充分利用气候资源 提高草原生产力

<正> 在草原畜牧业生产中,冬春饲草不足和寒冷的气候是造成草原家畜“冬瘦、春乏刀的重要原因,亦是限制草原畜牧业生产发展的主要因素。众所周知,气候条件在草原畜牧业生态系统中起着重要作用,与土壤、植被及其自然生产力的关系颇为密切。     

不同封育条件下荒漠草原生态系统健康评价

为定量评价围封对草原生态系统健康的影响,以宁夏盐池柳杨堡封育区为研究区域,采用生态系统健康指数对该区不同封育条件下荒漠草原进行评价分析.结果表明：1）从封育时间上看,封育时间越长,生态系统健康水平并非越好.2）从放牧压力上看,早期封育期间,放牧不利于草原生态系统健康恢复;封育达到一定年限后,适度放牧有利于草原生态系统健康恢复.因此,在荒漠草原植被恢复研究中,有必要调整封育年限、适度放牧,不仅能获得一定的经济效益,还能促进荒漠草原生态系统健康恢复.     

土壤温度和水分对克氏针茅草原生态系统碳通量的影响初探

草地和大气间碳通量的观测有助于理解草原生态系统的碳循环及其控制机理。利用涡度相关技术观测了克氏针茅草原生态系统与大气之间的净生态系统碳交换（NEE）、生态系统初级生产力（GEP）、生态系统呼吸（Rec）o的变化,探讨了2008年生长季内土壤温度和水分对克氏针茅草原生态系统NEE、GEP和Reco的影响。结果表明,2008年生长季内,克氏针茅草原日尺度上NEE和GEP都出现了3个峰,二者之间有极显著的相关性,Reco则呈现倒＂U＂型变化规律。克氏针茅草原土壤温度与NEE、GEP呈二次曲线的关系,而与Reco呈指数关系,土壤水分的增加会提高克氏针茅草原生态系统的固碳能力、初级生产力及呼吸作用。土壤温度和水分是影响克氏针茅草原生态系统碳收支的重要因子。     

关于草原生态系统中养分循环的计算

本文依据植物生态学的某些原理,参照文献中有关草原生态系统中营养物质循环的工作方法,提出了计算草原生态系统中养分循环的8个公式,以及公式中涉及到的系统中立枯向凋落物归还量、残落物消失量、从活根向死根的年转移量和地下根系的降解速率等的计算公式。文章用循环图表示养分在草原生态系统中的循环。     

基于STME模型和MODIS数据的滹滏平原实际蒸散量遥感估算

滹滏平原光、热及土壤资源优越,是华北平原重要的粮食生产基地,灌溉是该区农业获得稳产高产的重要保障,持续抽取地下水和无节制利用地表水已经引起了严重的水资源危机,合理高效利用有限水资源进行农业生产势在必行。本文利用单源梯形遥感蒸散发模型(a single-source trapezoid model for evapotranspiration,STME)和中等分辨率成像光谱仪MODIS(2011—2012年共115期)地表温度和反射率产品估算区域地表土壤缺水状况及实际蒸散量,并利用中国科学院栾城农业生态系统试验站(以下简称"栾城站")和赵县梨园涡度相关系统地表水热通量的观测值对STME模型估算结果进行验证。结果表明该模型可以很好地估算区域蒸散量,误差在可接受范围内。赵县梨园净辐射Rn的观测平均值为4.10 mm,估算平均值为4.69 mm,均方根差RMSD为0.80 mm;赵县梨园蒸散量观测平均值为2.86 mm,估算平均值为3.01 mm,均方根差RMSD为0.95 mm;栾城站蒸散量的观测平均值为2.67 mm,估算平均值为2.44 mm,均方根差RMSD为0.87 mm。将STME模型应用到滹滏平原估算日蒸散量,明确了区域尺度蒸散发的时空变化特征:10月份果园生态系统蒸散量多于农田生态系统;11月份区域蒸散量整体小于1 mm;第2年春季小麦返青、拔节期,农田生态系统蒸散量多于果园生态系统蒸散量;5月份处于植被生长旺盛期,农田和果园生态系统的蒸散量相差不大;6月份小麦收获,玉米播种,农田生态系统蒸散量少于果园生态系统;7月份整个区域蒸散量达到最大,蒸散量不仅与植被长势相关,而且与土壤湿度相关;8、9月份随着植被的成熟和收获,区域蒸散量整体变小。不同时期区域水分亏缺指数不同,可根据其指导区域灌溉量。STME模型继承了基于数理计算确定梯形顶点的方法和水分亏缺指数,使得计算过程得以简化且物理机制明确。     

青藏高原生态系统土壤有机碳研究进展

作为"世界第三极"的青藏高原,高寒生态系统是青藏高原主要的生态系统之一.它本身是一个复杂而又特殊的系统,因其独特的自然地理环境而形成的高寒土壤更有其独特的性质.本文首先综述了青藏高原高寒生态系统的土壤有机碳储量、估算方法的研究进展及造成估算结果差异的原因,随后对高寒土壤有机碳排放的观测试验进行了综述,探讨了气候变化对高寒生态系统土壤有机碳源汇效应的影响.目前,全球变暖的趋势正在加剧,40 年来,青藏高原气温平均上升了约 0.3 ～ 0.4℃,冻土面积正广泛退缩,这直接导致青藏高原高寒生态系统发生了以植被覆盖度减少、高寒草原草甸面积萎缩等为主要形式的显著退化,植被生产力和土壤有机碳输入量都减少,而温度升高加快了土壤有机碳分解速率,从而影响到高寒生态系统的碳循环和碳储量.青藏高原土壤有机碳的源汇效应问题已成为研究的热点,但是到目前为止,温度升高到底如何影响土壤有机碳的动态变化没有明确的定论,为此,我们必须从长期的观测试验来说明气候变化对土壤碳库的源汇效应.     

建立数学模型估测牧草产量研究

准确地估测草地产草量,为确定合理载畜量提供重要的科学依据,对维护草原生态平衡,合理安排畜牧业生产等具有重要的理论与现实意义。估算草地产草量的手段可分为野外测量法、气象模拟模型法和遥感模型法三大类。利用大量的野外实际调查资料,应用微积分原理,推导出估算草地产草量的数学模型,并与其它模型进行对比,探讨了该方法的可靠性及估算精度。最后,将模型推广应用于生产实践中以估测牧草产量。     

牧区草地资源利用的三元化结构及其水问题

牧区草原生态的修复,必须对草地资源的利用实施三元化战略,三元化利用的关键是水资源的合理开发利用。脆弱的草原生态系统与水资源的关系致为密切,水资源的开发利用稍有不慎,就会导致草原生态系统的受损,必须以生态学的观点科学合理地配置和利用水资源。     

民勤县草原生态危机及治理措施探讨

民勤草原退化面积已达78.4万hm~2,占可利用草原面积的92.2%,其中重度退化面积30.0万hm~2、中度退化面积29.7万hm~2。民勤荒漠草原严重退化和沙化是形成沙尘暴的原因之一,而退化的根本原因在于人为压力超过了荒漠草原生态系统的承载能力。要治理草原沙化退化,必须以减轻人为压力为目标,加强鼠虫害防治和水资源管理,调整农牧区产业结构,建立高产优质人工草地,实施暖棚圈舍饲养,加快草原建设,提高管理水平,采取围栏、补播、轮牧、休牧、禁牧等措施,加大执法力度,使脆弱的荒漠草原生态系统得以休养生息。     

温度对克氏针茅草原生态系统生长季碳通量的影响

草地生态系统碳通量的驱动机制研究是碳循环研究的重要方面。利用涡度相关技术观测了克氏针茅草原生态系统的净生态系统碳交换（NEE）、生态系统初级生产力（GEP）、生态系统呼吸（Reco）的变化,探讨了2010年生长季内温度对该系统NEE、GEP和Reco的影响。结果表明,2010年生长季内,克氏针茅草原日尺度上NEE和GEP只出现了1个明显的吸收峰,Reco则呈现倒＂U＂型变化规律。克氏针茅草原空气温度与NEE、GEP和Reco呈极显著相关关系,气温日较差对该系统碳通量的影响程度较小;土壤温度与NEE、GEP和Reco之间也呈极显著相关关系,土壤温度的增加会同时提高克氏针茅草原生态系统的固碳能力、初级生产力及呼吸作用。空气温度和土壤温度都是影响克氏针茅草原生态系统碳收支的重要驱动因子。     

不同气象插值方法精度评估及对草地NPP估算的影响

以2000—2015年宁夏境内及周边14个气象站点的年均气温及年总降水量为数据基础,分别利用反距离权重法(IDW)、样条函数法、Anusplin插值法对气象数据进行了空间插值并交叉检验,将不同方法插值获取的气象要素空间栅格数据作为模型驱动参数输入CASA模型,研究了气象要素不同插值方法对草地NPP估算精度的影响。结果表明:(1)3种插值法中Anusplin插值法在宁夏区域内气象要素插值的误差最小,精度最高,反距离权重法误差最大,在气温插值中表现最为明显;(2)通过实测数据的检验,CASA模型在宁夏草地NPP估算当中适用性强,模拟的年总NPP空间分布格局与实际情况相符,模拟数据可靠;(3)在不同草地类型的NPP估算中,引用MOD17A3NPP数据作为验证数据对比发现基于Anusplin的气象要素插值数据及CASA模型模拟的NPP一定程度上提高了NPP估算精度,其在干草原、灌丛草原、干荒漠类草原及荒漠草原的估算中精度较高,而在沼泽类和山地草甸的估算效果欠佳,其估算精度有待提高。     

基于生态服务价值核算的土地利用总体规划生态效益评价——以甘肃省民乐县为例

研究分析了民乐县1997²020年土地利用变化,并计算由此导致的生态系统服务价值变化。应用Costanza生态系统服务价值计算公式,参照谢高地等人制定的中国陆地生态系统单位面积生态服务价值表,估算了民乐县的生态系统服务价值,并以此为评价指标,对民乐县的土地利用总体规划进行了生态效益评价。结果表明:①从19972020年土地利用变化,并计算由此导致的生态系统服务价值变化。应用Costanza生态系统服务价值计算公式,参照谢高地等人制定的中国陆地生态系统单位面积生态服务价值表,估算了民乐县的生态系统服务价值,并以此为评价指标,对民乐县的土地利用总体规划进行了生态效益评价。结果表明:①从1997²020年,民乐县的生态系统服务价值从9.5075亿元增至10.7129亿元,区域生态系统服务价值呈增加趋势,林地的增加对于提高整个区域生态系统服务价值具有显著的作用;从生态环境保护和自然资源利用来看,表明此规划是合理的。②生态系统单项服务价值中,食物生产和废物处理服务功能的价值变幅较小,其余七项生态系统服务功能的价值全部持续增加,其中气体调节和水文调节增幅最大,原材料生产功能价值增加率最大。     

植物对高CO2和土壤干旱的响应趋势及对策

根据我国北方地区农业生态系统、沙地生态系统、草原生态系统以及长白山阔叶红松林生态系统中的优势植物种对高CO2浓度和土壤干旱的响应差异,预测了在CO2浓度增加和土壤干旱化趋势下不同优势植物的可能变化,并提出了应对这种变化可采取的措施。     

不同土地利用结构生态系统服务功能价值的变化研究——以内蒙古自治区伊金霍洛旗为例

生态系统服务功能价值理论可定量估算各类生态系统为人类提供服务的经济价值。阐述了生态系统服务功能价值理论定量评价土地资源的作用 ,并应用和修正生态系统服务单价方法估算内蒙古自治区伊金霍洛旗1990～ 2 0 0 0年土地利用的生态效益 ,结果表明 10年内该旗生态系统服务价值减少 2 2 6 96亿元 ,证明人类经济发展对生态环境的影响巨大 ,且一旦生态环境遭到破坏则很难恢复。     

利用遥感信息建立草原冷季载畜量计算模型的研究

利用1988－1997年对内蒙古锡林郭勒盟不同草原类型观测的牧草产量、地面气象数据及相关的NOAA气象卫生遥感资料，分别建立了草甸草原、典型草原和荒漠草原牧草估产模型。在此基础上，根据冷季的草地牧草残留量、牧草贮存量、草场利用率、家畜采食率、冷季天数及草地积雪情况等建立了草原冷季载畜量计算模型，为草原生态系统的良性循环提供科学依据。     

贡嘎南山－拉轨岗日山南坡高寒草原生态系统植被碳密度分布特征及其影响因素

高寒草原是青藏高原广泛分布的植被类型。本文以贡嘎南山－拉轨岗日山南坡高寒草原生态系统为对象,采用野外调查与室内分析相结合的试验方法,对高寒草原生态系统植被碳密度的分布特征及其影响因素进行了研究。结果表明:贡嘎南山－拉轨岗日山南坡高寒草原生态系统植被碳密度平均为0.8435±0.6048 kg/m2,变异系数71.69%。在海拔4424～4804 m范围内,随着海拔升高,植被碳密度表现出增加→减少的分布特征。影响植被碳密度的关键环境因子是:植被高度、0—10 cm地下生物量、10—20 cm地下生物量、0—40 cm土壤含水量、0—20 cm土壤容重、20—40 cm土壤容重、土壤有机质、土壤速效钾含量和土壤速效氮含量。     

三江源地区植被覆盖度变化及其与气候因子的关系

为揭示气候变化对三江源地区草地生态系统的影响及适应机制,研究以SPOT-VGT为基础数据,利用像元二分模型估算了三江源地区1998—2012年的植被覆盖度,分析了年最大覆盖度的变异特征,并对植被覆盖度与气候因子之间的响应关系进行了深入探讨。结果表明:在区域尺度上,15 a来研究区生长季植被覆盖度呈极显著增加的趋势（P < 0.01）,平均每年增加0.004。在草地生态系统类型上,高寒草甸植被覆盖度与生长季温度的相关关系更加密切（r=0.802,P < 0.01）;高寒草原植被覆盖度与生长季温度呈显著相关关系（r=0.515,P < 0.05）。与生长季降水量相比较,5—7月降水量对高寒草原植被覆盖度变化的影响更加关键,但在高寒草甸上却不存在这种差异。     

基于多源遥感数据的草地生物量估算方法

为了寻求有效的草地生物量估算方法和精确估计荒漠草原草地生物量及其变化规律,该文探讨了利用全极化RADARSAT-2 C波段雷达数据和HJ1B图像及野外调查获得的样方生物量数据,估算荒漠草原人工柠条灌木林地上生物量的方法。在对柠条灌木林地上生物量和雷达后向散射系数及HJ1B图像归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)进行相关分析的基础上,采用多元逐步回归分析从RADARSAT-2数据及HJ1B植被指数NDVI建立了人工柠条林生物量模型,用实测草地生物量值对模型进行验证,同时将光学和雷达图像进行融合和分类处理,在此基础上对草地生物量进行分布制图,并将其结果与HJ1B的NDVI模型生物量估算结果进行对比。结果表明:柠条林地上生物量与RADARSAT-2雷达后向散射系数之间存在较好的定量关系(决定系数R2=0.71,均方根误差(root mean square error,RMSE)=14.2 kg/hm2,P0.001),其估算生物量与实测生物量一致性较好,估算生物量精度优于HJ1B的NDVI指数估算结果(R2=0.27,RMSE=20.58 kg/hm2)。由此可见,利用光学图像HJ1B和雷达数据RADARSAT-2融合分类能进行地物有效识别,雷达遥感数据可以用于草地结构参数的定量研究。利用光学和微波协同遥感进行草地生态系统监测研究具有一定的应用潜力。     

2001-2015年青藏高原草地碳源/汇时空变化及其与气候因子的关系

净生态系统生产力(NEP)是估算区域植被碳源/汇的重要指标。以青藏高原为研究区,基于光能利用率模型,利用遥感数据、气象数据和基础地理数据测算了2001—2015年草地生态系统净初级生产力(NPP),同时,应用土壤呼吸模型估算了逐月平均土壤呼吸量(Rs),进而估算青藏高原草地净生态系统生产力(NEP)。研究揭示了2001—2015年青藏高原草地生态系统NPP,NEP时空格局及其与气候因子的关系。结果表明:(1)2001—2015年,青藏高原草地生态系统整体表现为碳汇,平均净碳汇总量为1.82×1014 gC/a;(2)2001—2015年青藏高原草地生态系统NEP呈波动增加趋势,年平均值为120.8gC/(m2·a),年平均增长率为0.7gC/(m2·a);(3)研究区草地NPP与温度、降水相关性不显著,NEP与降水、温度均呈负相关。     

干旱区绿洲土地利用变化的生态系统服务价值响应——以甘肃省金塔县为例

通过运用土地利用类型动态度、土地利用程度模型、生态系统服务价值估算模型和土地利用调查和变更数据等,分析1990年、2000年和2008年金塔县土地利用变化及其生态系统服务价值变化特征。结果表明:(1)1990—2008年间,耕地、园地、林地、建设用地和水域呈现增加趋势,牧草地和未利用地面积表现为减少趋势,总体土地利用程度为中下水平,处于发展阶段。(2)研究期间生态系统服务总价值呈现上升趋势,从1990年的47.238亿元增加到2008年的48.228亿元(+0.989 9亿元)。水域在研究区生态系统服务总价值中所占份额最大,草地生态服务功能的下降对生态系统服务总价值有明显的负贡献。(3)研究区各类生态系统的生物多样性保护、水源涵养和废物处理等服务性功能价值远大于其粮食生产和原材料等生产性功能价值。因此,该区域水土资源的合理利用与有效管理是实现生态系统服务功能维持和可持续发展的根本。