草地生态系统保护、修复与功能提升的关键科学问题

草地占我国国土面积的27.6%,在保障我国生态安全中发挥着重要作用。本文梳理了我国从单一追求草地资源的物质生产功能,到生产和生态兼顾,再到目前的生态优先、多功能目标管理的发展历程,分析了草地保护与修复政策施力点及其在遏制草地退化中的作用,分析了我国草地修复过程中的乡土草种质资源、土壤养分和土壤微生物等制约因素,介绍了依靠自然过程,将退化草地恢复到生物多样性、稳定性与地带性群落接近的草地近自然恢复理念与途径;凝练了我国草地保护和修复亟需解决的关键科学问题。建议在新时代草地保护与修复政策的保障下,尊重自然、顺应自然、践行近自然恢复理念,引领新时代由植被到生态系统的草地保护与修复工作。

恢复演替中草地斑块动态及尺度转换分析

研究了 9a草地恢复演替系列中斑块边界形状和斑块面积分布动态 ,并进行了尺度转换分析。獐茅斑块的边界分维数和斑块化指数最高 ,羊草斑块的较低 ,碱蓬斑块的斑块化指数略小于羊草斑块 ,边界分维数大于羊草斑块。其他类型斑块的两种指数基本上介于獐茅斑块和羊草斑块之间。斑块化指数的年际变动滞后于斑块边界分维数。斑块边界分维数在整个试验的尺度范围内符合同一自相似规律 。

放牧和刈割条件下草山草坡群落空间异质性分析

采用变异矩分析和分形方法,研究了草山草坡群落在放牧和刈割条件下的空间异质性及空间自相关性.结果表明,群落空间格局有尺度依赖性,刈割条件下空间异质性及空间自相关性比放牧条件下复杂,具有不同的分形特征的尺度范围(尺度域)更多.刈割地物种多样性空间自相关性弱,多样性梯度即β多样性小.放牧消除地形引起的样地差异,因而使空间异质性简单化.

北方草地及农牧交错区草地植被碳储量及其影响因素

【目的】草地生态系统在全球碳平衡中有重要的意义,草地植被碳库及其变化机制研究是植被生态学的重要命题。本文研究北方草地和农牧交错区草地植被碳密度及其空间格局,解析不同区域草地植被碳密度的关键影响因素,分析了气候、土壤、放牧等因素对地上地下植被碳库的相对贡献。【方法】基于2002—2009年北方草地及农牧交错带草地植被调查数据,结合同期MODIS/NDVI遥感影像和1﹕100万草地类型图,建立了我国主要草地类型的生物量估算模型;整合野外考察数据和前人研究结果,探讨了研究区地上地下生物碳库及其空间格局;基于研究区255个县级行政单元,分析了不同类型草地植被碳库与气候要素、土壤要素及家畜承载量的关系,应用一般线性模型(GLM)解析了不同影响因素对草地碳密度的相对贡献。【结果】(1)北方草地与农牧交错区草地地上平均生物碳密度为36.9 g C·m^-2,地下生物碳密度为362.9 g C·m^-2,地下生物碳密度高于地上10倍,均呈从东到西递减的趋势,频率分布图基本服从对数正态分布,不同草地类型的生物碳密度存在明显差异;(2)整个研究区及草原亚区、荒漠亚区、农牧交错亚区内,地上生物量与年降水量(MAP)呈极显著正相关、与年均气温(MAT)均呈极显著负相关,与土壤黏粒含量(Clay%)呈显著正相关、与土壤砂粒含量(Sand%)呈显著负相关,整个研究区家畜承载量与草地地上生物量之间呈极显著正相关;(3)一般线性模型(GLM)分析结果表明,年平均降水量(MAP)、年均气温(MAT)、土壤黏粒含量(Clay%)、放牧强度对地上生物量空间变异的解释率分别达到29.6%(P<0.001)、5.8%(P<0.001)、0.8%(P<0.05)、1.3%(P<0.001);地下生物量的空间变异主要来自于年降水量(MAP)、年均气温(MAT)、土壤砂粒含量(Sand%),对方差的解释率分别达到12.1%(P<0.001)、6.8%(P<0.001)、1.9%(P<0.005),放牧强度没有明显贡献。【结论】气候条件尤其是年降水量是草地生物量碳库的主要影响因素,但对地上生物量影响更为明显;土壤质地对植被生物碳库也有显著贡献,尤其对地下生物量的影响更加显著;放牧强度只能解释地上生物量变化的1.3%、对地下生物量没有显著贡献,这一发现意味着气候对生物量碳库的贡献远大于放牧影响。

碱化草地群落恢复演替空间格局动态分析

对松嫩平原碱化草地 1 989年开始围栏封育的 1 hm2样地 9a间的空间格局进行了分析 ,结果表明 :( 1 )不同物种斑块空间格局动态不同 ,在恢复演替各个阶段中的地位与作用也不同。 ( 2 )结论基本上支持了斑块化 -稳定性假说。

南方山地人工草地群落结构组建及其与环境因子的关系

采用CCA排序技术 ,定量分离了刈割和放牧下环境、空间、生物和随机因素对亚热带山地人工草地群落结构组建的贡献 ,分析了不同管理制度下的群落 环境关系 .放牧和刈割条件下 ,与环境因素有关的群落结构变化分别为 2 7 4 %、2 5 9% (其中环境因素独立作用分别为 1 8 9%、1 9 8% ) ,空间因素解释的变化分别为 32 5 %、2 4 2 % ,生物及随机因素造成的变化分别为 4 8%、5 6 % .说明放牧削弱了生物学过程 (主要是物种相互作用和种子扩散 )对群落结构组建的作用 ,增强了空间因素的影响 .空间因素主要是通过与环境因素耦合 (改变直接环境的空间分布 )对群落结构组建起作用 .刈割条件下 ,群落结构和物种多度沿环境变化呈梯度分布 .放牧条件下 ,环境因素与群落、物种的关系比较复杂 ,不同干扰程度的群落小斑块向不同方向演替 .

松嫩平原碱化草地植物群落分布的空间和环境因素分析

在１９９６年野外实地采样的基础上，运用ＤＣＡ消势对应分析（ｄｅｔｒｅｎｄｅｄｃｏｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓ）对群落主要变化趋势及其与土壤环境因子之间的关系进行了分析。运用ＤＣＣＡ消势典范对应分析（ｄｅｔｒｅｎｄｅｄｃａｎｏｎｉｃａｌｃｏｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓ）对影响松嫩平原碱化草地群落结构季节动态的空间和环境因素进行了定量的分解。结果表明：在影响群落分布的各因子中，环境因子独立约占４０％，而环境＿空间耦合因子占３５％，空间因子独立约占３％，其他因子约占２０％。在诸多因子中，土壤的盐渍化程度在整个生长季起着决定性作用，但土壤水分和氮素的作用因季节而变化。在干旱季节，植物生长的主要制约因子为土壤碱化度和土壤水分，而土壤氮素的作用处于次要地位。但在降雨较多、土壤湿润度较大的季节，土壤氮素的影响明显增强，成为仅次于土壤碱化度的决定性因素。

放牧和围封条件下羊草碱化草地中斑块分布格局研究

应用分形方法对松嫩平原羊草碱化草地中斑块分布格局进行定量估计 ,分析了放牧干扰和围封条件下斑块分布特征及动态。结果表明 :随放牧强度增加 ,羊草斑块的斑块化指数增大 ,斑块面积范围的上下限变小 ,分布趋于破碎化和不均匀 ,斑块分布格局趋于复杂 ,自相似规律发生转折的尺度增多。围封后 ,1989～ 1993年羊草斑块总面积增加 ,斑块数目减少 ,斑块化指数降低 ,1994年后羊草斑块分布格局基本稳定。羊草斑块分布的双对数曲线都在 45 m2左右发生转折 ,说明分布格局在此尺度发生尺度转换。恢复演替过程中不同尺度羊草斑块的分布格局变化趋势不同。

放牧和水淹干扰对松嫩平原碱化草地空间格局影响的分形分析

对东北松嫩平原碱化草地植物群落空间格局的分形性质进行了分析，分别用边长面积指数和Ｋｏｒｃａｋ相对斑块化指数估计了斑块边界复杂性和斑块面积大小频率分布格局。结果表明：随放牧强度增加，占优势的羊草（Ｌｅｙｍｕｓｃｈｉｎｅｎｓｉｓ（Ｔｒｉｎ．）Ｔｚｒｅｌ）斑块的斑块化加剧，而斑块的边界在中度放牧时最不规则；在水淹地，占优势的羊草斑块和次优势的碱茅（Ｐｕｃｉｎｅｌｉａｓｐｐ．）斑块、獐茅（Ａｅｌｕｒｏｐｕｓｌｉｔｏｒａｌｉｓ（Ｇｏｕａｎ）Ｐａｒｌ．ｖａｒ．ｓｉｎｅｎｓｉｓＤｅｂｅａｕｘ）斑块的斑块边界复杂性和斑块化程度比未水淹地都低，说明水淹降低了群落复合体内的异质性；在水淹地，优势斑块的边长面积指数和Ｋｏｒｃａｋ指数均低于次优势种，但在重度放牧地结果正好相反，可能是由于两种样地处于不同的演替阶段；而且，斑块边界复杂性符合同一尺度规律，在现有的面积范围内没有尺度转换，斑块面积大小的频率分布格局则存在尺度转换点。

不同水分条件下春小麦种群中个体大小不整齐性及遗传学分析

种群内个体大小不整齐性是种群数量结构的主要指标。本文研究了不同水分条件下，３个品种春小麦种群个体大小不整齐性的建立及变化规律。对春小麦种群不整齐性的遗传学分析表明：遗传结构与随机环境修饰对种群数量结构形成的相对重要性，因水分条件不同而异。种群不整齐性在自然选择中的作用可用下列简单模型表示：ＧＳ０＝ＳＨ×ｈ２ＳＨＧＳ０：自然选择强度；ＳＨ：大小不整齐性；ｈ２ＳＨ：不整齐性的遗传力。

宜昌百里荒草山草坡群落物种分布的空间趋势分析

通过基于 CCA的趋势面分析和空间插值方法 ,研究了宜昌百里荒山地草场的群落结构空间变化 ,以及群落结构空间趋势与主要环境因子的相关性。结果表明 ,该群落物种空间中的群落结构面和物理空间中的空间趋势面可以很好地吻合 ,说明该群落的结构由一种具有强烈空间结构化特征的机制控制。对群落结构和空间趋势影响最显著的环境因素是土壤有效磷。

酸性土壤中NO_3^--N的吸附

酸性土壤中硝化作用的空间变异以及土壤本身对NO-3-N的吸附都是极具争议性话题.对酸性土壤中NO-3-N吸附作用的研究不仅具有农学和环境双重意义,而且有助于我们进一步探讨酸性土壤中存在强烈硝化作用的可能性.本文综述了近年来国内外酸性土壤中NO-3-N的吸附作用机理及其主要影响因素,结果表明NO-3是非专性吸附离子,其吸附主要受粘土矿物类型、pH、表面电荷、陪伴离子种类、电解质浓度以及有机酸有机质的影响.

我国草原的保护和利用:现状与未来

本文阐述了我国草原利用现状及存在的问题,分析了草地保护与利用的国际经验,并提出了未来草地利用管理的建议和设想。

现代数字草业技术

数字草业技术本身只是个手段,通过促进草业产业发展来带动社会生产力进步、提高经济效益,才是草业信息化技术应用的最终目的,只有通过推广应用才能完成草业管理技术创新的整个过程.

围封对草地的影响研究进展

围封是草地管理的重要手段。围封通过排除家畜的践踏、采食及排便等干扰,从而使其群落向着一定方向演替。由于草地生态系统本身的复杂性和放牧历史、环境因子等的迭加作用导致退化草地群落围封后出现3种可能的演替模式,即单稳态模式、多稳态模式和滞后模式。由于围封后种群的消长、某些种群的消失及新种的进入导致草地在围封后的植物多样性也发生变化。从"中度干扰"理论、对放牧敏感性植物种消失、以及特殊环境因子下群落恢复缓慢等方面总结了草地围封后植物多样性的3种可能变化方向。总结了围封对土壤种子库的影响及其在草地恢复中的作用。阐述了围封对草地土壤理化性质的作用机制。总之,围封对草地的作用具有两面性。对围封作用要有全面的科学认识,把握好围封的时间尺度,以充分发挥其在退化草地恢复中的作用,避免由于利用不当而对草地产生的负面影响。建议加强对已有相关研究成果的总结与分析,对不明确和有争议的课题进一步深入研究,并建立长期的围封研究项目,增加围封研究的站点建设。

2000-2008年内蒙古草原MODIS NDVI时空特征变化

该文选用2000-2008年的MODIS NDVI数据,采用统计学的分析方法,研究了内蒙古草原中温性草原、温性荒漠、低地草甸、温性荒漠草原、温性草甸草原、温性草原化荒漠、山地草甸7类主要植被类型9a来年度NDVImax空间变化趋势、波动程度、出现时间等植被指数时空特征。结果显示,2000-2008年间,内蒙古草原植被总体趋于恢复。各类型草原年度NDVImax平均值趋于增加,NDVImax介于(0,0.4]之间的低盖度草原植被面积趋于减少,NDVImax介于(0.4,1]之间的高盖度草原植被面积趋于增加。在空间上,67.15%的草原面积植被状况趋于好转,32.85%的草原面积植被状况趋于恶化,2008年植被状况是9年来最好的一年。除温性荒漠外,内蒙古草原各植被类型NDVImax从6月底开始集中出现,至9月底结束,其中8月是温性草原和草甸类草原NDVImax集中出现的重要时期。

不同放牧梯度下呼伦贝尔草甸草原土壤碳氮变化及固碳效应

放牧是内蒙古呼伦贝尔草甸草原主要的利用方式,弄清放牧情况下草地土壤碳氮变化和固碳效应,将为我国内蒙古地区草地碳汇管理提供重要的科学依据。通过小区控制放牧实验(放牧梯度0.00,0.23,0.34,0.46,0.69,0.92Au/hm2),探讨了不同放牧梯度下土壤碳氮变化及固碳效应,实验结果表明:放牧梯度对土壤碳氮含量、土壤碳氮贮量的变化有明显的影响,0—30 cm土层碳氮贮量随着放牧梯度增加呈显著的线性下降趋势。随着放牧时间的延续,轻度放牧利于提高草地的土壤有机碳密度和碳固持潜力,重度放牧显著降低了土壤碳氮含量、碳氮贮量和碳氮固持潜力。不同放牧梯度下土壤碳氮含量和碳氮贮量具有明显的垂直分布特征,随着土壤深度的增加土壤碳氮含量、碳氮贮量均呈明显的下降趋势。轻度放牧草地表现为碳固持,重度放草地表现为碳流失,对呼伦贝尔羊草草甸草原而言,土壤碳固持/碳流失的转化阈值为0.46Au/hm2,通过合理控制放牧梯度能够达到增加草地土壤固碳潜力,实现碳增汇的目的。

呼伦贝尔草原植物群落空间格局及其环境解释

草地不同植物群落的空间分布结构及群落内部的物种组成结构的研究,一直是草原植物群落生态学最核心的问题之一。在2006年野外实地采样的基础上,运用DCCA除趋势典范对应分析(detrended canonical correspondence analysis)对影响呼伦贝尔草原植物群落结构的地形和土壤环境因素进行了定量的分解。结果表明:纯土壤环境因子可以解释的物种多度变化为12.48%,纯地形因子可以解释的物种多度变化为8.34%,两者耦合的部分为4.76%,不可解释的部分为74.42%。地形因子通过影响水热组合的再分配,对群落结构起起较大作用。在诸多因子中,土壤总氮、有效钾、有效氮、有效磷、有机质以及坡形决定了群落小生境的变化,导致群落类型分布的梯度变化。

呼伦贝尔草甸草原不同土壤水分梯度下羊草的光合特性

为探索气候变化引起的干旱可能对呼伦贝尔草甸草原生产力造成的影响,利用Li-6400便携式光合测定系统对呼伦贝尔草原4个土壤水分梯度下羊草的光合生理指标进行测定。结果表明:羊草叶片净光合速率的日变化在土壤质量含水量为(40±1)%、(20±1)%及(10±1)%的条件下呈双峰曲线,峰值分别出现在8:00和16:00,有明显的光合午休现象,在干旱胁迫(土壤质量含水量为(5±1)%)条件下变化趋势平缓,曲线双峰特征不明显,净光合速率大幅下降;叶片蒸腾速率和气孔导度的日变化趋势均呈双峰曲线;不同土壤水分梯度下羊草叶片胞间CO2浓度的日变化与净光合速率日变化趋势相反。通过光响应的研究表明,土壤水分胁迫使最大净光合速率、光饱和点、表观量子效率以及水分利用效率降低,而光补偿点升高。干旱胁迫降低了呼伦贝尔草甸草原植被的光合生产能力,从而可能导致草地生产力大幅下降。

改进CASA模型在内蒙古草地生产力估算中的应用

CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型是针对北美地区植被而建立的净第一性生产力(NPP)模型,本文通过修改CASA模型参数(PAR、FPAR),使之成为适合草地NPP估算的模型。采用改进后的CASA模型计算了2003年内蒙古草地生长季的生产力,并利用2003年7和8月的地面实测样方数据对改进后的模型进行验证。结果表明,2003年内蒙古草地生长季总的第一性生产量为28.59×1012gC,利用改进后的CASA模型模拟的NPP值与地面实测值基本一致。除了温性荒漠类草地退化程度大于Ⅱ度时误差较大外,其它草地类型模拟的精度>80%,未退化草甸草原和典型草原的模拟精度达到90%。