不同人工草地对青藏高原温性草原群落生物量组成及物种多样性的影响

青藏高原天然草地生产力较低,草畜矛盾长期尖锐。人工草地逐渐在该区域发展,但不同种植模式人工草地的影响和应用适宜性尚未得到准确的量化评估。以青海省天然草地(NP)为对照,选取相互毗邻的3种不同人工草地:单播垂穗披碱草人工草地(A₁)、单播燕麦人工草地(A₂)和混播燕麦、青稞和油菜的人工草地(A₃)设置实验样地,通过群落调查、刈割称重、根钻采样等方法,测定分析4种群落物种组成、生物量及物种多样性,探讨燕麦和垂穗披碱草两种牧草及单播和混播两种种植方式的差异性影响。结果表明:3种不同人工草地均显著减少有毒植物生物量(P<0.05),显著提高优质牧草占比(P<0.05),改善牧草质量。A₂地上生物量最高(1263.21 g·m^-2),为NP的9.77倍,显著高于其他3种草地(P<0.05)。本研究草地地下生物量占比高(73.22%~95.79%),3种人工种草对地下生物量改变不显著,对总生物量的影响也不显著。A₂、A₃的物种组成与NP迥异,A₂的Pielou均匀度指数显著低于NP和A₃(P<0.05),A₃的Shannon-Wiener指数显著低于NP(P<0.05);而A₁的Gleason指数、Shannon-Wiener指数和Pielou均匀度指数均较高,与NP差异不显著。基于结果,认为相比于天然草地,单播燕麦人工草地可以获得更高的地上生物量,但强烈改变群落物种组成,降低群落物种多样性;而种植垂穗披碱草地上生物量增幅不显著,但其群落物种多样性、均匀度均较高,有利于群落在不利条件下维持相对稳定的生产力。     

三江源地区不同剥蚀退化高寒草甸群落生物量与多样性特征

对三江源地区不同剥蚀退化高寒草甸群落生物量、群落组成及多样性分析。结果表明,群落地上、地下与总的生物量随退化加剧而降低,群落总生物量的变化受地下生物量的变化影响较大。群落地上生物量的变化主要由群落功能群组成的变化引起,随着剥蚀退化的加剧,群落中各功能群生物量均降低,莎草科和禾本科植物相对生物量降低最为明显,而杂类草相对生物量随退化的加剧而增加。不同剥蚀退化程度下,群落多样性指数和均匀度指数的变化趋势与物种丰富度变化趋势基本一致,均呈先降低后增加的趋势,在群落中度退化时各指数最低。物种多样性与功能群多样性指数表现为相同的变化趋势。     

中国北方温带草原区土壤容重分层数据重建与空间格局分析

中国北方温带草原区因其地域跨度较大,地理条件复杂,土壤容重空间格局和分层数据情况仍不清楚。基于此,本研究利用中国北方温带草原区土壤容重调查实测数据,对北方温带草原地区表层土壤容重构建土壤传递函数,进行土壤垂直剖面分层容重数据重建与水平空间的土壤容重数据估算。结果表明：中国北方温带草原区土壤容重在空间上呈现中部和西北部高,东部和山区低的现象,草地平均土壤容重为1.50 g·cm^-3。按地理区域划分,土壤容重最高为南疆盆地,平均为1.99 g·cm^-3,阿勒泰山区土壤容重最低,平均为1.03 g·cm^-3。按照草地类型统计,高寒草甸类土壤容重最低,平均为0.76 g·cm^-3;温性荒漠类土壤容重最高,平均为1.80 g·cm^-3。北方温带草原区草地表层（0~10 cm）土壤容重的平均预测误差、均方根误差、相对误差和复相关系数分别为0.018、0.223、16.2%和0.5386。     

开垦对放牧温性草原生态系统水分利用效率的影响

作为生态系统碳水循环的耦合指标,水分利用效率(WUE)是衡量区域资源转化效率的重要参考。为了解开垦利用对放牧草地生态系统水分利用效率的影响,以放牧区域和开垦利用区域毗邻的两套涡度相关系统监测数据为基础,结合群落调查和采样测定,对比分析了两种管理利用方式下生态系统水分利用效率(WUE_GPP)的动态差异和影响因素。结果显示:1)WUE_GPP在夏季达到全年峰值,6月开垦站点日均WUE_GPP 3.61 g C·kg^-1 H₂O,较放牧站点高58%,全年WUE_GPP 3.07 g C·kg^-1 H₂O, 较放牧站点2.11 g C·kg^-1 H₂O提升约50%;2)开垦站点较高的WUE_GPP归咎于生长季较高的总初级生产力(GPP)和非生长季更低的蒸散耗水(ET);3)ET变化对放牧站点WUE_GPP变异解释程度较高(26%, P<0.001),而GPP对开垦站点WUE_GPP变化的解释程度(45%, P<0.001)高于ET;4)环境因子中,土壤含水量对WUE_GPP变化的调控作用最强,两者负相关关系在开垦站点、放牧站点均达到极显著水平(P<0.001)。研究结果能为合理规划区域土地利用,促进干旱区关键资源高效利用提供有益参考。     

生态工程前后三江源草地产草量与载畜压力的变化分析

三江源生态保护和建设工程对生态系统的恢复具有重要作用,其对草地生态系统的影响也成为关注的热点。本文基于GLO-PEM模型和载畜压力指数,对比分析了三江源地区实施生态工程前后草地产草量和载畜压力的变化。结果表明,工程实施后的2005-2012年8年的草地平均产草量为694 kg/hm²,比工程实施前1988-2004年17年的平均产草量(533 kg/hm²)提高了30.31%,减畜措施实施后的2003-2012年10年的平均载畜压力指数为1.46,比1988-2002年15年平均载畜压力指数(2.49)下降了36.1%。草地产草量的提高和载畜压力的减轻,主要归因于生态保护和建设工程的实施以及气候变化。其中,生态工程对草地生态系统的恢复已初见成效。     

京津风沙源治理工程不同恢复措施对草地恢复过程的差异性影响

中国北方草原区域作为我国北方重要的防沙治沙生态屏障,长期以来大规模投入实施了系列生态恢复工程。为了解不同恢复措施对草地恢复的影响异同,以京津风沙源治理工程的草原治理区域为研究对象,采用工程区内外对比法探索4种典型工程恢复措施及措施组合(围封禁牧、补播草种、小流域治理和基本草牧场建设)对草地群落物种组成、生产力构成和物种多样性的差异性影响。结果显示:1)各工程恢复措施均趋向增加群落的高度和盖度,其中围封禁牧草地的恢复最为明显;群落中禾本科、莎草科物种重要值增加,杂类草下降,群落建群种由克氏针茅、糙隐子草、百里香等较低矮物种转变为大针茅、羊草、羽茅等较高大的多年生禾草;2)各恢复措施均显著增加群落的地上生物量(P<0.05),但种植人工饲草的基本草牧场地下生物量显著下降,使得群落总生物量也显著减少(49%);只有围封禁牧措施使群落总生物量、地下生物量和地上生物量均显著增加;群落内C₃植物、多年生植物生物量比例趋向增加; 3)各工程恢复措施均未显著增加群落内物种丰富度,却均趋向减少群落物种均匀度,补播草种和基本草牧场建设区域Shannon-Wiener多样性指数下降达到显著水平。以上结果表明长期的恢复措施实施能明显恢复草地的植被覆盖和地上生产力水平,提高草地的饲草品质,有助于区域沙源固定、碳汇增加和饲草供应恢复,但长期的工程干预有可能对区域的植物群落物种多样性水平存在负面影响。     

玛多县大型野生食草动物种群数量对草畜平衡的影响研究

以黄河源区玛多县为研究区域,利用无人机遥感技术调查了县域内藏野驴、藏原羚、岩羊等大型野生食草动物和家畜的种群数量,利用降尺度算法生成了2016年玛多县30 m空间分辨率的产草量数据,在此基础上估算了包括野生动物和家畜在内的草畜平衡状况,分析了大型野生食草动物对玛多县草畜平衡的影响。结果表明:1)通过飞行样带内种群密度,推算了玛多县内大型食草动物种群数量,分别与统计数据、暖季调查结果对比验证,估算出2017年冷季藏野驴、藏原羚和岩羊分别为1.71、1.60和0.93万匹(只),家牦牛、藏羊和马分别为7.08、10.22、0.12万头(匹、只),大型野生食草动物和家畜总计47.5万羊单位,大型野生食草动物羊单位数量与家畜羊单位数量之比为1∶4.5;2)仅考虑饲养家畜,载畜压力指数为1.13,表明草地略微超载;在综合考虑饲养家畜和野生动物的情况下,载畜压力指数为1.38,表明草地中度超载;3)若没有将大型野生食草动物纳入草畜平衡核算体系内,载畜压力将被低估22%。超载过牧是造成玛多县草地退化一个主要驱动因素,需人工补饲7.90万t干草或减畜30%才能维持草畜平衡。     

不同土地利用方式对典型温性草原群落物种组成和多样性以及生产力的影响

以锡林郭勒典型温性草原区域不同利用、管理方式植物群落作为研究对象,选取当地较为常见的6种不同利用管理方式围封禁牧大针茅,围封禁牧羊草,公共放牧大针茅、私人放牧大针茅、大针茅火烧围封恢复和开垦人工饲草的典型草地设置实验样地,采用群落调查、收割称重和根钻取样等方法测定、比较上述群落的物种组成、物种多样性和生产力构成。结果表明放牧降低大针茅群落的地上、地下生物量,而长时间的围封显著增加群落的地上地下生产力(P<0.05),但对群落物种组成和物种多样性影响不大(P>0.05)。随着利用程度的减弱,群落C3植物生产力和所占比重逐渐上升(P<0.05),C4植物生物量保持稳定(P>0.05),但比例下降(P<0.05)。火烧显著增加群落物种多样性(P<0.05),同时显著降低地下生物量(P<0.05),但地上生物量变化不大,同时C4植物生物量显著上升。人工开垦极大改变了群落的物种组成,同时显著增加群落地上生物量,降低群落地下生物量,使群落获得了相对天然群落更高的地上生物量/地下生物量。     

基于机器学习的阿勒泰地区草地地下生物量估测与数字制图

为精准估算草地地下生物量，分析其水平及垂直空间格局，实现草地地下生物量（BGB）的数字制图。调查了2015年阿勒泰地区草地生长季节（6-8月）的生态要素和地下生物量。以地理位置、地形、气候、土壤和植被中的代表性信息为基础，基于机器学习算法估测研究区0~30 cm的草地地下生物量，并根据估测结果利用空间插值法得到地下生物量的空间分布格局，最终实现草地地下生物量的数字制图。结果表明：1）相比偏最小二乘回归（PLS）和随机森林模型（RF），支持向量机模型（SVM）在0~10 cm、10~20 cm和20~30 cm土层地下生物量的估测中表现出最高的精度，验证集数据的精度（R²）依次为0.77、0.67和0.69，相应的RMSE为245.56、98.81和63.58 g·m^-2。从空间插值的效果看，反距离权重插值（IDW）优于径向基函数插值（RBF）和张力样条插值（SPL）。2）进一步比较了不同估测模型与空间插值方法间的组合能力，结果显示，在阿勒泰地区的草地地下生物量研究中，SVM+IDW是可靠的估测模型和空间化方法的组合。在0~10 cm、10~20 cm和20~30 cm土层的草地地下生物量数字制图的R²为0.73、0.64和0.60，RMSE为269.73、108.14和73.01 g·m^-2。3）阿勒泰地区草地地下生物量均值为1265 g·m^-2，是全国平均值的两倍，与全球平均水平相当。其中，高寒草甸的地下生物量最大，为2908.50 g·m^-2，温性荒漠的地下生物量最小，为776.84 g·m^-2，全区草地地下生物量共计1.27×10⁸ t（≈0.13 Pg）。全区草地地下生物量的空间变化明显，整体上自北向南，由山地向平原呈递减的趋势。