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。     

黄河源区天然草场的保护与建设

黄河源头地区位于青藏高原东部腹地,地处北纬33°30′～35°40′、东经95°25′～99°25′,海拔高度多在4300～4800m之间,气候具有典型的高原大陆性气候的特点。结合20余年来对黄河源区天然草场的调查研究和实践以及对其现状的基本认识,着重分析了自然因素和人为活动引起天然草场变化的途径。结果认为,黄河源区的天然草场虽然有所旱化,但并没有像普遍认为的那样严重,更没有到几近崩溃的边缘,而且这种变化主要是自然因素引起的。最后,针对性地提出了本区天然草场保护、利用、建设和持续发展的措施以及需要深入研究的问题。     

黄河源区天然草场的植被类型及其特点

在广泛调查的基础上,对黄河源头区天然草场中的高寒草原、高寒灌丛、高寒沼泽与水生植被、高寒沼泽草甸、高寒草甸、高山垫状植被、高山冰缘和流石坡稀疏植被等主要草场植被类型的分布范围、群落结构和组成及其年轻性、脆弱性、敏感性、原始性、典型性等特点进行了论述,最后提出了对黄河源区天然草场植被保护的意见。     

黄河源区天然草场的植被类型及其特点

在广泛调查的基础上，对黄河源头区天然草场中的高寒草原、高寒灌丛、高寒沼泽与水生植被、高寒沼泽草甸、高寒草甸、高山垫状植被、高山冰缘和流石坡稀疏植被等主要草场植被类型的分布范围、群落结构和组成及其年轻性、脆弱性、敏感性、原始性、典型性等特点进行了论述，最后提出了对黄河源区天然草场植被保护的意见。     

黄河源区高寒草地植物营养成分含量特征及营养价值评价

为了探究黄河源区高寒草地的植物营养成分含量特征,并对植物的营养价值进行科学评价,以5个不同高寒草地为研究对象,测定了植物粗蛋白（Crude protein,CP）、粗脂肪（Ether extract,EE）、粗纤维（Crude fiber,CF）、粗灰分（Coarse ash,CA）、全磷（Total phosphorus,TP）等营养成分含量,并运用主成分分析方法进行了量化综合评价。结果表明：各草地植物的CP含量为12.78%～15.35%,EE含量为2.63%～3.38%,CF含量为17.56%～25.16%,CA含量为5.52%～11.53%,TP含量为0.11%～0.27%;各草地植物营养价值大小排序为：退化高寒草甸>原生高寒草甸>沼泽草甸>退化高寒草原>原生高寒草原;各草地植物单位面积营养成分量大小排序为：沼泽草甸>原生高寒草甸>原生高寒草原>退化高寒草原>退化高寒草甸;不同功能群植物营养价值大小排序为：豆科（Leguminosae）>杂类草（Forbs）>莎草科（Cyperaceae）>禾本科（Gramineae）。     

黄河源区不同黑土滩人工草地土壤水分动态研究

对青海草地早熟禾人工草地、垂穗披碱草人工草地、中度退化草地及黑土滩退化草地土壤水分动态进行了研究,结果表明:各样地0~20cm土层土壤含水量变化趋势均为先增高,后降低,各个时期各层及平均含水量总体上为中度退化草地﹥青海草地早熟禾人工草地﹥黑土滩退化草地﹥垂穗披碱草人工草地;各时期0~20cm土壤水分垂直变化,总体上人工草地和中度退化草地随土层深度的增加而减小,黑土滩退化草地随土层深度的增加而增大。     

基于参与性调查的退牧还草政策可持续性分析——以黄河源区为例

牧户是牧区最基本的生产单元,是退牧还草工程的主体和直接参与者,他们的经济行为和认知响应将会对工程的实施产生重要影响。研究采用参与式农户评估方法,就牧户对退牧还草工程的态度,退牧还草工程对牧户的经济影响等问题展开调查,结果表明,黄河源区的牧民已经认识到了天然草地退化的严重性,能够顾全大局实施退牧还草工程,并取得了阶段性生态效益。然而,由于缺乏牧民的广泛参与,政府的移民安置方案缺乏灵活性,移民区产业结构调整水平较低,牧民的生存和发展受到影响,大部分牧民认为他们的利益没有得到保障,并影响到退牧还草政策的持续执行。建议在工程实施过程中,应充分考虑当地牧民的意见和建议,并将其整合到工程实施中,将会有利于工程目标的实现。     

黄河源区退化高寒草甸48种常见植物种子萌发特性及其生态意义

本文通过对黄河源区退化高寒草甸48种常见植物种子的萌发特性研究,比较了不同功能群植物萌发行为的异质性,旨在揭示不同植物萌发对策的生态适应机制。结果显示:萌发率超过80%的植物有17种,小于20%的有14种,1种植物未萌发;萌发速率在1以下的有15种,大于10的有21种;萌发起始时间小于5 d的有12种,大于15 d的有5种;有6种植物的萌发持续15 d以上,30种植物的萌发在10 d内结束。种子萌发速率与种子大小呈显著负相关(P <0.05),小种子物种有更高萌发率(P=0.085)和更早萌发起始时间(P=0.093)的趋势。48种植物的萌发划分为爆发型、过渡型、缓萌型和低萌型等4种类型,其中禾本科植物以爆发型为主,莎草科则是低萌型和缓萌型占优势,杂类草在几种萌发类型中均有分布,说明不同功能群植物在生存风险分摊上的异质性策略。     

黄河源区草地早熟禾生长节律的研究

通过对黄河源区草地早熟禾生长节律的研究,论述了草地早熟禾生育期、分蘖、株高及地上生物量的发育规律和动态。结果表明:草地早熟禾在海拔3 780m的果洛州玛沁县一般于4月下旬返青,9月上旬成熟,生育期为134d左右;分蘖数与单株分蘖数在成熟期达到最大分别为240株/0.25m2,7.5个/株,分蘖速率在成熟期最大为0.143个/株.d-1;株高到成熟期达到93.6cm,日均增高在拔节—抽穗期最大为2.33cm;地上生物量在成熟期达到最高为530g/m2,日均增重在拔节—抽穗期达到最大值为7.474g/m2。     

气候变化对黄河源区生态环境的影响

在全球气候变暖和人类活动的共同作用下,黄河源区的生态环境受到严重干扰。目前,气候变化对黄河源生态环境的影响已经得到了很多学者的关注。本文在系统总结国内外已有研究成果的基础上,归纳了黄河源区的气候变化特征和已存在的生态环境问题,从径流量、土壤侵蚀、湿地、冻土和植被5个方面综合分析了黄河源区生态环境所面临的主要问题,讨论了气候变化对黄河源区生态环境的影响特点,并在此基础上提出了黄河源生态环境保护的治理对策。结果显示,黄河源区降水略有增加,气温显著升高。黄河源区径流有很大的年际和年代际变化,20世纪60年代中期至80年代后期相对偏丰,90年代初至2008年相对偏枯;源区年径流量距平的年际变化与年降水量距平的年际变化有很好的相关性;降水强度也是影响径流量的原因。黄河源区土壤侵蚀现象严重。湿地面积减少,沼泽和水域的斑块数、破碎度和分维数增加,优势度降低。源区多年冻土已经减薄或消失,多年冻土的边缘地带,垂直方向上形成不衔接冻土和融化夹层,多年冻土分布下界升高50~70 m。源区植被覆盖总体上保持原状,局部出现退化。在黄河源区生态环境保护方面应形成完善的生态补偿机制,加强法制建设,强化社会环保意识,提高执法队伍素质,加强部门联合,实施生态移民,大力发展生态旅游。     

黄河源区沼泽湿地退化过程中植物群落特征的变化

利用空间序列代替时间序列的方法,研究了黄河源区沼泽湿地退化过程中植物群落空间分布特征的变化。结果显示：在湿地退化过程中,经沼泽化草甸、高寒草甸到退化草地,1）群落内物种发生更替,优势种藏嵩草(Kobresia tibetica)逐渐退出群落,多年生杂类草则逐渐增多并演变成优势种;2）物种丰富度、均匀度和多样性指数先升后降,优势度指数先降后升,峰值均出现在高寒草甸阶段;3）群落生产力呈现下降态势,多年生杂类草所占比例随演替年限的增大而急剧增加;4）物种－多度格局由生物统计型的对数正态分布逐渐转变为生态位型的Zipf Mandelbrot分布。     

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“黑土滩”退化草地66种草地植物种子大小统计特征

为更多了解青藏高原"黑土滩"退化草地植被特点,通过对青藏高原黄河源区典型"黑土滩"退化草地范围内的66种草地植物种子大小、形态等特征进行统计分析。测量了植物种子百粒重、种子长、宽和厚度,计算了种子单粒重、种子体积和种子形状变异系数,并对种子单粒重、体积、形状变异系数、长、宽、厚、长/宽、长/厚、宽/厚进行相关性分析。结果表明:种子各性状都存在不同程度的变异,体积变异范围最大(0.000003~81.97mm~3)。相关分析表明种子单粒重与厚度、形状变异系数与厚度、种子体积与长/厚间都存在较显著的正相关(P0.01)。有60种植物种子是小粒种子(种子单粒重小于3 mg);有35种植物种子是小粒且近圆球形的种子(形状变异系数小于0.090)。总结认为,该区内的这35种植物种子可能易于形成持久土壤种子库。"黑土滩"草地中以小粒植物种子为主的主要原因是黄河源区独特的自然环境选择的结果。     

甘南黄河水源补给区土地利用及其生态服务价值时空分异研究

土地利用结构变化对区域生态系统服务价值的时空变化和可持续发展有着深远的意义。基于甘南黄河水源补给区 1980-2017 年的土地利用结构数据,运用土地利用动态度和修正的生态系统服务价值当量因子法,研究了甘南黄河水源补给区生态系统服务价值及其时空变化。结果表明：草地以 183. 18 亿元的生态服务价值成为最大的土地利用类型,其次是林地、湿地、耕地,且 37 年间 4 种土地利用类型仅林地的生态系统服务价值增加了 29. 46 亿元,其他均不同程度下降;甘南黄河水源补给区生态系统服务总价值由 1980 年的 328. 50 亿元上升至 2017 年的 329. 63 亿元,基本维持平稳状态,期间经历“下降—增长”的双时段波动。不同类型生态系统服务功能价值呈现波动变化特征,其中,调节功能价值最大,达 211. 86 亿元,支持功能 77. 82 亿元,供给功能 21. 39 亿元,文化服务 18. 56 亿元;生态系统服务价值区域差异显著,玛曲县以 113. 55 亿元的生态服务价值高居首位,夏河县位居第二,临潭县生态服务价值最低,仅为 10. 26 亿元。各区域的调节功能价值均最大,玛曲县以 79. 77 亿元的价值承担了研究区重要的生态调节功能;贯彻落实森林保护工程和草原生态补偿机制,拓宽研究区居民生计,减少对当地生态的依赖,进行区域统筹与联防联控,传承弘扬黄河文化,可更好地服务于当地的经济发展。     

黄河源区黑土滩垂穗披碱草人工草地土壤水分动态研究

对黄河源区不同龄垂穗披碱草人工草地及黑土滩退化草地土壤水分动态进行了研究。结果表明：各样地0～20cm土层土壤含水量具有明显的季节变化规律,变化趋势总体上为先增高,后降低。人工草地7月下旬土壤含水量达到最高,黑土滩退化草地8月下旬土壤含水量达到最高。各个时期0～20cm土层土壤含水量总体上为黑土滩退化草地〉2龄人工草地〉6龄人工草地。各时期0～20cm土层土壤水分垂直变化为人工草地随土层深度的增加而减小,黑土滩退化草地总体上随土层深度的增加而增大。     

黄河源区山生柳灌丛草甸植物群落多样性及植物量组成

对黄河源区山生柳灌丛草甸物种组成、结构及其植被生产力进行了调查.结果表明,该类植被由45种植物组成,隶属于14科33属.其中,灌木层由3种灌木组成,隶属于3属2科,优势度为:山生柳Salix oritrepha(57.28%)>金露梅Potentilla fruticosa(28.19%)>高山绣线菊Spiraea alpina(14.53%).草本层由42种植物组成,隶属于13科31属,优势种为垂头菊Cremanthodium spp.、黄芪Astragalus spp.、线叶嵩草Kobresia capillifolia和小金莲花Trollius pumilus.草本层的Shannon-Wiener多样性指数为3.42,Simpson优势度指数为0.96,Pielous均匀度指数为0.92.群落地上干物质量为296.4 g/m2,地下植物量为3 185.6 g/m2.地下植物量主要分布在0～10 cm土层,为2 272.0 g/m2,占0～30 cm土层植物量的71.3%,根冠比为10.8.阔叶草类、莎草类和禾草类植物分别占总鲜质量的73.4%、20.1%和6.5%;占总干质量的57.1%、30.6%和12.3%.根据该灌丛物种、生产力构成及现状分析,黄河源区山生柳灌丛目前处于中度利用状态.     

黄河源区高寒草甸群落高度遥感模拟与评价

草层高度是反映草地生长状况的重要指标之一,与草地地上生物量的监测及载畜力的评估具有紧密联系。目前,对我国天然草地群落高度的监测尚缺乏精确的遥感方法。本研究以黄河源区高寒草甸为研究区,分别基于MODIS植被指数、冠层高度模型以及草地冠层高光谱反射率,构建了高寒草甸草地群落高度的估算模型,并对模型精度进行了评价。结果表明,1)12种MODIS植被指数中,NDVI对草层高度的变化最为敏感,其4种回归模型的R~2均较低,介于0.203~0.241,NDVI指数模型(y=0.789e~(3.186x),R~2=0.241)的拟合效果最好,但反演误差较大(RMSE=4.2cm,CVRMSE=45.7%);2)冠层高度模型在黄河源地区高寒草甸试验区的反演精度较低(RMSE=5.8cm,CVRMSE=62.1%),实际应用误差较大;3)高寒草甸群落高度与519.4-583.17nm波段之间的冠层光谱反射率存在显著负相关关系(P0.05),基于光谱位置变量R′510.59的线性模型(y=~(-1)56.375x+20.384)相对最优(R~2=0.489,RMSE=3.5cm),较适合反演高寒草甸群落的草层高度。     

黄河源区不同建植年限黑土滩栽培草地植物群落变化特征

为评价黄河源区黑土滩植被恢复效果,选择青海省玛沁县3个不同建植年限(19、15、13年)垂穗披碱草(Elymus nutans)单播栽培草地,以极度退化草地黑土滩作为对照(CK),开展黑土滩栽培草地植物群落特征研究。结果表明:1)不同建植年限栽培草地的禾草盖度和生物量均显著高于CK (P <0.05),杂类草盖度、生物量显著低于CK (P <0.05),建植栽培草地对黑土滩极度退化草地恢复效果明显;2)随黑土滩栽培草地建植年限增加,草地中禾草和杂类草的盖度、生物量显著降低(P <0.05),群落物种丰富度、Simpson指数、Shannon-Wiener指数、Pielou指数均呈上升趋势;3) PCA分析表明建植栽培草地后,黑土滩退化草地植物群落中垂穗披碱草、草地早熟禾(Poa pratensis)、溚草(Koeleria macrantha)等禾草优势程度得到提升,显著降低了昆仑蒿(Artemisia nanschanica)、白莲蒿(Artemisia sacrorum)、青海刺参(Morina kokonorica)为主的杂类草在黄河源区黑土滩退化草地植物群落中...     

黄河源区黑土滩人工草地牧草植物量及营养动态研究

对黄河源区黑土滩人工草地在封育和放牧两种不同管理方式下,从8月到翌年的4月进行了地上植物量及牧草营养成分动态研究,结果表明:从8月到翌年4月牧草的自然损失量为138.7g/m~2,损失率为34.3%,家畜的采食量为174.9g/m~2,草地的实际利用率为43.3%;整个冷季牧草总体营养价值呈下降趋势,封育草地粗蛋白降低了56.87%,粗脂肪降低了51.09%。该类草地在夏季属碳氮营养型(CN),冬季属碳营养型(C)。