半干旱牧区天然打草场生产力时空变化及对气候响应分析

【目的】 定量评估半干旱牧区天然打草场的生产能力,分析天然打草场的退化程度,明确气候因子对打草场生长过程的影响。【方法】 利用Miami和Tharnthwaite Memorial模型计算2000—2017年半干旱牧区天然打草场气候生产潜力,并结合近18年的中分辨率成像光谱仪（MODIS）净初级生产力（NPP）产品（MOD17A2H）进行分析。【结果】 2000—2017年半干旱牧区天然打草场实际生产力与潜在生产力均随降水增加呈上升趋势,天然打草场18年平均实际生产力和潜在生产力分别为295.24和557.79 g C·m^-2·a^-1。按不同草地类型分析,气候生产潜力与实际生产潜力均以草甸草原最高,分别为589.68 g C·m^-2·a^-1和349.78 g C·m^-2·a^-1,山地草甸的气候生产潜力最低,为518.72 g C·m^-2·a^-1,而实际生产潜力以典型草原最低,仅为269.52 g C·m^-2·a^-1。从变异系数来分析,气候生产潜力与实际生产力均以草甸草原最稳定。从年际变化率分析,草甸草原的气候生产潜力的上升速率最高,为6.30 g C·m^-2·a^-1,实际生产力以山地草甸上升速率最高,为4.44 g C·m^-2·a^-1。实际生产力对降水的响应高于温度,其中95.88%的打草场与降水呈显著正相关关系,与温度呈负相关的区域仅占总面积的5.70%,且不同草地类型的实际生产力均与降水在P<0.001水平呈显著正相关关系。【结论】 天然打草场气候生产潜力呈由西向东递增的地带性规律,而实际生产力受水热条件的影响,以大兴安岭为中心向东西两麓逐渐递减,其对降水的响应高于温度,水分条件是该区植被生长的限制因子;年均气候资源利用率的分布规律与实际生产力相同,平均气候资源利用率为55.09%;以草甸草原打草场的气候资源利用率最高,高达60.34%,同时也是退化速度最高的草地类型。     

北方草地及农牧交错区草地植被碳储量及其影响因素

【目的】 草地生态系统在全球碳平衡中有重要的意义,草地植被碳库及其变化机制研究是植被生态学的重要命题。本文研究北方草地和农牧交错区草地植被碳密度及其空间格局,解析不同区域草地植被碳密度的关键影响因素,分析了气候、土壤、放牧等因素对地上地下植被碳库的相对贡献。【方法】 基于2002—2009年北方草地及农牧交错带草地植被调查数据,结合同期MODIS/NDVI遥感影像和1﹕100万草地类型图,建立了我国主要草地类型的生物量估算模型;整合野外考察数据和前人研究结果,探讨了研究区地上地下生物碳库及其空间格局;基于研究区255个县级行政单元,分析了不同类型草地植被碳库与气候要素、土壤要素及家畜承载量的关系,应用一般线性模型（GLM）解析了不同影响因素对草地碳密度的相对贡献。【结果】 （1）北方草地与农牧交错区草地地上平均生物碳密度为36.9 g C·m^-2,地下生物碳密度为362.9 g C·m^-2,地下生物碳密度高于地上10倍,均呈从东到西递减的趋势,频率分布图基本服从对数正态分布,不同草地类型的生物碳密度存在明显差异;（2）整个研究区及草原亚区、荒漠亚区、农牧交错亚区内,地上生物量与年降水量（MAP）呈极显著正相关、与年均气温（MAT）均呈极显著负相关,与土壤黏粒含量（Clay%）呈显著正相关、与土壤砂粒含量（Sand%）呈显著负相关,整个研究区家畜承载量与草地地上生物量之间呈极显著正相关;（3）一般线性模型（GLM）分析结果表明,年平均降水量（MAP）、年均气温（MAT）、土壤黏粒含量（Clay%）、放牧强度对地上生物量空间变异的解释率分别达到29.6%（P<0.001）、5.8%（P<0.001）、0.8%（P<0.05）、1.3%（P<0.001）;地下生物量的空间变异主要来自于年降水量（MAP）、年均气温（MAT）、土壤砂粒含量（Sand%）,对方差的解释率分别达到12.1%（P<0.001）、6.8%（P<0.001）、1.9%（P<0.005）,放牧强度没有明显贡献。【结论】 气候条件尤其是年降水量是草地生物量碳库的主要影响因素,但对地上生物量影响更为明显;土壤质地对植被生物碳库也有显著贡献,尤其对地下生物量的影响更加显著;放牧强度只能解释地上生物量变化的1.3%、对地下生物量没有显著贡献,这一发现意味着气候对生物量碳库的贡献远大于放牧影响。     

1992—2015年呼伦贝尔草原区不同草地类型分布时空变化遥感分析

【背景】 呼伦贝尔草原作为我国温性草原的重要组成部分,其独特的地理位置、典型的生态及气候特点、代表性的生产方式决定其在草原畜牧业生产中的重要地位,同时也是我国北方的绿色生态屏障,发挥着生态缓冲区功能。草地作为重要的陆地生态系统之一,在农牧业生产、生态及环境保护、气候变化等方面具有重要的意义。【目的】 明确不同草地类型的空间分布及变化规律,为草地研究及管理提供依据。【方法】 以呼伦贝尔草原区不同草地及地物类型为研究对象,以1992年、2015年遥感影像为数据源,采用支持向量机、面对对象分类法获得研究区地物类型空间分布数据,以地统计方法分析时空变化特征,结合植物-生境学分类法划分地带性草地类型潜在分布、社会统计数据、地物类型转化过程分析气候变化、人类活动对草地类型分布的影响。【结果】 研究区耕地、林地、沙地碱地、人工表面4种地物类型面积增加,草地、水体面积减少。草地作为研究区最大的覆盖类型,1992年、2015年分布面积为7 601 258 hm²、7 148 085 hm²,减少幅度5.96%。研究区分布典型草原、草甸草原、低地草甸、山地草甸及沼泽,前3种草地类型分布面积较大,共占研究区总面积70%以上,后2种草地类型分布面积相对较少,占2%左右。除典型草原面积增加外,其他草地类型面积减少,典型草原面积增加283 790 hm²,增加幅度7.12%;草甸草原减少面积最大,减少563 439 hm²,减小幅度28.72%。研究区水分状况相对较湿润的草地类型向相对干旱的类型转换占据主导地位,1992—2015年转移面积466 687 hm²,水分状况相对较干的草地类型向相对湿润的类型转移面积212 330 hm²。【结论】 呼伦贝尔草原区不同草地及地物类型空间分布变化较为剧烈,气候变化的影响具有趋势性、长期性、难恢复性,人类活动的影响具有破碎性、可逆性、易恢复性。     

呼伦贝尔草原净初级生产力时空变化及气候响应分析

为了定量评估呼伦贝尔草原的生产能力,明确气候因子对草原生物量累积过程的影响,利用近18年中分辨率成像光谱仪(MODIS)净初级生产力(NPP)产品(MOD17A2H),结合同时期气象数据,基于像元定量分析了呼伦贝尔草原NPP的时空变化规律及其与气候因子的关系。结果表明:2000-2017年呼伦贝尔草原净初级生产力(NPP)均值为306.97 g C·m^-2, 18年来NPP变化呈波动中增加的趋势,最低值为2001年的241.60 g C·m^-2,最高值为2014年的372.10 g C·m^-2。NPP高值区(>400 g C·m^-2)分布于低地草甸;中值区(250～400 g C·m^-2)分布于山地草甸和温性草甸草原;低值区(<250 g C·m^-2)出现在呼伦贝尔西部的温性草原,不同草地类型NPP值整体变化趋势表现为:低地草甸>山地草甸>温性草甸草原>沼泽类>温性草原。呼伦贝尔草原NPP与降水的相关性高于与温度的相关性,降水是NPP积累的主要影响因子,温性草甸草原和温性草原对气候因子变化的响应总体比低地草甸和山地草甸敏感。     

放牧强度对羊草草甸草原植物器官及群落氮磷化学计量的影响

[目的]以地上植物茎、叶以及群落为研究对象,探究不同放牧强度对植物器官以及群落碳、氮、磷含量及化学计量特征的影响,为深入解析放牧干扰下草地生态系统退化过程,促进草地放牧适应性管理提供科学依据.[方法]基于呼伦贝尔羊草草甸草原长期控制放牧试验平台,在6种不同放牧强度(不放牧G0.00、较轻度放牧G0.23、轻度放牧G0....     

草甸草原放牧场退化定量评估指标体系建立

【背景】 内蒙古草原是我国北方重要的天然生态屏障,其中草甸草原处于森林向草原过渡地带,在我国温性草甸草原是一种非常宝贵的自然再生资源。且内蒙古草原在我国温性草甸草原所占比例最大,其中大部分是放牧场。放牧是人类影响草地生态系统最主要的方式之一,过度的放牧会导致草原群落发生逆行演替,草地的生产性能不断降低,从而限制了草地畜牧业的稳定发展。【目的】 全面准确及时地评估放牧场退化状况,为维护和促进草地可持续利用提供支持。【方法】 通过总结草地放牧场退化演替规律及驱动机制,采用层次分析、专家调查以及比较矩阵分析方法,构建了内蒙古草甸草原放牧场退化指标体系,包括地上生物量、盖度、平均高度、植物种数、枯落物量、退化指示植物比例、土壤有机碳含量、土壤容重共8个指标。基于评估综合指数模型的建立,提出对照基准指标的参数,利用定量评估的综合指数反映草甸草原放牧场退化的整体状况。同时,探讨和研究了内蒙古草甸草原放牧场退化定量评估指标体系构建及其技术方法,以呼伦贝尔谢尔塔拉控制放牧试验为基础,对该方法进行了评估验证。【结果】 研究得出内蒙古草甸草原放牧场评价指标体系的8项指标权重由大到小依次为地上生物量、盖度、平均高度、退化指示植物比例、植物种数、枯落物量、土壤有机碳含量、土壤容重增加比例。草甸草原退化分级可以分为未退化、轻度退化、中度退化、重度退化4个等级,当放牧等于零或很轻的放牧状态时草地属于未退化草地范围。当放牧为90%以上时草原属于重度退化草地范围。【结论】 基于上述研究,建议在今后的研究中进行更长时期的探讨,对基准参考值做进一步的完善和更新,对放牧场退化评估指标体系更加完善和成熟有利,可以为放牧场退化定量评估提供依据。     

基于遥感数据对内蒙古陈旗草畜平衡的评价

【目的】以内蒙古陈巴尔虎旗为对象,评价自实施草原生态保护补助奖励政策后,草畜平衡的效果,为后期继续实施草畜平衡政策提供政策依据,更好地促进草原生态系统良性循环,实现草原畜牧业持续发展。【方法】利用2010—2018年陈旗的遥感数据、地面样方调查数据进行最优估算模型建立,反演地上生物量,并利用牧业统计数据计算草畜平衡状况。【结果】(1)建立幂函数能较好模拟产草量与其对应NDVI值的相关关系;(2)反演草原产草量表明,实施草原生态保护补助奖励机制政策后,草原植被平均产草量持续增加,2018年草原植被平均产草量1 231.76 kg/hm2,往年同期相比处于最高值;(3)内蒙古陈旗2010—2018年的平均草畜平衡指数8.11%,草畜平衡指数在逐年增大,从2010年的欠载6%增加大超载6.17%,2018年接近临界超载。【结论】建议内蒙古陈旗要严格控制牲畜数量,调整牲畜结构,增加牲畜良种率,加强草畜平衡监督管理,使草原生态环境总体逐渐转好,达到草畜良性循环。     

温性草甸草原植物碳、氮、磷化学计量与贮量对放牧强度的响应

以呼伦贝尔草甸草原中羊草(Leymus chinensis)、贝加尔针茅(Stipa baicalensis)、寸草苔(Carex duriuscula)、冷蒿(Artemisia frigida)、星毛委陵菜(Potentilla acaulis)和二裂委陵菜(Potentilla bifurca)6种植物为研究对象...     

呼伦贝尔草原净初级生产力时空变化及气候响应分析

为了定量评估呼伦贝尔草原的生产能力,明确气候因子对草原生物量累积过程的影响,利用近18年中分辨率成像光谱仪(MODIS)净初级生产力(NPP)产品(MOD17A2H),结合同时期气象数据,基于像元定量分析了呼伦贝尔草原NPP的时空变化规律及其与气候因子的关系。结果表明:2000-2017年呼伦贝尔草原净初级生产力(NPP)均值为306.97 g C·m~(-2), 18年来NPP变化呈波动中增加的趋势,最低值为2001年的241.60 g C·m~(-2),最高值为2014年的372.10 g C·m~(-2)。NPP高值区(400 g C·m~(-2))分布于低地草甸;中值区(250～400 g C·m~(-2))分布于山地草甸和温性草甸草原;低值区(250 g C·m~(-2))出现在呼伦贝尔西部的温性草原,不同草地类型NPP值整体变化趋势表现为:低地草甸山地草甸温性草甸草原沼泽类温性草原。呼伦贝尔草原NPP与降水的相关性高于与温度的相关性,降水是NPP积累的主要影响因子,温性草甸草原和温性草原对气候因子变化的响应总体比低地草甸和山地草甸敏感。     

不同放牧强度对呼伦贝尔羊草草甸草原土壤活性有机碳的影响

土壤活性有机碳是土壤中较为活跃的化学组分,能反映土壤有机碳(SOC)的有效性,可作为土壤质量和肥力的指示性指标。研究探讨放牧干扰对羊草草甸草原土壤活性有机碳的影响,从而了解放牧对草地生态系统中碳循环的影响机制,旨在为退化草地生态恢复过程提供理论支撑。依托于呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站的长期肉牛放牧平台,分析6种不同放牧强度[不放牧(G0.00)、较轻度放牧(G0.23)、轻度放牧(G0.34)、中度放牧(G0.46)、重度放牧(G0.69)、极重度放牧(G0.92)]下羊草草甸草原土壤活性有机碳的变化,并探讨其相关性。结果表明:(1)土壤有机碳和活性碳组分的含量在不同土层间差异显著,随着土层深度的增加,SOC和活性有机碳[颗粒有机碳(POC)、可溶性有机碳(DOC)、微生物生物量碳(MBC)、易氧化有机碳(EOC)]含量均显著降低。(2)不同土层活性有机碳占比与放牧强度呈线性正相关,随着放牧强度的增加土壤活性有机碳占比也随之增加,不同放牧强度不同土层下土壤各形态活性有机碳占比呈POC>EOC>MBC>DOC的趋势,且EOC、MBC和POC占比随土壤深度增加而降低。(3)随着放牧强度的增加,植被群落地上生物量、地下生物量和土壤水分均呈下降趋势。(4)放牧强度与SOC和DOC呈显著负相关;植被群落地上生物量与土壤碳组分间呈显著正相关;地下生物量与DOC之间呈极显著正相关;土壤温度与POC呈显著负相关;土壤水分与POC呈极显著正相关,与SOC之间呈显著正相关。研究表明:放牧会降低地上生物量、地下生物量和土壤水分,适度放牧不仅能增加土壤有机碳和活性碳组分,而且能增加土壤活性碳占比,且符合中度干扰