改进CASA模型在内蒙古草地生产力估算中的应用

CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型是针对北美地区植被而建立的净第一性生产力(NPP)模型,本文通过修改CASA模型参数(PAR、FPAR),使之成为适合草地NPP估算的模型。采用改进后的CASA模型计算了2003年内蒙古草地生长季的生产力,并利用2003年7和8月的地面实测样方数据对改进后的模型进行验证。结果表明,2003年内蒙古草地生长季总的第一性生产量为28.59×1012gC,利用改进后的CASA模型模拟的NPP值与地面实测值基本一致。除了温性荒漠类草地退化程度大于Ⅱ度时误差较大外,其它草地类型模拟的精度>80%,未退化草甸草原和典型草原的模拟精度达到90%。     

中国北方草地植物群落季节生长格局模拟

中国北方草地横跨干旱、半干旱及亚湿润干旱气候区,水分是限制中国北方草地植物群落生产力的主要气候因子.采用基于水分平衡过程的、简单的植物群落模型,利用460个气象站40年气象数据的月平均值,模拟中国北方7种草地类型的季节及年生长、叶片投影盖度(FPC)、蒸发系数(k)及净第一性生产力(NPP).野外观测数据对模型的验证显示模拟结果与观测值相符较好.温性草地自东向西,青藏高原自东南向西北,植物群落的k、NPP与FPC呈递减趋势,显示了中国温性草地自东向西,青藏高原自东南向西北逐渐干旱的水分梯度;其中高寒草甸的3个模拟参数值均最高,高寒草原FPC次于高寒草甸,而NPP却与温性典型草原相近,温性典型荒漠的3个参数最低.高寒草甸、高寒草原、温性草甸草原、温性典型草原、温性荒漠草原、温性草原化荒漠和温性典型荒漠等7种类型草地的畜群承载力约为每公顷5.2、2.3、3.6、2.1、1.0、0.6和0.2只羊单位,区域最适恢复植被盖度分别以93%、79% 、56%、50%、44%、38%和37%为宜.     

内蒙古锡林郭勒盟草原产草量动态遥感估算

草原产草量的监测是草地资源空间动态研究的重要衡量指标,是草地资源合理利用和载畜平衡监测的重要依据.基于371个样地调查数据和2005～2009年的MODIS-NDVI遥感数据,建立地面样方的产草量与遥感数据的关系模型,模拟分析了内蒙古锡林郭勒盟草原产草量的时空分布.结果表明：（1）建立的各模型方程均有较好的相关关系,其中幂函数的相关关系最优,通过预留样方数据的验证,模型精度为78%,幂函数模型作为遥感估测应用可行;（2）锡林郭勒盟草原的产草量5年平均为3455万吨,折合干草总量为1112万吨,平均单产为567.23kg/hm2,草原产草量的空间分布呈东高西低的格局;（3）2005～2009年,锡林郭勒盟草原产草量有明显的波动,干草变化范围为800～1400万吨,变异系数为20.42%;（4）不同草地类型的产草量及其年际间变化存在较大的差异,荒漠类草原产草量低,年际间变化较大;草甸类草原产草量高,年际间变化相对较小.草原产草量的时空变化还与降水量、气温等主要气候因素关系密切,特别是受降水量的时空变化影响显著.研究结果可以为中国草地资源的保护及合理利用提供参考依据.     

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。     

基于MODIS NPP数据的青海湖流域产草量与载畜量估算研究

快速评价区域草地生产力状况, 是制定牧区草畜平衡策略, 保障草地生态系统健康可持续发展的前提基础。基于MODIS NPP产品数据, 对青海湖流域草地生产力进行了估算和评价。结果表明: (1)牛羊可食性最高的高寒草甸、高寒草原和温性草原, 其单位面积产草量估算值的均方根误差RMSE为26.15 g·m-2, 表明该方法可以快速估算区域尺度的产草量。(2)全年干草产量为145.42万t, 其中能被牛羊直接采食利用的牧草共计59.18万t, 理论载畜量为81.07万羊单位; (3)影响单位面积干草产量的主要气候因子, 海拔3500 m以下地区, 是活动积温且与单位面积干草产量呈负相关关系; 3500 m以上地区, 是温度且与单位面积产草量呈正相关关系。研究结果可为高寒地区合理规划牧业生产活动、生态补偿等提供科学依据和决策支持, 也可为全国其他牧区的草原产草量的估算提供参考。     

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.     

宁夏典型温性天然草地固碳特征

本文研究了宁夏草甸草原、温性草原、草原化荒漠和荒漠草原4种温性典型天然草地生态系统碳储量及其构成特征。结果表明: 草甸草原、温性草原、草原化荒漠和荒漠草原植被总生物量分别为1178.91、481.22、292.80和209.09 g·m^-2。其中,地下根系生物量是构成草甸草原和温性草原植被总生物量的主体,分别占总生物量的73.1%和56.6%;地上植被生物量是构成草原化荒漠和荒漠草原植被总生物量的主体,分别占总生物量的50.3%和47.6%;枯落物生物量占比较低,分别仅为8.5%、8.0%、6.4%和16.2%。草甸草原、温性草原、草原化荒漠和荒漠草原4种天然草地生态系统碳储量分别为13.90、5.94、2.69和2.37 kg·m^-2,其中植被碳储量分别为470.26、192.23、117.17、83.36 g·m^-2,0～40 cm土层土壤有机碳储量分别为13.43、5.75、2.58和2.29 kg·m^-2,土壤有机碳储量是构成宁夏典型天然草地碳储量的主体,分别占到了生态系统碳储量的96.6%、96.8%、95.6%和96.5%。4种草地类型植被总生物量、植被碳储量、土壤有机碳储量和生态系统碳储量均表现为:草甸草原＞温性草原＞草原化荒漠＞荒漠草原。     

宁夏典型天然草地土壤团聚体稳定性及其有机碳分布特征

土壤团聚体作为土壤结构的基本单元和土壤有机碳存在的重要场所,对维系土壤质量和生态环境可持续发展具有重要作用。为探究宁夏天然草地土壤团聚体稳定性及其有机碳分布特征,以宁夏4种典型的天然草地（草甸草原、温性草原、草原化荒漠和荒漠草原）为研究对象,系统开展研究。结果表明：草甸草原、温性草原和草原化荒漠各粒级机械团聚体和水稳性团聚体含量均呈现随粒径减小而先减小后增大趋势,荒漠草原机械团聚体含量呈现随粒径减小而先减小后增大的趋势,水稳性团聚体含量呈现随粒径减小逐渐增大的趋势;且草甸草原和温性草原机械稳定性和水稳性团聚体在0-10 cm、10-20 cm和20-40 cm 3个土层均以>0.25 mm大团聚体为主,草原化荒漠和荒漠草原水稳性团聚体均以<0.25 mm的微团聚体为主。4种草地类型机械团聚体和水稳性团聚体MWD和GMD,以及各粒级土壤团聚体有机碳含量均表现为草甸草原和温性草原显著高于草原化荒漠和荒漠草原。草甸草原和温性草原在3个土层深度均以>0.25 mm的大团聚体对有机碳的贡献率最高,分别达到43.86%、59.26%、58.89%和58.02%、54.03%、57.15%;草原化荒漠和荒漠草原在3个土层深度,均以<0.25 mm的微团聚体贡献率高,分别达到了60.37%、55.86%、54.33%和75.61%、78.34%、78.74%。结果表明：草甸草原和温性草原较草原化荒漠和荒漠草原土壤团聚体稳定性更高,更有利于土壤有机碳累积。     

中国草原产草量遥感监测

根据MODIS遥感数据和同期地面调查数据,对我国2005年草原产草量进行了系统估算。用MODIS数据计算全国草原的归一化植被指数NDVI,针对6个不同类型草原区建立了NDVI和地面样方的产草量之间的关系模型,用这些模型推算全国草原产草量分布。结论如下：（1）2005年我国草原有3个牧草高产中心,分别位于东北呼伦贝尔草原、锡林浩特草原和大兴安岭西麓;青海东部、四川西北部和甘肃中南部以及新疆西北部;（2）2005年全国草原干草总产量达到29421．39万t,平均单产达到829．67kg／hm^2干草;（3）2005年干草产量位列前7位的省区依次是内蒙古、青海、新疆、四川、西藏、黑龙江和甘肃;例如,内蒙古因草原面积大而成为我国第一大草原牧草生产省,2005年有6037．08万t干草;（4）总产草量位于前5位的草地类型依次为高寒草甸类、温性草原类、低地草甸类、温性草甸草原类与山地草甸类;（5）2005年8月份全国草原产草量与2004年同期相比总体持平;各草原大省的变化情况分别为：青海、甘肃2省区的草产量略有增加,青海增加了9．02％、甘肃增加了3．63％;内蒙古减少约3％;西藏、新疆和四川3省区基本与2004年同期持平。研究结果对我国草原监理、草原畜牧业发展和草地生态系统研究具有较大的参考价值。     

围封与放牧对青藏高原草地生物量与功能群结构的影响

以青藏高原高寒草甸、高寒草原、温性荒漠草原的退化草地为基础,比较了5年围封样地与放牧样地的生物量和群落结构。结果表明:(1)围封后3类草地地上总生物量较放牧样地分别显著增加了48.1%、10.8%、34.5%;地下生物量对围封的响应与地上总生物量一致,且围封后高寒草原0~10cm土层根系生物量比例较放牧地显著下降。(2)围封显著降低了高寒草甸的根冠比,高寒草原和温性荒漠草原无显著变化。(3)与放牧地相比,围封显著增加了高寒草甸和高寒草原禾本科植物的生物量比例,高寒草甸杂类草显著降低,温性荒漠草原功能群生物量比例无显著差异。