草原学_参考网

草原学

2016-02-14梁天刚崔霞冯琦胜

中国学术期刊文摘 2016年3期

关键词：草业生物量草地

梁天刚，崔霞，冯琦胜，等

任继周，林慧龙

马春晖，夏艳军，韩军，等

杨晶，沈禹颖，南志标，等

张成霞，南志标

邹丽娜，周志宇，颜淑云，等

杨惠敏，王冬梅

韩立辉，尚占环，任国华，等

侯向阳，尹燕亭，丁勇

草原学

2001—2008年甘南牧区草地地上生物量与载畜量遥感动态监测

梁天刚，崔霞，冯琦胜，等

摘要：草地地上生物量监测是草地资源空间格局动态研究的重要内容，也是草畜平衡综合分析的基础。利用2006—2008年甘南牧区草地调查资料和Terra/MODIS每日地表反射率产品MOD09GA，建立了草地地上生物量遥感反演模型，模拟分析了甘南州及各县市草地资源在2001—2008年期间的各旬、月和年的生物量及理论载畜量变化动态。研究结果表明，MODIS增强型植被指数EVI的乘幂函数可以较好地模拟甘南牧区草地地上的生物量鲜重，拟合模型平均估产精度为76.7％，可很好地模拟牧草生长状况较好时期（5—10月）的草地地上生物量变化动态。甘南牧区草地生长主要集中在5月上旬—10月下旬期间，草地旬最大地上生物量数字图像可以较客观地反映草地植被生长发育的总体规律。但是，个别旬生物量受大范围长时间阴雨多云天气状况及放牧家畜数量有较大变动情况的严重影响。2001—2008年不同草地类型的月最大生物量动态变化曲线均呈单峰抛物线形式，全州平均最大生物量均出现在7月，但不同年份产量达到最大值的月份有所变化，主要集中在7—8月。甘南州草地地上总生物量年度之间存在较大的差异。全州8年平均总地上生物量为109.31亿kg。2005年全州草地植被年总生物量最高，达129.1亿kg，其次为2006，2007 和2002年，分别为113.2，110.7和109.0亿kg。由于气候条件和不同县市草地面积及生长状况等存在较大差异，其理论载畜量也存在显著差别。从耕地、粮食与人口关系分析，我国粮食安全面临巨大挑战，其中人的口粮中长期预测不过2亿t，我国自给无虑，而饲料等非口粮用粮达5亿t，现有耕地农业系统难以承担。而国际粮食市场容量不足，价格波动过大，不可依赖。数量巨大的饲料用粮需求是对我国的粮食安全真正严重的威胁。中国未来粮食安全必须向动植物产品并重型食物结构转变，进行新的食物生产与消费结构的调整是面对国际粮荒的长期战略。农区草业是将牧草引入传统耕地农业，在保证谷物生产水平的基础上，充分利用光、热、book=47,ebook=51水、土等资源，在大幅度提高第一性生产的生产效率的同时，又为第二性生产提供优质、充足、廉价的饲料资源，以先进养殖业，提高饲料报酬率，提高草食型畜禽等节粮产品的比重，以保证动物性食品的充分发展而不加重谷物生产负担。所提供的生态服务功能无可替代。我国农区尚有4968.5万hm2的土地资源发展农区草业，发展空间巨大。发展农区草业将酝酿一次对耕地农业的革命，不仅为改进农业系统提供最初的动力，而且可发掘农区草地资源，解放巨大食物资源潜力，实现人-畜分粮，是保证粮食安全的重大步骤。本试验从2006—2008年在塔里木大学选用天然发酵粉剂、绿汁发酵液、精准牌添加剂以及EM-原液对苜蓿进行青贮对比试验，结果表明，4种添加剂均能改善苜蓿青贮品质，经过气味、质地、色泽感官评定，天然发酵粉剂和绿汁发酵液青贮苜蓿为优等青贮饲料，而且它们的pH值（4.16，4.28）、丁酸（0，0）、NDF（28.0％，27.56％）、ADF（26.96％，26.83％）含量均较低，与对照组相比差异显著（P＜0.05）；而天然发酵粉剂与精准牌添加剂青贮苜蓿的乳酸含量分别为6.8333和8.4267，显著高于对照组的2.4133（P＜0.05），氨态氮含量则显著低于对照组（P＜0.05）。4种添加剂在提高乳酸含量，降低氨态氮、pH值、乙酸、丙酸、丁酸、NDF和ADF含量等方面表现最好的是天然发酵粉剂，均显著优于对照组（P＜0.05），其次是绿汁发酵液、精准牌添加剂。综合考虑，天然发酵粉剂和绿汁发酵剂青贮效果优于精准牌添加剂和EM-原液，天然发酵粉剂与绿汁发酵剂青贮效果相当。在陇东黄土高原雨养农业区，以传统耕作（T）为对照，研究了3种保护性耕作：耕作+秸秆覆盖（TS）、免耕（NT）、免耕+秸秆覆盖（NTS）对玉米-大豆-小麦轮作系统产量和土壤全氮、全碳、有机碳，易氧化有机碳及碳库管理指数的影响。结果表明，从2001至2007年，10茬作物的总产量在TS、NTS处理下分别比T提高3.63和1.62 t/hm2，而NT处理则比T处理显著降低2.48 t/hm2。7年后，T、TS、NT和NTS处理表层土壤全氮含量分别提高15.4％，30.2％，16.2％和49.5％。总有机碳含量相应提高2.5％，18.7％，11.7％和74.0％，易氧化有机碳含量在TS，NT和NTS处理下分别比T处理提高16.0％，16.2％和38.1％；土壤碳氮比在T、TS、NT和NTS处理下较之7年前分别降低了11.41％，8.54％，3.91％和2.72％，TS、NT和NTS处理下碳库管理指数分别比T处理提高12.6％，20.1％和46.6％，说明秸秆覆盖+免耕均有利于提高该轮作系统中土壤有机碳含量并改善碳库质量。综述了放牧对草地土壤物理特性（容重、渗透率）和化学特性（有机质、全氮、全磷等）的影响。由于草地土壤生态系统本身的复杂性和弹性，放牧对草地土壤特性的影响并没有一致的结论。一般而言，随着放牧强度的增加，牲畜的践踏作用变强，土壤容重逐渐增加，土壤的渗透性降低，导致土壤的含水量下降，随着土壤深度增加其影响减弱。但在有机质含量很低的沙质土壤中，超载过牧造成有机质含量降低，土壤的团粒结构减少，稳定性团聚体减少，土壤结构遭到破坏，使得土壤容重降低。放牧对土壤有机质的影响受多种因素的影响，如温度、降水、植被、土壤和管理措施（持续放牧、轮牧、围栏等），所以有机质的动态转化过程十分复杂，已有的文献放牧管理对土壤有机质的影响有3类结论：无影响、增加和降低。放牧家畜通过采食、践踏、排泄等行为直接或间接地影响土壤中氮的含量，随放牧强度增加，土壤全氮含量呈现出降低、不变和增加等。土壤磷对放牧的响应也有不同的研究报道，有的认为随放牧强度的增加，土壤全磷下降，而速效磷增加，也有研究认为长期放牧对草地的全磷和速效磷变化不大。不合理的放牧是造成土壤退化的最普遍原因，故认识不合理放牧导致草原土壤退化的过程和机制，对遏止草原退化、实现草地畜牧业的可持续发展具有重要的意义。本研究通过人为控制土壤盐分梯度，以盆栽当年生紫穗槐幼苗为材料，研究不同盐分条件下紫穗槐叶片光合速率、酶活性、有机渗透调节物质等生理特性，探讨紫穗槐耐盐机制。结果表明，随盐分胁迫程度的加剧，紫穗槐幼苗的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）、K+含量逐渐下降，超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化物歧化酶（POD）活性、Na+、可溶性糖和游离脯氨酸含量则显著上升；叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量、类胡萝卜素含量随土壤盐分浓度的增加逐渐增大，而叶绿素a与叶绿素b含量之比无显著变化。以上生理指标反映出紫穗槐幼苗对盐渍环境的适应性变化，是其抵御逆境的一种积极调节机制。生态化学计量学（ecological stoichiometry）是研究生物系统能量和化学元素（主要如C、N和P等）平衡的科学，为研究元素在生物地球化学循环和生态过程中的计量关系和规律提供了一种综合方法。陆地生态系统方面的研究虽然起步较晚，但近10年来也取得了较大的发展，已涉及到天然草原、森林、湿地和农田等亚系统，研究内容除了测定生态化学计量比，还将不同系统、功能群和物种间植物的计量学特征进行比较，以及将计量学特征与环境因子偶联研究。笔者对草-环境系统植物C、N和P生态化学计量学的研究进行了综合分析，重点论述了天然草原系统植物C、N和P生态化学计量学特征及其对环境因子的响应规律。在青藏高原典型“黑土滩”区对93个秃斑块及周边的土壤和植被特征以及变化规律进行了调查分析。结果表明，高寒草地草毡层消失后形成的"黑土滩"秃斑在草地中形成一个“负肥力岛”，秃斑块内土壤养分低于秃斑周边有草皮层覆盖的草地，其中全氮、铵态氮、有机碳差异显著；同时秃斑内pH显著高于秃斑块外水平。秃斑块是草地养分流失的通道。当秃斑面积大于5 m2时。秃斑块与周边景观异质性降低。秃斑内植物物种饱和度为20～25种，显著低于有草毡层覆盖的草地。秃斑内主要毒杂草铁棒锤和细裂叶莲蒿与秃斑块面积呈线性正相关。鼠洞个数与秃斑块面积亦呈线性正相关。目前我国草原退化形势依然严峻。已有的草原管理模式难以应对草原生态系统的动态性、不确定性等复杂性特征。适应性管理是管理动态、不确定性系统的有力工具之一。笔者概述了适应性管理理论与实践在国内外的研究现状，分析了我国草原适应性管理的重点任务，提出加强草原生态系统基础研究、整合多维度理论、知识与方法、开展模式示范、构建数字草原信息网络、提高监测预测能力等重要措施，为全面开展草原适应性管理，遏制我国草原退化，维持系统稳定并提高草原生产力水平奠定基础。

关键词：甘南牧区；草地地上生物量；载畜量；遥感监测农区种草；草业；粮食安全；食物结构紫花苜蓿；青贮；添加剂秸秆还田；免耕；有机碳；易氧化有机碳；碳氮比放牧；草地生态系统；土壤理化特性紫穗槐；盐胁迫；生理生化特性草类植物；元素计量比；环境因子；草-环境青藏高原；黑土滩；秃斑块；植物群落；土壤养分生态系统管理；适应性管理；参与式管理；草原管理

来源出版物：草业学报, 2009, 18(6): 12-22 入选年份：2014