新农科背景下“草原保护学”课程现状及思考——以新疆农业大学为例

“草原保护学”草业科学专业本科教育中十分重要的课程,具有很强的应用性和实践性。本文分别从该课程的发展及现状出发,以新疆农业大学草业科学专业“草原保护学”课程理论教学、实践教学、教材选用等内容为主题,深入探讨了我校“草原保护学”课程所面临的课程学时较少、实践学时缺失、人才队伍不健全等问题,并提出建议。以期为本校在培养出更多满足社会发展需要的复合型草业科学专业人才提供助力。

围栏封育对蒿类荒漠植物-土壤碳氮磷化学计量特征的影响

为明确蒿类荒漠植物茎、叶、根和土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量特征对围栏封育的响应规律,对封育区(2年)和放牧区荒漠草地植被及其土壤C、N、P含量进行测定分析。结果表明,与放牧区相比,短期封育对蒿类荒漠植物群落茎、叶和根系C、N和P含量影响不显著,而植物群落茎氮磷比(N∶P)显著降低14.27%。封育区20—30 cm土层中的根系C含量、碳氮比(C∶N)、碳磷比(C∶P)相较于放牧区显著增加45.00%、80.72%、41.58%;而30—50 cm根系的N含量、N∶P显著降低21.81%、37.56%,但P含量显著增加22.22%;50—70 cm根系C∶N也显著增加64.53%。与放牧区相比,短期封育后0—5 cm土壤N显著降低36.76%;5—10 cm土壤N和P含量分别显著降低37.34%和25.35%;50—70 cm土壤P含量显著降低12.5%。此外,封育区20—30 cm土壤C∶P和10—20 cm土壤N∶P显著降低36.93%和23.45%。因此,短期封育没有达到植被、土壤恢复的效果,应加长封育年限,采取添加磷肥等综合措施促进退化草地的恢复。

禁牧对伊犁绢蒿种群数量特征及其构件生物量分配的影响

该研究于2020年5月、7月和9月在天山北坡中段试验区的禁牧区(5a)和放牧区分别进行调查采样,测定分析不同月份禁牧区和放牧区伊犁绢蒿种群数量特征(高度、盖度、密度和生物量)及构件(茎、叶、根)生物量,以揭示植物种群特征和构件生物量对禁牧的响应规律,为退化草地的修复治理以及合理利用提供依据。结果表明:(1)与放牧区相比,5月、7月、9月禁牧区的伊犁绢蒿种群的高度、盖度和生物量均显著增加(P<0.05),其中高度增幅为69.90%~95.53%,盖度增幅为186.53%~297.82%,生物量增幅为86.24%~631.83%。(2)随着月份的推移,禁牧区与放牧区伊犁绢蒿单株生物量、茎生物量和叶生物量均呈先降后增的变化趋势,而根生物量呈增加的趋势;禁牧改变了植株构件比例,与放牧区相比,禁牧区茎、叶的生物量所占单株生物量的比例在7月、9月均显著增加,而根生物量所占比例显著降低。研究认为,禁牧有利于地上植被的恢复,使其构件结构改变,是恢复退化荒漠草地植物的有效措施。

短期放牧对昭苏草甸草原土壤活性有机碳组分的影响

采用小区控制放牧试验,在昭苏草甸草原上研究了短期放牧对土壤有机碳含量、土壤易氧化碳含量及其分配比例、土壤颗粒组分比例、土壤轻组组分比例的影响。结果表明,与对照相比,短期放牧地可以降低0-10cm土层土壤有机碳含量,但差异不显著(P>0.05),增加0-10cm的土壤易氧化碳分配比例、颗粒组分比例。放牧强度对土壤易氧化碳分配比例、颗粒组分比例的影响波动性较大,而对土壤有机碳、易氧化碳与轻组组分比例的影响不显著(P>0.05);初步认为10-20cm土层易氧化碳、易氧化碳分配比例与颗粒组分比例,尤其是易氧化碳分配比例,可作为昭苏草甸草原土壤有机碳动态的敏感性指标。

封育年限对伊犁绢蒿荒漠群落特征及草场质量的影响

以伊犁绢蒿（Seri phidium transiliense）荒漠草地为对象,研究不同封育年限对伊犁绢蒿荒漠草地植被群落特征、物种多样性及草场质量指数的影响.结果表明：伊犁绢蒿荒漠草地总盖度、密度及生物量,随封育时间的增加呈先降后升再降的波动变化,且以封育6年达到最高;围栏封育有利于伊犁绢蒿、木地肤（Kochia prostrata）的生长与恢复,生物量较对照区分别提高了158.63％～221.44％,100％,且封育9年时伊犁绢蒿重要值恢复到首位;封育后群落的物种多样性指数较对照区均有增加,且随封育年限的增加呈现先增后减再增趋势;通过群落物种多样性分析认为,封育9年后伊犁绢蒿荒漠草地尚未恢复到原始顶级状态;以草地的生产力与经济效益来考虑,初步推测封育5年为该区域伊犁绢蒿荒漠草地的最佳围栏时间.

牧草不同补播方式对醉马草种群特征及其草地群落多样性的影响

为探究醉马草的有效生态防控措施及合理修复退化草地提供科学依据,采用红豆草、紫花苜蓿、无芒雀麦的补播及其混播方法对补播当年醉马草种群特征及其多样性进行研究。结果表明：补播在一定程度上抑制了醉马草种群的盖度、高度和干重,抑制率依次为13.67%~71.22%、26.14%~44.29%和22.13%~80.40%,且对盖度的抑制效果明显（p〈0.05）,但对草地群落总体特征影响不明显（p〉0.05）。与对照比,补播紫花苜蓿及红豆草可降低草群醉马草的重要值,显著提高草群可食牧草的产量（p〈0.05）,补播初期无芒雀麦易受杂类草的干扰,生长状况差;混播或单播紫花苜蓿能显著提高草群的物种丰富度,而划破草皮则显著降低草群的Pielou均匀度指数（p〈0.05）。整体上,机械条播红豆草或紫花苜蓿,再实施围栏封育可以抑制醉马草的生长发育,提高草地质量。

封育对伊犁绢蒿荒漠草地土壤养分的影响

以新疆伊犁绢蒿属荒漠草地为对象,研究了不同封育年限对草地土壤有机质、土壤全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾的影响。结果表明:随封育时间的延续,土壤有机质、全氮及碱解氮在表层基本呈先降后升趋势,且在封育9年均达到最高值;速效钾与速效磷均呈先降后升再降趋势,且在封育6年达到最大值;全钾与全磷无明显变化趋势。土壤有机质、全氮及速效养分呈现表聚现象,且土壤有机质与全量及速效养分相关性显著。

基于新农科人才培养的草地生态学教学改革探究

把先进的教育理念应用于草地生态学教学实践,开展课程改革与创新是培养新时代下新农科人才的重要手段。当前,草地生态学课程建设有待完善,比如,针对新疆多样化的草地生态类型缺乏更全面的草地生态保护与恢复案例分析资料,教学内容不能反映最新的学科前沿动态,导致教学难以实现新时代草学学生培养目标。因此,课程组结合前沿科学领域研究成果及科研项目建设了专题库及案例库,通过专题库及案例库的设计与应用使理论教学与实际相结合,提高学生对草地生态学知识的掌握;并把生态文明观分解成知识点融入课程教学,同时改进了传统的教学方法。通过一系列有效的举措巩固与完善了学生的草地生态学理论基础,提升了其合理运用草地生态学研究方法及野外工作的能力。

封育年限对伊犁绢蒿荒漠土壤活性有机碳及碳库管理指数的影响

以新疆伊犁绢蒿（Seriphidium transiliense）荒漠草地为对象,研究了不同封育年限对草地土壤活性有机碳及碳库管理指数的影响。结果表明,0-5 cm土层,土壤碳密度呈封育9年〉对照〉封育1年〉封育6年,易氧化活性有机碳、碳库管理指数为封育9年〉对照〉封育6年〉封育1年,且封育9年土壤碳密度显著高于封育6年,相对增加了36.51%,而其易氧化活性有机碳、碳库管理指数显著高于其他处理（P〈0.05）,分别增加了35.81%-84.89%、35.83%-93.96%;土壤有机质、全量养分分别与土壤易氧化活性有机碳、碳库活度、碳素有效率、氧化稳定系数间呈显著（P〈0.05）或极显著（P〈0.01）相关,而土壤碳库管理指数、易氧化活性有机碳与群落生物量的灰色加权关联度高于土壤有机质和碳密度。土壤碳库活度指数、碳库管理指数能较为敏感地指示土壤碳与草地初级生产力的变化。

不同放牧强度下羊草╋大针茅草地植被与土壤氮素的空间异质性分析

以河北坝上的羊草(Leymus chinensis)+大针茅(Stipagrandis)典型草原为研究对象,用方差和地统计分析相结合的方法,研究了不同放牧强度对植被和土壤氮素的空间分布格局的影响。结果表明,植被密度与土壤氮素的变异函数大多符合球状和指数模型;轻牧与中牧的植被群落密度的空间分布受随机因素的影响较大,禁牧与重牧地受空间结构性因素影响较大,但重牧区土壤氮素的空间分布受随机因素影响相对较大;放牧降低了植被密度的空间异质性,而禁牧区的空间异质性(基台值0.116 8)大于放牧区(基台值均值0.019 5);随放牧强度的增加,土壤铵态氮、硝态氮的空间异质性均呈降低-增加的趋势,且重牧明显增加了土壤铵态氮和硝态氮的空间异质性,基台值分别为5.642 0和2.681 0,大于其余3个处理铵态氮和硝态氮的均值(0.315 8和0.168 7);整体上,在相同放牧处理的植被密度与土壤硝态氮的空间分布有相近的变化趋势。

运用近邻传播聚类分析进行SELDI-TOF蛋白质谱特征选择

针对如何有效分析高通量SELDI-TOF质谱数据以及筛选与肿瘤相关的蛋白质位点,提出一种基于近邻传播聚类分析的特征选择方法。首先利用t-test对SELDI数据进行初筛,然后利用近邻传播聚类分析以及零空间LDA对数据进行降维和去相关处理,最后采用SVM-RFE进行特征选择,筛选出与肿瘤判别相关的蛋白质位点。利用SVM、KNN、NB及J4.8等4个分类器,估算算法的分类性能。结果表明,在卵巢癌公共数据集OC-WCX2a和OC-WCX2b以及浙江省肿瘤医院乳腺癌数据集BC-WCX2a上显示该算法,在上述3个数据集中分类率分别达到96.43%、99.66%、90.88%,敏感性分别达到97.00%、100%、96.17%,特异性分别达到95.85%、99.08%、81.92%,并分别挑选出与肿瘤判别相关的10个蛋白位点。所提出的算法能够获得较好的分类率,有效提取出具有较好判别效果的蛋白质谱位点,有助于癌症的辅助诊断。

贮藏温度和种子含水量对扁穗冰草种子质量的影响

以扁穗冰草（Agropyron cristatum）种子为试验材料,研究不同温度和含水量贮藏10个月后对种子发芽率和萌发过程中生理生化变化的影响。结果表明,贮藏温度和种子含水量对发芽率、根长和芽长均具有极显著影响（P〈0.01）,而对丙二醛含量影响均不显著（P〉0.05）。扁穗冰草种子在-15℃且含水量为6%的条件下发芽率最高,为79.8%,在室温（20℃）且种子含水量为12%时,发芽率为0。扁穗冰草种子在4℃且含水量为6%的条件下胚根最长;在-15℃且含水量为12%的条件下胚芽最长。贮藏温度在20℃条件下,含水量为6%和12%的种子胚根、胚芽分别表现为最短和没有发芽。扁穗冰草种子在20℃且含水量为12%的条件下电导率最大;在4℃且含水量为4%的条件下电导率最小。相关分析表明,胚根与胚芽极显著正相关（P〈0.01）,与电导率显著正相关（P〈0.05）,其它各指标间均不显著相关（P〉0.05）。综合各项活力指标,扁穗冰草种子的适宜贮藏含水量为4%～6%,最佳贮藏温度为-15～4℃。

封育年限对蒿类荒漠土壤有机碳组分及其碳、氮特征的影响

为探明封育条件下草地土壤有机碳组分的响应规律,研究了不同封育年限(0、1、6、9年)对伊犁绢蒿(Seriphidium transiliense)荒漠土壤颗粒碳(POC)、颗粒氮(PON)、轻组碳(LFOC)、轻组氮(LFON)、微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)的影响。结果表明,伊犁绢蒿荒漠0-5、5-10cm土层POC、PON、LFOC、LFON含量均随封育年限的增加呈先下降再上升趋势,封育6年最低,且仅0-5cm土层显著低于对照和封育9年处理(P<0.05);除封育6年10-20、30-50cm土层LFOC及30-50cm土层LFON显著低于封育1年外,10-50cm土层各封育处理间POC、PON、LFOC、LFON均差异不显著(P>0.05);0-30cm土层MBC、MBN含量随封育年限增加基本呈先降再升趋势,封育1年最低,且除5-10cm土层MBC外,均显著低于封育9年处理;POC、PON、LFOC、LFON、MBC、MBN间呈显著正相关(P<0.05),且PON能够较好地反映土壤质量变化。总之,0-5cm土层土壤有机碳组分碳、氮含量对封育的响应较为敏感,且土壤MBC、MBN较POC、PON、LFOC、LFON在土壤中的反应更为迅速。

短期放牧对昭苏草甸草原土壤轻组及颗粒碳氮的影响

为了更好地揭示放牧下草地土壤有机质早期响应机制,采用野外控制放牧试验,设置对照（0头牛/hm2）、轻牧（0.38头牛/hm2）、中牧（0.64头牛/hm2）、重牧（0.94头牛/hm2）4个处理,结合室内常规分析,研究放牧对昭苏草甸草原土壤轻组组分及颗粒组分碳氮含量、轻组碳氮含量、颗粒碳氮含量的影响。结果表明：与对照比,放牧3年后0-10cm土层轻组组分碳（185.26~203.62mg/kg）、氮（15.86~18.20mg/kg）含量及颗粒碳氮比（7.68~8.01）,10-20cm土层轻组碳氮比（11.55~11.96）、颗粒碳（18.42~19.26g/kg）、氮（2.65~2.75g/kg）含量及颗粒碳分配比例（50.23%~51.97%）均出现明显降低（P〈0.05）,依次降低2.8%~11.6%,3.2%~15.7%,4.6%~8.6%,1.9%~5.3%,9.6%~32.7%,30.9%~33.3%,28.7%~31.1%,而0-10cm土层颗粒碳分配比例（74.54%~81.01%）及轻组碳分配比例（7.78%~12.08%）则出现明显增加（P〈0.05）,依次增加16.0%~26.1%,10.3%~71.3%;轻牧、中牧、重牧间0-30cm土层土壤轻组组分及颗粒组分碳氮含量、轻组碳氮含量、颗粒碳氮含量、轻组及颗粒碳氮比差异不显著（P〉0.05）,但基本在轻度或中度下出现极值;相关分析表明,随着放牧强度增加,0-10cm土层轻组碳含量呈降低趋势,颗粒碳分配比例呈增加趋势;初步认为0-10cm土层轻组组分碳氮含量、颗粒碳氮比、轻组碳分配比例、颗粒碳分配比例,10-20cm土层轻组碳氮比对放牧较为敏感,可作为衡量本区域土壤有机碳早期变化指标。

放牧强度对昭苏草甸草原土壤有机碳及微生物碳的影响

采用2a短期小区控制放牧试验,设置了不放牧(0头牛/hm2)、轻度放牧(0.38头牛/hm2)、中度放牧(0.64头牛/hm2)、重度放牧(0.90头牛/hm2)4个处理,在伊犁昭苏草甸草原上研究放牧强度对草地土壤有机碳、土壤微生物量碳及土壤微生物商的影响。结果表明,短期放牧条件下,随放牧强度的增加,0～30cm土层土壤微生物量碳含量及土壤微生物熵均呈先增加后降低趋势;短期放牧下,放牧强度对土壤有机碳含量影响较小(P>0.05),对土壤微生物量碳含量的影响较显著(P<0.05),土壤微生物量碳对放牧的响应较土壤有机碳更敏感;中度放牧下土壤微生物量碳含量明显高于对照、轻度放牧和重度放牧(P<0.05),0～10cm土层、10～20cm土层、20～30cm土层微生物量碳含量依次为1 074.77,667.94,392.54mg/kg。无论放牧与否,土壤微生物量碳含量、土壤有机碳含量及土壤微生物商均随剖面深度的增加呈现显著降低趋势。

放牧对伊犁绢蒿叶解剖结构及表皮微形态特征的影响初探

为了揭示植物微观特征对放牧干扰的适应机制,在新疆天山北坡荒漠草地开展了放牧强度对伊犁绢蒿（Seriphidium transiliense）叶片小裂叶解剖结构及表皮微形态特征影响的研究.结果表明,放牧使伊犁绢蒿叶厚、叶宽、主脉厚度、上表皮细胞角质层厚、下表皮细胞角质层厚、上表皮栅栏组织厚、下表皮栅栏组织厚、主脉维管束直径、侧脉维管束直径呈降低趋势,降幅为10.41%-34.59%.轻度放牧、中度放牧、重度放牧间仅在叶宽、主脉维管束直径呈显著差异（P 〈0.05）;变异系数分析结合相关性分析表明,叶厚、叶宽、主脉厚度、上表皮细胞角质层厚、栅栏组织、侧脉维管束直径对放牧响应较为敏感;与对照比,放牧后伊犁绢蒿叶表皮蛛丝状绒毛呈狭长型增加,叶表皮外壁脊状凸起不规则,条状纹饰长短不一,分布不均匀,且重度放牧下凸起间沟壑较轻度放牧和中度放牧深.

放牧干扰对伊犁绢蒿表型性状特征的影响

试验以新疆天山北坡荒漠草地建群种伊犁绢蒿(Seriphidium transiliense)为对象,研究了其单株表型性状特征对4种放牧强度:无牧(0只羊/hm^2)、轻牧(0.56只羊/hm^2)、中牧(0.95只羊/hm^2)、重牧(2.89只羊/hm^2)的响应。结果表明:放牧显著降低了伊犁绢蒿的株高、冠幅面积、短轴长、长轴长、根颈直径、茎重、地上生物量,且轻牧、中牧各性状均显著高于重牧;放牧强度与伊犁绢蒿株高、冠幅面积、短轴长、长轴长、根长、根颈直径、一级分枝、二级分枝、三级分枝、茎重、叶重、地上生物量呈极显著负相关,其中,放牧强度对株高、短轴长、长轴长、冠幅面积影响较大,且随放牧强度增加呈线性下降;伊犁绢蒿各表型性状总体变异系数为22.23%~134.95%,各放牧处理平均变异系数为20.26%~134.24%,且中牧和重牧下大部分表型性状变异程度明显大于对照。放牧干扰下伊犁绢蒿单株趋向"小型化",避免了家畜的频繁采食,利于其种群的存活。

呼伦贝尔草甸草原豆科植物非结构性碳水化合物含量动态

非结构性碳水化合物(non-structural carbohydrates, NSC)对植物代谢、返青和再生等生命活动具有重要作用,其在植物体内的动态变化,可指导草地放牧、刈割及退化草地修复等草地管理实践。本研究于2015年7月–2016年9月以内蒙古呼伦贝尔草甸草原5种豆科植物[扁蓿豆(Mellissitus ruthenica)、斜茎黄芪(Astragalus adsurgens)、多叶棘豆(Oxytropis myriophylla)、山野豌豆(Vicia amoena)和狭叶野豌豆(V.sepium)]为研究对象,测定植物地上部、茎基部和根部的非结构性碳水化合物可溶性糖和还原糖含量,探讨年度、季节和物种对植物碳水化物合物的影响。结果显示,不同物种在不同年度间贮藏可溶性糖和还原糖含量差异较大,极度干旱条件下植物根部可溶性糖含量显著降低(P<0.05)。2016年4–9月,山野豌豆地上部可溶性糖和还原糖含量分别为1.01%～7.04%和0.54%～6.73%,高于其他植物;狭叶野豌豆茎基部可溶性糖和还原糖含量大于其他植物,分别为1.12%～10.06%和0.52%～2.69%;多叶棘豆根部可溶性糖含量和狭叶野豌豆根部还原糖含量高于其他植物,分别为1.68%～7.62%和0.46%～2.98%。植物增加根部的贮藏碳水化合物,可提高耐牧性,呼伦贝尔草甸草原放牧期应在6月底至9月初,干旱年份利用草地时,应采取降低载畜率、延迟放牧及提前休牧等管理措施,8月收获干草有利于草地的可持续利用。

禁牧对中度退化伊犁绢蒿荒漠植被特征的影响

为探究草地植物群落和植物生态经济类群对禁牧的响应,研究了不同禁牧年限(禁牧时间为0年、1年、4年、11年)对伊犁绢蒿荒漠草地群落特征、物种多样性以及生态经济类群演变特征的影响。结果表明,随着禁牧年限的增加,伊犁绢蒿种群的高度、盖度、生物量呈增加趋势,种群密度呈先升后降再升的波动变化;群落的高度、生物量呈增加趋势,密度呈先减后增再减的波动变化;Simpson指数、Shannon-Wiener指数、Pielou指数呈先降后增再降的波动变化,而Patrick指数总体呈下降趋势;半灌木的优势度呈先增后降再升的波动变化。总之,适当的禁牧有利于中度退化伊犁绢蒿荒漠草地恢复。

刈割对草甸草原羊草、无芒雀麦再生和碳水化合物含量的影响

牧草的再生性能是草地持续利用的基础,牧草贮藏的碳水化合物对牧草再生具有重要作用。本研究针对刈割强度对羊草(Leymus chinensis)和无芒雀麦(Bromus inermis)现存量、再生速度及不同部位碳水化合物的影响进行了分析研究,结果表明,羊草和无芒雀麦地上部现存量随留茬高度的降低呈降低趋势;第2次刈割后,羊草和无芒雀麦留茬4cm的再生速度均高于留茬8和12cm。刈割后无芒雀麦不同部位可溶性糖含量均在第2次刈割后16d上升,到秋季枯黄期降至最低值,且未恢复到刈割前水平。第2次刈割后16d,羊草茎基部还原糖含量可恢复到刈割前水平,而无芒雀麦茎基部还原糖含量降至刈割后最低值,到秋季枯黄期,留茬12cm羊草和无芒雀麦茎基部还原糖含量可达到刈割前水平。试验期间牧草主要生长季(6-8月)降水较少,严重抑制了羊草和无芒雀麦的再生和碳水化合物的贮藏。因此生长季降水少的干旱年份,羊草和无芒雀麦草地以留茬8~12cm、刈割1次为宜。