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。     

农牧交错带不同植被群落对土壤微生物量碳氮磷的影响

为了解荒漠化土地植被恢复对土壤微生物量的影响,以地处毛乌素沙地南缘的榆林市沙生植物园植被恢复30年的乔木、灌木和草地3种植被群落下土壤为研究对象,分析了植被恢复对土壤微生物量碳、氮、磷含量及比值的影响及其与土壤理化性质的相关性。结果表明,农牧交错带荒漠化土地植被恢复可以明显提高表层土壤微生物碳、氮、磷的含量。土壤微生物量碳以灌木林地为最高,含量为288.35 mg·kg-1,显著高于草地和乔木,分别是乔木林地和草地的3.99和2.10倍;土壤微生物磷在三种植被群落间差异不明显;三种植被群落下土壤微生物碳氮比的高低为乔木林地草地灌木林地,土壤微生物碳磷比表现为草地略高于乔木林地和灌木林地。相关性分析结果显示微生物量碳、氮、磷与土壤理化性质相关性极为密切,其中与土壤养分各指标大多呈现极显著相关,与土壤容重多为极显著负相关。说明土壤微生物量可以作为评价土壤质量的生物学指标。     

半农半牧区农户生产现状及对气候变化的感知与应对——基于内蒙古林西县的调查研究

半农半牧区是全球气候变化反应敏感的生态脆弱带。该地区农业基础设施落后,人口与资源矛盾突出,生产力水平低下,经济欠发达,受气候变化影响,农民的生产生活水平的维持与提高面临着十分严峻的挑战。本调查研究以内蒙古赤峰市林西县为例,利用1954~2009年气象数据资料分析了该地区56年来年际和主要季节温度、降水变化趋势;同时,选用60个农户家庭调查样本,研究了农户家庭基本状况与经营现状、农牧户家庭对气候变化及其影响的感知与应对策略。最后,在全面总结研究结果的基础上提出增强农户家庭气候变化适应能力的对策建议。     

华北农牧交错带畜牧业外部经济效应解析

针对华北农牧交错带畜牧业现状与问题,选择代表性村庄,采用生产调查方法,对区域畜牧业外部经济效应进行了解析。结果表明,华北农牧交错区畜牧业是转化农业副产品、无偿利用草场、以残屑食物链增值和环境外部效益支撑的“数量”型畜牧业。通过降低日粮标准的“七成饱”饲养方式增加了近四成的载畜规模。畜牧业外部性表现为草地过牧、农田过收,草地是外部不经济性的主要承担者。放牧条件下以青玉米为代表的人工饲草投入,更大程度上加剧草地超载。低效畜牧业的扩张是建立在经济负外部性基础之上。依据畜牧业表象提出将区域畜牧业发展为第一产业主导产业是不切实际的。通过建立生态补偿机制、发展高效替代产业的途径解决区域畜牧业外部性问题值得探讨。     

农牧交错带半干旱草地生态系统土壤呼吸对短期不同放牧强度的响应

放牧对生态脆弱区的半干旱草地生态系统的群落结构以及生产力的改变更加敏感。通过研究土壤呼吸各组分在不同放牧强度下的变化,得到最适宜的放牧强度的固碳效应。本研究以位于山西省右玉县农牧交错带的半干旱草地生态系统为研究对象,探究短期不同放牧强度对土壤呼吸的影响。2017-2018年每年5月开始进行不同强度的放牧实验,共设置了4个放牧强度：不放牧（对照）、轻度放牧、中度放牧和重度放牧（分别表示为G₀,G₁,G₂和G₃）。采用静态箱法测定不同处理的土壤总呼吸（Soil total respiration,SR_tot）和土壤异养呼吸（Soil heterotrophic respiration,SR_h）,同时监测10 cm表层土壤温度和含水量。实验结果表明：短期不同放牧强度对农牧交错带半干旱草地SR_tot、SR_h和土壤自养呼吸（Soil autotrophic respiration,SR_a）在生长季均呈单峰型变化趋势,各放牧强度均使SR_tot和SR_h有所降低。土壤温度（10 cm）与SR_tot和SR_h呈显著正相关（r²>0.1,P <0.05）。     

“玉米田养鹅”农田生态系统下的土壤温度影响机制

为了解农牧一体化下"玉米田养鹅"生产模式的土壤温度影响机制,通过对比试验方法进行田间试验,结果表明:玉米田养鹅处理杂草群落平均密度为171.33株/m~2,是对照密度(11.11株/m~2)的15.42倍,处理间差异极显著(P0.01;n=9),该处理下杂草Shannon-Wiener多样性指数为1.76,Simpson多样性指数为0.77,均高于对照;玉米田养鹅处理的地上生物量为386.30g/m~2,是对照(5.67g/m~2)的68.13倍,处理间差异极显著(P0.01;n=9),同时玉米田养鹅处理的盖度为90.56%,是对照(7.22%)的12.54倍,处理间差异极显著(P0.01;n=9)。在白天土壤温度的变化过程中,玉米田养鹅处理较高的地上生物量和丰富的地表植被使得田间地下生物生理代谢活动旺盛,土壤呼吸作用增强,土壤CO2呼吸通量增加,高达308.64 mg/(m~2·h),显著高于对照的234.90mg/(m~2·h)(P0.05;n=9)。因此,在试验期间白天光照不足,地表接受光照辐射有限的情况下,生物代谢活动产生的热量是影响土壤温度的主导因素,白天的土壤温度高于对照。在夜间土壤温度的变化中,玉米田养鹅处理5~15cm的土壤含水量为16.14%,显著高于对照1.27%(P0.05;n=9),水的良好导热能力促进了土壤的散热,使得玉米田养鹅处理表层土壤夜间散热较快,以致夜间该处理下的土壤温度低于对照。因此,在"玉米田养鹅"模式生产过程的前期,生物代谢活动和土壤含水量是影响土壤温度变化的主要因素。     

北方农牧交错带草地使用权改革研究——以甘肃省永昌县马营沟村为例

中国北方农牧交错带的草地退化和沙化面积已占全国草地面积的50%。由于该区域人口多,草地面积相对较小,造成以家庭为单位的草地承包责任制无法开展或开展难度较大,草地公用导致超载过牧、退化严重。为了从草原管理制度层面探讨解决草地公用这一问题,本研究在甘肃省永昌县典型的农牧交错带——马营沟村社区,开展了基于参与式方法的社区草地联户承包制的试验,分析试验前后社区家畜养殖规模、草地生产力、草地载畜量及抽样调查的15户典型农牧户家畜养殖与经济状况的变化。结果表明,社区草地联户承包后超载率平均下降74.27%,农牧民转变了草地管理和使用观念,并改变原有的养殖方式,促进了草地畜牧业的高效发展,提高了家庭收入。这种改革尝试为中国农牧交错带的草地管理积累了经验。     

农牧交错带退耕还草对土壤酶活性的影响

在中国农业大学国家草地生态系统沾源野外观测站,以马铃薯地为对照,研究了北方农牧交错带退耕地建植多年生人工草地对土壤酶活性的影响.研究结果表明,退耕地种草后土壤有机质含量提高,土壤微生物繁殖速度加快,提高了土壤的脲酶、酸、碱件磷酸酶和脱氢酶活性,且0～10 cm土层酶活性变化较10～20 cm土层显著.土壤酶活性与土壤碳、氮含量之间呈显著、极显著的正相关关系.土壤酶活性受生长季节影响较大,但无明显的规律性变化.5种人工草地(扁穗冰草、草地雀麦、无芒雀麦、羊草和紫花苜蓿草地)土壤酶活性存在差异,但因季节因素的影响,很难确定哪种人工草地对土壤酶活性的影响最大.     

农牧交错带退耕还草对耕作层土壤磷、钾含量的影响

在农牧交错带以小麦为对照,研究退耕还草对土壤磷、钾含量的影响。结果表明,退耕还草后,土壤0～20cm速效磷、钾含量均高于小麦地。冰草和无芒雀麦能较好地提高土壤速效磷和速效钾的含量。老芒麦与无芒雀麦混播(3:1)可以明显提高土壤速效磷含量。无芒雀麦与冰草混播(3:1)可以较好地提高土壤速效钾含量。     

我国北方农牧交错区土地生态安全评价——以白城市为例

白城市位于北方农牧交错区,生态环境脆弱。为了解其土地生态安全状况,基于压力—状态—响应（pressure-state-response简称PSR）模型,共选取21个指标构建了土地生态安全评价指标体系,对2007—2012年白城市及其所辖5个县区土地生态安全变化情况进行评价分析。结果表明:（1）各县（市、区）土地生态压力—状态—响应情况不同,镇赉县、大安县及洮北区土地生态压力安全值较高,对安全综合值贡献率在38%以上;洮南市土地生态状态安全值较高,贡献率在36%以上;通榆县土地生态压力—状态—响应安全值分布比较均衡,贡献比为35:34:31。（2）2007—2012年,白城市土地生态安全综合值由0.712 2提高至0.780 4,土地生态环境有所改善,但土地安全等级仍处于敏感级,生态环境比较脆弱。（3）白城市土地生态安全状况的改善有赖于实施有效的人口政策,控制人口规模;引进人才,鼓励农民发展新型绿色农业,减轻土地污染压力;提高环境保护意识,加大环保投资力度,促进土地生态恢复。