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。     

降雨对草地土壤呼吸季节变异性的影响

利用土壤碳通量自动观测系统(LI-8150)对呼伦贝尔草原在自然降雨条件下的土壤呼吸作用进行了野外定位连续观测,研究结果表明:降雨对土壤呼吸作用存在激发效应和抑制效应,降雨发生后1-2 h内土壤呼吸速率可增加约1倍,当单次或者连续降雨累积量大于7-8 mm,或土壤含水量大于29%-30%时,降雨对土壤呼吸会产生明显的抑制作用。土壤呼吸的激发效应往往体现在次日,表现为次日平均土壤呼吸速率的显著升高;而抑制效应则在当日即可体现出来,表现为观测当日平均土壤呼吸速率的明显下降。土壤呼吸季节变异性与降雨频率和降雨强度密切相关,在降雨量一定的情况下,较低的降雨频率和较高的降雨强度会增加土壤呼吸的变异性。呼伦贝尔草甸草原而言,在生长季土壤平均含水量为16.5%时,土壤呼吸的温度敏感性值(Q₁₀)为2.12;而平均土壤含水量为26%时,Q₁₀值为2.82,明显高于前者,土壤含水量与Q₁₀之间存在正相关关系。降雨导致土壤呼吸的激发效应和抑制效应交替发生,使草地土壤呼吸的季节变异性增加,降雨格局变化必然会对草地碳循环和碳通量特征产生深刻影响。     

翻耕短期内对草原土壤呼吸的影响

以呼伦贝尔草甸草原为研究对象,研究不同翻耕深度(10cm和20cm)对土壤呼吸的影响。结果表明:翻耕短期内明显加速土壤呼吸速率,且随着翻耕深度的增加而增加。在翻耕后15d内,翻耕10cm和翻耕20cm处理的土壤呼吸速率平均值分别为3.79μmol CO2/m2/s和4.78μmol CO2/m2/s,分别是天然草地的1.33和1.68倍,这种影响持续一段时间后趋于稳定。在翻耕30d后,不同处理的土壤呼吸速率间差距明显减小,天然草地、翻耕10cm和翻耕20cm处理的土壤呼吸速率,在翻耕后第30~47d内测定的平均值分别为2.23μmol CO2/m2/s、1.90μmol CO2/m2/s、2.14μmol CO2/m2/s。     

草地退化程度诊断系列问题探讨及研究展望

草地退化程度诊断是退化草地生态系统恢复和重建的前提和基础。对草地生态系统退化程度诊断流程中的各个环节进行了总结和讨论,从结构和功能两个方面建立草地生态系统退化程度诊断指标体系,并提出了通过结构途径与功能途径结合的方法来对退化生态系统进行综合诊断的思路。同时,提出草地退化程度诊断存在的问题及今后研究的重点发展方向。     

肉牛放牧梯度对呼伦贝尔草甸草原植物群落特征的影响

通过小区控制放牧实验,研究了放牧梯度对呼伦贝尔草甸草原植物群落特征的影响。结果表明:群落高度、密度、盖度和生物量随季节的变化趋势不同,群落高度、盖度随放牧梯度的增大而降低;群落密度随着放牧梯度的增大呈现出增加-降低-再增加的趋势。载畜率高于0.46Au/hm2时群落高度显著下降,载畜率为0.69Au/hm2时高度、盖度、密度均达最低,牧草生长季肉牛载畜率0.00Au/hm2~0.46Au/hm2之间较为适宜。地上绿色生物量在牧草生长季节出现低—高—低的单峰曲线变化趋势;随载畜率的增加,最大绿色生物量曲线的峰值下降,且峰值达到最大的时间提前。整个放牧季节群落高度、盖度、密度及地上绿色生物量与放牧梯度之间呈负相关关系。     

呼伦贝尔草原蘑菇圈对土壤呼吸作用的影响

【目的】 蘑菇圈是草原上常见的生态学景观,蘑菇圈的真菌不仅会影响植物的生长,而且会极大地改变土壤理化性质和微生物群落,从而间接影响土壤呼吸。探究草原蘑菇圈的土壤呼吸作用,为精确估算草地土壤温室气体排放提供科学依据。【方法】 采用Li-8100土壤呼吸监测系统,对呼伦贝尔草甸草原蘑菇圈不同位置（圈上、圈内、圈外）的土壤呼吸作用进行监测,并使用探针式电子温度计（CJTP-101）和手持式土壤水分仪测量土壤温度和土壤含水量,同时测定蘑菇圈土壤生物量和土壤养分,探讨它们之间的相关性。【结果】 蘑菇圈上的地上生物量为246.2 g·m^-2,显著高于圈内（153.1 g·m^-2）和圈外（132.6 g·m^-2）,圈上地上生物量分别为圈内和圈外的1.61倍和1.86倍;蘑菇圈上地下生物量为763.9 g·m^-2,小于圈内（927.4 g·m^-2）和圈外（824.8 g·m^-2）,圈上、圈内、圈外地下生物量差异不显著（P>0.05）;蘑菇圈上枯落物量为17.9 g·m^-2,大于圈内（13.1 g·m^-2）和圈外（9.6 g·m^-2）,但差异不显著（P>0.05）;圈上土壤速效氮和速效磷的含量分别为52.2和7.8 mg·kg^-1,显著高于圈内和圈外（P<0.05）,速效氮的含量分别比圈内、外平均值高42%和40%,速效磷的含量分别比圈内、外平均值高53%和59%;蘑菇圈上土壤有机质和全氮含量分别为3 560.1和319.8 mg·kg^-1,均低于圈内和圈外;而全磷含量为502.2 mg·kg^-1,高于圈内和圈外,但均无显著差异（P>0.05）。草原蘑菇圈上平均土壤呼吸速率为5.26 μmol·m^-2·s^-1,显著大于圈内（4.07 μmol·m ^-2·s^-1）和圈外（4.17 μmol·m ^-2·s^-1）,土壤呼吸速率与土壤温度和土壤含水量之间分别存在显著的指数和线性回归关系（P<0.01）。【结论】 土壤温度和水分不是造成蘑菇圈土壤呼吸速率差异性的主导要素,蘑菇圈上的土壤呼吸速率增强与圈上较高的速效养分和较强的微生物活性及酶活性有关。     

刈割对草甸草原土壤微生物化学计量特征的影响

以内蒙古呼伦贝尔草甸草原作为研究对象,探讨土壤微生物化学计量特征在不同刈割频次处理下的变化规律,以期为草原资源的可持续利用提供理论依据。试验设有6个处理,对照区(CK)、1年1割(M1)、2年1割(M2)、3年1割(M3)、6年1割(M6)和12年1割(M12),每个刈割处理设置3个重复。2018年8月中旬在样地内随机设置3个样方,在样方内随机设置3个取样点,分别按0～10、10～20、20～30 cm土层进行均一采样,将土样按层次充分混合并带回实验室,采用氯仿熏蒸法对样品进行处理后,进行土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)、磷(MBP)含量的测定。研究结果表明:刈割没有显著影响MBC、MBN、MBP含量及其化学计量比,表明刈割处理下微生物系统具有相对的稳定性。从6个处理的平均值整体来看,MBC、MBN、MBP含量以及微生物生物量C∶N、C∶P(MBC∶N、MBC∶P)随刈割间隔延长呈现先升高后下降的趋势,并在M2和M3处最高;本研究区各处理梯度MBC∶P平均值大于30,比值较高,微生物生物量N∶P(MBN∶P)低于全球平均水平(6.9或5.6)。由于刈割一般在生长季后期进行,对草原生态系的影响比传统刈割要小得多,因此对MBC、MBN、MBP含量及其化学计量比的影响不明显,但适当的刈割不仅利于微生物的繁殖和根系的生长,而且对草原生态系统生产力以及植被群落产生积极影响,进而影响草地生态系统的结构和功能,因此应进行适宜的刈割。     

呼伦贝尔草原土壤呼吸作用空间异质性分析

土壤呼吸作用是土壤碳库向大气释放CO₂的主要途径,其在空间尺度上具有明显差异性,土壤呼吸的空间变化增加了土壤碳排放评估的不确定性,研究土壤呼吸作用空间异质性对于准确评估生态系统碳排放具有重要意义。2020年9月1日—9月6日,本研究沿呼伦贝尔草原东西样带随机选取了30个观测样地,利用土壤呼吸自动观测系统(Li-8100)测定土壤CO₂排放通量,并对其影响因子进行分析。结果表明：沿呼伦贝尔东西样带,随着降水量的减少,土壤呼吸速率显著减小;刈割利用下的土壤呼吸速率(3.36 μmol·m^-2·s^-1)显著大于放牧利用(1.87 μmol·m^-2·s^-1);土壤有机碳含量和地上生物量是决定土壤呼吸空间异质性的主要因子,二者共同解释土壤呼吸变异的52%;土壤有机碳含量和植被生物量直接影响了土壤呼吸作用,土壤容重和土壤水分间接影响了土壤呼吸作用。降水空间格局变化和人类活动扰动是呼伦贝尔草原土壤呼吸作用空间异质性的主要驱动因素。     

现代数字草业理论与技术研究进展及展望

综述了国内外数字草业理论、技术与方法的研究进展,重点介绍了我国草业信息系统、草业生产过程监测、管理决策等方面的数字草业理论与技术平台的研究与应用,探讨了我国数字草业理论与技术的发展趋势.     

放牧强度对肉牛行为的影响

为研究家畜行为对不同放牧强度和月份的响应规律，本文通过控制试验和随机区组排列方法，设置3个放牧强度（轻度（G1：0.23 cow·Au·ha^-1）、中度（G3：0.46 cow·Au·ha^-1）、重度（G5：0.92 cow·Au·ha^-1））和3个重复，在2018年7—9月，每个小区选取2头肉牛佩戴GPS电子项圈并人工观测、记录其各行为发生的时间，分析其时空特征。结果表明，时间上，家畜采食时间>休息时间>游走时间，采食时间比例分别为53.19%（G1），62.06%（G3）和66.60%（G5）；空间上，随着放牧强度的增加，家畜的运动距离越大，分别为3.53 km （G1），4.05 km （G3）和4.89 km （G5）；家畜的活动区范围随着放牧强度的增加显著增加，重度放牧为69.62%，8月份家畜活动区范围最大，为67.25%。考虑放牧强度和月份两个影响家畜行为的因子，放牧强度占据主导地位。家畜行为监测有利于实现草地资源合理利用的同时，也对家畜进行智能化管理。