研究的变化趋势、研究力量分布、重点领域、研究热点及国际合作。结果表明,近20年来,国际草地农业生态学研究论文以平均8%的速度增长;草地农业生态学研究所涉及的学科较多,主要有农业、环境科学与生态学、植物科学、生物多样性与保护、地质学等;除了对草地、农业关注外,草地农业生态学研究也对物种及生态环境保护较为重视;美国、英国等发达国家的草地农业生态学研究论文的综合影响力较高,美国在国际间合作中表现最为突出,与各主要国家间均具有很强的合作关系;中国科学院在草地农业生态学研究方面非常活跃,其论文量遥遥领先于法国农业科学研究院、加拿大萨斯喀彻温大学等其他机构,但研究水平、影响力以及国际合作能力仍有待提升。

三江源草原生态系统生态服务价值的能值评价

三江源地区处于青藏高原腹地,考虑三江源地区草地生态系统的特殊性、复杂性、敏感性,及其所蕴含的巨大的生态服务价值,全面的评价该地区的生态服务价值对于维护该地区生态环境健康和未来该地区经济社会的可持续发展具有重要意义。本研究以草地综合顺序分类法为理论基础,以能值分析法为主要计算方法,选择合适的6项评估指标,对2001-2010年三江源区草原生态系统生态服务价值进行逐项评估。研究结果表明,在过去的10年中,三江源区草原生态系统生态服务价值总量从1375亿元/年上升到1780亿元/年,年际变化较大;从趋势上,以2006年为分界点,2006年后的年份,其生态服务价值总量基本保持上升趋势,且普遍高于2006年前的年份。对不同草原类型进行生态服务价值评价可以看出,多雨冻原高山草甸类生态服务价值占全部草原类型生态服务价值的比例最大,10年中皆超过99.5%,这主要与该草地类型所占的面积比例有关;各类型草地生态服务价值占总价值的比例年际变化不大;在6项指标中,释放O_2与固定CO_2的价值所占总价值比例最大,两者之和约占全部价值量的90%,而直接的草产量价值仅占全部价值量的1%左右,远远低于其他生态服务项目的价值。

海草及海草场生态系统研究进展

海草是分布于全球各地浅海中的重要沉水被子植物,具有极高的应用价值;海草与周围环境形成一个独特的生态系统——海草场生态系统,是生物圈中最具生产力的水生生态系统之一,且强大的吸收和固碳能力使其成为全球最大的碳库之一;海草场具有多种重要的生态服务功能;被广泛视为是理想的"生态哨兵"来衡量近海岸生态系统健康状况。如今由于自然因素和人为破坏活动的双重干扰,全球海草种的数量和海草场的覆盖面积正在急剧减少,海草生存状况面临严峻的考验,约14%的海草种处于灭绝的边缘,1/3的海草场彻底消失。目前,海草监测工程和以生境恢复与人工移植为主的海草保护恢复工程已经开始实施,并取得初步成效,对今后全球范围内海草保护恢复工作具有重要指导作用,但该工程还仅仅处于起步阶段,取得更多技术理论上的突破和政策上的支持才能实现挽救濒危海草种及缓解海草场生态系统破坏现状的目标。本文通过对全球海草及海草场生态系统研究成果的总结,阐述了海草和海草场对全球生物圈的重要性以及面临的严峻生存压力,以期提高公众对海草的认识,并唤起人们保护海草的意识。

草地农业的循环经济特征分析

通过对四墩子乡农业系统能值分析发现:1)四墩子乡全系统能值总流量121.007 6×1017 sej,草地亚系统能值总流量为89.27×1017 sej,占全系统能值总流量的73.77%,较农田与林地亚系统比重大。2)在各亚系统中,草地亚系统的能值投资率、环境负载率很低,而且系统太阳能值转换率最高,能值可持续发展指数相对也较大。3)草地农业系统与其它系统进行系统耦合,可使农业生态系统生产潜力得到大幅度提高。从而论证草地农业在整个大农业系统中处于物质、能量循环的中心,是实现农业循环经济的原发点。实施草地农业,进行广泛的系统耦合是促进农业循环经济发展的技术保障,也是中国农业结构调整的必然之路。

放牧生态系统枯落物及其作用

草地枯落物是连接放牧生态系统中"土—草"界面的主要媒介,是调控地上-地下生态过程的关键因子,对草地物种多样性、生产力、退化草地恢复等具有重要意义。一方面,家畜的采食、践踏、排泄物等减少枯落物积累和加速其分解,且与放牧强度、制度、季节、家畜种类联合响应;另一方面,枯落物影响家畜的选择性采食、蹄压等行为,为微生物和小草食动物生命活动提供有利场所及能量,进而影响草地生态系统结构及功能。枯落物也能够改变土壤理化性质和物质循环,产生化感物质,影响种子发芽、幼苗生长,导致草地群落构建和演替。本研究综述了国内外相关文献,探讨放牧生态系统中的枯落物及其作用,旨在明确草地生态系统中"放牧-枯落物-土壤-绿色植物"之间的相互作用机制,为后续草地可持续性管理研究提供理论依据。

传统牧区草地农业替代战略—基于6大牧区的研究

我国传统牧区水资源短缺、草地资源丰富而耕地肥力不足,不适宜种植粮食作物。面对日趋紧张的资源约束和畜产品需求的爆炸式增长,牧区草地农业势在必行。因此,以我国6大牧区为研究对象,以食物当量和农田当量的量纲,分析现行农业系统下我国传统牧区的食物生产情况,计算草地农业系统的食物生产潜力,并与现行农业系统的食物生产能力进行对比。结果表明:我国传统牧区的现行农业系统面临着粮食增产能力有限及畜牧业生产成本过高、饲料用粮比重过大等问题,而草地农业模式可新增农田当量1514.24万hm^2,新增食物当量9177.28万t。基于研究结果讨论了我国传统牧区发展草地农业的必要性和优势,并提出发展草地农业的政策建议。

干旱半干旱区生态系统凝结水的影响因素及其作用研究进展

凝结水是干旱半干旱生态系统重要的水分补给来源,对于维持生态系统功能具有重要意义。综述了干旱半干旱生态系统气象条件、地形环境和植被属性等因素对凝结水形成的影响,以及气候和环境变化对凝结水产量的影响机制。在此基础上,进一步从植被生长、生物土壤结皮、小型动物、微生物和地表水热平衡过程等方面,探讨了凝结水产量变化对干旱半干旱生态系统组成和过程的重要作用。最后对未来相关研究提出以下建议:(1)增加长时间序列的凝结水观测数据分析,(2)系统探讨凝结水对干旱半干旱区生态系统功能的综合影响,并(3)完善气候变化背景下凝结水与生态系统关系的相关研究。本文旨在对该领域的未来研究提出综述、建议和展望。

气候和土地利用变化共同驱动青海海南、海北州生态系统服务的时空变化

明确生态系统服务时空变化及驱动因素是认识生态系统服务维持和提升的基础。高寒地区是生态系统服务供给的热点,同时也是气候变化的敏感、脆弱区。土地利用和气候变化在高寒生态系统服务时空变化中的作用尚缺少系统性研究。因此,本研究基于生态系统服务模型和广义线性模型,以青藏高原东北部的海南、海北州为案例,评估了2000-2015年7项生态系统服务及生态系统多服务性的时空变化,并分析各驱动因素的相对重要性及气候与土地利用变化的相互作用。结果表明:从2000到2015年,生态系统服务总体呈南部增加,北部减少的趋势。食物供给受土地利用变化影响最大(相对贡献=34%),净生态系统生产力(NEP)受温度变化的影响最大(相对贡献=77%),水质净化(氮保留、磷保留)、土壤保持、水源供给、水源涵养受降水变化的影响最大(相对贡献分别为63%、48%、74%、86%和75%),生态系统多服务性受降水变化影响最大。本研究中,除土壤保持外,气候(降水、温度)变化对其他生态系统服务及生态系统多服务性的作用随土地利用变化而变化(交互作用,P<0。001)。结果表明,实现生态系统服务可持续发展不仅要关注土地利用变化,同时应关注气候与土地利用变化的相互作用,优化生态系统服务的时空配置,以提升高寒地区生态系统的多服务性。

我国草地生态补偿对农牧户的影响

草地生态补偿的目的是为了恢复和保护将要或者已经破坏了的草地生态环境,我国目前开展的大规模的草地生态补偿项目有退牧还草、退耕还草还林、草原生态保护补助奖励机制等。我国草地生态补偿开展十几年来,草地生态得以恢复,草群高度、植被盖度、干草产量方面都有所改善。而农牧户作为生态补偿客体的最基本单位,农牧户的响应与生态补偿可持续性息息相关。本文分析总结了草地生态补偿对农牧户的影响,结果表明,草地生态补偿对农牧户家庭经济和农牧产业结构产生了一定的正面影响,但目前实践工作还处于不成熟阶段。存在一些亟待解决的问题:1)补助标准和期限不合理;2)畜牧业生产方式落后,资金缺口大;3)舍饲风险大;4)剩余劳动力转移困难;5)缺乏技术补偿。根据存在的问题,提出以下建议:1)制定合理的补偿标准;2)拓宽融资渠道;3)完善社会保障制度;4)发展集约化畜牧业;5)增加技术补偿;6)延长补助期限,发展后续产业。

美国农业生态补偿典型案例剖析

作为一种将生态环境外部的、非市场化的价值转化为对当地环境服务提供者的财政激励的创新性手段,生态补偿为生态环境的保护提供了新途径。美国是世界上实施生态补偿较早的国家,在实施生态补偿方面建立了完善的体系和方法,而我国在自然环境和社会历史因素方面与美国具有相似特性,因此,分析美国的农业生态补偿对我国发展生态补偿具有重要的现实意义。美国农业生态补偿的初衷是稳定农产品市场价格,在长期的发展过程中,其已建立了健全的法律保障体系、动态的管理体系以及针对不同区域环境状况的差异化补偿标准。同时,依据特定区域的环境指标进行层次明确、重点突出的优先补偿措施,也保证了其实现单位补偿资金效益最大化的发挥,这些都为我国发展生态补偿提供了重要借鉴。

基于SPEI指数与GIS技术的高寒草地干旱生态风险动态评价

干旱风险研究是环境研究的前沿热点。本研究结合GIS 空间分析和统计方法,以甘南州为研究区,计算了研究区1955-2014 年不同时间尺度的标准化降水蒸散指数(standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI),选取适合监测甘南州高寒草地干旱的最佳时间尺度的SPEI,并且基于SPEI 指数、干旱风险概率模型,进行了干旱生态风险评价。结果显示:1)基于SPEI 指数监测高寒草地的最优值为SPEI6;2)Morlet 连续小波分析的结果显示出研究区高寒草地呈现明显的以3-6 年为短周期的“干-湿”变化;3)在空间分布上,近15 年以来高寒草地生长季干旱发生的区域主要在甘南州的东部,而西部相对来说发生干旱的频率较低。整体而言,近15 年间整个研究区干旱呈现逐渐减弱的状态;4)未来干旱风险较高区域在碌曲县南部和玛曲县南部,尤其是玛曲湿地周围。本研究结果可为相关的草地资源生态安全研究提供有益的参考。

草地生态补偿研究进展

草地生态环境的日益恶化已经成为阻碍经济社会发展的瓶颈。随着人类对草地生态系统服务功能不可替代性的深入认识,通过生态补偿使草地生态服务的受益者支付消费成本,以促进草地生态安全屏障保护与生态服务价值增值。在总结国内外生态补偿研究文献的基础上,对草地生态补偿的内涵、理论基础、生态补偿机制及国内外研究现状进行了系统总结,分析了目前草地生态补偿研究中存在的主要问题,提出了未来研究的发展方向。

中国北方草地资源管理信息系统的设计与实现

北方草地不仅是我国重要的畜牧业生产基地,更是我国北方一道重要的生态屏障。为了掌握北方草地资源的整体状况、空间分布以及动态变化,本研究基于ArcGIS Server 10.0服务器、Microsoft SQL Server 2008数据库等环境,将Flex框架与WebGIS技术相结合,设计开发了中国北方草地资源管理信息系统,实现了在网页上快速浏览、查询、管理北方草地资源的功能,构建了一个全面、准确、高效的草地资源监测信息管理平台,为相关决策人员提供了科学、合理的决策依据,推动了我国数字草业的发展进程。