中国草地资源的现状分析

中国草地面积广阔,自然资源丰富,准确评估草地资源既是合理开发和利用草地的基础,也对生态环境的保护具有重要意义.但是,关于中国草地面积、生产力和承载力等本底数据至今为止尚没有系统的梳理.本文收集、整理了过去几十年来我国草地资源研究的各类数据,并利用1982~2011年的遥感影像(NOAA/AVHRR-NDVI)和气候数据重新估算了我国天然草地生物量和生产力及其近30年的变化.由于草地的定义、数据来源和分析方法不同,现存资料对中国天然草地面积的估算差异很大,变动范围达2倍以上(1.67×10~6~4.31×10~6 km~2),这些资料也表明,我国目前的天然草地面积在2.80×10~6~3.93×10~6 km~2之间比较合适.草地生物量的估算值也存在显著差异,平均地上生物量在79~123 g m~(-2)之间,但本文对最近30年(1982~2011年)天然草地地上生物量的重新估算结果为178 g m~(-2),在此期间平均每年增加0.4 gm~(-2).我国天然草地平均净初级生产力的估算差异更大,为89~320 g Cm~(-2)a~(-1)(平均176 g Cm~(-2) a~(-1)),但许多研究都发现近年来有增加趋势.而基于过去30年平均气候估算,我国天然草地的潜在生产力可高达348 gCm~(-2) a~(-1).另一方面,我国人工草地面积比较小,约为2.09×10~7 hm~2,但生产力高,可达天然草地的2.7~12.1倍.由于我国对天然草地缺乏有效管理,加上人工草地的比例低,目前我国草地对放牧家畜的承载力比较低,很多地方的超载现象较为严重,平均超载率估计为20%.此外,降水的不足始终是影响我国草地生物多样性、生物量和生产力的重要因素,进一步探讨气候变化和过度放牧等人为活动对我国草地资源的数量和质量的影响是十分必要的.     

青藏高原高寒草地生态系统变化的归因分析

高寒草地生态系统是青藏高原主要生态系统类型之一,其结构和功能对全球变化敏感.过去几十年,随着气候变化与人类活动加剧,高寒草地生态系统结构和功能发生了巨大变化,然而其变化的自然及人为相对贡献率存在较大争议.本研究基于优化的模型差值法评估了1990～2013年青藏高原高寒草地变化的人为相对贡献率.研究结果表明,这一时期青藏高原高寒草地生产力显著增加,人类活动主导了草地生态系统净初级生产力的变化,人为相对贡献率达到74.0%,人类活动主导草地生产力增加的面积占比大于主导草地生产力减少的面积占比,青藏高原草地可能已由过度利用转变为适度保护,但其特征呈现复杂性. 2000年后人类活动影响急剧增强,表明同期实施的大型生态恢复工程可能增加了高寒草地生产力.空间结果表明,两个时期相比有36.7%的草地生产力变化由气候变化主导转为人类活动主导,其中主导草地生产力减少是增加的两倍以上.随着我国生态文明建设的不断推进,青藏高原高寒草地生态功能总体上开始呈恢复趋势,但人类活动主导草地生产力减少的区域也在增加,该区域可能已趋于人地关系发生转变的临界点.因此,退化草地的恢复与治理仍是青藏高原生态安全屏障建设的重要支点,青藏高原草地适应性管理已刻不容缓.     

草地管理概念的新释义

<正>作为地球陆地最大的生态系统,草地(grassland)约占陆地总面积的25%.我国草地总面积为3.31×106~km~2,约占国土总面积的41%,其中绝大部分为天然草地,人工(栽培)草地仅占草地总面积的3.1%~([1]).草地既是畜牧业的主要生产基地,持续不断地提供肉、奶、皮、毛等高质量畜产品,也是北方区域的主要生态屏障,对牧区及邻近区域的生态环境有着不可替代的稳定作用;同时,草地还是多个游牧民族的"发祥地",对"草原文化"的形成、发展及社会稳定具有独特价值.对于这种"可更新"且具有"活资本"(livingcapita)性质的草地资源的利用,自有人类存在(远长于历史记录)以来就已经开始.经过人类社会数千年     

青藏高原退化高寒草地生态系统恢复和可持续发展探讨

近年来,青藏高原草地生态环境安全引起人们的高度重视,但是其生态环境仍处于不断恶化的状态。本文分析了青藏高原高寒草地生态系统的草地退化现状、退化因素和改良技术研究等,并针对其现状和恢复目标,为高寒草地生态系统和草地畜牧业的可持续发展提出了一些建议:加强高寒草地生态系统的基础研究,建立综合的草地改良和恢复技术体系,加强草地生态系统的管理,建立合理的草地放牧制度体系,并建立高效的饲草供应人工草地,在退化草地上建立集约化的高效社区模式草地畜牧业体系,改变退化草地生态功能,是实现退化高寒草地生态恢复、生物多样性保护和经济可持续发展的最佳措施。     

西藏地区草地承载力及其时空变化

在不适合和不能放牧区域划定、满足生态保护需要的牧草生物量估算、草地生产能力修正等的基础上,开展西藏地区县域草地承载力及其时空变化研究,分析农业、林业等补饲对草地承载力的影响机制,以及草地承载力与草地生态状况变化的相互关系.结果表明:(1)西藏地区县域草地载畜量和补饲载畜量呈显著的地域差异,主要影响因素分别为水分条件和热量因素;(2)2011年藏东南、藏西北部分县域草地资源仍有盈余,但是全区及其多数县域草地生态系统处于超载状态且自2000年以来不断加剧,草地承载状况及其动态变化的空间自相关性下降、空间异质性增强;(3)牲畜存栏量增长过快、草地资源供需空间匹配不协调是造成草地超载且不断加剧的主要原因;(4)通过缓解草地资源供需的不平衡性和不协调性,农业、林业等补饲可以改善全区尤其是农业县、半农半牧县草地承载状况,但对草地承载状况变化趋势的影响有限;(5)县域草地生态状况的下降趋势与其草地超载、草地承载率下降具有较强的相关性.因此,适合放牧区域划定、牲畜存栏量控制和畜牧业布局优化是改善西藏地区草地承载状况、减缓其草地生态状况下降趋势的主要途径.     

我国草地面积有多大?

草地是不可或缺的自然资源,但关于我国草地面积到底有多大存在很大争议.本文主要利用植被分布与降水之间的相关关系来探讨我国草地的分布和面积.归一化植被指数(NDVI)数据能够很好地反映植被的覆盖状况,与降水之间也存在良好的相关关系,因此可以通过建立已知草原地区的降水与NDVI的关系来反演草地的分布和面积.利用此方法及与遥感数据相匹配的过去30年(1982~2011年)的平均降水量数据,估算得到我国的草地总面积约为293×104 km2.将研究期间的降水数据每5年求其平均,估算得到我国草地面积的年际变化并不显著,变动于290×104~295×104 km2.     

人工草地建设原理与生产范式

人工草地种植规模和生产水平是衡量一个国家畜牧业发达程度的标志.本文阐述了人工草地在未来世界食物生产与维持食物安全中的作用,综述了世界人工草地发展现状,分析并讨论了我国人工草地发展现状与未来趋势,探讨了高效可持续人工草地建设的原理、关键科学问题、关键技术与发展范式.分析表明,目前世界人工草地发展更加依赖于丰富多样的牧草种质资源、先进的生产加工管理技术、高度专业化的生产经营管理、苜蓿带与饲养带高度耦合和政府的高度重视与大力扶持.在我国,人工草地高效发展主要受到水分有效性的极大限制,因此人工草地建设必须在可持续性原理的大框架下开展设计,建立"精细草业"的概念与理论体系,研发出高度人工设计和定向干预的人工草地调控技术,对草地生态系统进行适应性管理;我国人工草地发展需要高度重视人工草地区域布局、人工草地类型选择、人工草地与家畜饲养带耦合、草地与耕地功能置换等战略问题.目前我国人工草地发展技术基本成熟,草牧业发展受到了国家的高度重视,人工草地种植带与饲养带整合的大环境基本具备.     

草地生产与生态功能合理配置的理论基础与关键技术

草地生产功能和生态功能的合理配置对于生态草业的可持续发展至关重要.本文总结了国内外草业发展现状,特别是我国草地经营管理中存在的主要问题;介绍了草地生产与生态功能合理配置的6个基础理论:放牧优化假说、中度干扰假说、放牧促进/减缓生态系统养分循环假说、草畜平衡理论和草地农业系统理论.在分析生态草业发展面临的主要技术瓶颈基础上,提出了生态草业建设的核心技术体系,着重介绍了退化草地恢复与培育的4项技术、天然草地保护与合理利用的2项技术,以及人工草地建设与管理的技术.最后介绍了天然草地和人工草地配置的原则,以及人工草地的类型选择与合理布局的技术.所述理论和技术对于指导我国生态草业建设和可持续发展具有重要指导意义.     

高寒地区苜蓿人工草地建植技术

高寒地区占我国国土面积近1/3,也是我国天然草地的主要分布区和传统的畜牧业基地,由于不合理利用和全球气候变化等因素,导致天然草地退化严重,草地的生产和生态功能低下,草畜矛盾突出.优质人工草地种植规模小和产业化水平低是我国草牧业发展的瓶颈.因此,大力发展优质苜蓿(Medicago sativa L.)人工草地是破解我国目前草牧业可持续发展瓶颈的重要途径和抓手.本文结合国内外苜蓿生产和市场现状,探讨了我国苜蓿种植和产业发展的不足与解决办法.同时,通过文献资料分析和高寒地区调研等,明确高寒地区发展苜蓿人工草地在促进当地环境友好型草牧业发展中的作用.针对我国优质抗寒苜蓿品种少、越冬技术不足等问题,归纳总结出高寒地区品种选择、选地与整地、播种技术、密度控制、根瘤菌(Rhizobium)接种、水肥管理和刈割等一整套技术与相应理论,为我国高寒地区优质苜蓿种植与生产提供技术支撑,更好地推进我国草牧业又快又好的发展.     

标准化牧场建设的原理与实践

我国草原建设和草地畜牧业发展目前面临着前所未有的机遇和挑战.草原长期处于超载过牧等不合理利用状态,草原退化等生态问题突出,草地畜牧业生产水平低下,草地畜牧业发展亟待转型和提升.用系统论和可持续发展的思路思考牧区现代草地畜牧业发展模式,标准化牧场是传统放牧草地畜牧业向现代草地畜牧业转变的基础.标准化牧场以单户或联户家庭牧场为载体,将饲草生产、健康养畜、畜产品加工和管理方案等草原生产流程的各个环节以标准化形式固定,草地畜牧业生产遵循统一的技术规范和规程,从而形成一个完善的、系统的草地畜牧业生产标准体系.本文概述了牧区标准化牧场的发展历程、建设的必要性、建设标准,并分析了效益;最后以青藏高原草地畜牧业为例,提出青藏高原标准化示范牧场的战略定位及发展思路,为青藏高原草地畜牧业发展探索出有效的模式,促进高原畜牧业产业化升级转型进程,实现高原畜牧业的可持续发展.     

人工草地生产力和稳定性的调控机理研究:问题、进展与展望

我国拥有草地总面积60亿亩,占国土面积的41.7%.长期以来,我国在畜牧业生产中过度利用草地的生产功能,忽视其生态功能,造成草地大面积退化,草-畜关系失衡.同天然草地相比,建设优质高效人工草地可以使饲草产量提高10~20倍,有望从根本上解决我国肉、奶生产中面临的优质饲草料严重短缺的瓶颈问题,进而遏制过度放牧引起的草地退化,恢复草地生态功能.目前,我国在人工草地建设中仍面临种植规模小、产量低、利用年限短等问题,草产业发展水平远落后于畜牧业发达国家.因此,开展人工草地生产力和稳定性调控机理研究是实现以科技为先导,转变畜牧业生产方式,保障我国生态安全、食物安全、生态文明建设的国家重大战略需求.本文从人工草地生产力和稳定性调控的理论基础、国内外研究现状与进展等方面系统地介绍了近年来该领域取得的最新成果.在此基础上,对人工草地生产力和稳定性调控机理研究中亟待解决的科学问题以及重要生物学和生态学机制进行了展望.     

中国草原的困境及其转型

天然草地是我国最大的陆地生态系统,占国土面积的41.67%,但其畜牧业生产力很低,产值仅为农业产值的5%,约为全国畜牧业产值的1/6.本文根据温性草原的起源和草地畜牧业的5个发展阶段构建了营养级金字塔,通过草原生态系统的不可持续性、草原环境的不可持续性和草原经济系统的不可持续性3个方面论证了当前中国草原面临的困境.因此,中国草原的生产方式亟需转型,由基本上源于一万年前新石器时期的传统、粗放、落后、低生产力和生态不友好的天然草地放牧的畜牧业生产方式,向以优质高产人工草地和草地农业为基础的现代化畜牧业生产方式转型.建议:(ⅰ)在今后30~40年内建设约占天然草原1/10面积的优质高产的集约型人工草地4×10~7hm~2,以人工草地接替天然草地的生产功能并恢复天然草地的生态功能;(ⅱ)在草原带南缘的农牧交错带与农区普遍发展草地农业,即草田轮作制;(ⅲ)把草和畜牧业的元素融入农业系统中,以先进的草基农业系统改造我国传统的粮-经二元农业和原始的天然草地放牧业.在此基础上构建未来的草地金字塔结构,预示在上述生产方式的革命性调整之后,我国的草地畜牧业将进入一个由现代化的草基农业和"返璞归真"的天然草地相结合的可持续发展的新阶段.     

黄土丘陵区土地利用结构对土壤养分分布的影响

选取黄土丘陵坡地４种已持续１５余年的代表性土地利用结构类型,研究不同土地利用结构对土壤养分分布的影响。从梁底到梁顶,土地利用组合分别为：草地－坡耕地－林地、坡耕地－草地－林地,梯田－草地－林地和坡耕地－林地－草地。通过测定土壤全氮,全磷,有效氮,有效磷和有机质,结果分析发现：坡耕地－草地－林地和梯田－草地－林地类型具有较好的土壤养分保持能力。     

德令哈地区树轮宽度指数与草地植被指数的关系

利用德令哈地区五条祁连圆柏树轮宽度指数序列和1982~2001年逐月NOAA/AVHRR的标准化植被指数(NDVI)数据及气候数据, 在分析树轮指数及草地NDVI与气候因子关系的基础上, 探讨了祁连圆柏树轮宽度指数序列与草地NDVI之间的关系. 结果表明, 德令哈地区树轮宽度指数及草地NDVI深受6月份的水热状况, 尤其是降水的影响, DLH1~DLH5五条序列与草地6~9各月NDVI有显著的相关关系, 其中与8月份的NDVI相关性最强. 五条序列的第一主成分(PC1)与草地生长季各月NDVI值及生长季NDVI均值间存在显著的线性关系, 祁连圆柏树轮指数和草地NDVI变化的一致性体现了德令哈地区不同类型植被对水分胁迫的一致响应. 树轮指数与草地NDVI间的显著相关性为研究该地区草地过去的动态变化提供了基础, 本研究利用PC1重建了德令哈地区草地8月份NDVI的千年变化.     

草地多功能提升的多样化家畜放牧理论及应用

草原是我国最大的陆地生态系统,草原生态保护对于我国生态环境建设及社会可持续发展至关重要.当前草地退化现象严重,全球气候变化压力增加,如何科学地管理草原、提升和维持草原正常的生产生态功能是亟待解决的重大科学问题.本文首先创新性地提出多样化家畜放牧的概念,以及草地多功能提升的多样化家畜放牧理论,即多样化家畜放牧能够直接或间接通过提高草地资源异质性、增加草地的随机性干扰过程以及物种扩散过程,维持和提高草地生物多样性和生态系统复杂性,进而促进草地生态系统多功能的发挥.其次,详细阐述了多样化家畜放牧维持和提高草地生物多样性及生态系统复杂性的生态学机理,以及多样化家畜放牧效应的野外试验验证.最后,对多样化家畜放牧的应用前景给予了分析讨论,并建议在适度强度下的多样化家畜放牧可以作为维持天然草原健康、实现草原可持续生态服务功能的重要管理工具.     

我国草原牧区可持续发展的科学基础与实践

改革开放以来,我国城乡居民膳食结构发生了重大变化,口粮消费减少,肉蛋奶等动物性食品消费增加,伴随而来的是饲料需求的急剧增加.然而,我国种植结构并没有进行相应调整,导致大量粮食被用作饲料.我国4×10~8 hm~2草地本应在保障国家生态安全和粮食安全方面发挥巨大作用,但由于我国草业长期以来粗放的生产方式和国家对草地畜牧业投入不足,导致生产经营规模小、草地退化严重、生产力水平低下,草产品产量远不能满足畜牧业发展的市场需求.分析表明,发展人工草地是大幅提升我国草地生产功能的有效途径,集约化的人工草地可以使优质饲草产量提高10倍以上.为此,本项目组提出"用小保大"的"草牧业"发展模式,即利用小面积的优质土地(不多于区域面积10%的土地)建立集约化人工草地,大幅提高优质饲草产量;而对大部分天然草地(大于90%的土地)进行保护、恢复与合理利用,提升其生态功能.为践行"草牧业"发展模式,本项目组提出在草原牧区建设"生态草牧业试验区"的构想,即在较大的区域内,进行自然-经济-社会复合系统诸要素的科学配置和调控,形成以人工草地和现代化畜牧业为主,特色生物产业和文化产业为补充的多元产业结构,并大幅提升草地的生态功能.本文还在梳理我国草原牧区发展瓶颈问题的基础上,提出了牧草良种选育、人工草地种植、牧草高效收获、水分有效利用、天然草地保护与适度利用、草地生产和生态功能合理配置、以及牧区系统发展等我国牧区发展应遵循的7个原理.     

禾本家族的自述

<正>禾本科是世界上第四大科,是分布最广的植物家族,也是经济价值最大、和人类关系最密切的植物家族。这样一个家族有怎样的起源和迁徙历史呢?让我们来听听禾本科代表植物草地早熟禾的介绍吧。遍布全球的禾本家族我是草地早熟禾,在中国北方的草坪中你很容易找到我的身影。植物分类学家把我归属于禾本科,在英文中,"科"(family)其实就是家族的意思。感谢分类学家把我作为禾本科的代表,下面就由我来讲述我们禾本家族的迁徙故事。     

中国草地的产草量和牧草品质: 格局及其与环境因子之间的关系

草地是畜牧业生产的基础, 对于草地产草量和牧草品质的格局及其与环境因子之间关系的研究有助于科学合理地发展畜牧业, 但目前国内大尺度上的研究还比较缺乏. 本文通过对中国草地131个采样点共计177个样地的产草量和牧草品质进行分析, 研究了中国草地不同区域和不同植被类型的产草量和牧草品质, 分析了牧草品质与产草量之间的关系, 探讨了气候和土壤因子对牧草品质格局的作用. 研究显示: (1) 在研究区域总体上, 青藏高原草地的产草量较内蒙古草地高, 主要是由于高寒草甸有较高的产草量. 相比于内蒙古地区的草地, 青藏高原草地的牧草具有高粗蛋白、高无氮浸出物、低粗纤维、低粗脂肪的特点, 营养价值更高. (2) 从植被型上来看, 高寒草甸的产草量和营养价值都最高; 从植被群系上来看, 产草量最高的是西藏嵩草(Kobresia tibetica)草甸和芨芨草(Achnatherum splendens)草原, 牧草品质最好的则是高山嵩草(Kobresia pygmaea)草甸和矮生嵩草(Kobresia humilis)草甸. (3) 大尺度上, 气候和土壤因子首先通过改变植被类型而影响到牧草品质的格局, 对于植物具体的生理过程虽然也有影响但并非造成大尺度牧草品质格局的主要原因; 消除植被类型差异后, 气候因子中仅年均温(MAT)对粗纤维有显著作用, 而土壤因子对所有营养指标均有显著影响, 反映土壤因子对牧草品质有着更直接的作用. (4) 牧草的营养价值和产草量之间存在相关关系, 随着产草量的升高, 牧草表现出粗纤维含量增加、粗蛋白和粗脂肪含量下降的趋势, 这反映产草量较大时对营养元素的“稀释”现象.     

呼伦贝尔农垦集团草畜平衡状况与粮经饲配置模式

加快生态草牧业建设以提升草原生态承载力、促进草畜动态平衡,是实现农牧场畜牧业增产和牧区可持续发展的重要举措.本文以呼伦贝尔农垦集团24个农牧场为研究区,基于MODIS,Landsat TM/OLI和高分2号等遥感数据和农牧场草牧业年度报表数据,应用遥感解译和草地净初级生产力遥感估算模型,获取了农垦集团24个农牧场草地分布现状和退化状况,测算了各农牧场草地净初级生产力,评价了草地生态承载力和超载状况,进而提出了农牧场生态草牧业建设的粮经饲配置模式.结果表明:呼伦贝尔农垦集团24个农牧场中草地总面积的66.16%出现不同程度的退化,主要表现为草地植被生产力和盖度下降,由草原开垦等导致草地破碎化面积约占草地总面积的1.55%.遥感估算的呼伦贝尔农垦集团24个农牧场平年产草总量约为34.07万t,欠年(2001年)产草总量为27.43万t,丰年(2013年)产草总量为48.89万t.2015年农垦集团24个农牧场实际载畜量为164.19万个羊单位,理论载畜量为86.83万个羊单位,在不考虑青贮草和外购饲草料的情况下,超载率为89%,饲草缺口42.35万t.农垦集团24个农牧场现有耕地面积为3.95×103 km2,基于生态草牧业建设的理念,将其中10%的耕地开展人工草地种植,理论上相当于5.86×103 km2天然草地的产草量,完全可满足整个农垦集团牲畜饲草料需求.推行"粮、经、饲‘三元结构’、草田轮作"的生产模式,适度利用现有耕地开展粮改饲和种养结合模式,提高草地产量、有助于维护草畜平衡,遏制草地退化趋势,提高草原牧区草牧业可持续发展和生态保护能力.     

城市不同下垫面辐射平衡的模拟分析

利用北京市2010年的实测数据,首先对局地尺度的城市净辐射参数化方案(NARP)进行了验证,分析NARP在城市区域的适用性.在此基础上,人为设置4种不同下垫面类型(纯的林地、草地、道路、房屋),在其他条件一致的情况下模拟不同下垫面的辐射差异,以更清晰解读不同下垫面的辐射平衡各分量,特别是净辐射的不同特征.结果显示:(1)NARP模拟的净辐射值与实测净辐射值具有较好的一致性,相关系数为0.98,模拟效率可达0.93;(2)不同下垫面对各辐射分量的影响不同,上行长波辐射的值很大,占到全年进入地表总辐射能量的84.3%,净辐射的年均值在38.2～53.4W/m2之间,其中草地最小,道路最大;(3)城市扩展过程中常见的林地-道路、草地-道路、草地-房屋等转类,净辐射都呈现出持续增加态势.其中,最大增加值出现在5月份,增幅可达24.6W/m2(草地-道路),说明城市扩展过程通常也伴随能量收入连续增加的过程.