建立草地农业系统,治理民勤荒漠化

民勤县是我国乃至全球沙漠化及其防治的"模式标本"。历史上,民勤土地沙漠化与大规模垦荒种植所构建的农业系统呈现一一映射关系,是畜牧文明和农耕文明斗争与融合的产物。民勤现行农业系统主要有3个问题:一是环境恶化,主要表现为地表水奇缺、地下水位迅速下降、补给困难、水质变坏;二是种植结构不合理,主要表现为种植结构单一、作物种植盲目追随市场、经济作物更替频繁;三是科技支撑水平低,节水技术未发挥应有的作用,一些农业高新技术的使用效果适得其反,荒漠区农业与绿洲农业缺少系统耦合,防治沙漠化的农业措施缺乏系统性。民勤县沙漠化防治的出路在于建立草地农业系统,应该遵守农业结构调整的生态原则、生产原则和经济原则,构建适应性的作物—家畜综合农业生产系统。

草地农业系统是食品安全的重要保证——关于“三聚氰胺奶粉”事件的反思

人口增加,人民生活水平提高,人类对动物性食物的需求将持续增强。由于农业系统的结构性缺陷和监管渠道不畅,动物性食品安全形势却日益严峻。国内外食品安全的历史教训和经验表明,草畜耦合是保障动物性食品安全的系统性基础,草地农业系统则提供草畜耦合不可替代的平台,这也是农业现代化的重要标志;同时,整合管理职能,简化管理机构,建立并完善适应于草地农业系统4个生产层的管理体系,将提供食品安全的制度保障。在我国,破除"以粮为纲"保食物安全的思维定式、树立建设草地农业系统的决心是保障食品安全的思想基础。

以草地农业系统确保粮食安全

我国可以多途径实现国家粮食安全:通过农业系统的转型,建立并完善可持续发展的草地农业系统;改革管理体制,为农业系统可持续发展提供制度保障;培育草地农业系统新的经济增长点;进一步挖掘草地农业系统的科技开发潜力,提高生态生产力。建议增大对草原的投入,形成以草地农业系统为基础的粮食安全体系。

草地生态系统中家畜尿N转化研究

系统总结了放牧家畜尿N转化过程中,尿N矿化和NH3挥发,尿N硝化和反硝化作用,及其影响因素和相互关系。家畜尿N矿化作用快、持续时间短,尿沉积加速N矿化;NH3挥发速度为裸地>草地,单播草地>混播草地;NH3挥发对尿N损失起主导作用。硝化作用在尿沉积1周后才开始明显,存在明显时滞特性;NO3--N淋洗主要发生于畜尿沉积当年,草地植物对春施尿N的利用率比秋施尿N高;NO3--N淋洗为奶牛>绵羊,三叶草草地>混播草地>禾草草地。尿斑构成草地尿N反硝化作用的主体,反硝化作用产生N2O和N2,是尿N损失的另一主要因素。尿N损失随排泄尿N量的增加而增加。

甘肃省草地资源退化原因及草地生态系统恢复途径

提出甘肃省草地资源退化状况,分析得出人为破坏、草地超负荷利用、草地鼠虫害频繁发生、草地群落物种数减少、草地生态系统生产力下降、不合理的开矿、草地保护、管理意识不强等因素导致了甘肃省草地资源的日益退化。最后指出要恢复草地生态系统,必须从以下七个途径入手,既①强化宣传教育,依法管护草地资源;②科学规划,分类指导;③规模种植,加快人工草地建设;④加强围栏封育;⑤大力实施草地改良;⑥依靠科技进步,保护和建设草地资源;⑦从空中要水。这将对甘肃省乃至西北地区草地生态系统的恢复与重建提供一定的参考。

青藏高原北部多年冻土退化过程中生态系统的变化特征

多年冻土的发育是青藏高原冻土区生态系统稳定的基础,而多年冻土退化效应是目前青藏高原研究的热点。研究了青藏高原北部多年冻土退化过程中生态系统的变化特征。结果表明:在多年冻土退化的过程中,土壤温度逐渐升高,土壤含水量下降,有机质含量降低,植被类型表现为从沼泽化草甸演替为典型草甸,草原化草甸,最终成为沙化草地,群落植物组成从湿生或中湿生逐渐向中生、中旱生乃至旱生转变,草层高度变矮,植被盖度下降,α和β多样性均表现为先增加后减小,在草原化草甸阶段达到最大;草地植物生物量和载畜能力总体表现为降低趋势,但在典型草甸和草原化草甸之间差异不显著。植被经济类群的变化趋势表现为优良的莎草科和禾本科牧草比例下降,而毒杂草比例显著增加,牧草品质下降,饲用价值降低。

半干旱地区农业资源的复合经营模式及生态经济耦合效应研究

半干旱地区脆弱的生态条件在理论和实践上都不允许进行反复的耕翻种植,从资源特征和生态安全的要求出发调整其产业结构,协调生态、经济和社会效益的关系,获得农业资源耦合效益的最大化和可持续发展,农林牧复合经营的高效生态农业模式是半干旱地区农业和农村经济可持续发展的主导战略。论文以甘肃中部的秦王川地区为例,依据其资源特征,设计该地区的植物和家畜生产的合理时空配置结构和产业复合体系结构,提出了以高效合理利用水土资源、生态经济型林草植被恢复和替代产业培育及产业化经营等3种农业资源复合经营的耦合式发展模式。通过各结构要素在功能特性、产业布局、空间格局和时序过程在系统内相互的耦合作用,分析了农业资源在复合经营条件下而产生的生态、经济和社会效应。

植物群落物种多样性对生态系统生产力的影响

物种多样性对生态系统功能的影响是生态学领域所研究的核心科学问题之一。本研究利用人工构建的一年生植物群落,就植物群落物种多样性、植物功能群多样性和功能群成分对生态系统生产力的影响进行了研究,并对物种多样性-生态系统功能关系的作用机制———取样效应和生态位互补效应进行了验证。结果表明,随着物种多样性的增加,群落生产力呈增加趋势,物种多样性对生态系统功能存在正效应,物种多样性增加的总体效应可通过生产力与物种数的二次函数关系y=-37.463x2+478.63x+1097.3,(R2=0.9167)得到较好的体现。功能群多样性和功能群成分均对系统功能有显著影响。总体而言,物种数一定时,功能群多样性较高的群落其生产力水平也较高,而功能群多样性一致时,含C3、C4功能成分的群落其生产力水平较其他群落的高。分析结果还表明,在多样性-生态系统功能关系中,取样效应和生态位互补效应共同发生作用,说明物种的特性及物种在资源利用方面表现出的异质性对生态系统功能可能都有重要影响。

陆地生态系统净初级生产力的时空动态模拟研究进展

陆地生态系统净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)研究是全球变化的核心内容之一,反映了植被每年通过光合作用所固定的碳总量。近年来将遥感数据引入到NPP的模型设计和估算中已成为了一种新的发展方向,它利用遥感获得的全覆盖数据,使区域及全球尺度的NPP估算成为可能。回顾了NPP研究历史,综合分析了气候相关统计模型、生态系统过程模型和光能利用率模型的优缺点;以CASA、C-FIX和BIOME-BGC这3种遥感参数模型为例,阐述和分析了该类模型的特点以及国内外的研究进展,提出了NPP模型存在的问题和未来的发展方向。

基于网络的农业专家系统研究进展及前景展望

随着计算机信息技术的迅猛发展,基于网络的专家系统的开发已成为当前农业专家系统研究的热点。本文通过对基于网络农业专家系统发展的基本概念、主要特征、研究进展及其构建技术的论述,提出当前农业专家系统存在综合性、实用性不强,系统开发工具较少,通用性低、适用对象窄和普及推广不力等方面的问题。系统总结了我国农业专家系统的发展前景:1)三层C／S结构成为网络构建技术的主流,系统智能化进一步提高;2)无线网络技术应用于农业专家系统成为可能;3)基于网络的农业专家系统开发工具必将进一步发扬光大;4)集成3S(GPS、GIS、RS)和多媒体技术的网络农业专家系统应用更加广泛;5)数字电視将成为广大农村地区普及推广农业专家系统的强势媒体工具。

甘南草地类型的生态经济价值与功能及其分类经营

草地资源是甘南牧区农牧民生存的物质基础,也是维护区域生态安全的重要保障.合理的经营模式和策略是草地资源可持续经营的关键.通过分析甘南地区不同类型草地的生产和生态服务价值以及其在区域经济发展中的主要功能,将甘南草地资源划分为生态功能区,经济功能区和混合功能区三种功能区.生态功能区主要草地类型是高寒荒漠,严重退化的高寒草甸和高寒草原,面积46.85×104 hm2(18%),经营策略是封育和禁牧.经济功能区主要草地类型是低地草甸和山地草甸,面积67.66×104 hm2(25%),经营策略是专门集约化生产区,运用施肥、灌溉等措施经营草地资源,提高单位面积产值.混合功能区主要草地类型是温性草原和轻度退化的高寒草甸,面积148.34×104 hm2(57%),经营策略是划区轮牧,承包到户.

黄土丘陵沟壑区三种豆科人工草地的植被与土壤特征

在黄土高原丘陵沟壑区以 4龄苜蓿 (Medicago sativa)、沙打旺 (Astragalus adsurgens)和甘草 (Giycyrrhiza uralensis)单播人工草地为材料 ,人工牧草、杂草和土壤 3方面研究了其生产性能和生态特性。在相同的管理条件下 ,沙打旺种群高度平均高于苜蓿 33.8% ,是甘草的 6 .2倍 ;苜蓿的密度分别是甘草和沙打旺的 5 .9倍和 2 .6倍 ;沙打旺盖度最大 ,苜蓿次之 ,甘草最小。三种牧草的地上生物量及其占群落生物量的比例依次是苜蓿 >沙打旺 >甘草 ;苜蓿种群生物量占群落的比例接近沙打旺 ,二者远高于甘草。甘草人工草地的杂草种数、杂草生物量及其生物量占群落的比例均最大。0～ 10 0 cm土层内三种人工草地的地下生物量依次为甘草 >苜蓿 >沙打旺。 0～ 10 0 cm土层内营养物质含量 :全 P,苜蓿 >甘草 >沙打旺 ;全 N,苜蓿与甘草接近 ,高于沙打旺 ;速效 P、速效 N都是甘草最高 ;有机质含量 ,苜蓿接近甘草、高于沙打旺。讨论了管理措施与人工草地的关系 。

2001-2010年青藏高原草地生长状况遥感动态监测

基于1970个地面实测数据,结合MODIS EVI和NDVI数据,利用留一法交叉验证方法确定了适合青藏高原地区草地生长状况的遥感反演模型,估算了2001-2010年草地生物量干重空间分布格局,分析了近10年草地生物量变化动态.结果表明:青藏高原地区MODIS的NDVI较EVI能更好地估算草地生长状况,指数模型反演的草地鲜重和风干重精度最高,而盖度反演适合使用乘幂模型;确立了基于MODIS-NDVI的青藏高原地区草地鲜重、风干重和盖度反演模型;青藏高原地区2001-2010年草地地上生物量总体有增加趋势,但不显著;月际变化较大的草地类型主要有沼泽类、山地草甸类和高寒草甸类.

2001-2008年甘南牧区草地地上生物量与载畜量遥感动态监测

草地地上生物量监测是草地资源空间格局动态研究的重要内容,也是草畜平衡综合分析的基础。利用2006-2008年甘南牧区草地调查资料和Terra/MODIS每日地表反射率产品MOD09GA,建立了草地地上生物量遥感反演模型,模拟分析了甘南州及各县市草地资源在2001-2008年期间的各旬、月和年的生物量及理论载畜量变化动态。研究结果表明,MODIS增强型植被指数EVI的乘幂函数可以较好地模拟甘南牧区草地地上的生物量鲜重,拟合模型平均估产精度为76.7%,可很好地模拟牧草生长状况较好时期(5-10月)的草地地上生物量变化动态。甘南牧区草地生长主要集中在5月上旬-10月下旬期间,草地旬最大地上生物量数字图像可以较客观地反映草地植被生长发育的总体规律。但是,个别旬生物量受大范围长时间阴雨多云天气状况及放牧家畜数量有较大变动情况的严重影响。2001-2008年不同草地类型的月最大生物量动态变化曲线均呈单峰抛物线形式,全州平均最大生物量均出现在7月,但不同年份产量达到最大值的月份有所变化,主要集中在7-8月。甘南州草地地上总生物量年度之间存在较大的差异。全州8年平均总地上生物量为109.31亿kg。2005年全州草地植被年总生物量最高,达129.1亿kg,其次为2006,2007和2002年,分别为113.2,110.7和109.0亿kg。由于气候条件和不同县市草地面积及生长状况等存在较大差异,其理论载畜量也存在显著差别。

基于3S技术的玛曲县草地植被覆盖度变化及其驱动力

利用GIS空间统计分析、多元统计分析方法和改进的遥感二分像元估算模型估算了玛曲县高寒草地植被覆盖度。结果显示:玛曲县2000,2002,2004,2006,2008年的平均植被覆盖度依次为66.17%,56.41%,57.34%,77.38%,58.93%。玛曲县高寒草地植被覆盖度总体呈下降趋势,优等植被的退化比较严重。草地植被的演变情况主要由优等植被覆盖向劣等植被覆盖演变,进一步证实了玛曲县草地呈退化趋势。并对导致玛曲县高寒草地植被覆盖度变化的因素进行PCA分析,结果显示人为因素是导致玛曲县植被覆盖度变化的主要因素,进一步说明人类活动对玛曲高寒草地生态环境变化影响巨大。

江河源区退化高寒草地土壤微生物与地上植被及土壤环境的关系

对青藏高原江河源区退化高寒草地土壤微生物与地上植被、土壤环境的相关性进行分析。结果表明,退化高寒草地植物多样性、物种组成、地上植被盖度、草地生产力的变化引起土壤微生物数量发生变化,土壤微生物特别是细菌生理类群受土壤环境因子影响较大。江河源区退化高寒草地土壤中非有益性微生物功能群处于增加趋势,限制了土壤养分供给和转化能力,不利于草地土壤肥力维持和提高,给受损高寒草地,特别是“黑土滩”退化草地的生态恢复带来困难。因此,在修复受损高寒草地生态系统时,不仅要恢复地上部分的植被,而且要恢复地下部分的土壤微生物群落,重建土壤微生物生态系统。

苜蓿草地土壤氮矿化的研究

12周温室培养条件下，研究了淋洗起始矿质氮、施N和植被覆盖对庆阳黄土高原5龄和9龄苜蓿草地土壤氮矿化的影响。结果表明，起始无机氮对土壤N矿化有一定的抑制作用，去除起始无机氮后，N净矿化率提高了0．05～0．07mg／（kg·d）。添加外源N肥使5龄苜蓿草地NO3^--N含量增加了56倍，N净矿化率提高了200％；9龄苜蓿草地NO3^--N含量仅增加了2倍，N净矿化率降低了62．5％。植被覆盖对土壤N净矿化率有显著影响，N净矿化率比对照提高了12～18倍。施N肥且覆盖植被使N净矿化率提高了18～25倍。9龄苜蓿土壤的矿化能力显著高于5龄苜蓿土壤。在草田轮作系统中，苜蓿土壤翻耕后不宜休闲，应立即种植后续作物，可减少雨季土壤表层氮的淋失，提高氮素有效性。

青藏高原草地生物量遥感动态监测

利用青海省2006年8月地面样点实测的生物量,结合相应月份的MODIS植被指数数据,提取与样点对应的EVI和NDVI值,建立生物量与两种植被指数之间的关系模型,并分析模型的精度。结果表明,1)EVI与草地地上生物量的相关性强于NDVI。2)在不同盖度下,植被指数与生物量的相关性随着盖度的增大而增强。3)利用最优模型反演不同草地类型的逐月生物量,并分析研究区2002-2008年不同草地类型生物量的年季动态变化,发现草地生产力水平越高,草地生物量的年季变化越剧烈,说明该种类型的草地受气候变化的影响越大;生产力水平越低的草地类型,则对气候变化的敏感度较低。

干旱胁迫和复水对草地早熟禾3个品种生理特性的影响

为探究干旱和复水对草坪草生理特性的影响,研究草地早熟禾(Poa pratensisL.)3个品种在干旱胁迫及干旱后复水条件下草坪质量(TQ)、叶片相对含水量(RWC)、光化学效率(Fv/Fm)、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性和丙二醛(MDA)含量的变化。试验结果表明,干旱胁迫引起3个品种的TQ,RWC,Fv/Fm,SOD活性,CAT活性明显下降和MDA含量明显升高;复水后,3个品种的TQ,RWC,Fv/Fm,SOD活性,CAT活性和MDA含量不同程度地得以恢复,但3个品种的大部分指标都没能完全恢复到干旱胁迫前水平。Merit的各项指标较其他两个品种在干旱胁迫期间降幅小,复水后各指标恢复相对明显。

基于微波植被指数的甘南草地生物量动态监测

利用2003-2007年AMSR-E每日亮温产品计算了甘南州每日微波植被指数,结合Terra/MODIS植被指数产品比较分析了两种植被指数之间的关系.在此基础上,建立了基于微波植被指数的生物量监测模型,并对其精度进行了评价.结果表明:基于升轨6.925,10.650 GHz亮温数据的微波植被指数与MODIS增强型植被指数EVI之间有良好的相关性,其,rR2和RMSEP值分别为0.69,0.54和0.044.基于微波植被指数的草地生物量干重监测模型能反映甘南草地生物量的基本变化规律.由西向东、由北向南生物量逐渐增加,生长季内(5-10月)生物量产量峰值出现在7,8月份,不同草地类型生长季内的干物质产量由高向低依次为暖性草丛类、沼泽类、高寒灌丛草甸类、温性草甸草原类、高寒草甸类、温性草原类,低平地草甸最低.