草地农业生态系统中的系统耦合与系统相悖研究动态

综述了草地农业生态系统中系统耦合与系统相悖的内涵及其发展过程 ,该领域的研究前沿与发展趋势。草地农业生态系统的种间耦合、不同生产层之间的纵向耦合、不同草地农业生态系统之间的横向耦合、系统的界面过程与系统耦合、生物的时间地带性与系统耦合是草地农业生态系统中的系统耦合与系统相悖理论与实践研究的 5个前沿领域。对系统相悖量化工作将是今后系统耦合、系统相悖理论研究的关键 ,综合运用多种非线性科学方法解决草地农业生态系统的系统耦合和系统相悖的数量化工作可能是系统耦合和系统相悖理论研究和实践的一个非常有前途的方向。     

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.     

21世纪初我国草地生态学研究展望

草地退化是我国天然草地面临的突出问题,在21世纪初期,我国的草地生态学将围绕解决草地退化这一核心问题展开深入的研究。其热点领域应在草地恢复生态学,草地界面生态学,草地放牧生态学,草地的健康诊断和草地的价值评估等5个方面。其中草地恢复生态学是治理退化草地的基础;草地界面生态学是剖析退化草地的切入点;草地放牧生态学是调控退化草地的手段;草地健康诊断有助于对草地退化进行客观评价;草地的价值评估则是对草地生态系统效益和服务的估算。     

互花米草防治和麋鹿保护的系统耦合作用——基于自然的解决方案

互花米草(Spartina alterniflora)是典型的外来入侵物种,因其繁殖力和适应力强难以防治,直接威胁我国滨海滩涂湿地生物多样性,改变了该生态系统的结构和功能;麋鹿(Elaphurus davidianus)是我国I级保护动物,是野生动物迁地保护和回归自然的典范,但仍面临野生种群稳定性低、与保护区环境承载力矛盾尖锐的问题。麋鹿喜食互花米草,其牧食行为可有效调控互花米草的时空分布格局,提升滨海滩涂湿地生态系统功能和稳定性,并为其自身野化回归提供良好的环境。目前针对互花米草防治和麋鹿保护的研究较多,但少有二者耦合作用的探讨。尝试借助草地农业系统理论阐释互花米草防治和麋鹿保护(互花米草&麋鹿)耦合发展的范式和潜在机制,即寻求基于自然的克服系统相悖的解决方案。以期打破珍稀物种保护和入侵物种防控各自为战的范式,探索二者耦合发展思路和陆海农业实践。同时,探讨了利用无人机等技术搭建滨海滩涂湿地互花米草&麋鹿耦合系统的空-天-地一体化监测、分析和管理体系。     

土壤动物群落研究进展

许多研究表明:土壤动物群落与土壤环境有密切关系,土壤动物的群落结构、功能在土壤生态系统中有不可替代的重要作用,是系统正常运行的关键环节,土壤动物逐渐成为生态学和土壤学领域研究的热点之一。本文介绍了我国土壤动物区系研究进展,从群落结构、群落功能和群落演替三个方面分析了国内外土壤动物群落在森林和农业生态系统中最新研究现状,内容包括土壤环境评价、凋落物分解、土壤健康的指示作用、与污染环境的关系等几个方面,最后从全球环境变化、土壤生态系统过程和土壤生物多样性保护等三个重要领域提出土壤动物群落研究展望和建议。     

草地农业生态系统的碳平衡分析方法

根据草地农业生态系统的结构,它的碳平衡为4个生产层的碳平衡之和,也是3个界面的碳平衡之和,而某一生产层或者某一界面的碳平衡则是其固定、输入、排放和输出的碳之和。草地农业生态系统4个生产层的碳平衡分析方法定量重要生产环节的碳汇与碳源过程,便于草业生产改进碳汇管理;草地农业生态系统3个界面的碳平衡分析方法显示碳源和碳汇的发生机理,及其空间和数量关系,便于调控草业生产组分以增汇减排;但是,这两个方法不易区分碳的来源和去向,难以明确其利用效率。草地农业生态系统碳平衡分析的输入/输出法定量地指示碳的来源和去向,以及碳效率,计算简单,但是较为概括,不利于牧场尺度的草业碳汇管理。以中国祁连山甘肃马鹿牧场和澳大利亚塔斯玛尼亚奶牛牧场为例,用3种方法分析了两个牧场的碳平衡,结果表明,放牧管理的草业系统的主要碳源是休闲旅游、产品加工流通环节产生的温室气体,主要碳汇是草地和土壤中贮存的碳,好的草地管理可以增汇减排。     

农业生态系统健康的基本内涵及其评价指标

农业生态系统健康在国际上日益受到关注。并成为农业生态学研究的热点和前沿领域之一．农业生态系统健康是食物安全和人类健康的基础．农业生态系统健康是指具有良好的生态环境、健康的农业生物、合理的时空结构、清洁的生产方式,以及具有适度的生物多样性和持续农业生产力的一种系统状态和动态过程．农业生态系统是一类典型的人工．自然复合生态系统,其健康状况在很大程度上受人类活动的调控与影响,并往往以农产品品质、食物安全和生物安全为标准．农业生态系统健康可采用生物学、环境学、生态经济学几个方面的指标。进行综合评价．其评价方法可采用综合指数法、生态毒理学方法、生态风险评估方法等．     

河西走廊山地-荒漠-绿洲复合生态系统耦合模式及耦合宏观经济价值分析——以肃南山地-张掖北山地区荒漠-临泽绿洲为例

应用合作对策理论提出河西走廊山地 -荒漠 -绿洲复合生态系统的 4个可行的耦合模式 ,在现有能值投入水平和科学管理力度下 ,4种耦合模式分别增加肃南山地 -张掖北山荒漠 -临泽绿洲动物生产系统和绿洲植物生产系统的宏观经济价值 3.6 7、4 .0 2、1.0 3和 4 .6倍。用能值概念和度量标准 ,以耦合后新增宏观经济价值为对策论中合作对策的特征函数 ,筛选出模式 是 4种耦合模式中的最佳策略组合即最优的耦合模式。该模式下 ,家畜对高山草地的压力减小 ,退化的山地子系统得以恢复 ,脆弱的荒漠子系统得到保护 ,绿洲种植业系统也因为家畜的加入、系统多样性提高 ,系统稳定性加强。研究方法避免了传统的纯货币评价分析方法对耦合产出所含环境资源评价的缺失 ,使得对耦合效应的评价值较为客观真实     

河西走廊山地-荒漠-绿洲复合生态系统耦合模式及耦合宏观经济价值分析——以肃南山地一张掖北山地区荒漠一临泽绿洲为例

应用合作对策理论提出河西走廊山地-荒漠-绿洲复合生态系统的4个可行的耦合模式,在现有能值投入水平和科学管理力度下,4种耦合模式分别增加肃南山地-张掖北山荒漠-临泽绿洲动物生产系统和绿洲植物生产系统的宏观经济价值3．67、4．02、1．03和4．6倍。用能值概念和度量标准,以耦合后新增宏观经济价值为对策论中合作对策的特征函数,筛选出模式Ⅳ是4种耦合模式中的最佳策略组合即最优的耦合模式。该模式下,家畜对高山草地的压力减小,退化的山地子系统得以恢复,脆弱的荒漠子系统得到保护,绿洲种植业系统也因为家畜的加入、系统多样性提高,系统稳定性加强。研究方法避免了传统的纯货币评价分析方法对耦合产出所含环境资源评价的缺失,使得对耦合效应的评价值较为客观真实。     

农业生态系统和农业生态学的几个问题探讨

一、农业生态系统的概念自1935年英国植物生态学家坦斯利(Tansley,A.G.)提出生态系统这个术语以后,随着生态学的发展,它被广泛应用于生物结构的各个领域和层次。应用于农业生产领域,便产生了农业生态系统的概念。生态系统作为一个实体,是由下列三个部分组成的,即①实体内生存的所有生物体;②与这些生物     

甘肃临泽绿洲景观的空间结构与生产特性

绿洲景观生态系统包括居民点,耕地,林地,草地,水域,岩漠,砾漠,沙漠,道路,水系10种景观组分;基质为耕地,成因类型为引入型;斑块包括居民点,林地,草地,水域,岩漠,砾漠,沙漠7种类型,成因类型可以分为3类;居民点,林地,耕地为引入型,岩漠,砾漠,沙漠为残留型,草地为环境淘汰型及残留型;廓道包括水系和道路2种类型,道路的廓道密度为水系的1.03倍,耕地以植物生产为主,在利用上应增加生产层次,发展动物生产,避免扩大面积,以维持景观生态系统的景观异质性和景观多样性,对于具有环境资源型和残留型成因特征的景观要素,适当减少生产层次,开发前植物生产,发挥水土涵养,旅游休闲,防风固沙的生态功能,有利于景观异质性与多样性的维持与稳定,对于以残留型为主的成因类型,利用上应发掘前植物生产的潜力,适当发展植物生产,可以避免景观结构的恶化。     

农业生态系统中的AM真菌多样性

农业生态系统复杂庞大,是由如麦田生态系统、水稻田生态系统、果园生态系统、草地生态系统、保护地生态系统等组成的一个复合生态系统。重点介绍农业生态系统中丛枝菌根(AM)和AM真菌多样性,探讨农业生态系统中调控AM真菌多样性的途径以及今后研究的动向。     

重牧退化草地的植被、土壤及其耦合特征

重牧退化的肃南高山草原和环县典型草原,群落的α多样性,Cody指数描述的β多样性,营养功能群多样性和生活型功能群多样性随牧压下降呈上洚趋势,固N功能群多样性和高山草原Bray-Curtis指数描述的β多样性呈相反变化趋势,2种草地0-40cm土壤全N,速效N,有机质含量和高山草原土壤速效P含量与牧压呈负相关,高山草原土壤全P含量与牧压呈正相关。典型草原土壤全N,速效N和速效P含量以及速效P/全P和C/N比值低于高山草原,但速效N/全N比值和全P含量高于后者,重牧草地土壤要素与群落活根生物量的垂直分布格局之间的灰色关联系数与牧压呈正相关,土壤要素与毒杂草和劣质牧草的关系密切,草地退化不仅是植被与土壤的衰退,也是2个子系统耦合关系的丧失和系统相悖的发展,可用耦合度与相悖度定量,综合分析,环县草原退化较肃南严重。     

干旱半干旱草地生态系统与土壤水分关系研究进展

研究干旱半干旱草地生态系统与土壤水分关系和相互作用机理对于揭示草地生态系统稳定性及其水土关键要素的变化过程具有重要意义。从不同界面、不同尺度综述了草地生态系统对土壤水分的影响及草地生态系统的响应与适应机制,总结了草地生态系统与土壤水分关系模型研究的相关进展,并分析了气候变化对草地生态系统和土壤水分关系的影响。草地生态系统通过影响水文过程和生态过程来影响土壤水分,土壤水分在植物生长发育、形态、生理生态过程、种间关系、群落组成和结构以及草地生态系统功能等方面对草地生态系统产生影响;充分揭示草地生态系统-土壤水分相互作用机理是模型研究的关键;气候变化对草地生态系统植物与土壤水分关系具有重要影响。今后应加强以下研究:1)开展草地不同优势种和植物功能型与土壤水分关系的研究,找出能反映植物对土壤水分响应的性状指标,阈值响应点及适应机制;2)注重对不同时间和空间尺度上的转换和比较;3)加强个体、群体和生态系统尺度草地植物生长模型的研究及其与土壤-植被-大气水分传输模型的耦合;4)加强草地生态系统与土壤水分关系对气候变化响应的研究。     

苏南丘陵地区土地持续利用模式的建立

对苏南丘陵地区农田生物结构及功能的研究表明,在荒丘荒坡上建立林地、茶园、果园人工草地及新辟鱼塘以形成农牧渔复合农业生态系统．提出土地持续利用的单元模式;丘岗坡地─—林茶果草立体利用,冲田地─—粮、饲、经、肥、作物合理布局,养殖业—猪、禽、奶牛、鱼全面发展．资源利用─—种养加工业配套成龙．在粮食稳产基础上,农林牧副渔收入增长２．３倍,农用土地收入及人均农业收入均增长２．７倍．     

Modeled Changes in Potential Grassland Productivity and in Grass-Fed Ruminant Livestock Density in Europe over 1961–2010

About 25% of European livestock intake is based on permanent and sown grasslands. To fulfill rising demand for animal products, an intensification of livestock production may lead to an increased consumption of crop and compound feeds. In order to preserve an economically and environmentally sustainable agriculture, a more forage based livestock alimentation may be an advantage. However, besides management, grassland productivity is highly vulnerable to climate (i.e., temperature, precipitation, CO₂ concentration), and spatial information about European grassland productivity in response to climate change is scarce. The process-based vegetation model ORCHIDEE-GM, containing an explicit representation of grassland management (i.e., herbage mowing and grazing), is used here to estimate changes in potential productivity and potential grass-fed ruminant livestock density across European grasslands over the period 1961–2010. Here “potential grass-fed ruminant livestock density” denotes the maximum density of livestock that can be supported by grassland productivity in each 25 km × 25 km grid cell. In reality, livestock density could be higher than potential (e.g., if additional feed is supplied to animals) or lower (e.g., in response to economic factors, pedo-climatic and biotic conditions ignored by the model, or policy decisions that can for instance reduce livestock numbers). When compared to agricultural statistics (Eurostat and FAOstat), ORCHIDEE-GM gave a good reproduction of the regional gradients of annual grassland productivity and ruminant livestock density. The model however tends to systematically overestimate the absolute values of productivity in most regions, suggesting that most grid cells remain below their potential grassland productivity due to possible nutrient and biotic limitations on plant growth. When ORCHIDEE-GM was run for the period 1961–2010 with variable climate and rising CO₂, an increase of potential annual production (over 3%) per decade was found: 97% of this increase was attributed to the rise in CO₂, -3% to climate trends and 15% to trends in nitrogen fertilization and deposition. When compared with statistical data, ORCHIDEE-GM captures well the observed phase of climate-driven interannual variability in grassland production well, whereas the magnitude of the interannual variability in modeled productivity is larger than the statistical data. Regional grass-fed livestock numbers can be reproduced by ORCHIDEE-GM based on its simple assumptions and parameterization about productivity being the only limiting factor to define the sustainable number of animals per unit area. Causes for regional model-data misfits are discussed, including uncertainties in farming practices (e.g., nitrogen fertilizer application, and mowing and grazing intensity) and in ruminant diet composition, as well as uncertainties in the statistical data and in model parameter values.     

东北粮食主产区农业生态系统健康格局与因子诊断——以吉林省为例

运用生态系统健康的理论与方法研究粮食主产区农业生态系统健康问题具有重要的意义,以东北粮食主产区的典型区域吉林省为研究对象,基于构建的胁迫-状态-免疫(S-S-I)与活力-结构组织-恢复力(V-O-R)农业生态系统健康评价指标体系,运用最优组合赋权法、综合评价模型、GIS空间分析技术和灰色斜率相似关联度诊断模型对2000—2011年吉林省农业生态系统健康的时空格局以及影响因子进行分析.结果表明: 时间特征上,2000—2011年吉林省农业生态健康等级从“不健康级”状态向“较健康级”状态转变,农业生态系统健康水平正逐步提高.空间特征上,2000—2011年吉林省农业生态系统健康状况空间差异日益显著,中部地区的农业生态健康水平保持不变,东南部与西部正逐渐提高.吉林省农业生态系统健康水平提高的主要贡献因子是经济驱动、环境治理与社会发展,主要障碍因子是生态压力、组织结构与投入能力等.最后,提出相关措施进一步改善区域农业生态系统健康状况.     

Weeds and native plant species are negatively associated along grassland and kiwifruit land management intensity gradients

Agroecosystems are increasingly recognized as both sources and sinks of non‐native weedy plant species as well as of native plant species, thus management of these systems has important implications for the composition of plant communities and landscape diversity. We quantified the distribution and abundance of both native and non‐native plant species along a habitat gradient representing four management zones: managed agroecosystem, the agroecosystem boundary, ecotone, and neighbouring native forest for two land uses: kiwifruit orchards and neighbouring grassland agroecosystems. Native plant species diversity was highest in forest zones, and declined significantly with increasing non‐native plant diversity across all management zones. The negative relationship between native and non‐native plant species richness and diversity across all management zones was surprising, and contrasts with most ecological literature. Further, non‐native plant species that have the largest ecological or ecosystem impacts were most abundant in ecotones, but were largely absent from managed zones and their margins. Our results suggest that agroecosystems and neighbouring vegetation can harbour native species, but can also be a source of non‐native invasive weeds. These results highlight that agricultural margins contain both native plant diversity and environmental weeds, and that management of these margins affects diversity both on and off the farm.     

动物分散贮食行为对植物种群更新的影响

分散贮食是许多动物取食行为策略的重要组成部分。对以植物种子为主要贮食对象的动物来说,种子内营养物质含量、种子大小以及种子内次生化合物的含量等因素都直接影响动物的贮食行为。动物偏爱贮藏个体较大的种子,大种子多被搬运并分散贮藏在远离种源的地方,而小种子则多被就地取食,以补充动物贮食过程中的能量消耗。贮食动物主要通过空间记忆、特殊路线以及贮藏点周围的直接线索等途径重新获取贮藏点内食物。在重取过程中,一些贮藏点被遗忘,其中的种子成为植物种群更新的潜在种子库。因此,分散贮食动物不仅是种子捕食者,还是种子传播者,它们对植物种子的捕食、搬运和贮藏,影响了植物种子的存活和幼苗的建成,从而在一定程度上影响植物种群的更新、分布。植物种群为了促进种子的传播,在进化过程中逐渐形成了形式多样的适应性策略,降低种子的直接被捕食率,提高种子的被贮藏率。研究动物分散贮食行为对植物种群更新的影响,将有助于理解贮食动物与植物之间的互惠关系,从而认识贮食动物种群在生态系统中的作用,为生物多样性的保护提供科学依据。