高校野外台站服务本科实践教学现状与改进对策——以甘肃庆阳草地农业生态系统国家野外科学观测研究站为例

在高等教育强调“以本为本”、推进“四个回归”等教育理念的背景下,高校野外台站的定位也应在注重科学观测研究的同时,更加重视本科生实践教育功能的挖掘与利用。为此,以甘肃庆阳草地农业生态系统国家野外科学观测研究站为例,分析了试验站服务本科生实践教学的历史与现状,提出了加强野外台站本科生实习功能建设的对策。庆阳站基础设施良好、科研基础扎实,已经依托站内试验田、子午岭等试验站周边自然资源及企业等开展了多年实践教学活动,积累了丰富的经验。建议在台站布局上突出区位和学科特色,进一步扩大开放、促进学科交叉融合,充分利用台站及周边资源,加强野外观测平台和实践基地建设,积极联系政府和企业、建立长期稳定的校企合作与实践基地等。论文可为高等学校野外台站建设和本科生实践教学的改进提供一定的参考。

草地农业生态系统的碳平衡分析方法

根据草地农业生态系统的结构,它的碳平衡为4个生产层的碳平衡之和,也是3个界面的碳平衡之和,而某一生产层或者某一界面的碳平衡则是其固定、输入、排放和输出的碳之和。草地农业生态系统4个生产层的碳平衡分析方法定量重要生产环节的碳汇与碳源过程,便于草业生产改进碳汇管理;草地农业生态系统3个界面的碳平衡分析方法显示碳源和碳汇的发生机理,及其空间和数量关系,便于调控草业生产组分以增汇减排;但是,这两个方法不易区分碳的来源和去向,难以明确其利用效率。草地农业生态系统碳平衡分析的输入/输出法定量地指示碳的来源和去向,以及碳效率,计算简单,但是较为概括,不利于牧场尺度的草业碳汇管理。以中国祁连山甘肃马鹿牧场和澳大利亚塔斯玛尼亚奶牛牧场为例,用3种方法分析了两个牧场的碳平衡,结果表明,放牧管理的草业系统的主要碳源是休闲旅游、产品加工流通环节产生的温室气体,主要碳汇是草地和土壤中贮存的碳,好的草地管理可以增汇减排。

青藏高原高寒草地生态系统服务功能的互作机制

青藏高原高寒草地是我国重要的畜牧业生产基地和生态安全屏障。高寒草地退化不仅影响了当地畜牧业生产和牧民生活,而且严重地威胁着我国和东亚地区的生态安全。从高寒草地生态系统的生态、生产和生活功能角度出发,分析了青藏高原高寒草地生态系统在人口、放牧压力与资源环境承载力的相互作用关系,及其生态、生产和生活功能比例结构变化对高寒草地生态系统服务功能的影响,阐明了高寒草地生态系统服务功能的多元耦合、多维连锁和多重反馈的相互作用机制。并以藏北那曲地区为例,把2008年农牧民脱贫线和小康线作为生活功能标准,通过生态服务功能当量,确定了维持高寒草地生态系统可持续发展的生态、生产和生活功能比例结构。据此,估测了牧民的生活功能达到脱贫线和小康线标准时允许的人口承载量。结果表明,高寒草地退化使草地生态系统的人口承载量下降了60%。以那曲地区2008年的实际的牧业人口量与允许的人口承载量相比,高寒草地退化后,实际牧业人口占脱贫标准的36%,但小康标准超载了118.9%。因此,调控人口承载量是实现青藏高原高寒草地生态系统的生态、生产和生活功能协调发展的关键。

放牧对新疆草地生态系统碳源/汇的影响模拟研究

正确评估新疆草地生态系统碳源/汇效应,对区域尺度碳循环研究具有重要意义。放牧是新疆草地生态系统中主要的人类活动,但放牧对草地碳平衡与碳动态的影响还具有很大的不确定性。利用生态系统放牧模型Biome-BGC grazing,通过情景模拟综合评价新疆草地生态系统碳源/汇的动态。结果表明:1)1979—2007年新疆草地生态系统的碳源总量为0.38Pg C,其中由放牧导致的碳释放为0.37Pg C;2)当平均放牧率小于0.24头标准羊/hm^2时,放牧能够促进草地碳固定。研究实现了BiomeBGC grazing模型在区域尺度的应用,研究结果将有助于理解气候变化及放牧对干旱区草地生态系统碳动态变化的驱动机理,对探明干旱区草原生态系统的源/汇特征具有重要意义。

农业生态系统中AM真菌、禾草内生真菌及病原菌互作

丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhizal Fungi,AMF)、禾草内生真菌和植物病原菌广泛存在于农业生态系统中。AMF和禾草内生真菌均能与宿主植物形成共生体,促进宿主植物对养分、水分的吸收,提高植物对病害、干旱等生物和非生物逆境的抗性。植物病原菌引致的植物病害可降低植物产量和品质,造成生产上的重大损失。AMF可降低植物发病率和病情指数,其机理包括AMF与病原菌竞争侵染位点,养分和空间、消耗病原菌的能量、提高菌根植物对水分和养分的利用效率、调节病程相关蛋白。禾草内生真菌可通过分泌抑菌活性物质、诱导植物体产生抗性反应及减少病害介体的传播,提高植物地上生物量和抗病性。AMF和禾草内生真菌与其它微生物的互作因植物、真菌而异,有相互促进的效应,也有相互抑制的效应。研究和明确农业生态系统中三类微生物的互作机理,进而利用禾草内生真菌和AMF提高抗逆性及产量、防治病害,对于促进和维持农业生态系统可持续发展具有重要的意义。

草地生态系统有害啮齿动物的生物防治

啮齿动物产生的危害是当今生态系统中常见的灾害之一,对其开展有效的防治是全球范围内一个重要问题。人类在控制和消灭有害啮齿动物方面做出了巨大的努力,但种种措施均有利有弊,很难兼顾高效、安全和环境等问题,因而迄今仍停留在应急防治和重复投资等被动层次上。基于此,本研究在查阅大量文献的基础上,就国内外草地生态系统中啮齿动物防治的现状、开展生物防治的主要措施、存在的主要问题进行了综述,以期为有害啮齿动物的防控提供有益参考。

草地生态系统服务功能及其价值评估研究进展

草地生态系统是维持自然生态系统格局、保护生态安全屏障、开展畜牧业生产和传承草原文化的基础。随着人类对草地生态系统服务功能不可替代性的深入认识,通过定量评估生态系统服务功能及其价值,对认识草地生态服务功能的重要性和生态资产增值具有重要的作用。在总结国内外生态系统服务功能及其价值文献基础上,对草地生态系统服务功能及其价值的内涵、生态服务价值评估方法及其特点和国内外研究现状进行了系统总结,分析了草地生态系统服务功能及其价值评估中存在的主要问题,提出了未来研究的发展方向。

藏北高寒草地生态系统现状及发展态势

以藏北那曲地区为例,分析了1955-2005年高寒草地、人口、家畜和社会经济现状与发展态势。结果表明,50年来,藏北那曲地区的年均气温上升了0.8～2.0℃,年均降水量增加了100～240mm,牧业人口增加了5倍左右,家畜存栏数增加了2.9倍,牧民人均纯收入增长了94.1%,人均消费支出增长了93.1%,高寒草地退化面积占总草地面积的64.3%。以上结果说明,藏北那曲地区的气候向湿润暖温方向变化,对减缓草地退化趋势具有促进作用,而牧业人口的增加和过度放牧利用成为高寒草地退化的主要原因。因此,正确处理草地畜牧业经济发展与生态屏障保护的关系,合理利用草地资源,是目前藏北高寒草地生态系统可持续发展亟待解决的问题。

草地农业与兵团绿洲可持续发展

本文总结了新疆生产建设兵团农牧业生产取得的成就与面临的挑战，并提出了建议。目前面临的挑战主要是种植结勾不合理、牧草种植面积小、水资源利用效率低、畜牧业产值在农业总产值中比重较低和耕地和草原退化等挑战。笔者认为发展喜地农业是实现兵团农牧业可持续发展的有效途径，包括建立粮一草、果一草农业系统；栽培草地与天然草原耦合，山地一荒奠一绿洲系统耦合，大力发展草食家畜养殖业；加强优良野生牧草资源的驯化选育、农副产品饲料资源的开发利用及高端农牧‘品生产和深加工等。

栽培苜蓿草地智能感知系统关键生物物理指标实时监测及分析算法研究

苜蓿作为重要的优质牧草,其产量和品质的监测对草牧业发展具有十分重要的作用。传统大范围栽培苜蓿盖度和产量的地面调查以及卫星遥感反演易受天气、人力和财力等因素的影响,在时空动态监测方面具有一定局限性。近年来随着传感器和人工智能(AI)的快速发展及其在作物监测和分析方面的普遍应用,为栽培苜蓿盖度及产量的精准实时估测提供了新的契机。本研究以新疆、内蒙古、甘肃、宁夏等北方四省区栽培苜蓿为研究对象,结合地面实测资料,利用深度学习算法(DL)、多元线性回归(MLR)和随机森林(RF)方法建立了栽培苜蓿盖度和产量估测模型;并对模型精度进行了评价。研究结果表明:1)总体而言,我国新疆、甘肃河西等地区的栽培苜蓿以灌溉为主,地块集中连片、地势平坦,一年刈割3~4次,苜蓿草地在盛草期的平均产量和盖度达5362.81 kg·hm^(-2)、96.29%;以旱作生产方式为主的甘肃陇东、宁夏南部等地区的栽培苜蓿草地大多种植在山区水平梯田,一年刈割2~3次,其盛草期的平均产量和盖度达3987.57 kg·hm^(-2)、91.55%;2)基于无人机可见光遥感数据的苜蓿草地盖度深度学习模型的R2达0.99,均方根误差(RMSE)为1.44%,模型准确度为92%,对栽培苜蓿草层盖度的动态监测效果较好;3)利用经度、纬度及海拔和苜蓿关键生物物理指标草高、盖度及二者乘积构建的苜蓿产量RF模型相较于MLR模型可以提升产量的估测精度,最优估测模型测试集的R2为0.69,RMSE为1151.24 kg·hm^(-2)。研究结果可以为栽培苜蓿智能感知系统的关键生物物理指标快速评估提供算法依据,对多点位高时频的网络化、自动化和智能化栽培苜蓿生长数据采集与动态分析系统应用具有重要的技术支撑作用。

陆地生态系统植物吸收有机氮的研究进展

在一些强烈受到氮矿化限制的地区如北极苔原、高山草甸和北方森林,很多植物可以吸收土壤中的有机氮。这种现象引起人们对建立于氮矿化基础上的陆地生态系统氮循环模式的重新思考。本文主要就植物可吸收利用土壤中有机氮的类型,菌根在植物养分获取过程中扮演的角色,以及有机氮吸收的试验设计方法等进行综述。研究发现,植物可直接吸收的土壤有机氮主要包括游离氨基酸和小分子肽。在植物从复杂氮源如蛋白质、几丁质和多酚-蛋白质络合物获取养分的过程中,菌根真菌和腐生真菌的作用不容忽视。植物吸收有机氮的试验设计可以借助同位素技术和数学模型等方法,如何使试验能够真实地反映植物在自然条件下对有机氮吸收的能力是在未来的研究中需要仔细考虑的问题。

牧民对草地生态补偿政策的满意度实证研究

实施草地生态补偿政策是恢复退化草地、建设生态安全屏障、提高牧民生活水平,促进牧区社会经济发展的重要手段。研究牧民对草地生态补偿政策的满意度及其影响因素,对完善我国草地生态补偿政策,提高补偿绩效具有重要意义。选取甘肃牧区中甘南、肃南和天祝三地500户牧民作为样本数据,结合问卷调查与深度访谈,构建有序Logit模型,从牧民一般社会经济特征、对其居住与放牧地区生态环境评估,以及对生活满意度评估三方面入手研究了牧民对草地生态补偿政策实施的满意度及其影响因素。结果表明,影响牧民对补偿政策满意度的显著因素包括牧民受教育水平、牲畜养殖数量与体重变化情况、补偿金额、牧民对环境与经济重要性的评估,以及对社会福利满意度的主观评价。从政策角度看,提高牧民受教育水平,改变牧民传统放牧观念;改善贫困牧民生活水平,提高牧民社会福利;优化补偿方式,构建补偿政策监管体系,有利于草地生态补偿政策的进一步完善与有效实施。

藏北高寒草地生态补偿机制与方案

根据藏北那曲高寒草地的生产力、季节放牧重要性、生态服务价值、生态环境敏感性,构建了基于草地亚类的功能分区模型,从空间上将高寒草地划分为适度生产功能区、减畜恢复功能区和禁牧封育功能区,据此构建了基于高寒草地功能分区的分级生态补偿模式,设计了高寒草地生态补偿的组织管理体系及流程、生态补偿的损益评估机制和约束奖惩机制;提出了针对不同功能区的生态补偿方案。根据藏北那曲高寒草地功能分区结果和不同功能区生态补偿内容和目标,确定生态补偿周期为5a,核算出适度生产功能区、减畜恢复功能区和禁牧封育保护功能区分别需要补偿资金19.4亿元、15.77亿元和0.6亿元,每年分别需补偿资金3.88亿元、3.16亿元和0.12亿元,5a全区共需补偿资金35.77亿元,年需7.16亿元。通过对高寒草地的功能分区分级生态补偿,对提高高寒草地的生态保护能力,增加牧民的经济收入,促进藏北高寒草地生态系统的可持续发展具有重要的理论和实践意义。

西北牧区草地生态补偿绩效评价的逻辑框架研究

西北牧区是我国重要的生态安全屏障和畜牧业生产基地,草地生态补偿的实施对有效遏制和恢复西北牧区草地退化的趋势,促进牧区经济发展和提高牧民生活水平具有重要作用。建立科学的生态补偿绩效评价逻辑框架是构建其评价指标体系和保障生态补偿政策顺利实施及补偿资金合理有效利用的关键环节。因此,依据西北牧区的自然、经济和社会文化特征,提出了从县域尺度和牧户尺度评价草地生态补偿绩效的思路,构建了多维角度的草地生态补偿绩效评价的逻辑框架,从生态功能、生产功能和生活功能协调发展角度综合评价牧区草地生态补偿的绩效。

草地生态生产力的界定及其伦理学诠释

生态生产力一词是由草地生态生产力衍发而来。草地生态生产力（ecological productivity of grassland）是“在不破坏生态系统的健康状态下所表现的生产水平”[1]。笔者于1992年心[1]提出这一概念以来，得到广泛认同。近来就当前农业生产中所遇到的问题，深感有进一步加以界定，并给以伦理学诠释的必要。

青藏高原草地生态屏障保护与畜牧业经济发展博弈

草地生态屏障保护与畜牧业经济发展过程中,中央政府、地方政府和牧民分别从国家、地区和个人层面追求各自利益的最大化,三者的博弈失衡是导致青藏高原草地生态系统退化的主要外部驱动力。中央政府与地方政府博弈的原因是制度缺陷造成了二者的利益目标相悖,而地方政府与牧民博弈的根源是牧民保护草地生态屏障付出的成本没有得到受益者的补偿,公共利益与个人利益发生冲突。因此,只有把保护草地生态屏障产生公共利益成本让中央和地方政府来承担,实施生态补偿,使三者之间形成一个合作博弈的均衡解,以提升草地生态屏障的保护能力,协调了公共利益与个人利益的关系,实现青藏高原草地生态系统的可持续发展。

《中国草地生态保障与食物安全战略研究》专著总序

我国农业系统经历了两次历史巨变草地农业系统至少应包含两个层次：其一,将草原牧区内部和传统农耕地区内部的植物生产和动物生产实现系统耦合;其二,将草原牧区和农耕区实现区域性系统耦合。试验研究和产业实践证明,在我国经过这两个层次系统耦合,可成数倍到数十倍地提高整体农业生产水平。

基于Sentinel-2数据的青海门源县天然草地生物量遥感反演研究

草地地上物生物量(AGB)是评价草地生产力的重要指标,精准反演天然草地的AGB,对草地长势监测和草畜平衡评估具有重要的意义。由于常用的遥感数据(如Landsat和MODIS等)受较低时间或空间分辨率引发的诸多问题的影响,因此探索具有更高时空分辨率及更多光谱波段的Sentinel-2卫星数据在县域尺度的草地植被监测状况具有极其重要的作用。利用Sentinel-2卫星遥感影像和青海门源县实测草地AGB数据,构建了基于随机森林(RF)、支持向量机(SVM)和人工神经网络(ANN)3种机器学习方法的草地生物量估算模型,研究了2019-2021年门源县天然草地生物量时空分布特征。结果表明:1)Sentinel-2卫星影像的3个原始波段(B2、B6、B11)和2种植被指数[反红边叶绿素指数(IRECI)和特定色素简单比值植被指数(PSSRa)],是草地AGB敏感的特征变量。其中,红边波段(B5、B6、B7)对天然草地AGB遥感反演具有重要作用。2)基于RF算法的草地AGB估测模型是门源县天然草地生物量估测的最优模型(验证集R2为0.72,RMSE为622.616 kg·hm^(-2)),优于SVM模型(验证集R2为0.66,RMSE为698.271 kg·hm^(-2))和ANN模型(验证集R2为0.63,RMSE为730.676 kg·hm^(-2))。3)2019-2021年门源县天然草地AGB平均值为3360.26~3544.00 kg·hm^(-2)。总体来说,2019-2021年门源县草地AGB呈先上升后下降的趋势,具有从四周向中部逐渐减少的空间分布特点。

新农科背景下草业科学专业动物生产类课程建设及教学实践:以兰州大学为例

在各涉农高校积极建设新农科背景下,作为兰州大学为数不多的涉农专业,草业科学需要应时代发展积极转变,为国家培养能够解决实际问题的复合型人才。动物生产类课程作为草业科学专业重要的课程体系,对学生掌握动物性基础知识,动物生产原理、技术手段等具有重要意义。基于此,本文对我国草业科学专业及课程体系发展历程、我国草业科学专业动物生产类课程建设现状进行了概述,并对兰州大学草业科学专业动物生产类课程在教学团队建设、理论课程和实验课程的设置、课程教材编写、教学方法改进、学生引导、课程考核评价体系创新等方面进行简要分析和探讨,以期为我国正在发展壮大的草业科学教育改革提供参考和建议,为我国培养更多的草畜复合型人才。

陇东黄土高原混播草地牧草叶片N、P、K重吸收及生态化学计量特征

以紫花苜蓿和无芒雀麦为主建立单、混播栽培草地,研究叶片N、P、K重吸收及生态化学计量特征,揭示陇东黄土高原雨养农区栽培草地N、P、K养分限制及循环利用策略,为栽培草地的合理建植、施肥管理提供理论指导.结果表明:不同牧草配比草地中紫花苜蓿和无芒雀麦叶片养分重吸收效率均为N>P>K.无芒雀麦N、P、K重吸收效率显著高于紫花苜蓿.单、混播下紫花苜蓿养分重吸收效率差异不显著,混播下无芒雀麦养分重吸收效率低于单播.不同牧草配比草地中,紫花苜蓿趋于w(N)∶w(P)>16∶1,无芒雀麦w(N)∶w(P)<14∶1,表明紫花苜蓿与无芒雀麦的生长分别受P、N限制,二者生长均不受K限制.因此,混播草地牧草叶片养分重吸收受混播种类搭配和比例的影响,其中P重吸收效率和混播比例关系最为密切.