基于无人机遥感的天然草原鼠害发生面积调查方法研究

草原鼠害是目前我国为害面积最大、影响最为广泛的草原生物灾害。掌握草原鼠害发生面积是评估其为害程度和制定防治策略的重中之重。当前草原鼠害发生面积调查采用填图法或勾绘法,这两种方法均存在效率低、准确性差的问题,难以满足草原鼠害精准管理的要求。本研究以生态学和统计学理论为基础,采用无人机低空遥感技术,以青藏高原优势害鼠高原鼠兔为测试对象,以甘肃玛曲县4个乡镇为测试区域展开天然草地鼠害发生面积调查。1)首先确定被调查鼠种的一级调查区,即害鼠适生区;2)在一级调查区依据不同栖息地类型作为二级调查样地并划分为网格;3)在二级样地中随机抽样一定数量的样方,作为三级样方用于无人机调查;4)依据多个样方平均鼠害发生面积统计出二级样地的草原鼠害发生面积,汇总各二级样地发生面积获得调查区的鼠害发生总面积。结果显示,测试区域草原总面积4.6×10^(5)hm^(2),其中高原鼠兔适生区面积2.5×10^(5)hm^(2),经抽样调查得到研究区高原鼠兔为害发生面积为1.05×10^(4)hm^(2)。本测试区域共有50个1 hm^(2)样地,以调查1个样地为例,1人需20 min左右完成内外业工作。相比填图法或勾绘法,本方法高效便捷、结果精度高,可为大尺度草原鼠害发生面积调查提供技术支持。

外施椰糠及泥炭土对高寒草甸鼠害型秃斑地的改良效果

高寒草甸鼠害型秃斑地是黑土滩型退化草地的起始阶段。为探究外施椰糠及泥炭土对秃斑地改良效果,本研究选取青藏高原东部玛曲县典型鼠害型秃斑地,以未采取治理措施的秃斑地为对照(CK),采取浅翻(SP)、浅翻(SP)+施椰糠(CF)、浅翻(SP)+施椰糠(CF)+施泥炭(PS)3种措施,调查3年内不同措施下秃斑地植物群落特征和土壤理化性状,并采用冗余分析法探讨环境因子对植物群落特征的影响。结果表明,3种处理措施下秃斑地恢复到第3年时:1)SP+CF处理下植物盖度、高度和生物量显著大于CK(P<0.05)。治理措施和年份间的交互作用,对植物盖度、高度、物种数和生物量具有显著影响。2)SP+CF处理与CK相比显著提高了土壤最大持水量、0-10 cm表层土壤N、P、有机质和C/P(P<0.05)。3)偏冗余分析表明,土壤有机质(OM)、土壤毛管持水量(Cc)和总孔隙度(Tp)对植物群落特征的方差解释净效应达显著水平(P<0.05)。综上,3种措施均可恢复秃斑地植被和土壤,其中浅翻与椰糠相结合的处理措施效果最好。

基于光谱特征变量的高寒草甸主要毒草分类方法研究

高寒草甸毒草化是青藏高原草地生态系统面临的主要问题之一。高寒草甸毒草分类技术对草地群落的变化具有及时监测和科学防控的重要意义。近年来,毒草种类及危害面积急剧增加,传统人工实地调查耗时费力、调查结果代表性差。同时毒草在地域分布上具有一定的差异性,依靠人力难以实现大面积调查。高光谱遥感技术凭借分辨率高、波段多、图谱合一等特点,在毒草精细分类中表现出巨大的优势,可满足快速、准确、大尺度获取毒草发生面积的需求。已有学者对草地植物的光谱反射特征开展了研究,证明采用植物光谱反射特征可有效区分其种类。但是,目前尚缺乏针对草地有毒植物光谱特征变量的筛选及构建基于毒草光谱特征的预测分类模型。本研究利用SOC710VP近红外高光谱成像仪,在甘肃省天祝县和玛曲县境内高寒草甸上采集黄花棘豆(Oxytropis ochrocephala)、宽苞棘豆(O latibracteata)、多枝黄芪(Astragalus polycladus)、长毛风毛菊(Saussurea hieracioides)、黄帚橐吾(Ligularia virgaurea)、乳白香青(Anaphalis lactea)、葵花大蓟(Cirsium souliei)、瑞香狼毒(Stellera chamaejasme)、密花香薷(Elsholtzia densa)、露蕊乌头(Aconitum gymnandrum)、碎米蕨叶马先蒿(Pedicularis cheilanrthifolia)11种主要毒草野外光谱数据,采用Savitzky-Golay卷积平滑算法(SG)对原始光谱值进行去噪,使用一阶微分导数(FD)开展光谱特征分析,利用典型判别分析(CDA)对选用的16种光谱特征变量标准化得分系数绝对值进行排序,然后从大到小分别添加到随机森林(RF)、支持向量机-径向核函数(SVM-RBF)、 k最邻近分类(KNN)、朴素贝叶斯(NB)、决策树(CART)5种算法中构建分类模型并筛选最佳特征变量,使用混淆矩阵评价分类效果。结果表明:(1)16个光谱特征变量典型判别分析(CDA)总体分类精度为92.34%,R^(2)=0.89;(2)筛选出最佳分类光谱特征变量为绿峰幅值(Mg)、蓝边面积(Ab)、红边幅值(Mre)、红边面积(Are)、红边位置(Lre)、 NDVI2、 RVI1;(3)将筛选出的7个光谱特征变量用于毒草分类,结果支持向量机-径向核函数(SVM-RBF)分类效果最好,精度达96.45%。

基于CiteSpace的草原毒害草研究现状及热点分析

近年来,由于气候异常和人为过度放牧等原因,毒害草型退化草地面积不断扩大,严重威胁草地畜牧业的健康发展。然而,毒害草也是草地植物多样性的重要组分,毒害草滋生是草地生态系统正反馈策略之一。了解草原毒害草植物学、种群生态学和毒理学等研究现状和发展趋势,对科学防控毒害草危害和保护草地多样性有重要意义。利用CiteSpace软件,选择WOS和CNKI中2000~2021年间毒害草研究文章进行文献计量学分析。结果表明:(1)WOS数据库中发文量整体呈上升趋势,而CNKI数据库中发文量呈先升高后降低;(2)毒害草研究呈综合性和广泛性,涉及植物学、药理学和生态学等学科;(3)巴西是发文量最高的国家,大坎皮纳联邦大学(University Federal Campina Grande)、美国农业部农业科学研究院(USDA-Agricultural Research Service)和中国科学院是主要研究机构,WOS作者间合作紧密,呈聚集状,CNKI多以小团体存在,合作交流较少;(4)毒害草化感作用、内生真菌、DNA条形码鉴定和基因组成是现阶段研究热点。

高寒草甸健康评价方法的研究与应用

本研究以服务于基层草地管理者及牧民为目标,研发科学、便捷、实用的高寒草甸健康评价方法。以甘肃省天祝县高寒草甸区为例,选择5块不同放牧强度的草地,进行健康状况评价。选取反映高寒草甸健康状况的生态指标(总盖度、群落层片结构和风蚀/水蚀状况)以及生产指标(总产草量、可食牧草比例和新鼠丘/鼠洞密度),并利用层次分析法和数据包络分析法计算指标权重组,运用灰色关联度法构造出最优指标集合。分别采用目测法、步测法、干重排序法等获得相应指标数据。结果表明:各指标权重为总盖度(0.232)、群落层片结构(0.341)、风蚀/水蚀(0.277)、总产草量(0.103)、可食牧草比例(0.037)、新鼠丘/鼠洞密度(0.011);5块不同放牧强度草地(A_(1)-A_(5))健康评价结果为:A_(1)亚健康(68分)、A_(2)健康(80分)、A_(3)亚健康(79分)、A_(4)亚健康(74分)、A_(5)警告(55分)。本研究研发的草地健康评分表便于基层草地管理者及牧民对拟监测的高寒草甸健康状况进行监测评价。

放牧对中国草地植物群落物种多样性的影响

【目的】明晰我国草地植物群落物种多样性特征及其影响因素对放牧干扰的响应,以便充分认识草地群落结构特征和发展趋势,反馈草地植被生长健康和系统稳定状况。【方法】基于Meta分析方法,对我国草地已开展的28个关于放牧对草地植物群落多样性影响的研究进行了整合分析。【结果】放牧干扰总体上降低了我国草地植物群落物种多样性,其中放牧显著降低了荒漠草原物种多样性,增加了草甸草原物种多样性;不同放牧强度和年限均对我国草地植物群落物种多样性存在影响,中度放牧提高了草地物种多样性,而重度放牧和长期放牧均降低了草地物种多样性。此外,年均降水量对植物群落物种多样性指数和均匀度指数具有显著的正向影响,可分别解释8.70%和15.24%的效应值变异;年均温度对物种多样性指数和优势度指数具有显著的负向影响,可分别解释9.07%和11.61%的效应值变异;放牧年限对多样性指数具有显著负效应,而对丰富度指数具有显著正效应,可分别解释2.52%和25.27%的效应值变异。【结论】优化放牧管理制度可有效改善草地植物群落物种多样性,促进我国草地生态系统健康稳定发展。

基于无人机影像VDVI指数的不同草地类型地上生物量估算

【目的】对天然草地地上生物量进行快速、高效及无损伤估算。【方法】本研究利用无人机对青藏高原高寒草原及高寒草甸2种不同类型的天然草地进行航拍调查,通过构建无人机可见光波段差异性植被指数(VDVI,Visible Band Difference Vegetation Index),分析VDVI与不同草地类型地上生物量之间的关系并对研究区地上生物量进行无人机遥感估算。【结果】VDVI指数与两种草地类型地上生物量均具有较高的相关性,高寒草原地上生物量估算精度达到70.68%,最优估产模型为y=-17070x2+2120.4x+4.9506;高寒草甸地上生物量估算精度达到80.76%,最优估产模型为y=332.15x2+39.712x+14.638。【结论】小型可见光无人机结合VDVI指数被证明可用于高寒草原和高寒草甸生物量快速无损估算,可为高寒草地高效估产提供实用帮助。

高原鼢鼠(Eospalax baileyi)的生态学研究进展

高原鼢鼠是青藏高原独有的地下啮齿动物,因其采食、掘洞和造丘等行为使草地放牧面积减少,草产量和草地生产力下降而被视为草地害鼠.但是,作为高寒草地生态系统的重要组分,高原鼢鼠在土壤养分循环、维系食物网和促进植物群落演替等方面发挥着重要作用.因此,高原鼢鼠对高寒草地生产和生态的多重效应受到草地管理者和科研学者的高度关注.有害生物生态防控理论认为要承认物种在生态系统的重要性,加强基础生态学研究,并利用生态学原理科学防控其危害.强化高原鼢鼠的生态学研究,对于草地鼠害防控和保护生物多样性具有重要意义.本文综述了当前高原鼢鼠个体、种群、群落等生态学研究进展,并分析了当前研究中存在的问题与挑战,展望了将来的研究方向,以期为今后深入开展高原鼢鼠生态学研究和科学防控提供参考.

我国主要草原有害生物防治指标制定与分析

草原啮齿动物、昆虫和毒害草是草原生态系统的重要组分,对物质循环、能量流动等发挥着重要功能。然而,当其种群密度激增超过环境容纳量,并对草地生态、畜牧业生产以及人类健康等构成威胁时演变为有害生物。因此,科学防控有害生物和保护生物多样性对于维系草地生态动态平衡和促进草地畜牧业可持续发展具有重要意义。制定草原有害生物防治指标是科学防控草原有害生物的前提,更是草原有害生物防治管理系统科学决策的依据。害鼠防治指标主要依据不同鼠种单位面积有效洞口数或新鼠丘数及秃斑占比制定;害虫防治指标主要依据不同害虫的种群密度制定;毒害草防治指标主要依据不同害草类型的植被盖度制定。本研究概述了我国草原有害生物防治指标制定的历史和现状,解读了新制定草原有害生物防治指标的思路,展望了未来草原有害生物防治指标体系建设。

草地白刺粗角叶甲成虫触角感器的超微形态学

白刺粗角叶甲(Diorhabda rybakowi)是严重危害我国西北荒漠草地防风固沙先锋植物唐古特白刺(Nitraria tangutorum)和泡泡刺(N.sphaerocarpa)的主要害虫。利用扫描电子显微镜技术对该虫的触角超微结构进行研究,并比较雌雄种间的差异。结果表明,白刺粗角叶甲雌、雄成虫触角均为丝状,鞭节分为9个亚节,且雄虫触角(4174.5μm)显著长于雌虫(3780.5μm)(P=0.006)。雌、雄虫触角表面均分布有大量表皮孔和鱼鳞状感觉附肢。雌、雄虫共鉴定到6种感器,分为刺形感器、毛形感器、锥形感器、腔锥形感器、耳形感器和Böhm氏鬃毛;其中,腔锥形感器仅在雄虫触角梗节少量分布。这为研究白刺粗角叶甲感知寄主挥发物或性信息素的嗅觉分子机制进而为其综合防控奠定了基础。

甘南草原3种啮齿动物的食性及其营养生态位特征

研究啮齿动物的食性及其营养生态位特征不仅可以了解高寒草甸环境变化下物种的食性适应特征,还可探讨多种啮齿动物的种间关系。本研究采用粪便显微组织观察法,分析了甘南草原高原鼠兔(Ochotona curzoniae)、高原鼢鼠(Eospalax baileyi)和喜马拉雅旱獭(Marmota himalayana)3种啮齿动物的食性及营养生态位特征。结果发现:3种啮齿动物所采食的植物种类基本相同,但其比例各异;高原鼢鼠所采食的植物主要是珠芽蓼(Polygonum viviparum)和鹅绒委陵菜(Potentilla anserina)等杂类草,且对莎草科(Cyperaceae)植物的采食量显著高于其它两种动物,高原鼠兔主要采食禾本科(Poaceae)植物,喜马拉雅旱獭则主要采食禾本科和菊科(Asteraceae)植物;营养生态位宽度依次为喜马拉雅旱獭>高原鼢鼠>高原鼠兔,其中高原鼠兔与喜马拉雅旱獭的营养生态位重叠最大(0.52)。3种啮齿动物在食物上存在分化,营养生态位分离,是其共存的重要原因。

基于5种植被指数的荒漠区植被生物量提取研究

荒漠区植被地上生物量是土地荒漠化监测和荒漠植被遥感信息提取的重要指标。本研究以甘肃民勤县为试验区,以哨兵2号(Sentinel-2)影像为数据源,构建了比值植被指数RVI、归一化植被指数NDVI、差值植被指数DVI、土壤调节植被指数SAVI及优化型土壤调节植被指数OSAVI 5种植被指数与植被实测地上生物量的估算模型(一元线性、指数、对数和二项式模型),并利用所选的最优模型,估算了研究区的地上生物量。结果表明:SAVI相较于RVI、NDVI、DVI和OSAVI指数同地上生物量之间的相关性最高(r=0.79),基于SAVI指数的二项式模型是研究区地上生物量估算的最优模型(R^(2)=0.76),且精度较高(R^(2)=0.73,RMSE=0.12)。民勤县的植被相对密集区主要分布于四大灌区(红崖山、环河、昌宁、南湖)、青土湖周边以及红沙岗镇西北区域,其他地域植被较为稀疏,无植被区[<0.005 kg·(100m^(2))^(-1)]、低植被区[0.005~0.2 kg·(100m^(2))^(-1)]、中植被区[0.2~0.5 kg·(100m^(2))^(-1)]和高植被区[>0.5 kg·(100m^(2))^(-1)]的占比分别为66%、21%、5%和8%。

高寒草甸秃斑块土壤种子库和理化性状对植物群落特征的影响

选取甘肃省玛曲县典型鼠害型秃斑块,依据秃斑直径聚类并按面积从小到大依次划分6个梯度(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ),以无秃斑草地为对照(CK),调查不同秃斑面积下的植物群落特征、土壤种子库以及土壤理化性质,采用约束性排序方法分析环境因子对植物群落特征的影响。结果表明:不同秃斑块内植物盖度、高度和生物量均低于对照(CK);秃斑块土壤种子库主要分布于0~2 cm土层中(除斑块Ⅰ),其中秃斑块Ⅱ和Ⅵ种子库密度较大;各面积秃斑块土壤最大持水量、毛管持水量、毛管孔隙度和总孔隙度均低于CK(P<0.05);偏冗余分析表明,土壤有机质、土壤温度和平均入渗速率显著影响秃斑块植物群落特征(P<0.01)。综上,植物平均高度随秃斑块面积增加而降低,秃斑块土壤中并不缺少种子,而是缺少种子萌发、生长的条件,秃斑块土壤有机质、土壤温度和平均入渗速率是影响种子萌发及植物生长的主要因素。

人为活动干扰对甘南高寒草甸喜马拉雅旱獭食性的影响

人为活动会对草地生态系统的组成、过程和功能产生极大影响。明确人为活动干扰对甘南高寒草甸喜马拉雅旱獭(Marmota himalayana)食性的影响,可为其管理提供重要依据。本研究利用粪便显微组织分析法,分析比较了自然生境和两种人为活动干扰生境下喜马拉雅旱獭夏季的食物组成、比例、多样性及其营养生态位的变化。结果表明,喜马拉雅旱獭主要采食杂类草和禾本科植物,不同生境下其采食的植物种类变化不大,采食垂穗披碱草(Elymus nutans)的比例最大(自然生境、干扰生境1和干扰生境2的相对密度分别为46.67%,24.59%和19.00%)。相较自然生境,干扰生境下喜马拉雅旱獭对莎草科和禾本科植物采食相对比例显著降低,而对杂类草的采食相对比例显著增加。人为活动干扰后,喜马拉雅旱獭食物的多样性指数增高,食物生态位宽度增加,拓宽自身食物生态位宽度是喜马拉雅旱獭应对人为活动干扰的重要策略。

高原鼠兔和高原鼢鼠胃肠组织形态比较研究

为探究高原鼠兔(Ochotona curzoniae)与高原鼢鼠(Eospalax baileyi)胃肠道形态在高原恶劣环境中对食物资源和能量需求的适应对策,将捕获于青藏高原高寒草甸的高原鼠兔(8♀,7♂)和高原鼢鼠(9♀,6♂)解剖后,测定其胃肠道形态指标,采用独立样本t检验和协方差分析进行对比。结果显示,两种动物胃肠道形态在种内性别间差异表现为雄性高原鼠兔小肠长度、盲肠鲜重显著大于雌性(P<0.05),雄性高原鼢鼠小肠和盲肠长度、大肠鲜重及胃和大肠净鲜重显著高于雌性(P<0.05)。在种间水平上,高原鼠兔小肠和盲肠长度、盲肠净鲜重显著大于高原鼢鼠(P<0.05),而其胃和大肠长度、大肠鲜重显著小于高原鼢鼠(P<0.05)。研究表明,高原鼠兔和高原鼢鼠的前肠和后肠因其种间能量需求和食性的不同存在代偿性差异;同一物种雌、雄个体均通过改变小肠长度来适应性别间差异化的能量需求。

基于CiteSpace的高原鼢鼠研究进展分析

高原鼢鼠是青藏高原高寒草地生态系统的重要组成部分,也是该区域优势草地害鼠之一。掌握高原鼢鼠的研究进展,有助于实现保护生物多样性和科学防控鼠害的目标。本文以CNKI和WOS核心合集收录的高原鼢鼠研究文献(1976~2021年)为基础,利用CiteSpace软件对其研究进展进行整理分析。结果表明:国内外发文量逐年呈上升趋势,中文文献2014年达到最大值,为43篇,英文文献2021年达到最大值,为13篇;中文文献中形成以花立民和苏军虎为核心的两大研究团队,英文文献以Zhang TZ为中心的合作团队;中外研究机构以中国科学院和甘肃农业大学为主;国内高频关键词集中出现在1999~2020年,研究热点以“高原鼢鼠”和“低氧”为主,研究前沿中突现强度最高的是“低氧”;国外高频关键词集中出现在2010~2017年,研究热点以“dynamics”和“evolution”为主。本论文可对高原鼢鼠研究提供重要的理论参考。

基于标志重捕法的高原鼢鼠种群动态及其环境影响因子

高原鼢鼠(Eospalax baileyi)是青藏高原优势地下啮齿动物,研究其种群数量变化规律及其与环境因子关系,对于保护高寒草地生物多样性和科学防控草原鼠害具有重要意义。于2014—2019年在天祝县抓喜秀龙乡高原鼢鼠分布区,采用标志重捕法调查每年5月和10月高原鼢鼠种群密度、存活率、补充量及体重,利用样方法调查各植物功能群地上、地下生物量,并从中国气象数据中心获取同期气象数据。通过灰色关联度分析,探究高原鼢鼠种群特征变化与环境因子关联程度。结果表明:高原鼢鼠种群数量存在年际和季节性变化规律,年际间高原鼢鼠种群数量总体呈下降趋势,秋季高原鼢鼠种群数量高于春季种群数量;灰色关联分析表明,春季高原鼢鼠种群数量变化与降雨量、极端温度和杂类草生物量关联程度较高,而秋季高原鼢鼠种群数量与环境因子关联程度较低。研究结果不仅为今后构建高原鼢鼠种群数量预测预报模型提供基础依据,也为适时防控高原鼢鼠危害提供有益参考。

高寒草甸和高寒草原高原鼠兔的生态阈值确定及为害预测模型构建

为完善高原鼠兔Ochotona curzoniae的防治指标,采用无人机遥感与地面调查相结合的方法对73块高寒草甸样地和26块高寒草原样地进行调查,获得秃斑率、地上生物量、有效洞口数、群落高度、物种丰富度、可食牧草比例、Shannon-Wiener多样性指数及Pielou均匀度指数8个监测指标数据,通过分析高原鼠兔的有效洞口数与除可食牧草比例外其他指标的关系确定2种草地类型高原鼠兔的生态阈值,利用8个监测指标数据计算鼠害指数,根据鼠害指数划分高原鼠兔的为害等级,并采用逐步回归法构建2种草地类型下高原鼠兔的为害预测模型。结果显示:高寒草甸高原鼠兔生态阈值为有效洞口数613个/hm^(2),秃斑率13%,地上生物量160 g/m^(2);高寒草甸高原鼠兔为害预测的关键因子是有效洞口数、秃斑率和地上生物量。高寒草原高原鼠兔生态阈值为有效洞口数205个/hm^(2),群落高度3 cm,物种丰富度8种;高寒草原高原鼠兔为害预测的关键因子是有效洞口数、群落高度和物种丰富度。

草地植物保护学科研究现状与展望

草地植保是预防和控制病、虫、草、鼠害对草地植物的危害,确保草地生态系统健康发展的一门学科。传统防治方法农药用量大且施用频繁,极易引发3R(抗性、再增猖獗和残留)问题,同时不可避免地对生态环境造成较严重的损害。因此,转变草原生物灾害的防控理念显得尤为迫切。该文从多个维度对草原主要生物灾害发生的现状、成因以及相应的防控策略与手段进行总结,并基于促进草地生态系统长期、可持续发展的目标,倡导采用一系列环境友好、操作便捷且经济高效的防治措施。此外,为促进草地生态系统绿色健康发展,践行强农兴农使命,从草原生物多样性、新型生物农药研发、生态治理等多方面组稿,探讨草地管理措施在调控草原有害生物种群动态方面所展现出的积极潜力与显著成效,以期积极推动草地植物保护学科向更高质量的方向迈进。

高原鼠兔警戒鸣声识别

【目的】警戒行为是动物重要的反捕食策略之一。高原鼠兔(Ochotona curzoniae)鸣叫是其警戒行为的重要表现,研究高原鼠兔警戒鸣叫对于理解高原鼠兔生存策略,丰富啮齿动物声音通讯研究有着重要意义。【方法】本研究于2021年在甘肃省夏河县高原鼠兔分布区,选取20只高原鼠兔成体,用强指向话筒采集鸣叫声并用Adobe Audition 2020分析其警戒声讯信号特征;用单反相机记录鸣叫时伴随行为以识别警戒鸣声。【结果】1)高原鼠兔雌雄性个体均可发出警戒声,警戒声属于短鸣,警戒声发出后其他个体表现出停止采食、环顾四周的警戒行为;2)警戒短鸣由1个音节构成,时长0.1~0.3s;3)在自然无干扰状态下和遥控模型干扰下获取的高原鼠兔警戒鸣声特征不同,将两种不同鸣声特征的警戒鸣声在野外回放后均可观察到高原鼠兔做出警戒行为响应。【结论】高原鼠兔可以利用声讯信号传递风险信息,其警戒鸣声是一种极为短促的短鸣鸣声,且在不同风险程度下警戒鸣声存在差异。