黄土高原草地畜牧业产业形成与发展的牧草生产力基础

在黄土高原197个区县土地利用方式重新规划的基础上,对黄土高原畜牧业产业形成与发展的牧草生产潜力进行了分析预测.结果表明:规划的牧、林、农、果用地占生产用地的比例分别是草地44%、林地22%、基本农田20%、果园14%;197个区县草地牧草生产、作物秸秆、草田轮作和果园种草预测的总牧草饲料生产潜力达104 881 028 t/a(其中,草地牧草生产潜力约占45%,达47 196 462.7 t/a),可载畜104 881 028个羊单位/a(其中草地可载畜47 196 462.7个羊单位/a).按1999年不变价格计算,黄土高原预测畜牧业总产值将达到5 244 051万元RMB/a,是1999年畜牧业总产值的5.3倍,超过1999年黄土高原农业总产值14%.农业人口人均预测畜牧业产值大于1 000元的区县占59%;小于1 000元的区县占41%.此外,预测的农业总产值将达到1 147.223 4亿元RMB/a,其中畜牧业、果业、林业和农业产值占农业总产值的比重分别是46%、27%、14%和13%.随着畜牧业产业链的逐步建立与完善,产业发展布局的日趋合理,黄土高原畜牧业生产总值将有较大幅度的提高,黄土高原生态环境将有进一步的改善.黄土高原草地畜牧业蕴藏着巨大的发展潜力,有望成为黄土高原优化的生产-生态新产业带建制中的支柱产业.     

黄土高原草地畜牧业产业形成与发展的牧草生产力基础

在黄土高原197个区县土地利用方式重新规划的基础上,对黄土高原畜牧业产业形成与发展的牧草生产潜力进行了分析预测。结果表明：规划的牧、林、农、果用地占生产用地的比例分别是草地44％、林地22％、基本农田20％、果园14％;197个区县草地牧草生产、作物秸秆、草田轮作和果园种草预测的总牧草饲料生产潜力达104881028t／a(其中,草地牧草生产潜力约占45％,达47196462．7t／a),可载畜104881028个羊单位／a(其中草地可载畜47196462．7个羊单位／a)。按1999年不变价格计算,黄土高原预测畜牧业总产值将达到5244051万元RMB／a,是1999年畜牧业总产值的5．3倍,超过1999年黄土高原农业总产值14％。农业人口人均预测畜牧业产值大于l000元的区县占59％;小于l000元的区县占41％。此外,预测的农业总产值将达到l147．2234亿元RMB／a,其中畜牧业、果业、林业和农业产值占农业总产值的比重分别是46％、27％、14％和13％。随着畜牧业产业链的逐步建立与完善,产业发展布局的日趋合理,黄土高原畜牧业生产总值将有较大幅度的提高,黄土高原生态环境将有进一步的改善。黄土高原草地畜牧业蕴藏着巨大的发展潜力,有望成为黄土高原优化的生产一生态新产业带建制中的支柱产业。     

青藏高原高寒地区生态草牧业可持续发展:原理、技术与实践

青藏高原在保障国家生态安全、发展高寒生态草牧业和改善当地民生等方面具有重要战略意义。实现高寒地区生态草牧业可持续发展，对推动青藏高原生态保护和区域高质量发展具有重要推动作用。由于高寒草地承载力低、草畜供需时空失衡和畜牧业经营方式粗放等原因，导致草地畜牧业生产效率低，牧民经营效益差，高寒草地退化严重。为了协调推动高原生态保护、国家公园建设和区域民生改善，传统草地畜牧业亟待转型升级。近年来在国家和地方科技项目支持下，针对高寒草地畜牧业系统效率低、资源消耗大和经营效益差的瓶颈，我们在位于青藏高原东缘农牧交错区的青海省贵南县系统开展了生态草牧业关键技术研发、应用和示范，集成了以“高寒草地适度利用—优质高产人工草地建植—优良牧草青贮—系列草产品加工—饲草料精准配置—家畜营养均衡饲养—高原特色畜产品精深加工—一二三产业融合—区域功能耦合”等为一体的高寒地区生态草牧业提质增效技术体系，积极推动了传统草地畜牧业向生态草牧业发展转变，促进了高寒地区生态—生产—生活协调发展。上述工作将为青藏高原生态保护、草牧业可持续发展和高寒地区牧民持续增收提供重要科技支撑，同时对我国西部典型生态脆弱区适应性管理，黄河上游生态保护和高质量发展具有一定的启示作用。     

高寒草地生态经济系统价值流、畜群结构、最优控制管理及可持续发展

高寒草地是中国西部青藏高原地区重要的生态系统,该系统直接和该地区少数民族的民生相联系。由于长期过度放牧,该系统已经开始严重退化,而单纯的保护将会与当地畜牧业发展发生冲突。为了能深入地认识高寒草地牧业生态经济系统存在的经济规律,本砑究以甘南合作藏族自治州畜牧业经济为对象,首先从生态经济学角度以货币为计量标度,定量分析了一个以草地牧业为主的高寒牧区生态经济复合系统中单位面积上能流过程和价值流过程,解释该生态经济系统的耦合关系。然后利用线性规划方法,对该系统中的关键问题,即畜群结构进行优化分析并提出优化方案。最后利用最优控制方法,对放牧及刈割强度进行分析,提出合理的放牧强度模式,使高寒草地的经济效益与生态效益达到最佳平衡。利用这3种方法建立起高寒草地生态经济复合系统的可持续发展监督和管理模式,用价值流分析明确系统的价值走向和倍增效应,用线性规划使畜牧业的种内和品种结构达到最优化并使其经济效益最大,利用最优控制方法使畜牧业生产和草地保护有机结合,形成既保护高寒生态系统又改良并发展当地畜牧业的可持续发展模式。     

北方牧区草地资源分类经营机制与可持续发展

草地是畜牧业生产和生态保护的重要资源.在短期经济利益的驱动下造成北方牧区草地大面积退化和荒漠化、生产力下降、自我恢复能力降低、水土流失加剧和涵养功能减弱,对牧区经济发展、社会稳定和生态安全构成了威胁,严重影响着草地畜牧业的可持续发展.以新疆阿勒泰为例,依据草地资源的生产经济性能、生态服务价值重要性和季节放牧利用特征,构建了基于GIS 技术的草地生产力指数、草地生态服务价值指数和草地资源分类经营的功能分区模型,建立以主导功能和时空格局为主的草地资源分类经营调控机制,将阿勒泰牧区的草地从空间上划分为经济功能区、混合功能区和生态功能区.结果表明:(1)经济功能区,以获取最大的经济效益为目的,面积约648.69万hm2,占总可利用草地面积的65.8%,主要分布在平原荒漠;(2)生态功能区,以生态保护和社会效益为目的,面积约136.4万hm2,占总可利用草地面积的13.9%,主要分布在平原荒漠草原、山地草原、高寒草甸;(3)混合功能区,在适度利用条件下,生态效益与经济效益并重,面积约200.1万hm2,占总可利用草地面积的20.3%,主要分布在山地草原化荒漠、山地草甸草原、平地草甸、山地荒漠草原、山地草甸和高寒草原.通过对草地资源的分类经营,将畜牧业生产重心转向经济功能区,转移生态功能区的放牧家畜,减轻混合功能区的放牧压力,形成草地资源在功能、系统、时序和空间的耦合结构,实现牧区草地资源利用的可持续发展.     

青藏高原高寒草地生态系统服务功能的互作机制

青藏高原高寒草地是我国重要的畜牧业生产基地和生态安全屏障.高寒草地退化不仅影响了当地畜牧业生产和牧民生活,而且严重地威胁着我国和东亚地区的生态安全.从高寒草地生态系统的生态、生产和生活功能角度出发,分析了青藏高原高寒草地生态系统在人口、放牧压力与资源环境承载力的相互作用关系,及其生态、生产和生活功能比例结构变化对高寒草地生态系统服务功能的影响,阐明了高寒草地生态系统服务功能的多元耦合、多维连锁和多重反馈的相互作用机制.并以藏北那曲地区为例,把2008年农牧民脱贫线和小康线作为生活功能标准,通过生态服务功能当量,确定了维持高寒草地生态系统可持续发展的生态、生产和生活功能比例结构.据此,估测了牧民的生活功能达到脱贫线和小康线标准时允许的人口承载量.结果表明,高寒草地退化使草地生态系统的人口承载量下降了60％.以那曲地区2008年的实际的牧业人口量与允许的人口承载量相比,高寒草地退化后,实际牧业人口占脱贫标准的36％,但小康标准超载了118.9％.因此,调控人口承载量是实现青藏高原高寒草地生态系统的生态、生产和生活功能协调发展的关键.     

美国North Dakota州土地利用研究及对我国草地利用的启示

草地退化不仅仅是今天中国才发生的事情。历史上曾经发生"黑尘暴"的美国Nort hDakota州,现仍有62.7%土地被用作耕作,林地所占面积仅为1%。私有制以及种植业较高的利润率,是该州种植业比重高于畜牧业的重要原因。草原保护项目(CRP)得到了美国政府财政的大力支持,在North Dakota州采用了以草地恢复为主的措施。美国发达的教育体系带来的高流动率,使得North Dakota州自30年代后居住人口稳定在60～70万成为可能,从而避免了中国出现的草原地区不断增加的人口压力。由此可见:草地作为重要的自然资源,不可能完全保护起来;没有其它配套措施,私有制可能会带来新一轮垦殖;草地畜牧业仍然是畜牧业的重要组成部分,畜牧业发展需要结合种植业尤其需要与饲料生产相结合。     

环境和扩散对草地群落构建的影响

植物群落构建机制是生态学研究的热点之一.长久以来这个难题并没有得到很好的解释,且争议较多.生态位理论或中性理论,或是二者的共同作用,这样的结论在不同的研究中都有印证.以黄土高原子午岭地区的草地群落为例,对3种不同的草地群落(5a的弃耕地、阴坡和阳坡的草地)进行了野外群落学调查,采用Mantel test和主轴邻距法(PCNM)分析方法,研究了空间地理距离和环境资源差异对于草本植物群落分布的影响,结果表明:地理距离和环境差异共同解释了群落组成相似性的79.3％,剔除环境因子的影响,地理距离解释了群落组成相似性的33.8％;而剔除地理距离的影响,环境因子解释了群落组成相似性的14.2％.无论是生态位理论还是中性理论,其在黄土高原草本群落构建过程中都有作用,但中性理论扮演了更为重要的角色.     

欢迎订阅2015年《草地学报》

《草地学报》是中国科协主管、中国草学会主办、中国农业大学承办的学术刊物。主要刊登国内外草地科学研究及相关领域的新成果、新理论、新进展,以研究论文为主,兼发少量专稿、综述、简报和硕博论文精要,面向从事草地科学、草地生态、草地畜牧业和草坪业及相关领域的高校师生和科研院、所、站的科研人员。     

北方草地畜牧业生态系统健康综合评价与诊断

鉴于畜牧业生态系统健康与人类、社会、经济、环境等具有密切的关系,从活力、组织结构和恢复力三方面,提出区域畜牧业生态系统健康评价指标体系及等级评价模型.其中,适宜载畜量、人均养畜量、畜群结构、草地退化沙化率、良种畜比重、舍饲、半舍饲比例是我国北方牧区草地畜牧业生态系统健康状况的主要控制因子.选取内蒙古牧区、新疆牧区、青海牧区、甘肃牧区、西藏牧区五个区域,对区域内畜牧业生态系统健康分别进行评价及诊断,评价结果为:健康状况处于"中"级的牧区是内蒙古(2.7730)、新疆(2.5641)以及青海牧区(2.4673);健康状况处于"低"级的牧区是甘肃(2.2335)和西藏牧区(1.8884).针对评价过程中暴露的活力、组织结构和恢复力问题,对5个牧区草地畜牧业生态系统健康进行了诊断,认为在中国北方牧区气候暖干化背景下,只有调整草地畜牧业发展战略,重视和确定草地资源在提供生态公共产品中的重要作用和地位,从生态效益和经济效益的要求出发,优化牧场整体生产结构,增草增畜,使草地资源得到恢复性演替,才能实现生态畜牧业的建设目标.     

黄土高原归一化植被指数与自然环境因子的空间关联性——基于地理探测器

植被对改善黄土高原脆弱的生态环境有着关键作用,系统研究黄土高原归一化植被指数(NDVI)空间分布和环境因子的空间关联性,可为新时代黄土高原植被高质量建设提供科学依据。以黄土高原2000-2017年年均植被NDVI为研究对象,选取气候要素、地形因素、土壤类型和植被类型等自然环境因子,运用GIS和地理探测器技术手段,在剔除土地利用类型发生变化栅格的基础上,研究黄土高原年均NDVI与环境因子的空间关联性,结果表明:2000-2017年黄土高原年均NDVI值在0.016-0.72之间,呈地带性分布,由西北部向东南部逐渐升高,大于0.3的区域占50.23%;2000-2017年黄土高原年均植被NDVI分布具有空间异质性,且在不同植被区、地貌区、土壤区和气候区中,NDVI空间分布的主要环境驱动因子具有差异性。年均降雨量对NDVI空间分布具有强解释力,是黄土高原85.20%的区域植被生长的主要制约因子;约12.01%的区域主要受土壤类型影响,为中等解释力,其余区域的植被生长主要受年均气温,日照时数或海拔影响。建议综合考虑不同环境条件下植被NDVI的空间分布与环境影响因子的空间关联性,明确不同区域中植被NDVI的环境制约因子,以制约因子定植,在防止土壤干燥化、贫瘠化的前提下,提高植被覆盖率和生物多样性,以期促进黄土高原植被建设高质量发展。     

黄土高原植被建设与土壤干燥化:问题与展望

黄土高原大规模植被建设有效减少了水土流失、改善了区域生态环境,大规模人工植被种植也造成了土壤水分的过度消耗,导致了土壤干燥化,成为当前黄土高原生态恢复的重要制约因素,威胁区域生态系统健康与稳定。系统综述了黄土高原地区人工植被恢复对土壤干燥化的作用机制,植被群落特征与土壤干燥化的耦合关系,多尺度土壤干燥化时空分异规律及其影响因素,明确了当前大规模人工植被恢复过程中土壤水分持续利用面临的问题与挑战。建议今后加强植被动态对水文过程影响的研究,明确多尺度植被格局与土壤干燥化时空分异的耦合关系,系统开展变化环境下不同尺度植被与土壤水分相互作用的模拟研究,探讨基于植被格局优化的土壤水分调控机制,维护黄土高原地区土壤安全,提升区域生态系统服务功能。     

Relationships between vegetation and climate on the Loess Plateau in China

The Loess Plateau is one of the most environmentally sensitive regions in China. This study addresses the relationships between vegetation and climate of this area quantitatively at a large-scale, in order to determine the factors that control vegetation distribution. The Loess Plateau, located at 101°01′–155°10′ E and 34°02′–40°40′ N, covers an area of 52 million hectares. Vegetation data were collected from the vegetation map (1:500,000) and the Landsat Thematic Mapper scenes of the Loess Plateau. The Loess Plateau was divided into small districts of 30′ latitude by 30′ longitude on the vegetation map. In each district, areas with different vegetation were measured and used as vegetation data. The climatic data were average values of county meteorological records in each district in the past 25 years. GIS, TWINSPAN and canonical correspondence analysis (CCA) were employed for analysis. 257 small districts were clustered into 7 groups using TWINSPAN, representing 7 vegetation regions or subregions. The first three CCA axes had significant correlations with climate. The first CCA axis represented the variation of vegetation and climate along the latitude gradient, while the second CCA axis the variation along the longitude gradient. The distribution pattern of 171 vegetation formations on the CCA plot is identical to that of vegetation regions (districts). The spatial distribution of vegetation is closely related to climate variables on the Loess Plateau. Water variables and temperature are important in both latitude and longitude gradients, while the sunshine hours, accumulated temperature and wind speed are more important than water variables and temperature in longitude gradients.     

黄土高原植被覆盖与水热时空通径分析

探究黄土高原地区气象因子对植被覆盖的影响作用以丰富生态修复理论。基于黄土高原2001—2017年归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)与气象数据,采用通径分析方法分别从时间和空间尺度上,分析黄土高原气温和降水对植被覆盖变化的直接及间接影响作用,为该地区生态建设提供科学依据。结果如下：黄土高原地区年际间植被明显波动增长,降水变化大体上与植被变化相似;降水整体较气温对植被覆盖变化的作用大。黄土高原植被与水热空间关系的最优分析尺度为80km,在80km空间尺度上,植被与气温有最大相关性,植被、降水由东南到西北递减,而气温分布规律不显著;降水整体呈现促进作用,气温的抑制作用较强,且空间差异明显。在时间与空间尺度上,植被主要受水热促进尤其是降水促进影响,且降水对植被生长的直接作用远大于通过气温的间接作用;不论生态区还是植被类型,气候因子作用均以促进类型为主,但存在明显差异。水热作用在时空尺度上具有明显空间差异性,不同地区影响植被变化的主控因子不同。     

基于ICEEMDAN方法的黄土高原植被覆盖变化及其对气候变化的响应

地理数据和遥感数据的长期序列中包含噪声和周期性波动信息。本研究基于ICEEMDAN方法对黄土高原1982—2015年归一化植被指数(NDVI)、降雨和温度进行逐像元分解,分解后得到的残差项减少了原始数据中的噪声和周期性波动,并利用残差项研究NDVI的变化趋势以及NDVI与气候因子之间的关系。结果表明: 1982—2015年,黄土高原NDVI以上升为主,残差项NDVI变化趋势的显著性(95.9%)大于原始NDVI变化趋势的显著性(72.3%),并且存在一定的空间差异性。温度和降雨的变化可以在很大程度上解释植被覆盖的变化。其中,温度与黄土高原NDVI之间呈极显著正相关的区域占83.7%,极显著负相关区域占13.9%;降雨与黄土高原NDVI之间呈极显著正相关的区域占54.4%,极显著负相关区域占37.2%。黄土高原植被对气候变化的响应存在明显的空间差异性,不同气候因子对不同植被覆盖类型的影响程度不同。总体上,黄土高原生长季不同植被与温度之间的相关性强于降水,温度是影响黄土高原植被覆盖变化的主要因素。     

黄土高原土壤水分-有机碳-微生物耦合作用研究进展

黄土高原植被恢复后土壤水分、有机碳和微生物群落发生了非同步性演变。土壤微生物是各种生命活动的载体,在土壤水-碳耦合过程中参与了一系列的氧化与还原反应,因此,土壤微生物在水-碳耦合关键过程中起着重要的调节作用,三者存在着密切的耦合关系。尽管关于植被恢复后土壤水分和有机碳变化的研究已开展较多,但是由于土壤微生物活动和群落结构复杂性和易变性,这给土壤微生物介导的水-碳耦合研究带来了相当大的困难。迄今为止,黄土高原植被恢复后土壤水、碳、微生物三者之间的耦合关系缺乏总体性的融合,大多数研究只能假设各个生物化学过程是相对独立的,对土壤水、碳、微生物耦合的认知仍存在局限性。由此,首先对黄土高原植被恢复进程、土壤水分过程和有机碳变化分别进行了综述,结合已有的理论和证据进一步概括了黄土高原土壤有机碳、微生物群落对降水格局的响应。最后整合植被、土壤和微生物界面等关键生态过程,总结了黄土高原土壤水-碳-微生物耦合界面过程,采用HYDRUS-2D模型(水文过程模型)和ORCHIDEE模型(生态系统碳模型),并融入土壤微生物种群生长动态,基于稳定碳、水同位素技术和DNA探针技术,初步构建了黄土高原土壤水-碳-微...     

黄土高原植被恢复成效及影响因素

黄土高原是退耕还林还草工程背景下地表格局及植被变化最为显著的地区之一,评估黄土高原的植被恢复成效及影响因素是促进区域植被恢复政策优化的关键环节。基于不同时间尺度植被覆盖度和植被净初级生产力趋势变化,提出了量化区域植被恢复成效的新方法,采用结构方程模型研究社会经济因素对植被恢复成效的影响及其随时间产生的变化,通过地理加权回归探索气候和关键社会经济因子对植被恢复成效的空间非平稳影响。研究结果刻画了2000-2015年黄土高原植被恢复的持续改善过程：截止2015年,黄土高原88.20%的面积植被恢复成效明显,高值区集中于陕北地区及山西省各县区。农村劳动力的下降使得植被恢复所受人口压力减缓,负影响由-0.95变为-0.86;农业生产力的提升是黄土高原植被恢复成效改善的重要社会经济因素。气候及社会经济因子对黄土高原植被恢复成效的影响呈现显著的空间差异：多年平均降水对黄土高原东部29.30%的地区影响最大,且为促进作用,平均温度是北部和西部风沙草地植被恢复成效的主导影响因子（占总面积20.93%）;黄土高原中西部47.02%的地区则受社会经济因素的影响更加明显。当前研究揭示了黄土高原的植被恢复效果及关键影响因子,可为区域植被恢复政策的优化提供科学支撑。     

Temporal and spatial changes of vegetation cover on the Chinese Loess Plateau through the last glacial cycle: evidence from spore-pollen records

To reconstruct the palaeovegetation cover of the Chinese Loess Plateau over different time intervals of the last glacial–interglacial cycle, the spore-pollen representation of loess-soil samples in six loess sections along a north–south transect is analyzed and previously published pollen data reviewed. Results show that the temporal changes in the vegetation cover of the Plateau are controlled essentially by the history of the East-Asian summer monsoon; there is a general pattern that the pollen components indicating relatively humid climatic conditions are better represented during interglacial and interstadial periods than during glacial and stadial periods. The herbaceous pollen concentrations show a general increase from south to north with the decrease of monsoonal precipitation over the Loess Plateau. Through the last 130 ka or so, the main body of the Loess Plateau has been covered by an Artemisia-dominated grassland vegetation, suggesting that future rehabilitation of the landscape that aims for soil–water preservation on the Loess Plateau should focus on the planting of herbs.     

黄土高原半干旱区云雾山封禁草原30年植被恢复对气候变化的响应

植被是区域气候与环境的综合反映,研究特定地区草地植被与气候变化的关系,寻找影响植被变化的关键因子,是植被重建和生态环境恢复的前提。利用1957-2008年的气候数据和1982-2008年的植被定位监测资料,分析了黄土高原半干旱区的宁夏云雾山植被动态变化规律及其与温度和降水的关系。结果表明:51a来,该区年平均温度明显升高,而年平均降水量总体呈减少趋势,显示黄土高原地区气候暖干化趋势明显。统计分析表明,研究区年平均温度对植被的重要值年际变化有极显著影响(P0.01),而年降水量与植被的重要值呈极显著正相关(P0.01),表明气候持续干旱化对该区植被的生长有较大影响,该区降水的多寡是直接影响植被生长优劣的决定性因子,改善区域水分状况和封禁是推进植被恢复与重建的主要措施。     

基于耦合协调度的黄土高原地区NDVI与降水关系的变异诊断

植被是地表生态系统的重要"指示器"，在能量交换、水循环、碳循环、生物地球化学循环和维持中发挥着重要作用，降水是影响植被变化的主要气候因子，研究两者之间的作用关系具有重要的意义和价值。利用Mann-Kendall趋势检验法和Hust指数分析了黄土高原地区归一化植被指数（NDVI）的变化趋势，使用相对发展率（RDR）指数和重心转移模型分析了NDVI变化的时空差异，并构建了基于耦合协调度理论和Pettitt检验方法的NDVI与降水关系的变异诊断方法，识别了黄土高原地区NDVI与降水关系的突变点，探讨了降水对NDVI变化的影响以及造成NDVI与降水关系变化的原因。结果表明：（1）黄土高原地区73.49%面积的NDVI在1998-2017年有呈现显著增加趋势（P<0.05），大部分地区NDVI在未来依旧呈现增加趋势；（2）黄土高原地区丘陵沟壑区与高原沟壑区的NDVI增加幅度大于黄土高原地区整体的增加幅度，而北部风沙区和农灌区以及黄土高原地区边界区域的NDVI增加滞后于区域整体变化；（3） NDVI与降水耦合协调程度逐年增强，两者关系在2006年发生显著突变（P<0.05）；（4） NDVI呈现显著增加区域降水明显高于不显著变化区域（P<0.05），降水对NDVI变化存在一定影响，在丘陵沟壑区、高原沟壑区北部和东部河谷及土石山区北部NDVI和降水存在显著正相关关系（P<0.05），然而黄土高原地区大部分区域的降水并不存在显著变化趋势（P>0.05），因此造成黄土高原地区NDVI与降水关系在2006年发生显著突变的主要原因应该是人类活动（P<0.05）。研究成果有助于进一步理解黄土高原植被变化与降水的相互作用，为黄土高原生态建设和水土流失治理提供一定的科学支撑。