三江源区“黑土滩”型退化草地时空变化

"黑土滩"型退化草地易引起三江源区生态环境的急剧恶化,准确及时地了解"黑土滩"型退化草地的时空分布,对三江源地区草地退化的治理和生态环境的保护具有重要作用。本研究以三江源区典型"黑土滩"型退化草地——青海达日县境内的项目试验区作为研究区,对比该区域2007年6月29日的QuickBird影像和7月1日的Landsat TM影像,结果表明,Landsat TM影像解译精度较低,但足以满足"黑土滩"退化草地的监测。利用Landsat TM资料分析了该区域2000、2007和2011年"黑土滩"退化草地的时空变化,结果显示,2000-2007年,非黑土滩总面积减小,草地呈现退化趋势,黑土滩总面积增大;2007-2011年,非黑土滩总面积增大,黑土滩总面积减小,草地退化和黑土滩扩展趋势得到有效遏制。说明三江源区生态保护和建设工程在"黑土滩"综合治理方面成效显著。

甘南黄河上游水源补给区“黑土滩”型退化草地现状、成因及综合治理对策

通过对黄河上游水源补给区"黑土滩"型退化草地现状的调查发现,"黑土滩"型退化草地是由于气候的异常扰动、过度放牧、鼠类破坏、人为影响的综合因素引起的。从而提出了生态综合治理有效途径应以遵循自然规律,因势利导为出发点,减轻放牧压力,防止退化草地面积进一步扩张和蔓延;对不同程度退化草地应采用防治结合的模式,以草定畜,优化畜牧业管理模式;同时应及时灭鼠和防治毒杂草,全面贯彻落实家庭牧场政策、增加投入和高效管理,大力发展教育事业,加强法制建设,实现黄河上游水源补给区草与畜的可持续发展。

黄河源区“黑土滩”退化草地群落类型多样性及其群落结构研究

调查了黄河源区高寒草甸极度退化产物“黑土滩”植被群落类型多样性及其群落结构特征。结果表明,分布在黄河源区高寒草甸上的“黑土滩”草地植被可分为7个类型,分别为:黄帚橐吾+铁棒棰群落、白苞筋骨草群落、铁棒棰群落、西伯利亚蓼+鹅绒委陵菜群落、摩苓草群落、甘青微孔草群落和甘肃马先蒿群落。从群落结构和已有的研究结果看,黄河源区所有类型的“黑土滩”草地都完全失去了牧用价值,短期内自然恢复的物质基础也已丧失,该类草地的恢复治理必须通过人工植被的重建来实现。

青海高原黑土滩退化草地土壤微生物群落空间分异特征

黑土滩退化草地作为青海高原典型的生态脆弱地带,植被退化、养分流失严重以及空间异质性高,了解不同区域尺度下黑土滩退化草地土壤微生物群落特征差异及影响因子,有助于制定草地恢复措施策略。通过分析青海省海北(YNG)、玉树(BT)和果洛藏族自治州(DW)黑土滩退化草地植被、土壤因子和微生物群落组成及构建过程,研究不同立地条件下环境因子对微生物群落的影响。结果表明:1)较未退化草地,黑土滩土壤中的致病菌如被孢霉门(Mortierellomycota)和浮游霉菌门(Planctomycetes)含量显著增加,共生菌如担子菌门(Basidiomycota)含量显著降低;2)BT区域的真菌物种数和多样性显著高于其他区域,表现为BT>DW>YNG;3)随机性过程主导了DW和BT区域黑土滩土壤细菌和真菌的群落构建,而YNG区域黑土滩土壤细菌和真菌由确定性过程主导;4)全钾和地下生物量主要影响了DW区域黑土滩土壤细菌的群落组成,pH是YNG区域细菌和真菌群落组成的主要影响因子,而BT区域细菌群落主要受硝态氮、含水量和全磷的影响。研究表明影响不同区域黑土滩土壤微生物群落组成和结构的土壤环境因子均有差异,在恢复和调整黑土滩土壤微生物多样性时,需因地制宜,根据相应的环境驱动因子制定恢复策略。

草地补播对甘南“黑土滩”型退化草甸生产特征的影响

为研究草地补播对“黑土滩”型退化草甸生产特征的影响,利用对比试验法,研究不补播(为对照组,CK)和补播乡土草种(CZ组:垂穗披碱草+中华羊茅+冷地早熟禾;CY组:垂穗披碱草+燕麦+中华羊茅+冷地早熟禾)对“黑土滩”型高寒退化草地植被盖度和生物量的影响。结果表明,补播乡土草种可显著提高草地植被盖度、草群高度和地上生物量,且毒杂草生长繁殖受到明显抑制。通过对补播后退化草地的植被盖度、草群高度以及各经济类群进行评价,垂穗披碱草+燕麦+中华羊茅+冷地早熟禾组合补播治理“黑土滩”型退化草地效果最佳。补播当年,CY组的总生物量较对照组高479.6%,杂草科生物量较对照组低52.3%;补播第2年,总生物量较对照组高626.8%,杂草科生物量较对照组低70.17%。因此,补播乡土草种组合“垂穗披碱草+燕麦+中华羊茅+冷地早熟禾”可作为“黑土滩”型退化草地修复治理措施推广应用。

地理信息系统在三江源综合试验区黑土滩型退化草地变化监测中的应用

地理信息系统是现代处理分析地理数据的重要系统,该系统融合测绘学、地图学、管理科学、信息科学、环境学等多种学科。三江源综合试验区位于青藏高原腹地,是生态脆弱区、全球变化敏感区、生物多样性重点保护区,这里汇流成哺育中华民族的长江、黄河和澜沧江等大江大河,形成了我国最重要的水源地。草地是该区域最有代表性的生态环境因子,它的变化在很大程度上反映着三江源综合试验区整体生态环境的变化趋势。根据国务院第1次全国地理国情普查领导小组"边普查、边监测、边应用"的总体要求,结合省情特点,以三江源综合试验区作为重要地理省情监测区域,开展三江源综合试验区黑土滩型退化草地变化监测。

江河源区“黑土滩”型退化草场的形成过程与综合治理

江河源区草场退化严重 ,超载过牧是主要原因 ,啮齿动物危害是重要原因 ,气候变化起了促进作用 ,“黑土滩”型退化草场的形成演替依照未退化→轻度退化→中度退化→重度退化→极度退化的方向进行。江河源区退化草场的治理应该以减轻放牧压力为出发点 ,防止退化草地面积的进一步扩大和蔓延 ,在此基础上 ,采用封育、除杂和施肥等人工调控策略 ,对不同程度退化草场采用不同模式进行治理 ,同时全面贯彻落实“草原法”和“草地有偿承包责任制”措施 ,以冬春草场为重点 ,合理利用草场 ,开展草场建设 ,增加投入 ,提高牧民文化素质 ,加强牧区人才建设 ,恢复治理“黑土滩”型退化草场 ,实现江河源区草地畜牧业的可持续发展。

三江源区黑土滩退化草地分类分级体系及分类恢复研究

通过对三江源区120个野外调查样区野外调查数据的分析,依据地形条件以及工程治理的需要,将黑土滩退化草地划分为三种类型,即Ⅰ滩地（坡度在0～7°之间）、Ⅱ缓坡地（坡度在7～25°之间）和Ⅲ陡坡地（坡度≥25°）;通过聚类分析和主成分分析,优选出秃斑地比例和可食牧草比例作为黑土滩退化草地分级的主要指标,将其分为轻度、中度和重度3个等级;在野外调查结合遥感技术的基础上,确定了该地区不同类型和等级下黑土滩退化草地的面积及其分布区域,分析了黑土滩退化草地的发展趋势,即20年间轻、中度退化草地演变为重度退化草地的趋势是非常明显的;针对黑土滩的类型和植被恢复后的利用目标,提出不同类型黑土滩人工草地的定义、适宜草种组合及相应的农艺措施,总结出黑土滩退化草地综合治理的3种模式和与之相关的治理措施。

江河源区人工草地及“黑土滩”退化草地群落演替与物种多样性动态

研究了黑土滩退化草地以及在黑土滩上建植的垂穗披碱草人工草地在第2～6年间植物群落演替及物种多样性动态.结果表明:随着演替的发生,两种不同类型草地群落的α多样性指数均呈现单峰变化趋势.人工草地群落的α多样性指数比黑土滩退化草地群落的低,建植第4年的人工草地群落和封育4年的黑土滩退化草地群落的各指数最高.两种不同类型草地草场质量指数也呈现先降后升的趋势,人工草地群落的草场质量和生物量比黑土滩退化草地群落高.从植物的生活型看,一年生植物被多年生植物替代.β多样性的时间动态反映出演替过程中,两种类型的草地群落2龄与5龄、6龄群落间的β多样性低,物种周转率高;2龄与3龄,5龄与6龄群落间的β多样性高,物种周转率低,4龄群落是过渡群落.在时间序列上可分为两个阶段,2～4龄主要是一年生草本的入侵,4～6龄主要是多年生草本的定居.

三江源区退化人工草地、“黑土滩”和天然草地植物群落物种多样性

为深入研究人工草地方法在治理青藏高原"黑土滩"的作用,从植物群落物种组成角度分析了三江源区退化的人工草地分别与"黑土滩"退化草地和未退化的天然草地之间的接近程度。结果表明:退化人工草地、"黑土滩"和天然草地中,平均物种数分别是29,32和35种。退化人工草地中禾本科重要值占群落总量的21%,"黑土滩"中杂类草重要值占群落总量的88.2%,天然草地中禾本科和莎草科的重要值占群落总量的37.4%。草地群落的Shannon-Wiener指数、Simpson优势集中性指数和Pielou均匀度指数都是天然草地>"黑土滩">退化人工草地。Sorensen指数和Jaccard指数表明退化人工草地和"黑土滩"群落的相似性最大,"黑土滩"和天然草地的次之,退化人工和天然草地的相似性最小。退化人工草地中毒杂草比例较"黑土滩"中少10%左右。表明人工草地措施在一定程度上促进了"黑土滩"退化草地植物群落的恢复性演替。

高寒草甸“黑土型”退化草地的成因及生态过程

研究分析退化草地的植被组成、地上生物量、优良牧草比例、高原鼠兔密度以及土壤理化性质等特征，探讨“黑土型”退化草地的成因及生态过程。结果表明，中度退化草地生物量最高（50．3g／0．25m2），重度退化草地最低（34．0g／m2）。原生植被优良牧草比例最高（78．40％）。重度退化草地最低（4．49％），轻度和中度退化草地居中（57.2％和16.42％）。中度退化草地高原鼠兔平均密度较高（148只／hm2），其危害程度较严重（494m2／hm2），二者之间呈显著的正相关（r＝O.9888，df＝3，P＜0.01）。土壤坚实度随草地退化程度加重而降低。“黑土型”退化草地的形成是一个长期的、连续的过程，草地退化则是诱发这一过程的主要因子，高原鼠兔挖掘洞道，破坏草皮及植被，又加剧了草地的进一步退化，最终导致了“黑土型”退化草地的形成和不断扩大。

“黑土型”退化草地优良牧草筛选试验

在青海省玛沁县乳品厂"黑土型"退化草地,引入13属30个草种,经4年淘汰,筛选出9属17个草种。其中,干草产量最高的是垂穗披碱草(Elymus nutans),达14585 kg/hm2;能完成生育期的有12个草种,短芒老芒麦(Elymus breviaristatum)种子产量最高(1832 kg/hm2);不能完成生育期的有5种,但产草量都比较高,叶量丰富,适应性强,尤其是无芒雀麦(Bromus inermus)和赖草(Leymus secalinus)根茎繁殖力强,形成草皮快。试验表明,筛选出的17个草种在"黑土型"退化草地上有很好的适应性和推广价值。该研究为进一步选育牧用价值高,恢复退化草地能力强的优良牧草品种奠定了基础。

“黑土型”退化草地人工植被施肥试验研究

采用四因素二次通用回归旋转设计，以产草量为标准对“黑土型”退化草地上人工植被的施肥时间和氮磷钾的用量进行2年定位试验，建立牧草产量函数模型。结果表明，单因素增产效应为施肥当年：氮肥〉磷肥〉钾肥〉施肥时间；第2年：氮肥〉磷肥〉施肥时间〉钾肥。确定“黑土型”退化草地上人工植被的施肥组合方案为施肥时间在分蘖～7月上甸、N：75～130kg／hm^2、P2O5：50．0～112．5kg／hm^2、少施或不施钾肥，可取得较高的产量和经济效益。同时，为获得较高牧草产量，以每2年施肥1次为好。

江河源区“黑土滩”退化草地特征、危害及治理思路探讨

从江河源区“黑土滩”退化草地生物地球化学特征、生态和经济危害入手,对目前“黑土滩”退化草地治理的治理思路进行探讨。“黑土滩”退化草地治理不能仅仅局限于追求生态效果,应该看到“黑土滩”生态功能转型的作用。将江河源区按生态功能、经济功能划分为无干扰生态核心区和生态经济保障区。在生态经济保障区域推行“草地农业家庭牧场模式”,在极度退化不可自然恢复的“黑土滩”建植多年生人工草地,“变废为宝”使“黑土滩”成为高寒地区草地家畜草饲料补充基地,是实现生态建设和畜牧业经济发展双赢的对策。重视江河源区草地系统鼠害的威胁,实施“草地生态建设,防治鼠害先行”的策略是江河源区草地生态和经济建设的保障。强调国家向江河源区持续性投资和持久性加强牧区人民的文化教育是我国江河源区生态和经济建设的重要保证。

黄河源区“黑土型”退化草地人工群落组分配置技术研究

在黄河源区的"黑土型"退化草地上,以6种多年生禾本科牧草的不同混播处理(A-垂穗披碱草;B-垂穗披碱草+冷地早熟禾;C-垂穗披碱草+冷地早熟禾+中华羊茅;D-垂穗披碱草+冷地早熟禾+中华羊茅+波伐早熟禾;E-垂穗披碱草+冷地早熟禾+中华羊茅+波伐早熟禾+西北羊茅;F-垂穗披碱草+冷地早熟禾+中华羊茅+波伐早熟禾+西北羊茅+短芒老芒麦)进行了连续3 a的群落学试验研究。结果表明,不同混播群落的牧草产量差异极显著(P<0.01),建植的当年,混播群落牧草产量、草层高度和群落盖度等指标主要受垂穗披碱草和短芒老芒麦等高禾草控制;垂穗披碱草单播群落牧草产量显著高于混播群落(P<0.01),第2年各群落生长趋势与建植当年基本一致,但混播群落的生长优势已开始显现。第3年,6种牧草混播处理的牧草产量显著高于单播群落(P<0.01)。不同高、矮禾草的合理配置可有效地优化人工植被的群落结构,遏制单一种建植的快速退化现象,几种多年生禾本科牧草的合理混播配置可能是"黑土型"退化草地进行人工建植恢复的关键技术,是一项快速稳定恢复"黑土型"退化草地植被的重要措施。

恢复生态学在“黑土型”退化草地植被改建中的应用

通过对三江源区“黑土型”退化草地发生现状、成因的调查研究与分析,以恢复生态学理论为依据,提出了“黑土型”退化草地恢复理论.研究结果认为,对青藏高原高寒草甸退化草地生态系统的恢复与改建,可根据退化草地的等级(系统受损程度)采取相应的恢复措施,中度和轻度退化草地改良通过休牧、灭鼠、毒杂草防除等措施即可达到其植被的自然恢复.重度和极度退化草地由于原生植被及生草层遭到了严重破坏,出现了大面积的次生裸地,植被的自然恢复能力已基本丧失,只有通过利用适宜草种改建人工和半人工草地,才能快速恢复其退化草地植被.利用禾本科适宜牧草在高寒草甸重度和极度退化草地上改建的人工和半人工草地,其植被的盖度基本上接近于原生植被,而显著高于退化草地的植被盖度;改建植被的地上总生物量是未退化植被的4-5倍,是退化草地的10-15倍.选择适宜的草种是“黑土滩”植被改建成功的关键,施肥、灭杂、灭鼠以及适度放牧利用等人工调控措施是人工和半人工草地持续利用的关键,人工调控可有效维持人工草地的生产力,防止其快速衰退.

“黑土型”退化草地研究工作的回顾与展望

青藏高原是我国主要的畜牧业基地之一。青藏高原退化草地面积约为４２５１万ｈｍ２，占全区可利用草地面积的３３％，其中“黑土型”退化草地面积估计为７０３．１９万ｈｍ２，占全区退化草地面积的１６．５４％。其中，轻度退化草地可食牧草量与毒草量的比值为１．７３∶１，中度为２．４６∶１，重度为０．９８∶１，极度为０．３３∶１。不同退化程度的草地其地下活根量呈下降趋势，土壤含水量亦明显下降。退化草地土壤趋于碱性，有机质减少，速效养分增高。“黑土型”退化草地鼠类危害相当严重，青海省达日县草场高原鼠兔的平均洞口数为４１６８个／ｈｍ２，有效洞口数为１１６７个／ｈｍ２，有鼠兔３７４只／ｈｍ２。据统计，青海省达日县１９８５年“黑土型”退化草地为１６．７７万ｈｍ２，１９９４年猛增到５７．５０万ｈｍ２，平均每年以１４．７５％的速度递增，每年退化４．５０万ｈｍ２。“黑土型”退化草地面积不断扩大，使江河源头生态环境日趋恶化，威胁着人类和草食家畜的生存环境，严重阻碍着草地畜牧业的可持续发展。“黑土型”退化草地是由于放牧过度、鼠类破坏、人为影响、气候干旱等综合因素引起的。

利用草地早熟禾改建江河源区“黑土型”退化草地的研究

利用正在驯化选育中的野生草地早熟禾,进行了“黑土型”退化草地植被改建试验,结果表明:在海拔4 000 m的地区野生和人工栽培条件下草地早熟禾种子均能成熟;具有较强的有性繁殖和无性繁殖能力,在栽培条件下能形成良好的草皮和植被覆盖度;草地早熟禾人工草地土壤总体含水能力增强,物理性状改善;地上植物量显著高于原生植被,达到了垂穗披碱草人工草地水平;实验室研究发现,草地早熟禾具有很强的抗寒性。可见草地早熟禾是三江源区“黑土型”退化草地植被改建的优良草种。

江河源区“黑土滩”退化草地及人工草地土壤种子库多样性

对江河源区"黑土滩"退化草地及单播、混播人工草地土壤种子库多样性进行研究。结果表明,"黑土滩"退化草地、单播人工草地和混播人工草地分别由33种、25种、30种植物组成,密度分别为13 035.6粒/m2、10 138.8粒/m2和10 672.4粒/m2;"黑土滩"退化草地已没有放牧利用价值,而单播和混播人工草地具有较高的放牧利用价值;土壤种子库中种子数量在垂直分布上呈现由表层土壤向深层逐层减少的变化规律;土壤种子库的物种多样性为"黑土滩"退化草地>混播人工草地>单播人工草地,"黑土滩"退化草地和混播人工草地、单播人工草地土壤种子库之间相似性较低。

甘肃马先蒿对“黑土型”退化草地垂穗披碱草人工草地的影响

对三江源区“黑土型”退化草地上改建的6年龄垂穗披碱草人工植被中的毒杂草进行了防除试验,分析了甘肃马先蒿的侵入及其对垂穗披碱草人工草地的影响。结果表明,甘肃马先蒿的侵入,严重降低了垂穗披碱草的盖度和密度,使其生物量降低了75%;当甘肃马先蒿侵入使垂穗披碱草的覆盖度≤70%时,给其他更多的物种造成发展空间,群落物种数量开始增加;采用化学防除可控制甘肃马先蒿的侵入和扩散,并维持垂穗披碱草人工草地的质量。