不同干旱程度下社会规范对农牧交错区社会⁃生态系统的影响

全球气候变暖导致干旱事件频发,干旱已经严重威胁农牧交错区社会⁃生态系统的健康发展。与此同时,受超载过牧干扰草原生态环境日益恶化,农牧交错区社会⁃生态系统面临巨大压力。为维持农牧交错区社会⁃生态系统的可持续发展,国务院于2002年、2012年和2016年相继实行草原禁牧政策、第一轮草原生态奖补政策和第二轮草原生态奖补政策。然而,政策实施以来违规放牧现象长期存在,农户违规放牧使草原生态系统受到影响,导致禁牧政策和草原生态奖补政策未能有效发挥作用,农牧交错区社会⁃生态系统依然面临系统崩溃风险。基于此,以草场沙化严重区域宁夏盐池县为例,基于多主体建模与仿真方法(Agent-based model,ABM)模拟农户放牧行为决策过程,分析不同干旱程度下,执法力度和邻里效应等社会规范对农牧交错区社会⁃生态系统的影响机制。为更合理的展示和模拟农牧交错区实际,本文结合2021年盐池县问卷调研数据、社会经济统计数据、部分文献数据以及草原监测数据等,对ABM模型中的参数进行设定,构建了用于模拟干旱干扰下农牧交错区社会⁃生态系统模型。结果显示:(1)干旱影响下农户收入呈先上升后下降的趋势,且农户收入最终低于初始状态。同时,随干旱概率的增加,草地生态系统退化趋势加剧。(2)总体而言,当草场面临干旱等自然灾害影响时,执法力度的增加并未有效保证社会⁃生态系统健康发展。具体表现为,当干旱来临时随执法力度的增加,农户收入能够维持在稳定的区间内,执法力度对农户收入产生的影响较小。并且,在不同干旱程度下执法力度的增强未能有效制止违规放牧行为,导致草地生态系统继续退化。(3)强邻里效应能够很大程度上影响农户行为决策,进而对农牧交错区社会⁃生态系统产生影响。当农户行为决策受周围农户影响很大时(即强邻里效应下),农户更容易实施违规放牧,致使草地生态系统受超载放牧和干旱影响,造成草地生态系统恶化。而从短期来看违规放牧导致农户生产成本大幅降低,从而提升了农户生产效益,增加农户收入。然而长远而言,强邻里效应下大量农户违规放牧,致使草地生态系统达到最大载畜量,草地生态系统恶化,农户转为舍饲养殖,农户生产经济效益下降,农户收入逐渐下降。

中国北方农牧交错区生态系统服务价值时空变化特征及驱动力分析

为探究区域生态系统服务价值(Ecosystem services value,ESV)时空变化特征及其驱动因子,本研究基于1990—2020年七期土地利用数据,采用当量法估算北方农牧交错区的生态系统服务价值,在GEE云平台与ArcGIS软件的支撑下,分析其时空变化特征,并利用地理探测器模型揭示影响其变化的关键驱动因子。北方农牧交错区30a间草地面积增幅最大,建设用地呈逐年增长的趋势,林地与荒地面积减少,耕地与水域面积基本保持不变,土地利用空间分布格局基本稳定,土地利用方式的转化主要发生在耕地、林地与草地之间;北方农牧交错区年均ESV总量呈降低趋势,以林草地和水域提供调节服务为主,其次为支持服务、供给服务和文化服务,研究区ESV的空间分布与土地利用空间分布格局高度关联;北方农牧交错区ESV空间分异性受多种因素共同驱动,单因子表现为NDVI解释力最高,双因子表现为夜间灯光与NDVI交互作用最强。

农牧交错区生态工程建设对生态系统服务的影响

查明农牧交错区生态工程建设对区域生态系统服务的影响可为生态环境建设和优化管理提供有益参考。该研究以农牧交错区典型县域张北县为例,综合利用光谱混合分解模型、InVEST模型和回归分析方法,基于原始影像的端元分解、土地利用/覆被制图和生态系统服务评估,从生态用地数量和质量变化两个角度探析生态工程建设对区域生态系统服务的影响。结果表明:1)2000—2020年间,生态工程建设影响下张北县林地分布范围迅速扩张,耕地和草地面积持续收缩,林地扩张与耕地和草地缩减存在一定的空间重合现象。张北县土壤保持、水源涵养和防风固沙3种服务整体表现为强化趋势,但具体分布存在明显的空间异质性;2)在生态用地数量变化方面,生态用地总面积不断增长,20 a间增加了687.67 km^(2)。其中,林地面积、草地面积及其总面积增加对土壤保持和水源涵养服务的提升效果明显,而仅有林地面积增加对防风固沙服务具有积极作用。在生态用地质量变化方面,20 a间林地端元要素丰度值平均含量下降了0.108,其质量整体呈衰退趋势。20 a间草地端元要素丰度值平均含量增加了0.099,其质量整体表现为微弱上升的态势。林地和草地质量改善均增强了土壤保持、水源涵养和防风固沙服务,但防风固沙服务对林地和草地质量变化最为敏感。研究结果为生态工程建设对生态系统服务的影响研究提供了新的认知视角,未来应从生态用地精细分类对生态系统服务的影响差异方面深化研究,也应重视气候要素对区域生态系统服务的相对贡献。

30年来东北农牧交错区生态系统服务价值变化估算及其空间特征分析——以吉林省通榆县为例

以吉林省通榆县为研究区域,采用1986年和2015年的土地利用数据、DEM数据、1∶10 000基础比例尺地形图数据、土壤数据,通过生态系统服务价值系数和GIS空间分析技术,对该区域不同类型的生态系统服务价值进行了估算,分析了近30年来不同类型生态系统服务价值的变化情况并对其变化特征的空间分异进行了研究。结果表明,近30年来,林地和草地的面积变化对生态系统的服务价值影响显著;从土壤类型上看,黑钙土、石灰性黑钙土、淡黑钙土、草甸钙土等的生态系统服务价值有明显升高;坡度在0-2°范围的生态服务价值明显降低;距离水系、居民地越远,生态服务价值呈逐步下降趋势。

北方农牧交错区草地生态系统服务间接价值的初步评估——以太仆寺旗和沽源县境内为例

以草地地上生物量为基础,运用经济学的市场价值法、物质量法、水量平衡法等方法对太仆寺旗和沽源县境内的农牧交错区草地的固定CO2、释放O2、土壤侵蚀控制、涵养水源、营养物质循环5项生态系统服务功能进行初步的评估。结果表明:由这5项功能构成的生态系统服务的间接价值在农区为16 668元/(hm2.a),在草原区为17 223元/(hm2.a)。尽管草原区的间接价值比农区的高3.33%,但研究所选的农牧交错区由于农业活动的干扰,并没有导致草地生态系统服务功能间接价值的显著下降。这说明维持现阶段的农业活动或退耕还草可能促进草地生态系统生态经济价值的可持续性发展;但若继续开垦和破坏草地,草地生态系统的服务功能可能会显著下降,草地所具有的生态屏障作用也会减弱甚至消失。

北方农牧交错区农业生态系统生产力对气候波动的响应--以准格尔旗为例

气候变化对区域生态系统结构和功能有重大影响。以中国北方农牧交错区的准格尔旗为例,利用气象和《统计年鉴》数据,采用数理统计方法分析准格尔旗1961—2009年降水量、平均气温的波动特征,计算出该地区1961—2009年农业生态系统NPP值和主要农作物的气候产量,论述了准格尔旗农业生态系统生产力对气候波动的响应。结果表明:(1)降水量和平均气温的年际、年内波动均显著。(2)准格尔旗农业生态系统生产力呈现阶段性地波动上升趋势。排除社会、科技等影响,气候生产力对气候波动表现出较强的敏感性,是作物气候生态适应的结果。(3)中国北方雨养旱作区,粮食气候产量受降水量年际波动(特别是7、8月)显著影响;谷子、糜黍、玉米、薯类、大豆和油料等农作物的气候产量与降水量年际波动呈显著正相关;谷子、糜黍的气候产量与生长季降水量年内波动呈显著负相关。集水型生态农业是北方农牧交错区生态环境友好的农业发展模式。(4)谷子、糜黍、薯类、大豆和油料等农作物的气候产量与6、7、8月平均气温年际波动呈显著负相关;生长季平均气温年内波动对谷子、糜黍、大豆和油料等农作物的气候产量有显著负面影响。因此,需要综合采取工程、生物和农业措施,将气候变化对主要农作物气候产量的不利影响降到最低。

东北西部农牧交错带社会生态系统脆弱性

脆弱性理论与方法已成为研究复杂社会生态系统可持续发展的有力工具。通过构建脆弱性评价指标体系,研究振兴东北战略实施以来东北西部农牧交错带社会生态系统脆弱性时空演变特征。结果如下。1)东北西部农牧交错带社会生态系统脆弱性总体呈下降趋势,平均脆弱性得分由2005年的1.343下降到2015年的1.197;适应能力的提高是地区脆弱性降低的主要原因。2)脆弱性水平呈"西南高、东北低"、"北部稳定、中南部下降"的时空分异特征。3)低应对能力是地区脆弱性的主要特征,而各脆弱类型呈差异化分布态势。在当前东北地区粮食结构调整背景下,针对不同地区的脆弱性特征,实施差异化的应对策略是保证地区可持续发展的有效途径。

基于DFSR模型的北方农牧交错区生态系统健康评价——以宁夏盐池县为例

以宁夏盐池县为研究区域,基于DFSR模型建立评价指标体系,采用GIS和RS技术辅佐生态系统健康评价,得出盐池县生态系统状况.结果表明,2000年、2002年、2006～2008年,盐池县生态系统健康驱动力分值、状态分值、响应分值及综合分值逐年增加,表明盐池县生态系统健康状况呈上升趋势;2009年生态系统健康驱动力分值和状态分值均增加,但响应分值减少,生态系统健康的综合分值基本上没有改变,表明生态系统的健康状况呈现稳定的状态.

论华北农牧交错区退耕区域生态系统生产力的演替与增进机制

【目的】讨论华北农牧交错区以退耕为特征的生态系统生产力的演替与增进机制,为区域保持持久生态恢复和经济发展的动力提供思路和技术依据。【方法】采用实证研究和理论分析相结合的方法。【结果】在退耕后的生态系统中,退耕子系统的生物生产力比农作子系统降低38.34%～72.3%,其主要功能应偏重社会性的资源环境生产力,使理想中的"退耕-还草-养畜-赚钱"的良性循环难以实现。伴随退耕子系统的分化,农作子系统在自然与社会资源等方面汇集叠加,为退耕区域生态系统启动经济生产力新属性的阶跃奠定了基础。实证研究表明,通过退耕子系统与农作子系统的再度耦合,以及通过同田块创造以水肥为中心的微域生境分化与作物生产耦合,可使系统经济生产力提高8.85～13.35倍。【结论】退耕后生态系统的结构重建与开放运行,发挥市场经济下区域间互补性合作生产优势、建立开放式农牧生产结构,是华北农牧交错区系统生产力增进的重要机制。

阴山北麓农牧交错区退耕地草地生态系统碳交换及水分利用效率

内蒙古阴山北麓农牧交错区由于长期不合理的开垦造成了荒漠草地生态系统碳交换等生态功能的显著丧失。我国20世纪末开始实施的退耕还林还草工程产生了大量退耕地,随着自然恢复演替,这些退耕地的生态功能得到了有效的修复,其巨大的碳汇潜力成为了荒漠草地生态系统碳循环研究的热点。研究通过空间代替时间的方法,对内蒙古阴山北麓典型区域——武川县周边无干扰的荒漠草原以及3个退耕恢复阶段草地的生态系统CO_(2)交换(NEE、GEP和ER)、水分利用效率(WUE)以及生物量等指标进行了实地测量。结果表明:(1)随着退耕恢复演替时间的推移,生态系统CO_(2)交换呈显著上升趋势,演替晚期植被NEE与未受干扰的荒漠草地无明显差异;(2)生态系统水分利用效率的变化趋势与生态系统CO_(2)交换基本一致,但已退耕17年后的退耕地WUE仍没有恢复至未受干扰荒漠草地的水平;(3)导致以上结果的原因主要与退耕地地上植被生物量的恢复以及一、二年生植物和多年生植物比例的演替变化有关。结果表明荒漠草地退耕地恢复过程中生态系统功能的恢复可能并非是同时的,而是分阶段有选择进行的。

农牧交错带沙漠化生态系统评估的案例研究

农牧交错带是指位于内蒙古沿长城一带、年降水量在350mm～500mm之间,年内水热组合能够满足一定规模种植业和畜牧业发展的狭长地带.这里也是北方半干旱与半湿润地区的过渡带和生态脆弱区,面积在80×10^4～120×1064km^2之间.不合理的土地利用一度使这里成为中国沙漠化最为严重的地区和沙尘源区之一。近10年来,由于沙漠化治理、退耕还林还草和天然林保护等工程的实施,科尔沁沙地的沙漠化出现了全面逆转的趋势。但是,也同时出现了以地表水体萎缩、河流断流和地下水位下降为主的土地退化。如何科学地评估生态系统的这些变化是该地区的迫切任务。此外，由于东部城市化过程加快,西部土地退化难于全面逆转，全国耕地面积减小，农牧交错带宜农宜牧的资源与环境的潜力，因此，有关农牧交错带的研究和评估也就越来越受到国内外的普遍重视。

内蒙古东部农牧林交错区生态系统健康评价

以呼伦贝尔市为研究区域,基于曹洪法所提出的生态系统质量分析评价模型,分别选取气候指标、生态系统稳定性指标、人口指标、绿地恢复力指标等,从9个方面对呼伦贝尔市的生态系统健康状况进行了研究。结果表明:东北部的根河市和鄂伦春自治旗为非常健康的生态系统;西部的新巴尔虎左旗和新巴尔虎右旗属于不健康的生态系统状态;其余中部的9个旗市区大部分属于亚健康的生态系统。文章针对这种生态环境脆弱地区,提出了相应的可持续发展对策和策略。

东北农牧交错带典型区土地利用变化及其生态效应

东北农牧交错带是典型的生态环境脆弱区,具有敏感性强、退化趋势明显等生态脆弱性特征。本文利用19862、002年两期TM/ETM影像,揭示了吉林西部16年来土地利用/覆被的时空变化规律,并依据Costanza R.等人对全球生态系统服务价值的评估方法,分析了土地利用变化对区域生态系统服务价值的影响。结果表明:16年来,吉林西部土地利用/覆被发生了剧烈变化,耕地、盐碱地面积大幅度增加,草地、水域和湿地的面积大幅度减少,区域生态系统服务功能出现明显的衰退,生态系统服务价值显著地减少。吉林西部生态系统服务价值由1986年的767.1亿元/a下降到2002年的624.1亿元/a,减少幅度达18.6%,年均递减速率达1.6%。16年来该区域生态环境恶化和以经济利益为目的的土地利用结构调整,给区域生态系统服务功能和可持续发展能力带来巨大负面影响。

农牧交错区生态环境恢复与重建的可持续发展思路

根据草地和农牧交错区生态系统重建机理及优化生态—生产模式国家重点基础研究发展规划的要求 ,综合分析了我国农牧交错区的基本现状 ,系统论述了农牧交错区存在的草地“三化”突出、农业生产低下、自然灾害频繁等问题 ,研究和寻求生态系统退化、恢复和重建的关键技术与途径 ,进一步探讨在西部大开发中农牧交错区的发展思路。

农牧交错区生态环境恢复与重建的可持续发展思路

根据草地和农牧交错区生态系统重建机理及优化生态—生产模式国家重点基础研究发展规划的要求,综合分析了我国农牧交错区的基本现状,系统论述了农牧交错区存在的草地"三化"突出、农业生产低下、自然灾害频繁、人民生活贫困等问题,研究和寻求生态系统退化、恢复和重建的关键技术与途径,进一步探讨在西部大开发中农牧交错区的发展思路。

基于SEBAL模型的农牧交错区蒸散演变及生态需水规律

[目的]对典型农牧交错区的蒸散格局、演变特征及其生态系统需水规律进行研究,为区域生态治理和水资源管理提供科学依据。[方法]以宁夏回族自治区盐池县为例,选择2000—2017年的4期Landsat遥感数据和气象资料等辅助数据,利用SEBAL模型反演该县不同时期秋季初的日蒸散,结合同期土地利用类型数据进行分析研究。[结果]①秋季初的日蒸散量由2000年的0.89 mm/d增加到了2017年的1.71 mm/d,增幅为92.1%,增强趋势显著。②日蒸散具有较强的空间异质性,总体呈南高北低的格局,尤以东南部的黄土丘陵区蒸散最高;近17 a蒸散的年增幅也表现出南高北低的特征,但不同时段的年增幅空间格局存在较大差异。③不同地类的蒸散存在差异,耕地、林地和草地的平均蒸散量分别为1.42,1.33,1.27 mm/d,但蒸散量年增幅最大的是草地。④近17 a盐池县生态需水总量和各地类的生态需水量都在增加,各地类生态需水量由高到低依次是草地、耕地和林地,但单位生态需水量最高的是耕地,最小的是草地;近17 a耕地和林地的生态需水量占总生态需水量的比例在下降,而草地生态需水量的比例则呈上升趋势。[结论]在盐池县大力实行生态治理工程的背景下,区域蒸散显著增强,植被生态系统的需水量明显增加,不同地类的蒸散和需水结构也发生变化。

禁牧政策对宁夏盐池县农业生态系统服务影响的能值分析

农牧交错区农业可持续发展问题一直是我国区域农业研究的重要课题,以典型北方农牧交错区宁夏盐池县为例,利用农业生态系统能值分析框架,评估盐池县1991—2016年农业生态系统正反服务,揭示禁牧政策对农业可持续发展的影响。研究结果表明:(1) 1991—2016年盐池县农业投入能值和农业生态系统正反服务能值一直处于增长的趋势,禁牧政策实施以后增长速度高于禁牧之前,其中农业投入能值的增加主要是由于经济反馈能值投入的增加。(2)根据Pearson相关性分析,盐池县农业生态系统服务和反服务在0.01水平(双侧)呈显著的强正相关,农业生态系统服务和反服务具有相同的变化趋势。(3)生态环境的改善、经济反馈能值和农业灌溉面积的增加,可以增强北方农牧交错区农业抵御气候波动的能力。(4)盐池县农业可持续性高于全国和典型农区的平均水平,禁牧政策实施之前盐池县农业可持续性表现出稳定的下降趋势,而禁牧政策实施以后其可持续性表现为上升的趋势,禁牧政策的实施已初步实现农业生产的生态经济效益。

河北沽源草地生态系统国家野外科学观测研究站

“河北沽源草地生态系统国家野外科学观测研究站”是2005年中国科技部批准的首批36个国家野外站之一，位于河北省张家口市沽源县境内——我国北方农牧交错带的典型区域。

河北沽源草地生态系统国家野外科学观测研究站

河北沽源草地生态系统国家野外科学观测研究站，是2005年科学技术部批准的首批国家36个野外站之一，位于我国北方农牧交错带中段典型区域，主管部门为教育部，依托于中国农业大学。

三江源农牧交错区一个种植周期的垂穗披碱草人工草地CO2通量变化特征

建植多年生人工草地已成为生态环境保护和恢复工程的重要措施之一,探究多年生人工草地生态系统CO2交换的变化特性,有助于准确评估和预测人工草地碳收支状况及其生态服务功能。利用2012-2016年,5年的涡度相关系统观测的数据,分析了三江源农牧交错区垂穗披碱草(Elymus nutans)人工草地的净生态系统CO2交换(Net ecosystem CO2 exchange,NEE)、总初级生产力(Gross primary productivity,GPP)和生态系统呼吸(Ecosystem respiration,R)等参数在一个种植周期的变化特征及其控制因子。结果表明:(1)在一个完整种植周期内(5年),三江源农牧交错区垂穗披碱草人工草地随着种植年限的增加CO2通量先增加后减小,累计固碳180.4 g·m^-2,是一个弱的碳汇,其中,除了种植第1年表现为碳源(47g·m^-2),其他年份均为碳汇,第3年碳汇强度达到最强128.3 g·m^-2;(2)GPP主要由空气温度、植被多样性指数(Simpson指数)和生长季长度共同控制(r^2=0.92),植被多样性指数(Simpson指数)直接影响着生长季NEE(r^2=0.80);(3)管理措施(播种和收割时间)影响着生长季的长度,而生长季长度影响非生长季R和生长季NEE的比值(R/NEE)(96%),进而影响着NEE的年际变异(92%),管理措施影响着人工草地NEE的年际变异。不论是生产功能还是生态功能,每5-6年重新翻耕人工草地是“生产-生态”的双赢模式,人工草地更新是三江源农牧交错区一个生产和生态相结合的有效产业发展模式。