草地农业生态系统中的系统耦合与系统相悖研究动态

综述了草地农业生态系统中系统耦合与系统相悖的内涵及其发展过程 ,该领域的研究前沿与发展趋势。草地农业生态系统的种间耦合、不同生产层之间的纵向耦合、不同草地农业生态系统之间的横向耦合、系统的界面过程与系统耦合、生物的时间地带性与系统耦合是草地农业生态系统中的系统耦合与系统相悖理论与实践研究的 5个前沿领域。对系统相悖量化工作将是今后系统耦合、系统相悖理论研究的关键 ,综合运用多种非线性科学方法解决草地农业生态系统的系统耦合和系统相悖的数量化工作可能是系统耦合和系统相悖理论研究和实践的一个非常有前途的方向。

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。

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。

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。

生态系统健康的研究历史与现状

生态系统健康的研究主要经历了3个发展阶段。第1个阶段,生态系统健康的思想萌芽;包括2个亚阶段:环境健康与生态系统的知识积累,生态系统健康的思想准备。第2个阶段,生态系统健康学的形成;包括基础理论构建与方法论构建2个亚阶段,分别以"生态系统健康"术语的出现与VOR评价方法的确立为标志。第3个阶段,生态系统健康评价的实践,以CVOR的理论与实践为代表。生态系统健康评价方法的发展,经历了单因子罗列法、单因子复合法、功能评价法和界面过程法4个阶段,体现关键生态过程是指标选择的重要标准,多指标的综合化是健康评价的发展趋势。生态系统健康是多学科交叉的产物,健康的评价体现了阈值的思想,生态系统的健康具有层次性。

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。

河西走廊山地-荒漠-绿洲复合生态系统耦合模式及耦合宏观经济价值分析——以肃南山地-张掖北山地区荒漠-临泽绿洲为例

应用合作对策理论提出河西走廊山地 -荒漠 -绿洲复合生态系统的 4个可行的耦合模式 ,在现有能值投入水平和科学管理力度下 ,4种耦合模式分别增加肃南山地 -张掖北山荒漠 -临泽绿洲动物生产系统和绿洲植物生产系统的宏观经济价值 3.6 7、4 .0 2、1.0 3和 4 .6倍。用能值概念和度量标准 ,以耦合后新增宏观经济价值为对策论中合作对策的特征函数 ,筛选出模式 是 4种耦合模式中的最佳策略组合即最优的耦合模式。该模式下 ,家畜对高山草地的压力减小 ,退化的山地子系统得以恢复 ,脆弱的荒漠子系统得到保护 ,绿洲种植业系统也因为家畜的加入、系统多样性提高 ,系统稳定性加强。研究方法避免了传统的纯货币评价分析方法对耦合产出所含环境资源评价的缺失 。

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。

草-环境系统植物碳氮磷生态化学计量学及其对环境因子的响应研究进展

生态化学计量学(ecological stoichiometry)是研究生物系统能量和化学元素(主要如C、N和P等)平衡的科学,为研究元素在生物地球化学循环和生态过程中的计量关系和规律提供了一种综合方法。陆地生态系统方面的研究虽然起步较晚,但近10年来也取得了较大的发展,已涉及到天然草原、森林、湿地和农田等亚系统,研究内容除了测定生态化学计量比,还将不同系统、功能群和物种间植物的计量学特征进行比较,以及将计量学特征与环境因子偶联研究。笔者对草-环境系统植物C、N和P生态化学计量学的研究进行了综合分析,重点论述了天然草原系统植物C、N和P生态化学计量学特征及其对环境因子的响应规律。

甘南高寒草地放牧系统生态风险的AHP决策分析及管理对策

本研究从生态经济学角度,系统探讨了制约高寒草地畜牧业可持续发展的主要风险因素及其时空变化特征,剖析了生态风险分析内涵,应用多层次的AHP(analytic hierarchy process)决策分析方法,对甘南玛曲高寒草地放牧系统的生态风险进行了综合评价分析。结果表明,在导致高寒草地植被退化、土地沙漠化的诸风险因素中,长期超载放牧是主要风险因素,其权重达0.4803;其次是全球气候变化造成的降水减少风险和鼠害、虫害风险,其权重分别为0.2902和0.1558;人类其他不当活动(挖药材、采矿等)的风险影响较小,其权重仅为0.0737。在研究区风险防范的诸管理措施中,围栏轮牧(降低放牧强度)措施和针对严重退化草地实施的补播、施肥、封育等综合措施的效果最佳,其相应组合权重分别为0.3060和0.2661;灭鼠和建植人工草地等措施均有一定的效果。基于上述风险评价分析,提出了高寒草地放牧系统生态风险防范的主要管理对策与措施,为草地资源保护与可持续利用提供定量依据。

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。

甘肃省“两西”地区草地农业现状与发展策略

“两西”地区草地组成变坏,生产力下降,可利用面积减少和环境恶化,分析了草地退化非生物因素、生物因素和社会因素。提出了退化草地治理的原则:生态建设产业化,因地制宜与系统整治相结合,重恢复、中保护、轻利用和保持政策连续性。河西地区的目标是通过山地-绿洲-荒漠系统耦合建成具有地域特色和优势的复合型草地农业系统及其产业链,定西地区是参与建立黄土高原巨型畜牧业基地,两地区以草业为纽带建立灌溉农耕区-雨养农耕区耦合系统。

长芒草不同季节碳氮磷生态化学计量特征

内稳性理论和生长速率理论是生态化学计量学存在的前提和基础。为探讨高等植物不同发育阶段碳(C)、氮(N)、磷(P)元素含量及其计量比的内稳性特征以及与生长速率的关系,研究了黄土高原天然草地建群种植物长芒草(Stipa bungeana)地上组织C、N、P含量季节动态及其化学计量比的变化,探讨家畜采食对植物体内元素内稳性的影响。结果表明,围封样地(1)长芒草3-7月地上生物量逐步增加,且最大生长速率出现在3-5月;3-5月植物体C∶N、C∶P、N∶P显著提高,不符合生长速率理论。(2)长芒草C含量3-5月显著升高,5-9月差异不显著,而N和P含量3月含量最高,5-9月逐渐降低;3-9月,长芒草的C∶N与C∶P表现出逐渐增加的趋势,而N∶P表现出先增大后减小的趋势,不同生育时期长芒草C含量和N∶P的变异系数较小,分别为3.65%和6.60%,表现出较强的内稳性,而N、P含量及C∶N、C∶P的变异系数均大于30%。放牧样地,(1)长芒草叶片N、P含量均高于围封样地,C∶N和C∶P小于围封草地,且5、7月N∶P高于围封草地。(2)长芒草C含量和N∶P变异也较小,但N∶P变异明显大于围封草地,为21.30%。表明放牧影响长芒草C、N、P计量特征,且C、N∶P具有较强的内稳性。

4种牧草不同生长期C、N生态化学计量特征

在甘肃庆阳(降水量517 mm)和榆中(降水量350 mm)的大田栽培条件下,研究了3种豆科牧草陇东苜蓿(Medicago sativacv.Longdong)、红豆草(Onobrychis viciaefolia)和箭筈豌豆(Vicia sativa)以及1种禾本科牧草一年生黑麦草(Lolium multiflorum)主要生长期的C、N含量及计量比变化。结果表明,不同生长期牧草有机碳含量差异不大;全氮含量随生长期呈降低趋势或在孕穗(蕾)期较低,叶全氮含量高于茎和根;C/N随生长期呈增加趋势或在孕穗(蕾)期较高,叶C/N低于茎和根,禾本科牧草C/N高于豆科牧草。榆中一年生黑麦草C/N高于庆阳,而豆科则相反。牧草C/N随生长期的变化与不同植物不同阶段C同化和N吸收有关。

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.

苜蓿草地土壤氮素有效性的化学与生物测试方法比较

以半干旱区5龄和9龄紫花苜蓿(Medicago sativacv.Longdong)土壤为供试对象,采用3种提取剂(0.01mol/L CaCl2,热水和1 mol/L KCl)结合黑麦草(Lolium perenne)盆栽的生物测试对2个年龄苜蓿地土壤有效氮供应能力进行测定。结果表明,0.01 mol/L CaCl2提取剂对硝态氮的提取能力显著高于热水和1 mol/L KCl,1mol/L KCl提取土壤铵态氮的提取能力最小;黑麦草在5龄和9龄苜蓿土壤中的吸氮量分别为2 100和3 100mg/m2,由0.01 mol/L CaCl2、热水和1 mol/L KCl提取剂提取的土壤硝态氮含量与黑麦草吸氮量呈显著正相关关系,均可反映土壤供氮能力,0.01 mol/L CaCl2、热水和1 mol/L KCl提取剂提取的土壤铵态氮含量与植物吸氮量关系不确定,不能作为反映土壤供氮能力的指标。