基于能流物流理论的农牧交错带生态治理模式研究——以内蒙古后山旱农区为例

中国北方农牧交错带的生态环境问题引起了人们广泛关注.经过多年的攻关研究,以能物流理论为指导,根据地处北方农牧交错带的后山旱农区的自然、社会、经济特征,提出了以丘陵为单元的生态治理模式.1999年对传统顺坡种植模式、人工草地模式和生态治理模式进行观测.能物流分析结果表明,生态治理模式与传统的种植模式相比,能提高太阳能利用率8.3%,提高能量输出量8.7%,提高能量转化效率19.4%,N的输出量提高26.5%,转化效率提高57.1%,P的输出量提高12.1%,转化效率提高45.0%,水分利用效率提高17.7%.人工草地模式与传统模式和生态治理模式相比,其太阳能利用率、能量输出量、能量转化效率都是最低的.治理模式产出最多,盈利最多,是经济效益最好的模式,经济效率比传统模式提高16.1%.     

基于生态系统服务功能的中国北方草地及农牧交错带区划

以北方草地和农牧交错带草地类型区域分异为基础,重点考虑不同草地类型的生态系统服务功能,在综合分析了北方草地和农牧交错带生态环境基本特征的基础上,确定了草地生态功能区划的原则、依据、方法及命名,然后在"3S"技术的支持下,将北方草地和农牧交错带分为北方草原区、北方荒漠区和农牧交错区3个一级区及10个二级区,对各个功能区的区域范围、主要生态环境问题、主要的生态服务功能及为了功能区的保护与可持续发展而需要采取的措施都进行了详细论述。区划结果对认识北方草地与农牧交错带不同草地类型生态系统服务功能的重要价值,对草地资源的合理利用和农业生产的合理布局、对生态环境保护与建设规划及对维护区域生态安全、实现区域的可持续发展都具有重大意义。     

农牧交错带研究进展

农牧交错带是典型的生态脆弱区、贫困区和多民族聚居区,是我国生态安全的重要屏障.综述了农牧交错带发展的历史演变过程,分析了当前农牧交错带农牧业生产所面临的主要问题,建议今后对农牧交错带的研究应集中在以生态学为基础的跨学科研究;其热点领域应集中在农牧交错带生产力生态学、恢复生态学、界面生态学、放牧生态学,农牧交错带的健康诊断和价值评估等方面.其中生产力生态学是提高生产效率的保证,应加强农牧交错带农田草地系统耦合生产方式的研究;恢复生态学是治理退化农牧交错带的基础;界面生态学是剖析退化农牧交错带的切入点;放牧生态学是调控农牧交错带农田草地退化的手段;健康诊断有助于对农牧交错带进行客观的评价;价值评估则是对农牧交错带生态系统效益和服务的估算.     

北方农牧交错带沽源农田-草地界面土壤水热空间特征

农田-草地景观界面是我国北方农牧交错带景观组成部分,研究该界面生态特征的格局和过程是完善北方农牧交错带研究的热点领域.首次采用地统计学方法中的半变异函数、克里格插值估计、空间分布图等方法研究北方农牧交错带河北沽源地区的农田-草地界面(CGB)土壤水热的空间异质性和界面空间效应.结果表明:根据不同尺度下的土壤水热空间异质性各参数的变化趋势确定较为合理的采样粒度为 0.5m×0.5m;农田-草地界面0～20cm土层土壤含水量为中等变异,土壤温度为弱变异,不同采样粒度空间结构特征定量研究得到土壤水分变程范围(A_0)为2.93～15.4m,且为中到强度的异质性程度(MSH),土壤温度变程为3.75～20.99m,表现为强空间异质性;验证在农田-草地边界向两侧的一定范围内土壤水热存在过渡型界面效应,且具不同的生态梯度.该研究结果是认识农田-草地界面和进一步开展该界面功能研究的基础,对深入研究北方农牧交错带农田-草地界面非生物水热界面具有重要意义.     

中国北方农牧交错带生态系统的独特性及其治理开发的生态学原则

基于我国农牧交错带生态恶化问题迄今未解决的现实,对此带的现行定义进行了再思考,提出它是在独特的历史和人文背景下逐渐形成的一种动态区域,因而似不宜从地理学或生态学或植被学的角度单一地研究其属性,将其仅仅看作为生态过渡带,而应更多注意其生态－社会－经济复合系统的特性,并据此考虑治理对策,我国北方农牧交错带兼具生态服务和支持相当密度人口的生存,发展两大功能,在不可能照搬发达国家治理途径的前提下,须采取跨学科的方法,寻找能较好地协调生态与经济关系,符合自然和经济规律的农业结构及相应资源利用和维护方向的新途径,确立以有利于提高“生态系统生产力”水平,从而为受损生态系统提供较多启动能／物流和货币流的草,畜支柱产业及其植被重建的策略。     

北方农牧交错带温性盐碱化草地土壤呼吸对不同形态氮添加和刈割的响应

农牧交错带草地生态系统兼受农业和牧业的影响, 属于脆弱生态系统, 尤其是养分贫瘠的盐碱化草地, 其生态系统结构和功能对外界干扰的响应更加强烈。位于晋西北地区的农牧交错带盐碱化草地, 地理位置独特, 区别于天然牧区草地生态系统。由于毗邻农田, 农业氮肥的过量使用促进了活性氮气体排放, 同时使得农牧交错带草地土壤碳氮循环发生改变。刈割是北方农牧交错草地生态系统的主要管理方式, 为了深入探究氮添加和刈割管理方式对农牧交错带草地碳循环的影响, 进一步厘清该区域草地生态系统的碳动态问题, 该研究设置了一个不同形态氮添加和刈割的裂区实验, 测定土壤呼吸对不同形态氮肥添加和刈割的响应, 为进一步科学管理该区域草地提供可靠的依据。实验样地位于山西省右玉县境内的“山西农业大学农牧交错带草地生态系统野外观测研究站”, 于2017年设置不同形态氮添加和刈割处理, 实验处理包括对照(不刈割和刈割)、尿素添加、缓释尿素添加、刈割+尿素添加、刈割+缓释尿素添加, 每种处理6个重复, 共36个小区。在不同处理条件下测定土壤呼吸速率、土壤温度、土壤水分、土壤微生物生物量、土壤无机氮含量、植物地上和地下生物量, 并计算土壤累积碳排放量及CO₂通量。研究结果表明: (1)短期(2017-2018年)尿素和缓释尿素的添加显著提高了该地区土壤呼吸速率和土壤累积碳排放量。与添加缓释尿素相比, 添加尿素处理下的土壤呼吸速率和累积碳排放量更高; (2)刈割显著降低土壤呼吸速率和累积碳排放量; (3)短期氮添加和刈割的交互作用对土壤呼吸速率没有显著影响。因此, 短期氮添加促进了北方农牧交错带盐碱化草地土壤碳释放, 刈割抑制土壤呼吸, 降低了累积碳排放量, 这可能是由于刈割移除地上植物, 减少了凋落物的输入, 底物减少导致土壤微生物活性降低。但是随着处理时间的延长, 氮添加和刈割对该农牧交错带盐碱化草地土壤碳动态的影响还有待进一步探究和发现。     

北方农牧交错带温性盐碱化草地土壤呼吸对不同形态氮添加和刈割的响应

农牧交错带草地生态系统兼受农业和牧业的影响,属于脆弱生态系统,尤其是养分贫瘠的盐碱化草地,其生态系统结构和功能对外界干扰的响应更加强烈。位于晋西北地区的农牧交错带盐碱化草地,地理位置独特,区别于天然牧区草地生态系统。由于毗邻农田,农业氮肥的过量使用促进了活性氮气体排放,同时使得农牧交错带草地土壤碳氮循环发生改变。刈割是北方农牧交错草地生态系统的主要管理方式,为了深入探究氮添加和刈割管理方式对农牧交错带草地碳循环的影响,进一步厘清该区域草地生态系统的碳动态问题,该研究设置了一个不同形态氮添加和刈割的裂区实验,测定土壤呼吸对不同形态氮肥添加和刈割的响应,为进一步科学管理该区域草地提供可靠的依据。实验样地位于山西省右玉县境内的"山西农业大学农牧交错带草地生态系统野外观测研究站",于2017年设置不同形态氮添加和刈割处理,实验处理包括对照(不刈割和刈割)、尿素添加、缓释尿素添加、刈割+尿素添加、刈割+缓释尿素添加,每种处理6个重复,共36个小区。在不同处理条件下测定土壤呼吸速率、土壤温度、土壤水分、土壤微生物生物量、土壤无机氮含量、植物地上和地下生物量,并计算土壤累积碳排放量及CO_2通量。研究结果表明:(1)短期(2017–2018年)尿素和缓释尿素的添加显著提高了该地区土壤呼吸速率和土壤累积碳排放量。与添加缓释尿素相比,添加尿素处理下的土壤呼吸速率和累积碳排放量更高;(2)刈割显著降低土壤呼吸速率和累积碳排放量;(3)短期氮添加和刈割的交互作用对土壤呼吸速率没有显著影响。因此,短期氮添加促进了北方农牧交错带盐碱化草地土壤碳释放,刈割抑制土壤呼吸,降低了累积碳排放量,这可能是由于刈割移除地上植物,减少了凋落物的输入,底物减少导致土壤微生物活性降低。但是随着处理时间的延长,氮添加和刈割对该农牧交错带盐碱化草地土壤碳动态的影响还有待进一步探究和发现。     

草基—鱼塘生态系统的能量转化与养分循环研究

应用模拟试验的方法,研究了“草基-鱼塘”系统中的能量转化与养分循环．结果 表明,该系统中饲草对太阳能的利用率为 ０． ８３％,鱼对饲料能的转化率为 ７． ３％．与以粮 食作为鱼饲料比较,单位面积草地的产鱼当量是粮食作物的１．６倍．鱼对饲料Ｎ、Ｐ、Ｋ的 转化率分别为１６．８％、３２．３％和２．０％．塘泥沉积的Ｎ、Ｐ分别占饲料的２３．４％和５６．１％; 猪对饲料 Ｎ、 Ｐ、 Ｋ的转化率分别为 ２０． ５％、 ３３． ７％和 ４． ６％,猪粪尿回收饲料 Ｎ为 ３６． ４％、 Ｐ为 ６３． ８％、 Ｋ为 ３９． ４％．猪-草-鱼结合的基塘系统其能量和养分转化效率均高于单一的 养鱼系统．     

主养鲢鳙非鲫高产鱼塘的初级生产力与能量转化效率的研究

分析测定了主养鲢鳙非鲫高产池塘浮游植物初级生产力的垂直、周日、周年变化及其与主要生态因素、鱼产量水平的关系。探讨了初级生产力在能量转化中的生态学效率:毛初级生产力对太阳辐射能的利用率为0.84％—1.64％;鲢鳙非鲫净产量对浮游植物净产量的直接利用率为8.46％—15.56％;太阳能转化为成产量的生态学效率为0.058％—0.156％。     

论华北农牧交错带生态与经济建设的策略与途径

华北农牧交错带自成型农作至今的百余年内,农牧业长期封闭、耗竭式生产,导致土地资源呈现沙化、碱化与贫瘠化演替,生态退化直接威胁着京、津及华北地区的生态安全,发挥市场经济下区域间互补性合作生产优势,组织农牧产品有效交流,建立开放式农牧生产结构。成为促进华北农牧交错带生态环境与社会经济互依发展的重要策略,基于不同效益主体的建设目标差异性及生态与经济演进态势的矛盾性,提出了华北农牧交错带生态一经济建设的技术途径,通过乔灌围网、草地培育,实现立体与平面相结合的土地生态防护体系;通过集约生产喜凉蔬菜、组织实施南秸北饲,发展区域特色优势产业,实现农业经济的突破。     

西藏河谷地区人工种草的投入产出比较分析

分析了西藏河谷地区六种草地的经济投入、产出和生态系统服务价值,模拟了投入增加下村落草地利用结构的改变与经济、生态产出的响应。结果表明:草地恢复管理中,围栏草地成本最低,为67元/hm~2,是一年生人工刈割草地的0.9%。围栏等草地恢复管理的经济产出为772元/hm~2,其中补贴收入占14.6%,另85.4%来自打工收入;而多年生人工放牧和一年生人工刈割草地的经济产出为4250元/hm~2与13135元/hm~2。相比经济产出,不同草地管理方式下生态系统服务价值差距有限,最大仅为27%。草地投入增加下,天然放牧草地转变为围栏草地及一年生人工刈割草地,并最终保持约1∶1的面积比。合理配置围栏草地与一年生人工刈割草地,可以实现区域较大的经济收入增长和生态系统服务的保障。     

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.     

基于生态流方法的土地整治项目对农田生态系统的影响研究

将土地整治活动作为外界对农田生态系统(项目区)集中性的外部激励,以陕西关中凤翔县典型土地整治项目为例,分析了项目实施前后生态流(物质流、能量流、信息流)变化状况,建立了土地整治生态影响概念性模型,明确了相应生态流的流向与路径关系,使用可用能法和能值法测算项目区外部输入及生态产品输出,应用生态流分析法,对土地整治项目生态流和系统效率进行了定量计算。根据设定的土地整治工程使用年限,评估了项目实施后区域净生态价值、自然资源依赖度、可更新资源依赖度、生态产出率、生态承载力和生态可持续度等指标的时间变化过程。得到以下研究结果:(1)可用能法和能值法测算出的系统生态效益均呈现由项目建设初期陡降为负值,而后指数增加,再趋于平稳的过程;(2)可用能法测算出项目实施后的第29年,生态效益由亏转盈,体现出系统从被扰乱后恢复自然平衡状态的过程;(3)能值法测算出项目实施后的第4年,生态系统趋于平衡状态;(4)研究区土地整治项目的经济效益为负,于项目实施3a后趋于平稳,总投资中农业生产年投入占资金总额的78.35%。通过可用能和能值方法的结合,可以定量计算系统稳定性,为土地整治项目的物质、劳动力和资金投资选择等提供借鉴。     

农牧交错区面临的问题及其解决的途径——以内蒙古多伦县为例

对农牧交错区典型地段内蒙古多伦县存在的问题及解决途径进行了研究．结果表明,产业结构不合理。要求多伦必须走压缩一产(主要指规模)提高二产和鼓励发展三产的经济发展道路,并着重提高生产效益．土地利用结构不合理,要求必须减少耕地面积,扩大林地、草地面积．在资源利用上,应着重抓好水资源的合理利用,发挥农牧区资源互补的优势,发展高效益、集约型的农牧业．     

基于物质流分析方法的生态海岛建设研究——以长海县为例

建设生态海岛是海岛生态经济系统实现可持续发展的重要途径。运用物质流分析方法对长海县的物质输入与输出状况进行计算,并用物质消耗强度、废物排放强度和环境负荷强度3个指标衡量了该海岛县生态效率的变化,分析了技术进步对海岛生态经济系统生态压力变化的贡献状况。结果表明,2003—2009年间,长海县物质输入总量、物质输出总量和环境负荷总量呈增长态势;生态效率明显提高;技术进步对减轻海岛生态经济系统生态压力的贡献没有抵消经济增长所产生的生态压力的增加量。为了减少物质输入和废物输出,减轻经济活动对海岛生态系统产生的压力,建立创新型管理机制有效促进技术进步,不断提高生态效率具有特别重要的作用。     

三峡库区农林复合生态系统的效益评价

在对三峡库区农林复合生态系统大面积调查和定点测试的基础上,根据生态学原理和生态经济学原理,采用层次分析法（AH）,根据对农林复合生态系统的生物量和生产力,物质流,能量流,价值流,土地利用等系统研究的结果,对三峡库区分布面积较大的4种农林复合生态系统从经济效益,生态效益,社会效益及综合效益方面进行了评价,并与农田生态系统进行了对比研究。这一研究结果将为科学合理地利用三峡库区土地资源,生物资源和气候资源提供重要的科学依据,为保护和改善三峡库区的生态环境,解决农村移民就地安置部分的生态问题及提高农村的经济发展水平提供理论基础。     

稻田养蟹模式的生态经济分析

在野外调查和实验数据分析的基础上 ,运用生态经济学原理研究了稻田养蟹模式的结构与功能、物流能流特征及其经济效益与生态环境效益 .结果表明 ,与单一稻作模式相比 ,稻田养蟹模式的综合效益较高 .从经济效益看 ,后者的土地纯收入、成本收益率和劳动生产率比前者分别增加 382 %、6 7.7%和2 95 % .从生态环境效益看 ,养蟹一年后 ,土壤中的TN、碱解N、TP、速效P、速效K和有机质分别增加10 .6、3.3、5 .8、11.7、3.5和 10 .5 % ,且每年可削减非点源N污染负荷 6 .375kg·hm-2 .     

泛长三角地区碳生态效率的空间格局及影响因素

碳生态效率反映碳排放产出的经济社会价值高低,是衡量可持续发展水平的重要指标。以泛长三角各市为对象,以揭示碳排放的经济社会效益为目标,构建经济产出效率和人口承载效率评估指标,研究碳生态效率的空间格局和影响因素。结果表明：经济产出效率和人口承载效率呈现不同的变化趋势和空间格局,2000-2014年,经济产出效率增长97%,人口承载效率下降68%,前者空间集聚度高于后者;核心区及部分沿江城市的经济产出效率较高、增长较快,人口承载效率较低、下降较慢,碳生态效率高于其他城市;经济产出和人口承载效率的影响因素类似、作用强度和方向不同,前者主要受产业结构促进,后者的影响因素包括但不限于产业结构,但产业结构优化抑制了人口承载效率提升。研究认为,经济和社会视角的碳生态效率变化趋势及影响因素作用方向存在差异,为通过政策调控实现经济和社会效益同步提升增加了难度,在推动经济增长的同时,进一步加快人口集聚、优化产业结构和能源结构、提高能源利用效率等是政策制定的优选方向。     

Material flow analysis (MFA) of an eco-economic system: a case study of Wujin District, Changzhou, China

The economic and ecological aspects of a social system are coherently linked and can be examined by its material and energy flows. In this study, we used the material flow analysis (MFA) to model the material input and output of the Wujin District of Changzhou City, Jiangsu Province in China. It was revealed that: (1) total material input and material input per capita increased with economic development, while the total material output and material output per capita decreased consistently; (2) except for water, the total material input continued to increase. Input of solid materials grew faster than that of gaseous materials, while the total material output declined. The gas output accounted for the largest proportion of the output resulting in primary environmental pollution as burned fossil fuel; (3) water use in agriculture continued with an increasing trend while that in industrial and residential sectors decreased per capita. The total wastewater discharge and wastewater discharge per capita decreased with a faster decreasing rate of residential wastewater discharge followed by industrial wastewater discharge; (4) material input per unit GDP fluctuated and material output per unit GDP decreased. A decreasing trend in both water use and wastewater discharge per unit GDP was disclosed. These results suggest that the efficiency of resource use in the Wujin District has improved. This weakened the direct link between economic development and environmental deterioration. Additionally, we discussed the harmonic development between environment and economy. Potential limitations of MFA’s application were also discussed. It is suggested that effective measures should be taken for the enforcement of circular economic strategies and the construction of a resource-saving economy __________ Translated from Acta Ecologica Sinica, 2006, (8): 2578–2586 [译自:生态学报]