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。     

青藏高原牲畜数量变化及其空间特征

牲畜数量的变化是草地可持续管理的重要问题, 掌握牲畜的时空变化特征有利于了解放牧活动对草地生态系统的影响。以青藏高原1978—2017年牲畜存栏量为基础, 对青藏高原近40年来牲畜的数量变化趋势和1990年、2000年、2010年及2017年青藏高原牲畜量空间分布特征进行分析。结果表明: 自1978年以来青藏高原牛、羊年末存栏量总体呈现增长趋势, 其年均增长率分别为0.15%和0.32%, 马呈现下降趋势, 年均增长率为-0.95%; 青藏高原牲畜量在空间上表现为由东向西减少的特征, 1990—2017年青藏高原牲畜量增长主要位于青海东北部, 新疆西南部, 西藏东部及四川北部, 而青海南部和西藏西北部是牲畜量明显减少的地区; 青藏高原的牲畜量以0.28%的年均增长率增多, 其中青海和西藏年均增长率为负, 分别为-0.13%和-0.07%, 其他四个省份年均增长率均为正数, 分别为四川0.28%、新疆1.23%、云南0.79%和甘肃0.98%。研究针对青藏高原牲畜存栏量进行时空分析, 明晰了青藏高原牲畜存栏量的时空变化, 为研究青藏高原草畜平衡及人类放牧活动对草地生态系统的影响提供参考。     

近30年来青藏高原高寒草地NDVI动态变化对自然及人为因子的响应

草地生态系统是陆地生态系统的重要组成部分，在调节气候、水土保持、防风固沙、保护生物多样性等方面发挥着重要作用。青藏高原是全球海拔最高的独特地域单元，平均海拔超过4000 m，素有“世界第三极”之称，亦是我国重要的生态安全屏障，其对气候变化敏感且易受人类活动的影响，属于气候变化敏感区和生态脆弱带。近年来，由于气候变化和人类活动的不断加剧，青藏高原区域气候和环境发生了重大变化，气候变暖、水污染、草地退化和沙化等问题已严重阻碍了当地社会经济的可持续发展。高寒草地是青藏高原主要的植被类型，在气候变化和人类活动加剧的背景下，青藏高原高寒草地植被的动态变化受到人们的广泛关注。归一化植被指数（Normalized difference vegetation index, NDVI）因能有效地反映植被覆盖程度和生长状况而被广泛应用于植被动态的研究中。气温与降水被认为是影响青藏高原植被动态的主要气候因子，放牧强度与人口数量则是主要人为因子。因此，研究高寒草地植被对气候变化和人类活动的响应机制对预测未来草地变化有着重要的意义。基于青藏高原生长季草地的NDVI、气温、降水、放牧强度及人口数量等数据，在县区尺度上，采用趋势分析法探究了1982—2013年青藏高原143个县区生长季草地NDVI动态变化、气候变化及人类活动的变化，同时采用面板数据模型分析了32年来青藏高原143个县区气候、人为因子变化对草地NDVI变化的相对贡献。研究结果显示：（1）青藏高原高寒草地生长季NDVI总体呈增长趋势，草地植被生长状态呈现“整体改善、局部退化”趋势；（2）青藏高原生长季平均气温与降水量整体增加，气候呈现“暖湿化”趋势；（3）在长时间尺度上，气候因子主导了青藏高原高寒草地NDVI的变化，降雨和气温的增加促进草地NDVI的增加，放牧强度的持续增加则导致草地NDVI的减少。     

黄土高原泾河流域牲畜承载力分析

畜牧业是泾河流域北部地区的经济支柱产业。过度放牧使草地退化,土地沙化严重,是流域生态环境恶化的主要原因之一。根据降雨,植被．牲畜量之间的定量关系。利用泾河流域1971—2000年平均降雨数据,估算了泾河流域牲畜承载力的空间分布格局,并根据同期的各县市牲畜存栏数据和该区植被分布数据,分析各县市放牧压力的时空分布。对于泾河流域的牲畜承载力水平而言,目前是一个什么状况以及与理论上的最大承载力的可变动的空间如何,是研究的主要目的,以期为该区的农牧业合理布局及其退耕还林（草）工程具体实施提供科学依据和理论指导。 利用DEM对该流域近30a的降水数据空间插值,获得降雨空间数据,并以降雨．生产力．牲畜量的经验模型进行估算,研究结果表明以降雨R估算的泾河流域牲畜承载力空间分布自南向北逐渐变小。基于县域单元,对于表征放牧压力的牲畜放牧指数（SRI）而言,相对总面积的SPd只有环县、吴旗、定边、盐池和泾川5县超过1,表明这5个县属于过度放牧区域,其它地区不存在牲畜超载现象;对于基于草地面积的SPd,除了经济相对发达的西峰市、咸阳市区、兴平市和泾渭交界的地区部分县市小于1,大部分地区的SPd值都大于1,尤其是北部的环县、吴旗、盐池、定边等县。都超过10几倍。属于严重的超载放牧地区,超载放牧是北部地区土地沙漠化的主要原因,而北部区域是泾河乃至整个黄土高原的泥沙的主要来源,因此产生严重的生态影响。退耕还林（草）工程实施中应明确上述县市的严重的生态现象,并对这些区域的生态地位重点进行宣传教育。同时,表明基于草地面积计算的牲畜放牧指数较基于总面积计算的更具有现实意义。     

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。     

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。     

放牧家畜组合对高寒草地植物群落特征及生产力的影响

为明晰中等放牧强度下不同放牧家畜组合如何调控高寒草地地上净初级生产力,进而提高高寒草地管理水平,本研究以青藏高原东端高寒草地为对象,设置中等放牧强度下不同放牧家畜组合样地(牦牛、藏羊单独放牧及1∶2混合放牧)和不放牧样地,分析了不同放牧家畜组合下高寒草地植物群落特征、土壤理化性质及地上净初级生产力变化。结果表明：不同放牧家畜组合对物种丰富度与多样性指数无显著影响,但显著降低高寒草地植物群落的高度与盖度,并改变功能群重要值占比;藏羊单独放牧显著增加高寒草地土壤速效氮、磷含量以及土壤容重;放牧弱化高寒草地植物多样性对地上净初级生产力的调控作用并加强土壤环境因子的作用强度;牦牛、藏羊混合放牧时高寒草地地上净初级生产力、家畜采食量均最高。为提升高寒草地管理水平,建议基于中等放牧强度进行牦牛、藏羊适宜比例的混合放牧,采用植被-家畜-土壤耦合管理方式以实现高寒草地生态功能维持与可持续利用。     

过牧对玛曲草地沙化的影响

玛曲草地沙化对黄河上游水源补给产生了不利影响.基于NTP和理论载畜量的估算,定量分析了自然因素和人为因素对草地沙化的作用程度.结果表明:影响玛曲草地沙化的自然因素主要是温度升高,特别是≥0℃积温的增加;人为因素主要是超载过牧.温度升高对草地沙化的影响占34.39%,超载过牧占65.61%.草地沙化是过牧的累加效应达到一定程度时才出现的,累加超载量每增加1万个羊单位会造成3.14 hm2草地沙化.草地沙化的防治应以草畜平衡为基础,逐渐减缓或减少超载量的累加.     

气候变化与人类活动对内蒙古东部草地净初级生产力的影响

内蒙古东部草地是该区域的主体生态系统类型,属于脆弱的生态系统,对气候和人类活动反应敏感。基于土地覆被数据和改进CACS模型,估算得到的草地NPP,分析2000-2015年内蒙古东部草地和NPP时空格局与年际动态。进而,定义相对退化指数（RDI）,确定草地生产力变化过程中人类活动因素的贡献率,分析内蒙古东部地区2000-2015年RDI空间格局与年际动态。同时,分析16年间NPP和气候因子相关关系。结果表明：1）2000-2015年间,损失草地面积4743.80 km²,新增草地面积2705.57 km²。2）2000-2015年内蒙古东部地区草地植被平均NPP位于166.56-248.14 gC m^-2 a^-1之间,NPP在波动中呈现明显的上升趋势（3.65 gC m^-2 a^-1/a,R²=0.47）。3）2000-2015年RDI在16.64%-30.54%之间波动,RDI值呈缓慢下降趋势,表明人类活动对草地植被净初级生产力的干扰程度在下降。4）草地NPP变化主要是因为草地本身生产力下降。整体来看相关草地保护工作取得了阶段性进展,草地生境质量得到有效缓解,草地生态环境得到转变。     

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.     

Climate Change-Induced Range Expansion of a Subterranean Rodent: Implications for Rangeland Management in Qinghai-Tibetan Plateau

Disturbances, both human-induced and natural, may re-shape ecosystems by influencing their composition, structure, and functional processes. Plateau zokor (Eospalax baileyi) is a typical subterranean rodent endemic to Qinghai-Tibetan Plateau (QTP), which are considered ecosystem engineers influencing the alpine ecosystem function. It is also regarded as a pest aggravating the degradation of overgrazed grassland and subject to regular control in QTP since 1950s. Climate change has been predicted in this region but little research exists exploring its impact on such subterranean rodent populations. Using plateau zokor as a model, through maximum entropy niche-based modeling (Maxent) and sustainable habitat models, we investigate zokor habitat dynamics driven by the future climate scenarios. Our models project that zokor suitable habitat will increase by 6.25% in 2050 in QTP. The predication indicated more threats in terms of grassland degradation as zokor suitable habitat will increase in 2050. Distribution of zokors will shift much more in their southern range with lower elevation compare to northern range with higher elevation. The estimated distance of shift ranges from 1 km to 94 km from current distribution. Grassland management should take into account such predictions in order to design mitigation measures to prevent further grassland degradation in QTP under climate change scenarios.     

草地绿色承载力概念及其在国家公园中的应用框架

针对国家公园,在草地承载力的基础上,从如何解决野生动物种群多样性与繁衍兴盛,实现禁牧减畜后的牧民脱贫致富,保障不断增长的生态体验或旅游经济发展需求的视角出发,以生态功能维护+草畜平衡+生态体验为架构,提出草地绿色承载力概念;从生态系统支撑条件、草地生产力、野生动物与家畜承载规模、农牧民与生态体验人口承载规模、监测预警5个维度,构建草地绿色承载力评价体系;提出三江源国家公园草地绿色承载力应用框架,以期为科学制定建设规划和发展目标,推动三江源国家公园生态保护与区域可持续发展提供理论依据。     

内蒙古土地利用变化对生态系统防风固沙功能的影响

土壤风蚀是内蒙古的严重环境问题之一。在对内蒙古2000年到2010年的土地利用变化特征进行分析的基础上,分析了内蒙古土地利用变化的主要特征,以RWEQ模型估算了内蒙古2000年和2010年的固沙物质量,采用空间统计分析评估了固沙功能对土地利用变化的响应,结果表明:(1)2000—2010年土地利用变化以城镇高速发展、草地和湿地面积锐减、林地灌丛有所恢复以及荒漠环境改善为主要特征。(2)2000—2010的十年间内蒙古固沙物质总量增长了17.75%,草地总面积虽有所降低,但是部分区域草地覆盖度的上升增强了草地固沙能力,而林地的固沙物质量则由于农田、草地改为林地的短期内地表保护力的下降而有所降低。(3)十年间农田退耕还草、荒漠环境的改善、草地质量提高等土地利用变化方式有益于生态环境质量的提高,使生态防风固沙功能得以增强,造成固沙物质量提高了约0.25亿t。(4)农田开垦、城镇发展、荒漠化发展、湿地萎缩以及草地的退化等土地利用变化会使生态环境质量降低,生态系统防风固沙功能下降,累计造成的固沙物质量的减少总量约为0.19亿t。从十年间综合来看,内蒙古的土地利用变化对区域固沙功能有一定的增强作用,但是尚存在城镇发展过快、草地湿地转化压力过大、草地退化、荒漠化对固沙功能的弱化问题,需要在今后的土地利用规划和管理工作中予以改进以进一步增强区域固沙功能,构建北方地区生态安全屏障。     

基于RS和GIS的干旱区内陆河流域生态系统质量综合评价——以石羊河流域为例

石羊河流域是河西走廊东段重要生态区,也是用水矛盾最突出、生态环境问题最严重的地区之一,对其进行生态系统质量的评价,可为干旱区内陆河流域的生态保护工作提供借鉴.依据生态系统质量概念,以统计数据、遥感数据和土地覆被数据为基础,从生态系统的3方面(生产力、稳定性和承载力)构建评价指数,基于非参数Kruskal-Wallis卡方(χ²)检验和熵值法确定指标权重,结合RS、GIS和SPSS软件对2000、2005、2010和2015年石羊河流域不同生态系统类型的质量及各指数进行综合评价及变化分析.结果表明: 2000—2015年,石羊河流域生态系统质量均值为57.76,呈现显著下降趋势,年降幅为0.72,空间分布呈上游优于中游、中游优于下游的状态;生态系统生产能力、稳定性和承载力均值分别为67.52、45.37、58.53,生产能力和稳定性小幅上升,承载力逐渐下降.就各生态系统类型来看,森林生态系统质量最高,年均值为78.12,年降幅最小,为0.28;其次是草地、农田和城镇生态系统,年均值分别为62.45、58.76、50.29;湿地生态系统质量最低,年降幅最大,达0.98.     

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。     

2001-2010年洞庭湖生态系统质量遥感综合评价与变化分析

生态系统质量能够反映生态系统的重要特征,是表征生态环境质量和服务功能的重要指标。在生态系统质量的理论框架指导下,结合GIS综合指数法,利用遥感数据和土地覆被数据,对2001—2010年洞庭湖区域各生态系统类型进行生态系统质量综合评价和变化分析。以NPP年均值和变异系数构建生态系统生产能力指数(EPI)和稳定性指数(ESI),结合PSR模型和AHP层次分析法构建生态系统承载力指数(EBCI),并基于熵值权重法,构建生态系统质量遥感综合评价模型,实现对生态系统生产能力、稳定性和承载力三方面的综合评价。结果表明,洞庭湖区域生态系统质量综合评价分数达到59.81(总分100),而且在三项指数评价中,各指数均值分别为72.79、52.21和71.86,可见洞庭湖区域生态系统稳定性略差。三项指数在2001—2010年期间变化表现不同,EPI和EBCI分别下降8.85%和9.11%,ESI小幅度上升3.09%;整体生态系统质量在2001—2010年呈现逐年降低趋势,下降5.97%,平均变化率为-0.508/年。针对各生态系统类型的分析可知,森林生态系统质量高于其他生态系统类型,湿地生态系统质量最低,同时在这十年间,湿地生态系统质量下降最明显,降幅达12.97%,森林生态系统质量变化较小,降幅只有2.26%。     

Relationships between plant diversity,vegetation cover,and site conditions: implications for grassland conservation in the Greater Caucasus

Overgrazing, land use abandonment and increasing recreational activities have altered the vegetation of high-montane and subalpine grassland of the Caucasus. The failure of previous restoration efforts with unsuitable and exotic plant species indicates the need for information on the present vegetation and in which way it might change. Within the Greater Caucasus, we have described and quantified the mountain grassland which develops under characteristic overgrazed and eroded site conditions. Further, we have proposed potential native plant species for revegetation to restore and conserve valuable mountain grassland habitats. We used non-metric dimensional scaling ordination and cluster comparison of functional plant groups to describe a gradient of grassland vegetation cover. For our study region, we identified four major vegetation types with increasing occurrence of ruderal pasture weeds and tall herb vegetation on abandoned hay meadows within the subalpine zone. Within high-montane grassland a decline of plant diversity can be observed on sites of reduced vegetation cover. Due to a low potential of the grassland ecosystem to balance further vegetation cover damage, the long-term loss of diverse habitats can be expected. We conclude with management recommendations to prevent erosion and habitat loss of precious mountain grasslands.