1982—2015年气候变化和人类活动对内蒙古草地净初级生产力的影响

研究1982—2015年气候变化和人类活动对内蒙古草地净初级生产力(NPP)的影响。结果表明: 1982—1998年和1999—2015年2个时期,内蒙古草地实际NPP(ANPP)增长速率分别为1.08和1.36 g C·m^-2·a^-1,草地以恢复为主,2个时期草地恢复面积分别占研究区总面积的81.6%和76.3%;草地退化面积有增加趋势,且气候变化和人类活动对不同类型草地的影响不同。2个时期气候变化对草地恢复贡献率分别为79.3%和94.1%,气候变化是草地恢复的主要因素,其中,ANPP与降水呈显著正相关,而与温度的相关性不显著,表明降水是影响草地恢复的主要气候因子。2个时期人类活动对草地退化的贡献率分别为83.3%和87.8%,说明人类活动是导致草地退化的主要原因。气候变化对内蒙古草地恢复起主导作用,而人类活动诸如放牧数量、耕地面积和造林面积的增加,加速了草地退化。     

青藏高原高寒草地退化与人工恢复过程中植物群落的繁殖适应对策

以三江源区不同退化程度高寒草甸和不同恢复年限人工草地作为研究对象,通过野外调查与采样、实验室分析,探究了高寒地区退化天然草地与人工恢复草地的植被群落繁殖构件数量变化.结果表明:在群落水平上,天然草地退化和人工草地建植会对植物繁殖构件的数量和生物量产生影响.随着天然草地退化程度的增加,营养枝数量和生物量则明显下降,而繁殖枝的数量和生物量明显升高(P＜0.05);随着人工草地恢复年限的增加,营养枝的数量和生物量逐渐增加,而繁殖枝的数量和生物量则逐渐降低(P＜0.05);随着恢复年限的增加,人工草地繁殖构件的变化逐渐接近未退化天然草地.在功能群水平上,植物繁殖构件数量亦随草地退化程度和人工恢复年限而变化.随着恢复年限的增加,禾本科、莎草科、杂类草的营养枝数量和生物量均呈现显著增加(P＜0.05),而繁殖枝数量和生物量则显著下降,禾本科的繁殖构件数量远远大于莎草科和杂类草;随着退化程度的增加,三大功能群的营养枝枝数和生物量显著增加(P＜0.05),而繁殖枝则呈现相反的趋势.实证了草地退化和人工恢复改变植物群落繁殖分配对策的科学假设,为高寒草地植被恢复重建技术的发展和更新提供理论支撑.     

藏北那曲地区草地退化动态评价

利用1982—2000年NOAA/AVHRR 第1通道、第2通道和NDVI的旬资料反演得到的藏北那曲地区历年植被覆盖度、年最大牧草鲜质量和6—9月平均改进型土壤调节植被指数,分析了近20年来那曲地区草地荒漠化的动态变化规律.结果表明：以草地荒漠化评价“基准”和5年滑动平均的方法,得到那曲地区近20年平均草地退化面积占土地总面积的43.1%,草地退化面积总体呈减少趋势,其中前10年呈减少趋势,后10年呈增加趋势,西部地区的退化面积大于其它地区.在气温、降水、潜在蒸散、水汽压、风速、日照时数、降水蒸散比和温度降水比8个气候因子中,潜在蒸散量对草地退化面积的影响最显著.     

藏北那曲地区草地退化动态评价

利用1982—2000年NOAA/AVHRR 第1通道、第2通道和NDVI的旬资料反演得到的藏北那曲地区历年植被覆盖度、年最大牧草鲜质量和6—9月平均改进型土壤调节植被指数,分析了近20年来那曲地区草地荒漠化的动态变化规律.结果表明：以草地荒漠化评价“基准”和5年滑动平均的方法,得到那曲地区近20年平均草地退化面积占土地总面积的43.1%,草地退化面积总体呈减少趋势,其中前10年呈减少趋势,后10年呈增加趋势,西部地区的退化面积大于其它地区.在气温、降水、潜在蒸散、水汽压、风速、日照时数、降水蒸散比和温度降水比8个气候因子中,潜在蒸散量对草地退化面积的影响最显著.     

放牧胁迫下沙质草地植被的受损过程

通过在科尔沁沙地为期5a的放牧试验,分析探讨了过牧条件下沙质草地植被的受损过程。试验结果表明,持续过牧下,植被严重受损。其基本过程是,随着植物茎叶被大量啃食,草地群落盖度、高度和地上现存生物量急剧下降,连续过牧5a已分别较禁牧区低82．1％、94．0％和97．9％。但草地的净初级生产力(现存生物量 家畜采食量)下降幅度较小,第5年仍为禁牧的49．5％,而其被家畜啃食的净牧草量与现存生物量的比值高达23：1,远远高于中牧和轻牧的1：1和0．3：1水平。过牧下,物种丰富度、植物多样性和均匀度也急剧下降。第5年分别为禁牧区的35．0％、29．8％和45．9％,家畜喜食的多年生和1年生植物被不喜食的1年生植物所取代,劣质牧草比例达到86％,草地生活型趋于简单。随着地上净初级生产力的下降,地下生物量也趋于下降．根层分布浅层化。在这一退化过程的后期,由于地面裸露,风沙活动强烈,植被退化进程加速,这和草甸草原植被放牧所引起的退化存在明显区别。轻牧和中牧对草地群落盖度、高度和现存生物量也有很大影响．但试验期内对草地物种丰富度和植物多样性尚未产生明显影响。     

基于植被降水利用效率和NDVI的黄河上游地区生态退化研究

提出了一种植被降水利用效率和NDVI变化趋势分析相结合识别生态退化、生态恢复区域的方法。利用黄河上游地区1982—2006年的AVHRR NDVI数据及同期16个气象站的降水量数据为基础数据源,计算每个像元的降水利用效率及其变化趋势,结合NDVI变化辨识生态退化和生态恢复的区域范围。结果表明,研究区域80%处于生态恢复阶段,恢复现象较为明显的区域主要位于东南部;生态退化显著的区域主要集中在玛多县县城,扎陵湖、鄂陵湖附近和龙羊峡库区周边。该结果与黄河上游地区草地退化的现状基本吻合,表明该方法可靠性较强,可以作为评估区域生态退化或生态恢复的方法。植被降水利用效率与NDVI变化趋势相结合的方法可以避免仅使用降水利用效率可能产生的误判。研究可为黄河上游地区开展生态恢复工程,合理规划和调整生态建设布局提供科学依据。     

地表水热要素在青藏高原草地退化中的作用

在全球气候变暖和频繁的人类活动影响下,青藏高原草地生态系统发生了生产力下降、生物多样性减少及生态功能退化等一系列现象。与传统观测技术相比,遥感技术具有大范围、快速和连续监测等优点,因此被广泛用于区域尺度的草地植被长时间序列监测。以往对青藏高原草原植被影响因子的研究多集中在气温与降水,而相比较于气温和降水,地表温度和土壤湿度直接作用于植物的根部,对植物种子的萌芽和植株的生长也都有着重要影响,所以地表温度和土壤湿度与植被生长的关系更加紧密。基于遥感技术,利用青藏高原草地区域的MODIS和AVHRR数据,选择草地植被覆盖度作为草地退化的遥感监测指标,建立了青藏高原草地退化遥感监测和评价指标体系,并对青藏高原2001-2017年的草地退化状况进行了遥感监测和评价。同时,利用遥感数据获取青藏高原区域尺度的地表温度和温度植被干旱指数数据,用于指示地表水热状况,最后基于回归方法分析了地表水热要素在青藏高原草地退化中的作用。结果表明：从2001-2017年,青藏高原植被退化程度空间差异明显,柴达木盆地和青海湖附近退化较为严重,喜马拉雅山脉北部、昆仑山脉南部、冈底斯山脉北部交汇的地区退化也较严重。在2001-2017年间,青藏高原草地未退化面积从50.60%上升到59.00%,说明青藏高原草地整体上在朝着改善的方向发展。2001-2017年内,青藏高原草地整体上大部分时间处于轻度退化状态,但是2001年和2015年这两个年份青藏高原草地退化整体上达到中等退化水平。通过回归分析发现,土壤湿度主导的对青藏高原草地的影响面积达到14.04%。地表温度主导的影响面积达到草地总面积的约36.61%。但地表温度与植被之间相互影响,且主要呈现负相关关系。其中,在温性草甸地区,当植被覆盖度较低时,地表温度正向影响植被生长。     

长江源区土地覆盖变化与草地退化格局的时空分异

基于野外调查、遥感影像和统计资料,分析了1987-2007年长江源头地区土地覆盖变化和草地退化格局的时空分异特点,并从海拔、坡度和坡向3方面探讨了导致长江源区草地生态环境变化的主要自然因素.结果表明： 研究期间,长江源头地区土地类型破碎化整体呈增加趋势,自然地理条件和气候变化是导致土地格局变化的主要驱动因素;不同海拔草地退化面积差异显著,研究区草地退化主要发生在海拔4800～5100 m范围内,且退化面积随海拔的升高呈增加趋势,退化面积比重在不同坡度和坡向的差异较大.1987-2007年,长江源头地区气候呈暖干化趋势,区域土地覆盖类型空间结构变化明显;不同坡向、坡度和海拔的草地退化分布格局与高寒环境和人为干扰的格局基本一致,高寒环境和气候演化对草地生态系统格局起决定作用.     

草地退化影响高原鼠兔血清总IgG水平、肠道寄生物感染及肝脏和肾脏指数

高原鼠兔 (Ochotona curzoniae) 作为青藏高原高寒草地生态系统中的关键物种,其种群数量随着过度放牧导致的草地退化而暴发式增长。阐明此过程中高原鼠兔天然免疫能力及肝脏和肾脏器官指数的变化,对深入揭示青藏高原草地退化引起的高原鼠兔种群暴发机理具有重要意义。本研究在青海海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站地区,调查了轻度、中度、重度退化草地中高原鼠兔洞口数量,并测定了成体高原鼠兔血清总IgG含量、肠道寄生物感染状况及肝脏和肾脏指数。结果发现：随着草地退化,高原鼠兔洞口数量和血清总IgG水平显著增加;绦虫和线虫的感染率和感染强度以及肝脏和肾脏指数均显著降低。雄性对绦虫的感染率和肝脏指数显著低于雌性;雌性在重度退化草地中对绦虫和线虫的感染率及感染强度显著低于轻度退化草地。以上结果表明,过度放牧介导的草地退化增强了高原鼠兔的天然免疫功能,缓解了毒素对肝脏和肾脏的损伤,进而可能促进其种群暴发式增长。     

气候变化和人为活动在宁夏草地变化中的相对作用

气候变化和人为活动是草地生态系统退化或恢复过程中的两大驱动因素。选取植被净初级生产力（NPP）为衡量指标,利用改进的Carnegie-Ames-Stanford Approach （CASA）模型、Thornthwaite Memorial模型以及残差趋势法分别计算了宁夏草地实际净初级生产力（ANPP）、潜在净初级生产力（PNPP）和人为活动影响的生产力（HNPP）及其变化趋势,定量评估了2001-2019年气候变化和人为活动在宁夏4种类型草地（温性草甸、温性草原、温性荒漠草原和温性草原化荒漠）动态变化中的相对作用。结果表明,2001-2019年宁夏草地实际净初级生产力增加的面积占宁夏草地总面积的97.84%;全区草地潜在净初级生产力均表现为增加趋势,表明气候变化有利于植被恢复。草地恢复过程中,气候变化引起的草地恢复面积占草地恢复总面积的61.68%,气候变化和人为活动共同作用引起的草地恢复面积占38.32%;人为活动是导致草地退化的绝对主导因素。4种类型草地动态变化的驱动因素存在差异,气候变化是促进温性草甸（68.94%）和温性草原化荒漠（70.51%）恢复的主导因素,气候变化和人为活动共同作用是促进温性草原恢复的主导因素（62.30%）,温性荒漠草原的恢复是气候变化和人为活动共同作用的结果（97.93%）。水热条件好转,尤其是降水增加是宁夏草地恢复的主导气候因子,生态保护政策的实施是促进草地恢复的主要人为因素,对草地的不合理利用是导致草地退化的主要人为因素。     

青海三江源区果洛藏族自治州草地退化成因分析

本文利用长期历史资料,通过分析气候变化和人类放牧活动对草地生产力的影响,探讨1960s以来青海三江源区果洛藏族自治州草地退化主要原因,结果显示：研究区是全球变暖的敏感地区,1961-2010年研究区气温升高、年降水略有下降、湿润程度下降,Miami模型、Thornthwaite Memorial模型和综合自然植被净第一性生产力模型（综合模型）模拟的该区植被净初级生产力（NPP）均具有上升趋势,近50年来研究区气候变化总体上有利于该区草地生产力改善;研究区家畜年末存栏数60年代剧烈上升,至70年代达到顶峰,家畜年末存栏数与植被NDVI呈极显著负相关关系(P<0.01),草地实际载畜量过大造成牲畜对草地过度啃食,导致草地退化。研究区退化草地恢复治理的重点应放在减轻载畜压力、控制草地现实载畜量方面。     

青藏高原草地产量与草畜平衡变化

深入了解青藏高原草地生产力与草畜平衡状态的变化,是青藏高原生态屏障建设和生态环境保护的基础。利用遥感植被指数和叶面积指数产品,基于VIP生态水文过程模型,模拟分析了青藏高原2000—2018年间草地生产力的时空格局,并结合同期农牧业统计资料,分析了青藏高原县域尺度草畜平衡状态的变化。结果表明:青藏高原草地多年平均净初级生产力(NPP)为158.4 g C·m^-2·a^-1;近20年来草地生产力上升趋势明显,显著上升面积的比例为44.7%。气候变暖、降水量增加、草本植物生长期延长和大气CO₂浓度升高是青藏高原草地生产力提高的主要驱动因素。基于草场产量估算的青藏高原平均理论载畜量为1.17 SU·hm^-2,年增长率为0.011 SU·hm^-2。2000年以来青藏高原草地超载情况总体趋于好转,严重超载县的面积比例已降至20%以下,其中超载程度较严重的地区,畜牧业的维持和发展主要依靠作物秸秆补饲。研究结果可为区域农牧业结构调整和生态环境保护提供科学依据。     

甘南牧区草畜平衡优化方案与管理决策

利用Matlab 7.9软件的多目标规划方法,以甘南牧区2008年及以前的草地畜牧业动态监测资料和社会经济发展调查统计数据为基础,以维持草畜平衡、优化畜群结构和保护草地生态环境为总目标,综合考虑牧区畜群结构优化、牧业生产目标、草畜动态平衡、区域社会经济收益状况和生态环境保护5个方面的约束条件,研究了规划期(2009-2011年)甘南牧区草地畜牧业发展的优化方案及管理对策,对比分析了减畜和增畜2种优化方案在畜群结构、牲畜总增率、净增率、商品率、出栏率、农牧民纯收益等方面的数量变化特征,提出甘南牧区草畜平衡优化方案及管理决策。研究结果表明,减畜优化方案是实现上述目标的根本途径。具体措施包括:1)适度调整牲畜数量,改良品种,优化畜群结构;2)调整农作物播种面积及结构,增加人工草地种植面积,提高补饲水平;3)稳定天然林草地面积,维护牧区生态环境; 4)增强畜牧业生产效益,提高出栏率;5)严格控制人口数量,加强国家政策调控机制。     

高寒牧区村域生态足迹——以甘南州合作市为例

高寒牧区是一类特殊的地域,其生态环境本底和压力明显区别于其它地域类型。从自然本底上讲,"高寒"特征造成生态系统结构单一、节律缓慢、功能稳定性差,因此,脆弱性强,而修复难度大;从压力上讲,"高寒"又一定程度上屏蔽了外界要素的过分介入,导致人口分布的高度离散性和稀疏性,人地矛盾转化为更直观的草畜矛盾。论文结合高寒牧区的特质,对生态足迹模型和生态承载力模型进行了修正,强调了高寒牧区生态承载力的主控因素———牲畜特征、人口特征、生境特征和地域特征,以甘南州合作市为案例,具体测算和分析了41个行政单元的生态足迹和生态承载力。结果表明:(1)人口生态足迹和牲畜生态足迹分布格局大致呈反向态势,说明在高寒牧区,人口与牲畜对环境造成的压力存在着显著的空间差异。(2)从人口生态足迹和牲畜生态足迹对总生态足迹的贡献度上看,总生态足迹的高低主要取决于牲畜生态足迹,说明牲畜是主控因素。(3)从地均生态承载力分布态势看,低承载区主要分布于北部海拔较高的广大牧区,这里生态结构非常单一,主要以高寒草甸草原和沼泽草原生态类型为主,寒冻风化作用异常强烈,生物有效生长期非常短。而高承载区分布在市区周围和南部洮河谷地沿岸,生态系统除草地生态系统外,还有森林生态系统。从而说明人为条件的改善、自然生态系统结构的复杂程度和自然环境的严酷程度是决定高寒牧区承载力高低的主要因素。(4)从生态盈余与赤字的空间分布态势看,赤字区域主要集中分布在广大的纯牧区,超载过牧是生态状况的关键性致因。因此提高生态承载力、减少生态赤字的关键集结于草畜关系上。有鉴于此,需要采取以下措施:一是根据天然草场的承载能力,建立适宜的草畜平衡关系,将超载的牲畜转移出去;二是科学合理的提高草场的生产能力和承载能力,这就需要加强草原生态保护建设;三是调整经济结构,减少社会经济发展对天然放牧业的高度依赖性,推进传统草地畜牧业向现代畜牧业转型。     

Piospheres and Pastoralists: Vegetation and Degradation in Steppe Grasslands

The Mongolian plateau in East Asia is part of a new hotspot of land cover change. Recent human activity and natural forces have degraded grasslands in northern China with the southern Mongolia steppe similarly vulnerable. Investigating vegetation patterns at piospheres (the area around water points) can identify herder influence on pasture conditions. Through fieldwork and remote sensing this paper examines plant density and species richness at water sources to establish land cover patterns in two Mongolian provinces where overgrazing is thought to be the major cause of degradation. In contrast to standard piosphere patterns, vegetation was greater near water points and decreased with distance. This suggests that livestock are not concentrated at water points in Mongolia and that piosphere dynamics are more influenced by precipitation, edaphic factors and potential distinctive processes in cold drylands. It implies that pastoralism, with mobile livestock management, is a suitable adaptive strategy to the low forage capacity of steppe grasslands.     

蒙古高原草原火行为的时空格局与影响因子

采用GIS空间分析方法和L3JRC遥感卫星数据,研究了2000—2007年间蒙古高原草原火行为的时空分布规律,比较了中国内蒙古自治区和蒙古人民共和国草原火行为的差异,分析了植被、气候与人文因素等对草原火行为的影响.结果表明:不同植被类型间的过火率存在极显著差异(P0.001),为草甸草原典型草原荒漠草原,蒙古人民共和国草原过火率显著高于中国内蒙古自治区(P0.001),过火频次的分布格局与过火迹地相一致.草原火行为存在明显的年际变化特征,草甸草原(r2=-0.54,P0.05)和典型草原(r2=-0.61,P0.05)的年过火率与年降雨量呈负相关关系;草原火集中在降水较少、风速较大的春、秋两季.中国内蒙古自治区的人口密度和载畜密度远高于蒙古人民共和国,而过火率则相反,表明人文因素,尤其是过度放牧是导致中国内蒙古自治区和蒙古人民共和国火行为差异的主要原因.     

Bearing fruit: flower removal reveals the trade-offs associated with high reproductive effort for lowbush blueberry

Degradation of semiarid ecosystems from overgrazing threatens a variety of ecosystem services. Rainfall and nitrogen commonly co-limit production in semiarid grassland ecosystems; however, few studies have reported how interactive effects of precipitation and nitrogen addition influence the recovery of grasslands degraded by overgrazing. We conducted a 6-year experiment manipulating precipitation (natural precipitation and simulated wet year precipitation) and nitrogen (0, 25 and 50 kg N ha^?1) addition at two sites with different histories of livestock grazing (moderately and heavily grazed) in Inner Mongolian steppe. Our results suggest that recovery of plant community composition and recovery of production can be decoupled. Perennial grasses provide long-term stability of high-quality forage production in this system. Supplemental water combined with exclosures led, in the heavily grazed site, to the strongest recovery of perennial grasses, although widespread irrigation of rangeland is not a feasible management strategy in many semiarid and arid regions. N fertilization combined with exclosures, but without water addition, increased dominance of unpalatable annual species, which in turn retarded growth of perennial species and increased inter-annual variation in primary production at both sites. Alleviation of grazing pressure alone allowed recovery of desired perennial species via successional processes in the heavily grazed site. Our experiments suggest that recovery of primary production and desirable community composition are not necessarily correlated. The use of N fertilization for the management of overgrazed grassland needs careful and systematic evaluation, as it has potential to impede, rather than aid, recovery.     

Land use change and carbon cycle in arid and semi-arid lands of East and Central Asia

Dramatic changes in land use have occurred in arid and semi-arid landsof Asia during the 20th century. Grassland conversion into croplands and ecosystem degradation is widespread due to the high growth rate of human population and political reforms of pastoral systems. Rangeland degradation made many parts of this region vulnerable to environmental and political changes. The collapse of the livestock sector in some states of central Asia, expansion of livestock inChina and intensive degradation of grasslands in China are examples of the responses of pastoral systems to these changes over the past decades. Carbon dynamics in this region is highly variable in space and time. Land use/cover changes with widespread reduction of forest and grasslands increased carbon emission from the region.     

天祝高寒草地植被、土壤及土壤微生物时间动态的比较

对天祝高寒草地21a前（1982年）、后（2003年）植被状况、土壤理化性质、土壤三大类微生物（细菌、放线菌和真菌）和各生理群微生物（硝化细菌、好气性固氮菌和好气性纤维素分解菌）及不同退化程度（围栏内、围栏外和鼠丘地）草地土壤微生物数量变化特点进行了对比研究。结果表明：（1）与1982年相比,目前该区天然草地植被总盖度、主要优良牧草种类、产草量等显著下降,草地植被退化明显;（2）草地土壤pH升高,土壤含水量、有机质、氮、磷含量均下降,草地土壤理化性质劣于1982年;（3）目前该区天然草地土壤三大类微生物数量及各生理群微生物数量变化十分明显,1982年土壤细菌、放线菌和真菌及微生物总数分别是2003年的153．6、5．5、4．1倍和151．2倍;土壤硝化细菌、好气性固氮菌和好气性纤维素分解菌数量分别是2003年的5．7、43．3倍和94．4倍;（4）轻度退化草地（围栏内）土壤各类微生物数量明显高于严重退化草地（围栏外、鼠丘地）,其数量前者一般为后者的1．5—4．5倍。