我国草原分区-分类-分级生态修复模式研究

草原是我国重要的自然资源和生态屏障,草原生态修复是我国生态文明建设的重要内容,也是提升草原生态系统服务功能和固碳潜力的重要途径。已有大量研究针对退化草原提出了多种有效的生态恢复措施,但缺乏系统性和针对性的总结。本文在系统梳理和总结国内外草原生态修复研究的基础上,基于文献计量学的研究方法,总结了我国草原生态修复经历的三个阶段。同时,针对不同区域、不同退化/受损/破坏类型和和不同退化程度的草原,探索和提出了我国草原分区-分类-分级生态修复模式,并对我国草原生态修复的未来发展提出了相关建议,以期为我国草原生态修复和可持续管理提供科学依据和参考。

内蒙古林草过渡区欧亚绣线菊和土庄绣线菊叶绿体基因组比较研究

【目的】我国是绣线菊属植物的现代分布和分化中心,欧亚绣线菊和土庄绣线菊是同域分布在内蒙古林草过渡区的两种绣线菊属植物,分析两个物种的叶绿体基因组差异可为鉴定同属植物亲缘关系提供依据。【方法】本研究采用二代测序技术,利用Illumina Novaseq 6000平台,通过组装、注释后得到两个物种完整的叶绿体全基因组序列,并利用生物信息学方法分析其序列结构并构建系统发育树。【结果】结果显示:欧亚绣线菊叶绿体序列全长为155916 bp,总GC含量为36.72%,土庄绣线菊叶绿体序列全长为155942 bp,总GC含量为36.76%。二者均注释得到130个基因,其中111个基因是独有的,包含78个蛋白质编码基因、29个tRNA基因和4个rRNA基因。欧亚绣线菊和土庄绣线菊分别检测到238和241个简单重复序列,以A或U结尾的密码子偏好性大于以G或C结尾的密码子偏好性,基因组变异区域主要分布于非编码区域。二者编码亮氨酸的密码子含量最多,半胱氨酸密码子含量最低。系统发育树结果显示:欧亚绣线菊和土庄绣线菊构成姐妹类群,存在较近的亲缘关系,绣线菊属与鲜卑花属亲缘关系较近,呈姐妹类群关系。【结论】研究结果可为绣线菊属植物的系统发育、分类鉴定和资源开发利用等相关研究提供基础资料。

北京市典型绿地花卉植物BVOCs释放成分谱研究

采用静态箱式采样-固体吸附-热脱附-气相色谱/质谱联用技术(TDS-GC/MS),于2011年3月到2012年12月期间对夹竹桃(Allemanda cathartica)、变叶木(Codiaeum variegatum var.pictum)、广东万年青(Aglaonema modestum)3种典型花卉的生物挥发性有机物(biogenic volatile organic compounds,BVOCs)的释放成分进行了测定研究。结果表明:3种花卉所释放的BVOCs都以烷烃、烯类、芳香烃类和酯类物质为主,含有少量的醇类、醛类、卤代烃和含氮类化合物;进入夏季后3种花卉烷烃、烯烃、芳香烃和酯类的释放都有明显的增加。3种花卉释放出的3种代表性有毒有害物质邻苯二甲酸二丁酯、乙苯和苯乙烯的释放量均为夏季最高,3种花卉有害物质释放量由高到低分别为广东万年青、变叶木和夹竹桃。研究结果对于实施对流层臭氧控制和城市绿地植物的合理选择和搭配具有重要的指导意义。

我国草原生态保护建设体系及其市场主体建设研究

我国拥有4亿hm2草原,是面积最大的陆地生态系统。新中国成立至今,草原先后经历了以生产为主、生产与生态并重以及新时期以生态优先的不同阶段发展理念,形成了由法律法规、工程项目、技术与产业等体系组成的草原生态建设与保护体系,取得一系列生态建设成就。但目前草原生态保护与建设主要依赖于政府为主导的"一元"主体模式,该模式存在着资金投入不足、效益不足、后续生态产业设计不足等问题。2015年9月18日,中央政府提出培育环境治理和生态保护市场主体的改革举措,鼓励市场主体进入生态保护与建设领域,为草原生态保护建设提供了新思路。目前,市场主体在退化草原生态修复中具有巨大前景,市场主体可通过提供生态修复产品进入草原生态修复市场。此外,草原生态产品蕴藏着巨大的经济效益,市场主体将草原生态产品与工业、农业、商业、服务业等行业结合进行产业化经营,可实现草原生态产品的经济转化。为培育草原生态建设与保护市场主体,需在金融政策创新、草原生态产品价格体系建立、生态文明宣传等方面进行配套,并将政府目标与市场主体行为结合。国家提供资金补助,企业完成治理目标,市场主体发展产业,形成草原生态保护建设中的政府+市场的"二元"模式,以实现草原生态经济可持续发展。

呼伦贝尔草原不同利用方式下土壤盐分分布特征

研究不同利用方式下草原表层土壤盐分分布特征,可为分析和评价不同利用方式对草地生态系统的影响、合理利用草地资源提供基础科学支撑。本研究以呼伦贝尔草原围封、刈割、放牧3种利用方式下的草地为研究对象,采用野外、室内相结合的方法,探究不同利用方式下研究区土壤盐分分布特征。结果表明:随着草地利用强度的增加,土壤盐分含量上升,主要表现为Ca^(2+)占比逐渐增多,主要阴离子由SO_(4)^(2-)过渡为HCO_(3)^(-);土壤盐分含量受利用方式影响显著(P<0.05);围封下土壤盐分含量低于其他利用方式;土壤盐分在放牧和围封时均呈表聚特征。总体来看,围封能够有效抑制土壤盐分增加,改善土壤盐渍化。本研究分析了草原表层土壤盐分含量对不同利用方式的响应,研究结果可为优化温性草甸草原管理和利用提供科学支撑。

增温增雪和放牧对青藏高原高寒草甸土壤细菌群落的影响

近50年来青藏高原的土壤温度、水分条件发生显著改变。前期许多研究关注了温度或水分变化对青藏高原微生物群落的影响,对于放牧背景下增温增水对微生物群落多样性和组成的耦合影响研究相对较少。本研究在青藏高原纳木错典型高寒草甸生态系统展开,采用增温增雪耦合放牧的原位控制实验,研究了土壤细菌群落组成、多样性和功能类群对增温、增雪和放牧及其交互作用的响应。结果表明,增温增雪和放牧及其交互作用对土壤细菌整体的多样性和组成没有显著的影响,增雪放牧显著影响了细菌群落的丰富度;增温、增雪和放牧改变了植物种群和微生物部分种群的相对丰度;增温增雪和放牧都降低了多种细菌功能类群的数量。在气候暖湿化的趋势下,青藏高原细菌多样性、组成和相对丰度不会在短时间内发生巨大的改变。

呼伦贝尔草原不同利用方式下表层土壤磷元素含量的高光谱反演

磷是植物生长发育必需的营养元素,研究不同利用方式下草原土壤磷素的含量状况,是更好地开展草原保护修复工作的前提。本文以内蒙古辉河国家级自然保护区为研究区域,野外实地调查采集了三种不同利用方式(放牧、围封、刈割)共18个样地的表层(0~30 cm)土壤,室内测定了表层土壤的总磷和有效磷含量以及光谱数据。分析表明:围封地和刈割地总磷含量差异不显著,二者总磷含量均显著高于放牧地,而围封地有效磷含量显著高于放牧地和刈割地。通过偏最小二乘(Partial least-square method,PLSR)、随机森林(Randomforest,RF)和BP神经网络(Back propagation neural netwok,BPNN)三种模型对表层土壤磷含量进行高光谱反演表明:PLSR对三种利用方式下土壤磷素的反演稳定性最强,对总磷和有效磷反演的R^(2)均大于0.90,RMSE值均小于16.00;RF次之,BP神经网络仅适用于刈割地的总磷和有效磷反演。研究结果以期此模型为草原区土壤磷含量动态监测提供基础支撑。

辉河湿地河岸带土壤养分与酶活性特征及相关性研究

以辉河湿地国家自然保护区内核心区为研究区,通过野外采样和室内分析相结合的方法,研究土壤养分和酶活性特征以及二者间的相关性。结果表明,随着距河岸距离的增大以及高程的增加,辉河湿地河岸带土壤理化性质发生明显的梯度变化,土壤全氮、全磷和有机质含量从岸边芦苇带到岸坡草本植物带呈先增大后下降的变化趋势,而土壤含水量呈下降趋势。同时,土壤酶活性(碱性磷酸酶、脲酶)也随着植被群落的陆向演替,呈现出一定的差异和变化规律,整体呈增大趋势,其活性与全氮、全磷、有机质呈极显著正相关(P<0.01),与土壤含水量呈极显著负相关(P<0.01)。综合分析表明,辉河湿地河岸带土壤酶活性不仅与土壤性质有关,与水文状况、微地形、植被演替也密切相关。

新疆阿勒泰平原荒漠罗布麻种植区的生态效益评价

气候变化、过度放牧和盲目开垦等不合理的人类活动,导致了新疆阿勒泰地区的植被退化和生态系统服务功能的减弱。为改善新疆阿勒泰地区的生态环境,本文选取在盐碱地和荒漠生境中生长良好的罗布麻为研究对象构建灌草复合系统,基于野外调查取样和室内分析方法,以平原荒漠区的原生植被为对照,对比分析1年和2年生罗布麻种植区与平原荒漠区的固碳增汇、防风固沙和水土保持等生态系统服务功能。结果表明,罗布麻植株相比对照平原荒漠的优势植物无叶假木贼,能显著提高植被的净光合速率和水分利用效率。2年生和1年生罗布麻样地的固碳量相比对照平原荒漠,分别增加了23.21%和21.56%;土壤风蚀模数分别降低了70.87%和88.72%,差异均显著;土壤可蚀性K值相比对照平原荒漠分别降低了13.50%和18.33%。本研究证明在新疆阿勒泰平原荒漠区种植罗布麻,构建灌草复合系统,能显著改善研究区的群落结构,提高植被的水分利用效率,增强平原荒漠区的生态系统服务功能,能很好地实现阿勒泰地区生态效益和经济效益的双赢。

高速公路风化岩石路堑边坡植被恢复的群落稳定性研究

高速公路风化岩石路堑边坡植被恢复工程中的植物生长、群落发育情况决定了坡面植被恢复的可持续性,以往的研究工作较少对这类植物群落的长期稳定性进行探讨。以中国山东省某高速公路风化岩石路堑边坡植被恢复工程为研究对象,自2001年实施植被恢复工程后的14 a时间里,通过在坡面设置的36个观测小区,分别从平面和竖向2个维度观测了坡面植物的生长和分布数据,并分析了植物群落的层间结构变化情况。结果表明:在植被恢复工程初期快速生长的外来植物能为本地植物提供短期的温湿环境,从而营造了风化岩石路堑边坡植被恢复的适生条件,而适生性更强的本地植物则决定了群落演替的最终方向,由外来植物向本地植物过渡是顺向演替的必然结果;恢复4 a后的本地灌木种成为主要的坡面物种,无论是植株高度、植株密度、单株覆盖度、层间分布,灌木均为植被结构中的主要构成部分,对坡面植被恢复的贡献作用最大,明显优于草本等低矮地被植物;基于植被覆盖率、草灌比和竖向恢复面积3个因子构建了群落稳定性指数的计算方法,为建立一种适用于坡面植被恢复工程中的群落稳定性评价方法提供了依据。

兴安盟草原灌丛植被潜在适生区分布模拟分析

兴安盟位于大兴安岭向松嫩平原过渡带,是一道重要的草原生态保护屏障,兴安盟草原对于气候变化和人为干扰十分敏感,灌丛作为其原生植被受到外界干扰有可能会进一步扩张。为了探究影响兴安盟草原灌丛植被的环境因子,本研究基于61个兴安盟草原灌丛分布点和22个环境因子,利用MaxEnt模型对兴安盟草原灌丛植被潜在适生区预测。结果表明,等温性、坡度、最干月降水量、年平均气温是影响兴安盟草原灌丛分布的主导环境因子。兴安盟灌丛植被潜在适生区主要分布于西部、西南部的科尔沁右翼前旗、中旗等地区;未来气候情境下,兴安盟草原灌丛总体分布将向高纬度地区延伸,灌木线向上爬升。当温室气体排放量持续增加时可能会引起兴安盟地区水分匮缺,导致草原灌丛高适生区面积大幅降低,部分高适生区向中、低适生区转化。

紫花苜蓿分层收获方法的分层刈割高度研究

以紫花苜蓿皇冠为试验材料,对比了以不同分层刈割高度收获的上、下两部分植株在生物量与营养物质含量上的差异。结果表明:按照不同的分层刈割高度收获的紫花苜蓿,得到的上部分植株比下部分植株叶茎比高,粗蛋白质含量高,中性洗涤纤维含量与酸性洗涤纤维含量低,即上部分植株品质优于下部分。随着分层高度比的升高,上部分生物量减少,下部分生物量增加,分层收获得到的上、下两部分部分植株的叶茎比均升高,粗蛋白质含量均升高,中性洗涤纤维含量与酸性洗涤纤维含量均降低,即上、下两部分品质均变好。

中国草产业大势与挑战

本文通过对目前中国草产业发展的基本形式与功能价值的介绍,分析了草产业发展中的新理念和草产业在不同领域所面临的挑战。

基于MaxEnt模型的3种野生牧草西藏地区潜在适生区分析

西藏地区草地资源丰富,但利用水平尚待提高,加强野生牧草的适生性分析,对种质资源选育和草地生态畜牧业的发展具有重要意义。高山嵩草(Kobresia pygmaea)、小花棘豆(Oxytropis glabra)和紫花针茅(Stipa purpurea)是西藏地区广泛分布且品质优良的野生牧草,为探究三种野生牧草在西藏地区分布的主导环境气候因子,利用MaxEnt模型,分析适宜草种混播区域,以期为重要野生牧草资源在西藏地区高寒草地推广种植和人工草地混播提供科学依据。结果表明:高山嵩草最适生长区集中在西藏地区中部,影响其分布的关键环境因子是生长季月平均辐射;小花棘豆最适生区分布在日喀则市中部、山南市西北部和拉萨市,等温性是影响其分布的关键环境因子;紫花针茅在西藏地区分布广泛,影响其分布的关键环境因子是坡度。本研究明确了3种野生牧草混播种植的适生区域,为下一步推广人工草地种植提供理论依据。

基于InVEST与FLUS模型的准格尔旗水源涵养功能分析

土地利用是生态系统水源涵养功能的一个重要驱动力。随着全球气候变化的发展,准格尔旗水源短缺问题日益严重。本研究基于FLUS模型预测自然发展、城市发展与生态保护情景下2040年准格尔旗土地利用变化,运用InVEST模型分析了准格尔旗水源涵养的时空变化,结果表明:三种情景下FLUS模型的Kappa系数为0.87,0.88和0.83,均大于0.80,说明FLUS模式能很好地模拟研究区的土地演替。运用InVEST模型得出2040年城市发展情景水源涵养量最低为2.98×10^(8)m^(3),生态保护情景水源涵养量最多为3.37×10^(8)m^(3)。全旗的水源涵养量总体表现为“东高西低”“北高南低”的基本分布模式。根据各土地利用类型单位面积水源涵养能力的差异,其强度按以下顺序排列:草地>林地>耕地>水域>建设用地>未利用土地。通过对准格尔旗的土地利用状况和水源涵养功能的研究,能够为规划生态保护区提供管理建议,为社会经济发展提供理论支撑。

高速公路边坡植被固碳机理及监测思路探讨

在“碳达峰”和“碳中和”的背景下,针对高速公路边坡植被固碳研究较少,尚缺少系统的、定量化的估算研究。本文阐述了高速公路边坡植被固碳机理,从环境、工程、植物三个方面分析高速公路边坡植被固碳影响情况,通过样方碳储量和植物固碳力分析,推算出高速公路边坡植被固碳能力,并提出了针对高速公路边坡植被的固碳计量监测思路和框架,为高速公路边坡植被固碳研究提供参考。

地下调亏滴灌对紫花苜蓿耗水、产量和品质的影响

地下滴灌技术是最为节水的灌溉技术,为了推进地下滴灌技术在紫花苜蓿生产中的应用,2012年在甘肃武威开展了大田试验,通过对建植当年第2茬苜蓿不同生育期设置不同的亏水处理,研究了地下滴灌条件下调亏灌溉对紫花苜蓿耗水、产量和品质的影响。结果表明:随亏水程度的加重,紫花苜蓿的产量降低,耗水量减少,水分利用效率(WUE)提高,干重茎叶比降低,粗蛋白含量提高,粗蛋白产量降低;全生育期调亏,生育期间的耗水强度呈现现蕾期>分枝期>分枝前期的规律,并且随着亏水程度的增加,规律愈加明显;分枝期调亏的紫花苜蓿,在现蕾期复水后耗水强度有明显的补偿效应;与现蕾期调亏相比,分枝前期和分枝期调亏有利于降低茎叶比,提高粗蛋白质量分数和粗蛋白产量。该研究揭示了地下滴灌条件下不同调亏处理对紫花苜蓿耗水、产量和品质的影响,为干旱地区优质、高产、节水苜蓿的生产提供了试验依据。

西北旱区灌溉方式对苜蓿生长及水分利用效率的影响

为探讨不同灌溉方式对紫花苜蓿(Medicago sativa)生长、水分利用效率及产量的影响,通过田间试验研究了地下滴灌(SDI)、畦灌(BI)、喷灌(SI)和不灌溉处理(CK)4种灌溉方式下苜蓿生长的变化。结果表明:各处理间,SDI的土壤含水率在试验期间最高,且SDI的苜蓿株高、分枝数、单株叶面积及单株干重均显著高于BI,SI和CK;SDI两茬的产量分别为4815.87和4300.41kg·hm-2,与BI,SI和CK相比,第2茬分别提高了10.56%,14.92%和95.26%,第3茬分别提高了13.64%,23.60%和120.85%,均达到显著水平(P<0.05);SDI两茬的水分利用效率分别为2.66和2.50kg·m-3,较BI和SI处理,第2茬分别提高了17.70%和21.46%,第3茬提高了20.77%和34.41%,均达到显著水平(P<0.05)。因此,从苜蓿生长、产量及水分利用效率角度考虑,地下滴灌是西北旱区最为适宜的灌溉方式。

辉河湿地不同草甸植被群落特征及其与土壤因子的关系

湿地土壤影响植物的种类、数量、生长发育、形态和分布,湿地植物又影响土壤中元素的分布与变化。以辉河国家级自然保护区核心区为研究区域,对湿地草甸、沼泽草甸、过渡草甸、成熟草甸和盐碱草甸进行植被群落调查,并且对不同草甸的土壤进行实验室分析,研究辉河湿地不同草甸优势植物群落特征和土壤元素分布特征及其相互关系。研究结果表明,辉河湿地不同草甸植被群落特征受土壤元素分布特征、水文情势和植物生长特性影响,植被Shannon-Wiener和Simpson指数均为成熟草甸最高,盐碱草甸最低;Pielou均匀度指数变化为:成熟草甸<盐碱草甸<湿地草甸<沼泽草甸<过渡草甸;其中,沼泽草甸地上和地下生物量最高,盐碱草甸最低。不同草甸植被对土壤养分的含量及变化具有一定影响,湿地草甸土壤因子对其植被的生长也具有重要的反馈作用。不同草甸植物群落下同种元素含量差异显著,过渡草甸对土壤碳、氮、磷的吸收和滞留能力最强。此外,植被群落Shannon-Wiener指数与土壤含水量呈显著正相关,与土壤速效磷呈极显著负相关;土壤有机质、全氮和铵态氮与植被高度均呈极显著正相关;植被盖度与土壤有机质和全氮呈显著正相关;土壤速效磷与植被地上、地下生物量均呈显著负相关,而土壤铵态氮与植被地上、地下生物量均呈极显著正相关;全磷对植被多样性、生长和生物量影响较小。植被群落特征与土壤因子的冗余分析(RDA)排序表明,辉河湿地不同草甸之间存在一定程度的演替,成熟草甸和湿地草甸可能为演替的初始阶段或者是末阶段,而过渡草甸为中间阶段,而且土壤养分受群落演替的影响显著。

呼伦贝尔草原辉河湿地不同淹水状态的土壤碳氮磷特征比较

碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量比是生态系统过程及其功能的重要特征。为了比较不同淹水状态下草原区河岸湿地土壤生态化学计量特征差异,探讨用土壤生态化学计量特征来表征草原河岸湿地的退化状态,以呼伦贝尔草原辉河河岸湿地为研究对象,分别选择完全退化和未退化河岸湿地,从中选取常年淹水区域(W)、年际干湿交替区域(WD)以及河岸带边缘多年未曾淹没的干燥区域(D)为观测样地,对比研究退化与未退化草原河岸湿地土壤C、N、P化学计量比在不同淹水状态下的表征。结果表明:(1)随着淹水状态的改变,不论是退化河岸湿地还是未退化河岸湿地,不同淹水状态下的土壤C/N、C/P、N/P均差异显著(P<0.05);(2)退化河岸湿地的C/N、C/P和N/P的平均值分别为9.05、273.08和28.25,与未退化河岸湿地相比(7.85、95.48、11.41)值显著升高;(3)相关性分析结果显示,土壤总磷与有机碳、全氮显著正相关,与C/N、C/P、N/P负相关,这可能是限制退化河岸湿地土壤养分元素循环的主要因素。研究结果表明:呼伦贝尔草原辉河河岸湿地不同淹水状态的土壤碳、氮、磷特征差异明显(P<0.05),尤其是土壤C/P和N/P。与未退化河岸湿地相比,退化河岸湿地的C/N、C/P、N/P均明显高于未退化河岸湿地(P<0.05),因此可以将土壤碳、氮、磷化学计量比特征作为草原区河岸湿地退化的评价指标。