近20年北方草原生态价值核算及其时空差异特征

草原是我国重要的陆地生态系统和自然资源,具有多元生态服务,探索草原生态价值核算方法对于草原保护修复与可持续管理具有重要意义,但当前草原生态价值尚未形成公认的评估框架和准确的核算方法。定位于北方草原,以内蒙古天然草原为典型案例区,提出了“支持-供给-调节-文化”服务价值四类共计19项的草原生态价值评估体系,基于地面采样、野外观测、遥感解译、模型模拟和统计等多源数据,在像元尺度上核算了2000—2020年草原生态价值并分析其空间分异特征和动态演变规律。结果表明:近20年来内蒙古草原生态价值多年均值为17640.60亿元/a,约为自治区同期国内生产总值(GDP)(8607.23亿元/a)的2.05倍,每公顷草原提供的生态价值为2.34万元/hm^(2),总体呈现“东北高—西南低”的空间分布格局特征。其中,草原调节服务价值最高,多年均值6676.44亿元/a,占比53.68%;其次为草原支持服务价值,多年均值为6293.96亿元/a,占比35.13%;草原供给和文化服务价值多年均值分别为3796.27亿元/a(6.24%)和873.93亿元/a(4.95%)。从具体指标来看,防风固沙价值量最高(5858.86亿元/a和33.21%);从各地区来看,锡林郭勒盟草原生态价值最高(4701.81亿元/a和26.65%)。20年间,草原生态价值呈显著增加趋势(439.45亿元/a,P<0.05),其中以草原文化服务价值增加最为明显。本方法和案例可为量化草原生态价值提供参考范式,并有助于生态产品价值实现机制的建立,推动草原侵占用等生态补偿方案的优化。

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。

不同龄级瑞香狼毒影响微尺度高寒草甸群落结构

通过样圆法群落调查探究不同龄级狼毒对微尺度草地群落结构和土壤化学计量特征的影响,结果表明:(1)狼毒能显著降低微尺度草地的群落盖度、群落加权平均高度、植物密度和地上生物量等指标,且影响程度随着狼毒龄级的增加而增大。(2)狼毒显著改变了草地的群落结构,降低了禾本科和莎草科植物的优势度,增加了杂草植物的优势度,随着狼毒龄级的增加,杂草的优势度逐渐增加。(3)狼毒的生长增加了退化草地物种多样性,但当狼毒龄级达到Ⅴ龄时,草地物种多样性逐渐降低。(4)随着狼毒龄级的增加,土壤全碳含量、全氮含量和全磷含量整体呈显著下降趋势,而碳磷比和氮磷比呈显著上升趋势。总之,狼毒对微尺度高寒草甸植物群落结构和土壤化学计量特征有显著影响,且与龄级有关,建议在修复狼毒型退化草地时,应及时进行人工干预,尤其在狼毒龄级达到Ⅴ龄之前,采取围栏封育、施氮肥和补播豆科优良牧草等措施,加强退化草地的生态修复。

放牧对荒漠草原主要植物种群空间格局与生态位的影响

本研究以短花针茅(Stipa breviflora)荒漠草原为研究对象,在长期不同载畜率(对照CK、轻度放牧LG、中度放牧MG和重度放牧HG)放牧样地,通过群落调查探讨建群种短花针茅、优势种冷蒿(Artemisia frigida)和无芒隐子草(Cleistogenes songorica)以及主要伴生种银灰旋花(Convolvulus ammannii)的空间分布格局和生态位特征。结果表明:物种多样性指数随载畜率增加而降低,在HG处理显著低于其他处理(P<0.05);不同载畜率下,4种植物均为聚集分布的格局;随载畜率的增加,短花针茅和无芒隐子草的聚集强度降低,生态位变宽,冷蒿和银灰旋花的聚集强度提高,生态位变窄;短花针茅和无芒隐子草之间的生态位重叠随载畜率的增加而增加,二者的种间竞争作用加强,而冷蒿和银灰旋花之间或二者与短花针茅或无芒隐子草之间的生态位重叠均降低。综上,放牧改变了4种植物种群的空间分布和生态位,随载畜率增加,群落中短花针茅和无芒隐子草在群落中处于优势地位,冷蒿和银灰旋花在群落中的地位减弱。

放牧对荒漠草原主要植物微斑块物种组成与更替的影响

为探讨不同植物斑块物种组成对放牧的响应规律,本研究以不同载畜率下短花针茅(Stipa breviflora)荒漠草原:冷蒿(Artemisia frigida)、无芒隐子草(Cleistogenes songorica)和银灰旋花(Convolvulus ammannii)种群微斑块为研究对象,在斑块不同位置进行群落调查,分析斑块群落物种组成、更替和多样性的变化特征。结果表明:经过12年放牧,冷蒿斑块的物种相似性随载畜率增加显著降低(P<0.05);无芒隐子草斑块和银灰旋花斑块Margelef和Shannon-Wiener指数随载畜率的增加显著降低(P<0.05);银灰旋花斑块Margelef,Shannon-Wiener和Pielou指数在斑块区显著低于过渡区和外部区(P<0.05)。放牧使无芒隐子草和银灰旋花与周围环境物种交换增多,无芒隐子草在斑块中占主导地位,而银灰旋花由于生物量和多样性的显著降低在群落中处于劣势;冷蒿斑块随载畜率增加生物量急剧减少,不同位置间的物种更替增强。本研究可为放牧利用下荒漠草原的可持续利用提供参考。

基于大食物观的草地农业发展趋势及关键科学问题

大食物观下,国家食物安全的重点是饲料粮安全。草地农业是全球最重要的食物生产系统之一,既直接生产草畜产品,又间接地为食物生产提供生态保障,满足国家对食物安全、生态安全和边疆稳定不断增长的刚性需求。目前,草地农业保障国家食物安全的水平亟待提高,支撑国家高质量发展的能力亟待加强。种子是草地农业的物质基础,天然草原和栽培草地(也称“人工草地”)是草地农业生产食物的主要基地,草地保护为草地农业开展食物生产“保驾护航”,草地农业系统耦合促进食物生产的效益放大。草地农业是基础性战略产业,保障国家食物安全的水平依靠基础研究的创新。为此,本文分析了草类种质资源挖掘利用与种子生产控制、牧草优质高产栽培与转化、草原生态生产力维持与修复、草地有害生物管理、草地农业系统耦合与管理等5个方面的研究进展,并提出对应的关键科学问题。

藏北两个临近不同高寒草地碳通量对气候条件的响应

生态系统碳循环应对气候变化的敏感性研究是“碳中和”背景下的重要议题。青藏高原高寒草地面积广阔,碳储量丰富,脆弱性高,近年来随着观测技术尤其是涡度相关技术和模拟技术的发展,已有不少研究致力于揭示青藏高原高寒草地生态系统碳水通量对气候变化的响应过程。但是,相同气候背景下不同高寒草地类型对环境变化的响应规律及敏感性尚不清楚。本研究基于藏北高原两个临近的高寒草地生态系统,高寒草甸和高寒湿地涡度相关观测的碳水通量数据,对比分析了不同水分条件下藏北高寒草甸和高寒湿地碳循环的气候敏感性。结果表明,高寒草甸的碳交换量要显著小于高寒湿地,高寒草甸是碳中性的,年净CO_(2)交换量为(18.09±40.66) g C·m^(-2) ,而高寒湿地是稳定的碳汇,年净CO_(2)固定量为(155.09±32.85)g C·m^(-2) 。水分条件对高寒草甸和高寒湿地植被光响应曲线最大的光合速率(α)的影响较弱,与饱和光强下的总初级生产力(Amax)呈显著正相关关系。水分对生态系统呼吸与温度的指数响应关系的调节作用主要体现在基础呼吸值(a)上,高寒湿地a的均值是高寒草甸的3.76倍,而对两个高寒草地生态系统呼吸敏感性(Q10)的调节均不显著。高寒草甸和高寒湿地Q10的均值(1.84)以及随温度升高而减小的趋势基本一致。藏北高寒草地生态系统的碳源汇特征对环境因子的响应取决于多因素共同限制,因此,基于区域性的联网协同观测有助于更加清晰地理解高寒生态系统碳交换响应气候变化的机理。

青海湖高寒草原植被群落结构和水源涵养功能对禁牧封育的响应

【目的】探讨禁牧封育对青海湖植被群落结构和水源涵养功能的影响,对准确评估禁牧封育在青海湖退化草地恢复过程中的作用具有重要意义。【方法】对青海湖北岸高寒草原设置自由放牧及不同封育年限样地,分析封育措施对植物物种数、生物量、功能群、土壤容重、持水量及孔隙度等指标的影响。【结果】(1)随封育年限延长,青海湖北岸高寒草原物种数呈降低趋势,植被盖度、地上地下生物量均呈先增加后降低趋势,禾本科植物在群落中的重要值占比逐渐增加。(2)禁牧封育对青海湖北岸高寒草原土壤水分特征的影响主要集中在0—20 cm。随禁牧封育年限延长,0—20 cm土壤容重逐步降低,0—10 cm土壤饱和持水量、毛管持水量、田间持水量及总孔隙度均呈先增加后稳定趋势。(3)土壤容重是影响青海湖北岸高寒草原植被群落结构的最主要土壤水分特征因子。【结论】从植被群落结构的角度考虑,青海湖高寒草原禁牧封育年限不应超过7年,超过7年应进行适度干扰。

不同频率氮添加对内蒙古典型草原植物叶绿素的影响

大气氮沉降会影响植物功能性状的变异和进化,进而作用于植物个体和生态系统功能。研究草地生态系统植物功能性状在不同氮添加模式下的响应差异,对更准确地评估植物对环境变化的适应性至关重要。基于内蒙古草原野外长期氮沉降模拟实验平台,研究氮添加频率对优势物种羊草和冰草叶绿素含量的影响,结果表明每年一次氮添加使羊草叶绿素含量增加最多(15.21%),而每月一次氮添加对冰草叶绿素含量影响最大(增加了14.74%)。氮添加尤其是每年一次氮添加显著增加了土壤铵态氮、硝态氮和无机氮含量,并使土壤pH显著降低。这些结果表明:羊草叶绿素含量对低频率氮添加响应更明显,而高频率氮添加对冰草叶绿素含量的影响更显著,这两类物种间养分吸收策略存在明显差异。启示低频率氮添加可能高估了氮沉降对羊草叶绿素含量的影响,而低估了对冰草叶绿素含量的影响,这对准确预测植物叶片功能性状对大气氮沉降的变异具有重要意义,并将有助于应用到植物功能性状预测生态系统功能和过程响应未来全球变化的模型中。

草地放牧饲养要素分析

饲养牲畜是草地放牧的目标,放牧饲养牲畜是草地饲草资源利用的最有效途径。放牧饲养要素包括草地生产率、适宜载畜率、饲草质量、牲畜生长需要和采食量及放牧方式。本文对这些要素进行了归纳分析,目的在于推进发展草地放牧饲养理论并推导草地生产和保护性利用的关键技术。本文介绍了草地生产率研究方法、适宜载畜率确定标准、划区轮牧区块数计算方法及间歇休牧期和放牧期确定方法。草地放牧饲养理论:基于土壤和气候,改善草地生产和饲草质量,制定适宜载畜率,确定合理放牧方式,满足放牧牲畜最佳生长需要,并维持草地健康,实现“双赢”或“三赢”。草地保护性利用关键技术:放牧场或割草场施肥,调整适宜的载畜率,延迟放牧及间歇休牧,确切的划区轮牧体系,放牧场和割草场等量配置,二时段饲养模式。

2010–2020年塔里木盆地南部荒漠草地凋落物回收量月动态数据集

中国科学院新疆策勒荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站(以下简称“策勒站”)地处塔里木盆地南缘,南依昆仑山,北临我国最大的塔克拉玛干沙漠。具有植被群落简单,土壤有机质积累缓慢等特点。凋落物是该区域重要的养分来源。基于对策勒站荒漠植物群落的长期定位观测,通过对不同植物凋落物器官(枝、叶、果)分组,本文整理统计得到2010–2020年塔里木盆地南部荒漠草地凋落物的回收量月动态数据,同时记载了观测场群落以及土壤养分的年度变化情况。数据的产生严格遵照CERN生物观测规范执行,数据的审核及质量控制由台站与分中心质控人员共同完成。本数据集以期为深入研究塔里木盆地南部荒漠草地凋落物动态变化提供基础数据,为了解和评估极端干旱荒漠生态系统养分循环过程提供理论支撑。

新疆昌吉15个引进饲用燕麦品种的主要农艺性状分析

【目的】旨在探究昌吉地区引进的15个饲用燕麦品种的适应性,为该地区饲用燕麦品种的引进和利用提供科学依据。【方法】对13个供试材料的农艺性状指标进行了多样性指数分析、主成分分析和聚类分析。【结果】结果表明,供试材料各性状的多样性指数在1.36~1.96之间,品种间表型遗传多样性丰富。单株叶面积、叶茎比和叶片数的多样性指数最高,单株叶面积、穗长、单株鲜(干)草重的变异系数最大。在主成分分析中,第1主成分反映了生殖器官形态建成的构成因子,第2主成分反映了饲用燕麦的生物量因子,第3主成分反映了光合作用的主要影响因子。【结论】通过聚类分析可将所有供试材料分为3类,其中第Ⅰ类可作为早熟型饲用燕麦的品种资源;第Ⅱ类可作为高产青贮型饲用燕麦的优良品种资源;第Ⅲ类的农艺性状表现各异,其中第2亚类的“甜燕1号”各性状表现突出,可作为本研究区高产优质型饲用燕麦品种加以引进与利用。

不同牧压对天山北坡中段山地草甸植物群落特征及植物生活型的影响

【目的】研究天山北坡中段山地草甸植物群落特征在不同牧压条件下的变化,为建立合理放牧利用制度提供理论依据。【方法】通过对庙尔沟乡索尔巴斯陶夏、冬牧场的实际放牧强度和草场植被状况进行调查,选择重度(HG)、中度(MG)、轻度(LG)且具代表性地段的放牧场,设置3个不同牧压监测点,每个监测点设置3个重复。【结果】在不同牧压条件下,植物群落优势种略有差异,群落物种数随着放牧强度的增大而减少。随着牧压增大,禾本科、豆科等优良牧草的重要值下降,而杂类草及醉马草的重要值增大;不同牧压对植被生物量的影响最大,其次是植被的盖度和高度,对频度的影响较小,呈现出植被平均高度、总盖度和生物量随放牧强度增大而降低的趋势;不同放牧时期对山地草甸植被优势种和植物生活型有明显影响,在夏季放牧场中植株矮小、重要值很低的金露梅在冬季放牧场中却株型高大,重要值也极高。【结论】在不同牧压条件下,群落物种组成不同,HG、MG、LG物种数分别为26、22和33种,物种间数目相差明显。重度放牧降低了植物群落的高度、盖度和地上生物量,并增大了杂类草和醉马草的优势。随着放牧强度增大,植物的生活型和重要值发生了改变,这也是植物生长过程中适应环境变化的一种策略。

基于定位观测站图像实现草原植被覆盖度自动化提取的方法比较

植被覆盖度是草原生态监测和研究中极其重要的指标。本研究采用无人值守定位观测站获取样方图像数据集,比较选取多种提取算法,旨在解决定位连续观测中不同样方的大量图像数据集如何自动化提取植被覆盖度指标的难题。本文使用绿度指数法、随机森林(RF)、支持向量机(SVM)和反向传播(BP)神经网络不同图像分割方法提取不同草地类型的覆盖度,并讨论绿度指数之类的阈值分割方法与机器学习方法的优劣、3种机器学习算法产生不同分类效果的原因以及覆盖度数值产生误差的主要原因。结果表明,机器学习算法可灵活解决定位观测站样方图像集的快速自动化提取植被覆盖度问题。绿度指数阈值分割方法应用于植被覆盖度的分割效果较差;RF算法在高寒草原的分割精度较高,SVM在温性草原和温性荒漠草原中分割效果较高,BP神经网络在高寒草甸的覆盖度提取中更有优势。本研究可为新时代草原生态监测的信息化和智能化监测设备研发提供重要的参考依据。

施肥和补播对不同坡向斑块化退化高寒草甸生物量和物种多样性的影响

探索黄河源区斑块化退化高寒草甸有效的人工修复措施,对促进退化高寒草甸生态修复具有重要意义。本研究通过设置不同有机肥施用量与不同禾草补播量的交互处理试验,分析斑块化退化高寒草甸不同坡向草地生物量和物种多样性的变化特征,以期筛选出适合该地区有效恢复的施肥量与补播量的最优组合。结果表明:(1)施肥和补播处理均可提升斑块化退化高寒草甸植物地上和地下生物量,但对植物物种多样性的促进效果不明显;(2)施肥和补播处理对草地生物量和多样性的影响因阳坡和阴坡坡向不同而存在差异;(3)分布在阳坡滩地的斑块化退化高寒草甸适宜修复措施为添加有机肥150 g/m^(2)+补播牧草(垂穗披碱草0.75 g/m^(2)+青海中华羊茅0.375 g/m^(2)+青海冷地早熟禾0.375 g/m^(2)),阴坡滩地适宜修复措施为补播垂穗披碱草1.5 g/m^(2)+青海中华羊茅0.75 g/m^(2)+青海冷地早熟禾0.75 g/m^(2);(4)在斑块化退化高寒草甸修复过程中,阳坡和阴坡草地的生物量与物种多样性之间总体呈现相反的关联性。研究结果表明斑块化退化高寒草甸的生态修复需要考虑坡向环境的影响。

机理模型与遥感数据同化的草地生物量估算相关研究

受人为和气候变化的影响,草地退化、沙化的现象愈发严重,对草地的监测和保护亦变得愈发重要。生物量是评价草地生态状况的重要指标之一,草地生物量的估算对草地资源管理、生态修复与保护都有着重要的意义。随着遥感技术的发展与植被机理模型的广泛应用,针对草地生物量的估算方法也不断发展,主要分为遥感反演和植被机理模型估算两种方法。本文系统地阐述了遥感反演中的经验回归方法和辐射传输模型,还有基于植被机理的作物生长模型和草地生长模型。此外,本文还介绍了在农业估产领域已经被广泛应用的数据同化技术,分析了在草地生物量同化估算过程中,遥感数据与机理模型存在的互补优势,提出了目前存在的问题,并指出在简化模型的同时,保证估算的稳定性和准确性并兼顾植被的机理性是未来草地生物量估算的研究重点。

湖南省基本草原划定初探

草原是重要的生态系统和自然资源,党中央国务院和湖南省委省政府高度重视草原生态保护修复工作,先后下文明确要求落实基本草原保护制度。本文通过调查湖南省草原基本情况,对其现状进行分析,并结合基本草原划定试点区的经验启示,针对存在的问题,提出了湖南省基本草原划定的工作流程和技术方法。

短花针茅荒漠草原研究热点与周期演变的知识图谱分析

文章从CNKI获取短花针茅荒漠草原研究领域的文献数据,借助科学知识图谱(VOSviewer)绘制短花针茅荒漠草原领域2003—2022年的全时段高频关键词共现图谱,以及每5 a时间周期的分时段高频关键词共现图谱。通过比较短花针茅荒漠草原研究全时段和分时段高频关键词的周期演变,识别我国短花针茅荒漠草原的整体研究概况与热点,以及各周期的研究热点、前沿及其变化规律。结果显示:(1)短花针茅荒漠草原2003—2022年的4大研究热点主题为:植物群落特征的研究,土壤因素的研究,自然因素的研究,人为因素的研究;(2)荒漠草原、载畜率、放牧等主题是短花针茅荒漠草原研究各周期稳定且变化极少的热点研究主题;(3)从2008年开始,短花针茅荒漠草原研究热点主题数量和覆盖范围显著增多,土壤养分、土壤微生物、氮沉降、降水变化等前沿热点主题出现。

草原生态赤字测评及其成因分析——以锡林郭勒盟为例

对锡林郭勒盟20年间的草原生态足迹与生态承载力进行定量分析的基础上,发现锡林郭勒盟草原生态足迹现增加的态势,而其生态承载力呈现减小的趋势,草原长期处于生态赤字状态。草原生态建设与修复后劲不足、人草畜矛盾依旧突出等因素造成锡林郭勒盟草原生态赤字问题;提出加强草原生态修复、建设草原自然公园体制等对策建议,期使能为消除草原生态赤字、促进草原生态可持续发展提出实质性意见。

宁夏天然草地有机碳固存现状及提升策略

阐述了宁夏天然草地有机碳储量的固存现状,分析了天然草地碳储量分布特征、影响因素,从加强现有草地资源管护、开展退化草地修复、探索草地固碳潜能提升的技术措施、完善草原碳汇计量监测体系及草原碳汇核算机制方面提出减少草地有机碳损失等有利于碳固存的草地管理建议,以服务黄河流域生态保护和高质量发展先行区建设。