黄河源区高寒草地植物组合对根-土复合体抗剪强度的影响

以位于黄河源区的青海河南县境内高寒草地作为研究区,通过野外现场勘察与取样及室内试验,探讨了区内6种不同植物组合类型草地的植物根-土复合体抗剪强度特征,旨在为防治草地退化引起的水土流失、浅层滑坡等灾害现象发生提供理论依据。结果表明：6种组合类型的根-土复合体抗剪强度随海拔高度降低而呈逐渐增大的变化趋势,即阳坡坡顶位置处紫花针茅（Stipa purpurea Griseb.）+高山嵩草（Kobresia pygmaea C.B.Clarke）组合的根-土复合体抗剪强度为27.76 kPa,至阳坡坡底位置处的垂穗披碱草（Elymus nutans Griseb.）其根-土复合体抗剪强度为37.53 kPa;从坡顶至坡底6种植物根-土复合体抗剪强度由小至大变化规律,与根-土复合体试样密度、含水率、根系干重等因素有关,即阳坡坡顶、坡中和坡底处根系平均含量分别为6.2%,5.5%和16.2%;阴坡坡顶、坡中、坡底处根系平均含量分别为8.0%,11.4%和31.6%。     

黄河源区不同退化程度高寒草地土壤特征研究

研究了不同退化梯度的高寒草地不同层次（0～10cm,10-20cm和20-30cm）土壤理化性状变化特征。结果表明：随草地退化程度的加重,土壤含水量下降,土壤容重和pH值增加;土壤有机碳含量亦随退化程度加剧而降低,以0-10cm土层的降低最明显,轻度,中度和重度退化的“黑土滩”草地该土层有机碳含量与未退化草地相比,分别下降36．1％,66．79／6和73．5％;草地0-10cm土壤全氮、全磷含量大小顺序为轻度退化〉未退化〉中度退化〉“黑土滩”退化草地,全钾变化趋势不明显。轻度、中度、“黑土滩”退化草地0～10cm土层速效氮分别比未退化草地降低了21％,54％和64％,10-20cm土层中度退化草地和“黑土滩”分别降低了37％和21％;随草地退化程度加大,速效钾含量在各土层的变化趋势不同,但不同土层的最大速效钾含量均出现在轻度退化草地。     

黄河源区六种草本植物根系抗拔力特征及其影响因素研究

为探讨黄河源区高寒草地植物根系抗拔力特性,本研究选取青海河南县高寒草地6种优势草本为研究对象,通过原位拉拔、单根拉伸、根-土复合体直接剪切等试验,分析6种植物根系抗拔力特性,探讨植物根径、根数、根长和土体密度、含水率、紧实度、含根量及单根抗拉强度、根-土复合体黏聚力等9种因素对植物根系抗拔力的综合影响。结果表明：6种草本根系抗拔力以矮嵩草(Kobresia humilis K.)最大(46.50 N),高山嵩草(Kobresia pygmaea C. B. Clarke.)次之(37.50 N),冷地早熟禾(Poa crymophila Keng.)最小(16.45 N);根系抗拔力与根径、根数、根长间呈显著正相关(P<0.05),相关系数(R)为0.881,0.727,0.969,与土体密度、紧实度、含根量、根-土复合体黏聚力间呈正相关,与含水率呈负相关。研究结果对探讨黄河源区高寒草地退化力学机理具有理论指导作用,为有效防治区内草地退化、水土流失等地表浅层灾害发生提供理论依据和实际指导。     

黄河源区“黑土滩”退化草地CO2排放研究

采用静态箱-气相色谱法,对黄河源区“黑土滩”退化草地CO2释放特征的研究结果表明：“黑土滩”3种不同处理：“黑土滩”植被-土壤系统呼吸（BC）,土壤呼吸（BJ）和土壤微生物呼吸（BL）的CO2释放速率日变化具有相似性,均呈现出明显的单峰型特点,且白天大于夜间;CO2释放速率季节动态变化明显,且3者的变化趋势基本一致;“黑土滩”植被-土壤系统呼吸与地表温度及5cm地温呈极显著的正相关性（P〈0．01）;而土壤微生物呼吸与0～10cm土壤水分含量相关显著（P〈0．05）。     

近45年长江黄河源区高寒草地退化特征及成因分析

根据1969年航片数据、1986,2000,2007年以及2013年TM数据建立的长江黄河源区高寒草地生态系统空间数据集,结合该地区近50年的气候资料以及人类活动状况,分析了长江黄河源区高寒草地生态系统在全球变化背景下的变化趋势及其驱动因素。结果表明,近45年长江黄河源区高寒草地呈现以覆盖度降低、破碎化与干旱化加剧为主的退化趋势,长江黄河源区高寒草地退化的速率在20世纪80年代后期呈迅速增加趋势,2000年后退化速率逐渐降低;气温升高引起的区域的暖干化是导致长江黄河源区高寒草地生态系统退化格局形成的主要原因。过度放牧和人类不合理的开发是导致长江黄河源区高寒草地退化加剧的重要因素。     

基于烟花算法的BP神经网络预测含根土抗剪强度

为了解决BP神经网络在对含根土抗剪强度的预测中存在的预测精度低，计算收敛速度较慢，容易陷入局部极值等问题，本研究通过直剪试验、团聚试验、根系分形分析试验等探究了不同因素对含根土抗剪强度的影响，并对各因素进行相关性分析，从中选取了大团聚体含量（R0.25）、平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）、土壤分形维数（Dd）、根表面积、平均直径6个影响含根土抗剪强度的因素作为模型输入层节点，含根土的抗剪强度作为输出层节点。参考FangfaGorman理论公式、Kolmogorov理论公式以及一种经验公式分别计算，并对结果进行讨论，确定了本研究中神经网络的最佳隐含层节点数量为13。建立6∶13∶1的BP神经网络模型，并引入了烟花算法（FWA）对BP神经网络进行优化。结果显示，BP神经网络、粒子群算法（PSO）优化的BP神经网络、FWA-BP神经网络的预测值与期望值的最大相对误差分别为11.12%、9.06%、7.44%，平均相对误差分别为4.60%、3.24%、1.96%，相较于BP神经网络和PSO-BP神经网络，FWA-BP神经网络预测误差值有明显降低；对比引入的统计参数，均方根误差（R...     

黄河源区"黑土滩"退化草地群落类型多样性及其群落结构研究

调查了黄河源区高寒草甸极度退化产物“黑土滩”植被群落类型多样性及其群落结构特征。结果表明,分布在黄河源区高寒草甸上的“黑土滩”草地植被可分为7个类型,分别为:黄帚橐吾 铁棒棰群落、白苞筋骨草群落、铁棒棰群落、西伯利亚蓼 鹅绒委陵菜群落、摩苓草群落、甘青微孔草群落和甘肃马先蒿群落。从群落结构和已有的研究结果看,黄河源区所有类型的“黑土滩”草地都完全失去了牧用价值,短期内自然恢复的物质基础也已丧失,该类草地的恢复治理必须通过人工植被的重建来实现。     

禁牧对黄河源区不同程度退化草地植物量的影响

对黄河源区不同程度退化草地禁牧4年后的地上、地下植物量变化进行了研究。结果表明：地上、地下总植物量未退化草地的禁牧地低于放牧地（P〉0.05）,中度退化草地的禁牧地显著高于放牧地（P〈0.05）,重度和极度退化草地的禁牧地有增加趋势（P〉0.05）;禁牧使各样地禾草、莎草类地上植物量均有增加趋势,其中中度退化草地差异显著（P〈0.05）,其它样地差异不显著（P〉0.05）,各样地禁牧地杂类草均有降低趋势（P〉0.05）。禁牧使未退化草地根冠比降低（P〉0.05）,其它样地根冠比增高（P〉0.05）。     

黄河源区高寒草地NDVI格局与梯度变化

黄河源区是我国重要的生态屏障,该区高寒草地生态系统随气候环境因子梯度变化值得重视,本研究利用气象台站观测数据和遥感归一化植被指数(NDVI)研究黄河源区高寒草地生态系统随水热梯度的变化过程。结果表明,近12年来黄河源区草地NDVI平均值为0.557 8。NDVI最高的地区为久治和甘德县,其次为达日和玛沁县,玛多、称多和曲麻莱县NDVI最低。扎陵湖和鄂陵湖以北的高寒草原地区为研究区内NDVI低值区。近12年来,草地NDVI年变化速率均值为0.002 4,变异系数均值为0.076 7,变化幅度较小。该区从东南至西北NDVI变化速率和变异系数上升,该格局是气候变化、草地现实载畜量下降和生态建设工程实施三方面因素叠加的结果。黄河源区气候环境因子自西北向东南存在梯度变化,形成水热梯度,从而导致草地NDVI、NDVI变化率和NDVI变异系数存在梯度变化。年平均气温与NDVI具有极显著相关关系,与NDVI变化率和NDVI变异系数具有极显著负相关关系。年降水量和湿润指数与NDVI具有极显著相关关系,与NDVI变化率和NDVI变异系数具有极显著负相关关系。海拔与NDVI具有极显著负相关关系,与NDVI变化率和NDVI变异系数具有极显著相关关系。     

三江源区河南县草地植被退化状况及解决措施

本文分析了草地退化现状及草地退化的原因,并提出了草地保护措施与可持续发展战略。     

黄河源头高寒草原植被退化特征分析

以紫花针茅Stipa purpurea,早熟禾Poa annua为优势植被的高寒草原是黄河源头区典型植被类型之一.由于自然环境变迁以及人为活动的影响,黄河源头以扎陵湖北岸地区为中心的紫花针茅草原和早熟禾草原植被退化十分明显,2002年通过样方调查和植被数量分析的方法,对该地区的退化草地特征进行了系统的调查和分析,结果表明:退化草地植被盖度比未退化区下降10%～55%;优势物种变化,紫花针茅、早熟禾等植物种生长势减弱,物候期推迟,群落优势植物逐步演替为以菊科、豆科等杂类草植物为优势种的群落;物种多样性指数下降55%～79%.由于高寒植被的退化,导致了植被群落整体生态功能的下降,进一步加剧了黄河源头的生态环境恶化.     

基于净初级生产力变化的草地退化监测研究

青海省玛多县是黄河源乃至整个三江源地区草地退化的典型区域。本研究利用2008年玛多县TM影像数据结合相关辅助数据,以光能利用率模型为基础,反演研究区草地净初级生产力（net primary productivity,NPP）。并以NPP减少的百分数D（由实际NPP和潜在NPP计算）作为指标,提取2008年玛多县草地退化信息。通过与玛多县1997年草地资源调查结果对比,至2008年玛多县重度退化草地面积减少了5 944 km2,且主要发生在北部。对监测结果进行分析发现,草地退化与草地类型有关系,表现为高寒草原类草地退化最为严重,高寒草甸其次,沼泽类草地情况较好。     

江河源区草地生态建设构想

江河源区是青藏高原的主要组成部分,面积仅占全球陆地面积的0.24%,占全球土壤碳库的1.06%～1.20%左右,生态价值巨大.江河源区1986-2000年,土地植被盖度下降了2.252%,土壤有机碳含量下降了11.454%,土壤CO2年释放量仅下降了9.165%,表现了土壤从碳汇转化为碳源的趋势.而草地面积减少是使土壤从碳汇转化为碳源的主体因素.特别是过度放牧引起的高寒类型草地面积减少559.03 km2,致使土壤有机碳含量减少了750 070万t,占14年来(1986-2000)土壤有机碳含量下降总量的39.03%,是使土壤有机碳流失的主因.从维护全国乃至全球生态安全的角度看,江河源区草地生态建设意义重大.建议在江河源地区建立特色草地农业生态耦合系统,将江河源区分为4个功能区,即自然保护核心功能区、自然保护过渡区(狩猎采集保护区)、自然保护生态-生产功能区、常规居民区.以自然保护区为核心,把这4个功能区与草地农业系统的4个生产层理论相衔接,构建2个层次的系统耦合,即江河源区内部4个功能区之间的系统耦合;江河源区与外区的系统耦合.通过2个层次的系统耦合,将实现江河源头的生态服务功能与下游受益地区的物质与能流的合理交换,以取得经济、生态和社会的巨大效益.     

黄河上游甘肃段草地退化的现状及机理研究

对黄河上游甘肃段草地退化的现状和机理进行了系统分析,结果表明,区域环境脆弱、全球气候变化、过度放牧、鼠害严重、草地管理制度不完善等因素是导致黄河上游甘肃段草地退化的主要原因,在这些因素的相互作用下,该区域草地退化的趋势可能进一步加剧.     

江河源地区草地植被变化特征及水土保持功能评价

利用青海省江河源地区河南、曲麻莱、甘德3个牧业气象观测站1995-2004年的定位观测资料,从牧草生育期、高度、产量和种群结构4个方面分析了青海江河源地区的草地变化特征,结果表明:由于牧草的返青期和枯黄期发生变化,使得江河源地区的牧草生育期延长了3～5 d.综合分析江河源地区牧草高度、产量和种群结构发现,长江源区的曲麻莱牧草退化趋势和程度较小,而河源区的牧草均呈现一定的退化趋势,尤以河南显著.通过分析由植被覆盖度换算得出的草地水土保持系数发现,从东往西呈现逐渐减小的趋势,低值区出现在玉树州的治多县,高值区出现在黄南州的河南县.久治县、班玛县、甘德县、河南县和泽库县草地水土保持功能较好,治多县为差区,其他地区为较差区.     

黄河源区褐鳞苔草的固沙生物学特性

褐鳞苔草(Carex brunnescens)是黄河源区(玛曲)沙漠化草地具有较强固沙能力的先锋植物,对维护玛曲高寒草地生态系统稳定性有重要作用。为了揭示褐鳞苔草固沙的生物学特征,本研究在野外观测了其物候学特征,地上和地下器官生长进程以及地下器官形态学特征。结果表明,褐鳞苔草返青早,生育期较长,具有二次开花和结果的生长特性。褐鳞苔草单株叶宽、单株叶长、单株叶片数量、群落密度、群落盖度和群落叶片密度从展叶期-果实成熟期-黄枯期呈显著增加而后趋于稳定;而单株叶丛高度、单株叶面积和群落叶片面积呈显著增加而后减小的趋势。褐鳞苔草地下茎(水平茎和垂直茎)和根系适宜生存的沙层深度为0-60cm。不同沙层深度(0-20、20-40和40-60cm)均以直径为0.2~0.5mm的中根数量最多,在20-40cm沙层内细根(0.2mm)的根系总长度均最大,0-20cm沙层内中根根系总长度最大。在10-30cm沙层内,水平茎,垂直茎和主根长度、鲜重和干重均最大,40-50cm沙层内最小。以上结果表明,褐鳞苔草能很好地适应高寒风沙生境,可作为玛曲高寒沙漠化草地生态恢复的建群种,具有良好的推广应用前景。     

黄河源区天然草地沙化机理分析研究

黄河源头区是我国重要的水源涵养地区,是“中华水塔”的重要组成部分。地处黄河源区的玛曲县,自20世纪80年代以来,天然草地沙化面积不断增加,沙化程度日趋严重。本研究以玛曲县为例,对引起草地沙化的主要自然因素和人为因素与草地沙化的相关性及驱动作用进行定量辩识和贡献率分析,结果表明,1)各因子对草地沙化的驱动力大小依次为:牧业产值>人口数量>年均气温>羊只存栏数>牛羊肉产量>年均降水量>大牲畜存栏数>黄河年径流量>年大风日数>年均风速;2)区域年均气温的不断升高,使地面水分蒸发损失和土壤干旱程度加剧,这种变化对土地沙化产生的驱动作用要大于降水量的小幅减少和风力因子变化的影响,是引起该区土地沙化最重要的自然驱动因子;3)对2类因子的相对贡献率进行综合,得到人为因子的驱动力比重为61.55%,自然因子的驱动力比重为38.45%。说明在高寒阴湿的气候条件下,区域气候和水文因子在一定程度上的不良变化只是天然草地沙化的一种诱导力,而人为过度和不合理利用是导致草原植被衰退的根本原因,二者结合导致了黄河源头区草地沙化的加速发展。