青藏高原草地生态系统演化过程、可持续发展瓶颈及应对分析

青藏高原面积巨大,自然条件恶劣,生态环境脆弱,具有生态、生产和生活的三生服务功能。自20世纪80年代以来,在气候变化、人口激增、市场冲击和经营管理模式改变等多种因素影响下,青藏高原草地生产服务功能逐渐被弱化,“人-地”矛盾凸显,如何实现青藏高原草地生态系统的可持续发展成为“关系人民福祉、关乎民族未来的大计”。基于此,本文梳理了青藏高原生态系统演化历史、植被演化过程及不同历史时期人类活动及区域经济-资源发展模式特征,发现:1)在大的时空间尺度下,青藏高原植被演替的主控因子为气候变化和剧烈的地质变迁,在小的时空尺度下,导致相同地理和气候单元植被特征分异的原因是放牧强度的分异,而草地过度放牧的原因同家庭牧场的管理、草地生态价值的可评估性、人口与生产力发展适配度等关系密切。2)规模化放牧在青藏高原区域具有数千年历史,并形成了人-草-畜协同演化的互利共生关系,青藏高原草地生态系统可持续发展需要在汲取当地传统知识和文化精华的基础之上,扩大草地生产的层次性,引入或研发以生产和生态效益共赢为目的的科学技术,完善和延伸草地生产产业链,完善高原生态系统生态价值评估体系,调动牧场管理者草地健康保护的主观能动性,完成草地健康监管奖惩制度,以生产力、管理和文化为调节手段提高青藏高原区域农牧业现代化和商品化程度,实现青藏高原草地生态系统资源可持续利用发展及区域生态文明建设。

两种藜麦幼苗对氮铁营养的生理生化响应

本研究选取2种优势藜麦品种(红藜和黑藜),分析2个氮水平(N1,4 mmol·L^(-1);N2,12 mmol·L^(-1))和3个铁水平(Fe1,10μmol·L^(-1);Fe2,100μmol·L^(-1)和Fe3,300μmol·L^(-1))组合下的藜麦幼苗生理生化反应,旨在为滇中苗期藜麦合理补充氮、铁营养提供理论依据。结果表明:(1)红藜麦单株鲜质量大于黑藜麦。叶绿素含量在两藜麦中均为,在N1供应下配施Fe2最高,在N2供应下则配施Fe3最高。(2)MDA含量在两藜麦不同器官中均呈现叶>根。在同一铁供应下,两藜麦MDA含量、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性均表现为N2>N1。在两种氮供应下,红藜麦配施Fe1时叶片MDA含量较高;黑藜麦则在配施Fe2时最高。对于叶片各抗氧化酶活性,红藜麦在两种氮供应下均配施Fe3时SOD、APX活性最强;黑藜麦在N1供应下CAT、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、SOD活性为Fe2>Fe3>Fe1,在N2供应下配施Fe3时CAT、APX活性最高。(3)在同一铁供应下,两藜麦脯氨酸含量、可溶性糖、可溶性蛋白均表现为N2>N1。在两种氮供养下,红藜麦在配施Fe3时根部脯氨酸含量累积较多;黑藜麦则在配施Fe2时最高。可溶性蛋白含量在两种氮供养下,红藜麦在配施Fe1时含量最高,黑藜麦则在Fe3时达到最大值。从以上研究结果得出:红藜麦为缺铁敏感型,黑藜麦则为耐逆型品种。在藜麦苗期合理配施氮铁营养,在N1供应下当配施Fe2较佳,在N2供应下当配施Fe3最宜。

西宁湟水河人工湿地对水体氮、磷污染物负荷削减的研究

人工湿地建设是我国北方城镇化进程中重要的生态优化措施,其作为城市生态系统的重要组成,在净化水体、调节水质等方面具有重要的生态服务功能。为了探明高原城市人工湿地建设后对水体的水质改善、氮磷等污染物负荷削减的生态效应,在6月-11月重点监测了青海西宁火烧沟湿地、海湖湿地、北川湿地三处水体不同断面氮、磷污染物浓度的季节变化特征。结果表明:(1)火烧沟湿地污染物浓度峰值出现在枯水期,而丰水期浓度普遍较低,海湖湿地和北川湿地丰水期污染物浓度较高。(2)湿地对水体主要污染物负荷有一定的削减作用,主要体现在海湖湿地和北川湿地总氮(Total Nitrogen,TN)、总磷(Total Phosphorus,TP)、化学需氧量(COD_(Cr))、高锰酸盐指数(COD_(Mn))的去除效果,海湖湿地对其削减率分别为11.74%、29.32%、41%和25.19%,北川湿地中削减率分别为25.02%、54.71%、32.03%和1.91%。且三处湿地来水的TN、TP、COD_(Cr)、COD_(Mn)含量均值普遍达到Ⅱ类水标准。其中,火烧沟湿地和北川湿地COD_(Cr)浓度达到Ⅰ类水标准,而海湖湿地COD_(Mn)含量较高,属Ⅲ类水标准。(3)通过对水质指标的相关性分析,发现水体TP与p H、降水量、温度的相关性较高,TN与COD_(Cr)的相关性较高。

贵南县一年生燕麦与多年生人工草地生态和经济效益评价

为明确青藏高原不同类型人工草地的生态和经济效益,采用实物量法和投入产出比模型定量评价一年生燕麦人工草地单播、播期调整、混播(燕麦+箭筈豌豆)与多年生人工草地同德短芒披碱草、同德老芒麦、青海草地早熟禾的生态和经济效益。结果表明:(1)不同建植技术下,混播人工草地生态和经济效益更高,且一年生燕麦混播人工草地生态和经济效益显著高于多年生混播人工草地。(2)不同类型人工草地的生态系统服务总价值、C吸收量、O_(2)释放量和土壤有机碳含量在不同建植技术下差异极显著(P<0.001),且一年生燕麦混播人工草地C吸收量、O_(2)释放量最高。生态和经济效益评价结果显示:一年生燕麦混播人工草地为最具优势的草地类型。本研究结果可为高寒人工草地建植管理提供科学依据。

Persistence of fertilization effects on soil organic carbon in degraded alpine wetlands in the Yellow River source region

In the restoration of degraded wetlands,fertilization can improve the vegetation-soil-microorganisms complex,thereby affecting the organic carbon content.However,it is currently unclear whether these effects are sustainable.This study employed Biolog-Eco surveys to investigate the changes in vegetation characteristics,soil physicochemical properties,and soil microbial functional diversity in degraded alpine wetlands of the source region of the Yellow River at 3 and 15 months after the application of nitrogen,phosphorus,and organic mixed fertilizer.The following results were obtained:The addition of nitrogen fertilizer and organic compost significantly affects the soil organic carbon content in degraded wetlands.Three months after fertilization,nitrogen addition increases soil organic carbon in both lightly and severely degraded wetlands,whereas after 15 months,organic compost enhanced the soil organic carbon level in severely degraded wetlands.Structural equation modeling indicates that fertilization decreases the soil pH and directly or indirectly influences the soil organic carbon levels through variations in the soil water content and the aboveground biomass of vegetation.Three months after fertilization,nitrogen fertilizer showed a direct positive effect on soil organic carbon.However,organic mixed fertilizer indirectly reduced soil organic carbon by increasing biomass and decreasing soil moisture.After 15 months,none of the fertilizers significantly affected the soil organic carbon level.In summary,it can be inferred that the addition of nitrogen fertilizer lacks sustainability in positively influencing the organic carbon content.

有机肥与补播对退化人工草地植被与土壤的影响

在青海省共和县,2020~2021年连续两年评估施有机肥、补播川草2号老芒麦+北林202紫花苜蓿(接种根瘤菌)、补播川草2号老芒麦+北林202紫花苜蓿对退化人工草地植被群落结构、土壤温度、湿度和电导率的影响。结果表明:施有机肥和补播均能提高退化人工草地植被盖度、高度和地上生物量,且施有机肥对植被盖度的促进作用显著(P<0.05)。施有机肥和补播共同作用能显著增加植被盖度,但植被高度和地上生物量与单施有机肥和单补播处理相比无显著差异。北林202紫花苜蓿接种根瘤菌后补播,对植被的恢复效应增强。在恢复处理当年,有机肥结合根瘤菌处理的植被Pielou指数显著高于不施有机肥的CK(P<0.05),第2年单补播不接菌的植被Shannon-Wiener指数和Pielou指数显著高于其他处理(P<0.05)。施有机肥或补播也影响土壤的温度、湿度和电导率,其中12 cm深度的土壤湿度和电导率在施有机肥的当年显著增加(P<0.05)。

青海国家公园建设成效及科技需求

建立国家公园体制是我国生态文明建设的重要内容,是实现自然生态保护领域治理体系和治理能力现代化的重要举措。2015年我国启动了首个国家公园体制试点工作,且试点产生了明显的生态效益,民生改善初显成效,社会效益充分彰显。本文基于青海国家公园建设成效,分析归纳了建设国家公园过程中的科技需求,以期为筑牢青海国家公园生态安全屏障提供参考和依据。

青藏高原高寒草甸和荒漠碳交换特征及其气象影响机制

以青藏高原玛沁地区高寒草甸和沱沱河地区高寒荒漠草原为观测研究站,利用涡动协方差技术获取高寒生态系统水平上的CO_(2)通量以及水和能量通量,通过REddyProc、随机森林(Random Forest,RF)进行了数据后处理,探究了不同下垫面典型环境因子对净生态系统CO_(2)交换量(Net Ecosystem Exchange,NEE)的影响机制。结果表明:1)玛沁高寒草甸在6—7月以吸收为主,表现为碳汇,吸收峰值出现在11:00—12:00(北京时,下同)之间,而在3、4、5、8月以排放为主,表现为碳源,排放峰值出现在21:00—23:00之间;沱沱河高寒荒漠在3—8月以吸收为主,表现为净碳汇,吸收峰值出现在13:00—14:00之间;整个生长季前后(3—8月),玛沁和沱沱河的累计NEE分别为79.50 g C/m^(2)和79.24 g C/m^(2),都表现为碳汇。2)不同尺度不同下垫面,气象因子对NEE的重要程度不同,小时尺度上,高寒草甸辐射对NEE的重要性最大,高寒荒漠草原蒸散发对NEE的重要性最大;日尺度上,高寒草甸土壤含水率对NEE的重要性最大,高寒荒漠草原风速对NEE的重要性最大;3)生态系统呼吸(Ecosystem Respiration,Reco)和NEE都受到总初级生产力(Gross Primary Productivity,GPP)的显著限制,高寒荒漠草原GPP对NEE的影响远大于高寒草甸GPP对NEE的影响;4)NEE与蒸散发呈显著相关性,表明水分条件是控制高寒草甸和高寒荒漠草原碳和水收支变化的最重要因素。

不同植物生长调节剂对四种莎草科植物种子萌发特性的影响

为掌握莎草科植物种子的休眠特性及解除休眠的方法,以青海四种莎草科植物种子为试验材料,研究不同植物生长调节剂、不同浸种时间以及植物生长调节剂浸种处理+冷层积复合处理对四种莎草科植物种子萌发特性的影响。结果表明,同一植物生长调节剂浸种不同时间对种子萌发率和萌发时滞的影响不同,同一植物生长调节剂同一浸种时间对不同种子的萌发率和萌发时滞的影响也不同。四种种子萌发率与萌发时滞的相关性均为负相关。F 1+L处理下,HB种子萌发率和萌发速率最高且萌发时滞最短,萌发率最高,为86.00%,萌发时滞最短,为3 d;HZ种子萌发率和萌发速率最高的处理是Z 1+L,萌发率为56.67%,萌发时滞最短的处理是E 3,为3 d;PME种子萌发率最高的处理是F 1+L,为71.33%,萌发时滞最短的处理是Z 3,为1 d;QZ种子比较难萌发,Z 1+L处理下QZ种子萌发种子数最多,但是平均仅有1.7粒种子萌发。

基于GIS的青藏高原生态服务功能定量评价

生态系统服务是保障人类生存发展的重要支柱和实现区域可持续发展的重要保障。基于植被净初级生产力(NPP)定量指标评估法、GIS空间分析法、生态服务功能综合评价法与一元线性回归趋势线法,对2000—2015年青藏高原水源涵养、水土保持、防风固沙和生物多样性维护功能的空间分布特征及重要性进行评价。结果表明:(1)水源涵养、水土保持、防风固沙、生物多样性维护功能指数东南高、西北低,呈现出由东南向西北递减的变化趋势;(2)从上述生态服务功能重要性分级特征来看,4类生态系统服务功能一般区面积最大,分别占高原总面积的27.06%、19.73%、61.44%、41.7%;生态服务功能较弱的区域面积最小,分别占高原总面积的16.47%、16.96%、0.97%、4.06%;(3)从综合重要性分级特征看,生态系统服务功能一般区面积最大,占高原总面积20.72%,生态系统服务功能较弱区面积最小,占高原总面积的16.73%,总体上综合评价结果优于单一生态功能评价;(4)2000—2015年来青藏高原生态功能总体上呈现两大明显特征,即高原南部、三江源区域、青海湖南端及祁连山地区综合生态服务功能呈下降趋势,藏北高原、藏南谷地、横断山区综合生态服务功能呈增加趋势,其他地区基本保持不变。研究成果可为青藏高原重点生态功能区与生态红线的划定,加强生态环境分区管理及建立健全生态屏障提供参考,为区域生态系统综合评价提供借鉴。

不同放牧强度下祁连山南麓高寒草甸草毡层及其土壤水分特征

为探讨放牧强度对高寒草甸草毡层及其土壤水分特征的影响,本研究分析了不同放牧强度[轻度(4.5羊单位·hm^(-2))、中度(7.5羊单位·hm^(-2))、重度(15羊单位·hm^(-2))和极重度(30羊单位·hm^(-2))]对祁连山南麓高寒草甸草毡厚度、根土比、硬度、抗剪强度、容重、孔隙度、饱和导水率和持水能力的影响。结果表明:1)随着放牧强度的增加,植物群落结构从轻度至重度放牧较稳定,至极重度放牧,禾本类植物重要值占比显著下降(P<0.05),莎草类和杂草类植物重要值显著增加。2)草毡层厚度和根土比均随放牧强度增加呈上升趋势,在极重度放牧达到最大。土壤硬度无显著变化(P>0.05)。土壤抗剪强度呈先增加后稳定的趋势,中度放牧样地最大;土壤容重随放牧强度增加呈先减少后增加趋势,重度放牧样地最低,极重度放牧样地显著增加。总孔隙度、毛管孔隙度随放牧强度增加呈先上升后降低趋势,在重度放牧样地达到最大,至极重度放牧,较重度放牧样地显著降低。3)最大持水量、毛管持水量、田间持水量及饱和导水率随放牧强度增加呈先升高后降低趋势,在重度放牧时达到最大,至极重度放牧均下降。4)草毡层厚度与莎草类重要值占比、根土比、土壤抗剪强度、硬度、最大持水量、毛管持水量和田间持水量均显著正相关;容重与草毡层厚度、根土比及各项水分特征指标均显著负相关。冗余分析结果表明,土壤容重和抗剪强度是影响草毡层水分特征的最显著因子。综上,保持一定草毡层厚度且连续的草毡层不但可以在一定程度上保证持水功能平衡,还可以缓冲外界因素对植物群落与土壤结构的损伤,是高寒草甸合理利用和保护的关键所在。

青海省乡土牧草栽培气候适宜性区划

随着气候变化对牧草生长的影响,牧草栽培已成为当前较为关注的话题之一,阐释气候、土壤和海拔对乡土牧草生长的影响,可为今后牧草栽培提供一定的科学依据。垂穗披碱草(Elymus nutans)、冷地早熟禾(Poa crymophila)、冰草(Agropyron cristatum)和驼绒藜(Ceratoides latens)是较适宜青海省种植的优良牧草,本研究利用MaxEnt模型对当前气候条件下4种乡土牧草在青海省范围内的潜在分布及起主导作用的环境变量进行分析。结果表明:利用MaxEnt模型对当前气候条件下4种乡土牧草的适生区预测均具有极高的准确度;当前气候条件下垂穗披碱草、冷地早熟禾和冰草的地理分布格局具有一定的相似性,均集中分布在青海省东部、东南部和南部地区,而驼绒藜主要分布在柴达木盆地东北部、南部边缘及青海湖流域南部地区。影响青海省4种乡土牧草适生范围的环境变量具有一定的相似性,也存在差异,对垂穗披碱草、冷地早熟禾和冰草影响较大的是地面向下短波辐射、海拔和近地面气温,而对驼绒藜影响较大的环境变量分别是降水量、海拔和近地面气温。本研究对了解青海省多种乡土牧草的地理分布格局及生境条件具有重要意义,以期为开展牧草栽培提供参考。

牛粪尿短期储存氨释放与养分转化的抑制剂作用成效研究

削减粪尿储存过程中氨(NH_(3))排放与氮素(N)损耗,是减少养殖业废弃物排放大气污染物和资源高效利用的重要举措。以青藏高原集约化养殖过程中新鲜牛粪尿混合物为研究对象,通过向粪尿中添加脲酶抑制剂(正丁基硫代磷酸三胺,NBPT)、硝化抑制剂(3.4-二甲基吡唑磷酸盐,DMPP)及明矾,测定不同抑制剂添加后短期储存过程中(22天)粪尿NH_(3)释放量及不同形态养分含量,并利用结构方程模型分析影响粪尿储存过程中NH_(3)排放和N转化的各因素效应。结果表明:(1)DMPP和明矾处理下NH_(3)累积排放量及氮素损失量均与对照组无差异,而NBPT处理比对照组NH_(3)累积排放量降低25.07%;(2)NBPT处理使粪尿短期储存过程中总有机氮含量平均值较对照增加43.86%,而铵态氮含量下降39.15%,同时粪尿C:N平均值比对照增加20.99%;(3)粪肥储存期间高含水量有利于削减NH_(3)排放,脲酶抑制剂通过降低总有机氮分解和C:N,进而减少铵态氮生产并降低粪尿短期储存中NH_(3)逸散。总之,脲酶抑制剂能够通过控制铵的生成有效减缓牛粪尿混合物储存过程中N的损耗和NH_(3)释放,而硝化抑制剂及明矾的最优施用条件有待深入研究。

高寒草地“石漠化”分级初探

高寒草地“石漠化”是指植被、土壤覆盖的草地转变为岩石裸露和砾石覆盖、土壤严重侵蚀、草地生产力下降的一种草地退化过程,其对青藏高原地区的生态安全造成威胁。文章在滇西北喀斯特石漠化分类和程度分级研究的基础上,结合青藏高原“石漠化”现状与景观特征实地调查,选取基岩裸露、植被覆盖、小生境组合、砾石含量、土层厚度和坡度6个因子为指标,通过聚类分析划分草地石漠化类型,将高寒草地“石漠化”划分为草地喀斯特和草地砾石化,通过构建石漠化程度指数模型RDI(Rocky desertification index),初步提出青藏高原高寒草地“石漠化”等级划分标准和图斑基本特征。

基于形态-植被-土壤特征的黑土滩退化草地综合定义与分类方法研究

“黑土滩”是高寒地区一种特殊且严重的草地退化现象,严重威胁区域生态安全和草地畜牧业健康发展。文章分析了“黑土滩”定义和分类存在的局限,提出了一个综合的“黑土滩”定义,并以“黑土滩”发生区域的主要植被类型和导致黑土滩形成的主要成因为分类基础,结合构建的“黑土滩”综合评价指数将“黑土滩”划分为3类9种4个级别。并提出了未来需要进一步拓展和深化的研究方向,为“黑土滩”定义和分类以及恢复相关技术研发提供了一个新的视角和思路。

青海省塔拉滩光伏电站对植被多样性的影响

荒漠地区大规模建设太阳能光伏电站会引起局部微气候变化,进而影响植物群落结构。为了解光伏板建设对荒漠草原生态系统群落结构和植物功能性状的影响,文章以青海省海南州共和县塔拉滩光伏产业园光伏板内外的植物群落为研究对象,研究其植物群落物种多样性与功能多样性变化,阐明光伏板对荒漠植被群落的影响。结果表明(:1)光伏板内外共发现15科29属32种植物。(2)光伏板内植被总盖度极显著高于光伏板外(P <0.001),光伏板内植物平均高度亦极显著高于光伏板外(P <0.001)。(3)光伏板内植物丰富度指数、香农-威纳指数及均匀度指数均极显著高于光伏板外(P <0.001)。(4)光伏板内的植物功能离散度指数FDiv和Rao Q均低于光伏板外,光伏板内功能均匀度指数FEve高于光伏板外,但差异均未达到显著性水平。光伏板的架设可以为荒漠地区提供良好的植被条件、提高草地植被多样性,为制定合理、有效的光伏电站植被恢复对策提供科学依据。

以生物群落为原则的高寒草地分类方法的改进

生物群落特征能够反映自然界中生物多样性的变化,有助于维持生态平衡,对于草地的结构和功能有着重要影响。文章通过综述草地分类方法研究进展、问题以及植物群落、啮齿类动物群落和微生物群落在草地类型划分中的应用,重点关注对二级分类指标“型”的改进,以生物群落为原则,将植物群落、啮齿类动物群落和微生物群落的综合特征作为草地类型的判定依据,构建了新的高寒草地分类体系,使草地分类法的结果更深入、更准确、更全面。

高寒草甸生物结皮发育特征及其对土壤水文过程的影响

为了明确不同退化程度高寒草甸生物结皮发育特征及其对土壤水文过程的影响,以三江源泽库高寒草甸生物结皮为研究对象,分析了不同退化程度(原生植被、轻度退化、中度退化及重度退化)高寒草甸生物结皮的优势种、盖度、厚度、容重及其对土壤水分入渗、蒸发的影响。结果表明:(1)不同退化程度泽库高寒草甸生物结皮以苔藓结皮为主,其优势种为土生对齿藓。原生植被至轻度退化阶段,生物结皮盖度、厚度无显著变化。至中度退化阶段,生物结皮容重无显著变化,其盖度、厚度分别较轻度退化样地分别下降74.85%,35.49%(p<0.05)。至重度阶段,生物结皮完全消失。(2)生物结皮对高寒草甸土壤水分入渗、蒸发过程无显著影响。覆盖和移除生物结皮处理初始入渗速率分别为0.20,0.22 mm/s,二者稳定入渗速率均为0.03 mm/s;覆盖和移除生物结皮处理平均土壤日蒸发量分别为1.79,1.78 mm/d。研究结果可为该区域其他生物结皮的相关研究提供数据基础。

重点脆弱生态区生态恢复模式现状与发展方向

生态系统退化严重影响区域可持续发展,控制生态系统退化和生态恢复已成为重要议题。我国脆弱生态区分布广泛,生态系统退化显著,荒漠化、水土流失、石漠化等问题突出,针对这一问题,我国已开展一系列生态恢复工程,积累了数量众多的生态恢复模式。在梳理重点脆弱生态区(北方风沙区、青藏高寒区、干旱荒漠区、黄土高原区和喀斯特地区)生态环境问题现状基础上,整理了针对不同脆弱生态区及亚区的生态恢复模式,构建了一套全面评估生态恢复模式的综合效益的指标体系,结合实地调查和数据收集,评估了脆弱生态区的生态恢复模式的综合效益,基于此提出生态恢复实践中应将生物多样性和生态系统服务提升作为重要目标,同时加强针对生态恢复模式的成本效益分析,综合设计生态恢复管理制度,搭建重点脆弱生态区生态恢复信息平台可为生态恢复模式筛选和优化提供决策支持。

湟水国家湿地公园湿地价值及其辐射格局研究

评估湿地价值量并分析价值的空间分布情况,对湿地保护管理和区域规划利用具有重要的指导意义。以青海西宁湟水湿地公园为研究区,构建一套适合高原城市湿地的生态系统服务评价体系,采用功能价值法和断裂点模型法,分析公园的湿地价值及其辐射格局特征。结果表明:(1)2020年湟水国家湿地公园的15项生态系统服务的总价值为6.18亿元,四大服务价值量按照价值高低排序依次为文化服务、调节服务、支持服务和供给服务;(2)5个评价区中,湟水主河道的价值最高,其次为北川湿地和海湖湿地,最后是火烧沟公园和宁湖湿地;(3)5大湿地区生态系统服务的辐射范围由大到小依次为:宁湖湿地>北川湿地>湟水主河道>海湖湿地>火烧沟公园;对湿地服务辐射范围叠加处理后,形成1个核心区和5个次核心区域;(4)湟水国家湿地公园的生态系统服务存在空间溢出情况,湟水主河道的生态系统服务向周边湿地公园溢出,其他四个湿地区之间生态系统服务存在相互溢出和叠加的现象。