我国草原生态系统退化与恢复研究的进展与启示
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[ 33] [ 32]
。因此, 人们也可以根据草原植物的矮
化程度来判断其退化程度。另外, 一些对牲畜有害的植物 ( 狼毒等 ) 随着畜牧压力的增加, 呈上升趋势, 所以可以用退 [ 12] 化指标植物评价退化程度 。利用遥感技术对草原生态系 统退化的价值损失进行估算 进行判断。 1. 2 . 3 草原生态系统生物多样性研究。扬持等对内蒙古草 地生态系统的研究表明, 草地物种多样性随降水量的增加而 增加, 与温度也表现出一定的相关性
9582
安徽农业科学
2009年
化。李永宏等的研究表明 , 放牧可促进根茎植物根茎上枝条 的萌蘖, 使其产生较多的枝条, 同时使根茎节间变短; 对于丛 生禾草, 放牧可使植丛的丛幅变小, 每丛的枝条数下降, 但可 使植丛密度增大; 放牧可使一些植物的生长型由直立变为匍 匐型, 使植株变矮
[ 14]
2 退化草原生态系统恢复的界面理论研究 任继周提出了草地的界面理论 , 该理论指出, 草地系 统的草丛 - 地境界面、 草地 - 动物界面和草畜 - 经营管理界 面将草业 4个生产层缀而成为完整的草业系统。每个界面 的耦合将会使系统更加优化 , 从而使草原利用向可持续方向 发展。开放的系统只有在远离平衡态 , 当外界条件变化到某 一特定域值时, 通过外界的物质流和能量流, 使系统至少越 过非平衡 态的 线性 区, 才能 形成 稳定 的结 构, 即耗 散 结 构
[ 7]
。同时, 草地具有调节气候、 涵养水源、 保持水
。
土和防风固沙、 改良土壤、 维持生物多样性等功能。草地生 态系统在物质循环中, 仅固定 CO 2 和释放 O2 以及固定氮、 磷、 钾等营养物质 , 其直接生态经济价值就达 383 . 3
[ 2]
1 . 2 退化草原生态系统的恢复生态学研究 1 . 2 . 1 草原生态系统演替和影响因素研究。畜牧压力增大 使草原优势植物群落发生演替, Dysterhu is 早在 1949 年就提 出了草场放牧演替的 ! 单稳态模式 ∀, 该模式认为, 1个草场 类型只有一个稳态 ( 顶级或潜在自然群落 ), 不合理的放牧所 引起的逆行演替可以通过管理、 减轻或停止放牧而恢复。该 模式还认为, 恢复过程与退化过程途径相同, 而方向相反 。 这一模式也是近年来草地放牧演替研究的理论基础。但是 也有学者根据退化的草地类型在停止放牧后并没有沿着其 退化的逆途径恢复到原来顶级, 而是较长期地稳定在演替的 某一阶段这一情况, 提出在一些草地的放牧演替中有多个稳 态存在 , 即 ! 多稳态模式 ∀ 。草地退化是多因素叠加耦合的 复杂过程, 如畜牧压力超过了植物的再生能力、 区域干燥度
[ 17] [ 16] [ 15]
, 也可以对草原的退化程度
Leabharlann Baidu
。所以 , 在对生态系统的恢复治理中必须利用干扰将
系统从平衡态改变到远离系统的状态 , 从而使系统的各组成 部分都能提高利用率。因此, 促使系统耦合是实现草原地区 可持续利用的主要措施, 草原的每一个界面的耦合是整个系 统耦合的必要组成。 2 . 1 草丛 # 地境界面 在这一界面上, 由于长时期的放牧, 牲畜对地面的踩踏加上长时期的干旱少雨 , 使得草原地区的 土壤板结, 透气性低。可采用松土等措施, 配以施肥能促进 土壤肥力的提高。王昆等的研究表明 , 采用松土措施后 , 当 年的牧草产量较围栏禁牧有明显下降, 而在第 2年起产量就 有明显的改善, 并在第 6年达到产量的最高值, 第 8年后牧 草产量就与围栏禁牧的产量近于相同 。同时, 植物对地 境的影响表现为: 作物留茬地增加了地表的粗糙度, 保护了 易被侵蚀的土壤颗粒, 从而保持土壤水分和增加土壤的紧实 度, 对控制土壤风蚀有明显作用。因此, 在防护林不完善的 坝上高原地区, 秋季留茬以增加植被盖度, 春季深翻以增加 土壤微地形高度 , 将有效减少风蚀灾害的损失 。 2 . 2 草地 - 动物界面 动物对草原植物的进食选择是影响 植物群落结构的关键, 适度的放牧可以使植物群落的生物多 样性增加, 同时使群落保持较高的生产力。动物喂食青贮玉 米和牧草混合物时, 比单独喂食牧草的饲料氮素利用率高。 王钦研究发现了对草食动物的胃脏在灌注促生长剂 F89 , 草 食动物对蛋白质和纤维素的消化和吸收能力均比未使用前 有大幅度量的提高
摘要 草原生态系统是主要的陆地生态系统之一。近几十年来, 草原地区生态系统退化现象越来越严重 , 草原生态系统的演替、 退化、 诊断、 多样性保护等已成为热点研究领域。 关键词 草原生态系统; 退化 ; 恢复; 进展 中图分类号 S812 文献标识码 A 文章编号 0517- 6611( 2009) 20- 09581- 03 Inspirations and Progresses on R esearch of D egradation and R estoration of G rassland E cosyste m in Ch ina ZHANG Zhen feng et al (M anage m ent Co llege , H ebeiUn iversity of Techno logy , T ianjin 300130) A bstract The grassland ecosyste m is one of the m ain ecosyste m s on the land . The degradation of grassland ecosystem has been getting serious in recent decades of years . The studies o f succession , degrada tion , diagnosis and biodiversity pro tection o f grassland ecosyste m have beco m e the i portant fields m . Key words Grassland ecosyste m; D egradation; R estoration; Progress
[ 12]
。由于人口数量的不断增加,
农畜产品的需求量越来越大, 草地过牧现象很严重, 造成草原 生态系统在系统耦合时出现系统相悖。主要反映在: 地境与草 丛间的水、 热、 养分供求之间不协调; 植物生产系统与动物生产 系统两者节律差异造成的时间、 空间和种间的相悖; 草畜系统 [ 13] 与社会经济系统间在供与求、 价值与价格的背离 。 1 . 2 . 2 草原生态系统退化阶段的诊断研究。不同类型的草 原生态系统, 其生态环境与植物群落组成有不同特点, 演替 的模式与退化程度也不尽相同。刘钟龄的研究认为, 在草原 生态系统退化程度的诊断中可以利用草原植物优势种来评 价草原生态系统的退化阶段 [ 10] 。另外, 在草原上动植物之 间是一个协同进化过程, 植物变换生存策略可适应环境的变
[ 4]
下降到草原生物种群自我维持的域值、 风力侵蚀的加剧、 水 热组合的波动等均会引起草原生态系统的退化 。在草原 生态系统退化演替的影响因素中, 有学者认为自然因素是主 要的, 人类活动只是加速了演替的速度
[ 11] [ 10]
。盖娅研究认为, 生物也在改变
。
环境 , 使其向更适自己生存的方向发展。草原地区的植被覆 盖率增加可以减少反射率 , 从而增加草原地区的降水量。植 被残体在腐烂以后产生的有机微粒碎屑, 在散布到天空以后 可形成云层中的 ! 生物源冰核 ∀, 该生物源冰核比无机冰核更 [ 5] 能有效地凝结大气中的水分 。草原生态系统对 CO2 浓度 升高的响应, 包括生产力的响应、 物种多样性的响应、 植物氮 素含量的响应等 ; 草原生态系统对气候变化的响应, 包括对 水分变化和温度变化的响应; 草原生态系统对 CO2 浓度升高 和气候变化的交互作用, 包括 CO2 浓度升高与干旱、 CO2 浓
[ 9] [ 8]
10
10 8
元 。全国草地生态系统每年的服务价值为 1 497 . 9 10 [ 3] 美元 。近年来, 草原生态环境的日益恶化给人们的生产和 生活造成的损失程度逐渐增加。在这种情况下 , 人们越来越 关注草原生态系统的保护 , 并在草原生态系统的退化机理研 究和恢复治理措施方面取得了长足进展。笔者对草原生态 系统研究取得的进展进行了综述, 并提出了草原生态系统的 恢复措施以及今后研究的建议。 1 草原生态系统的退化与演替研究 1. 1 草原生态系统与环境关系研究 草原生态系统与环境 的相互作用是当前研究的一个方向。李智佩的研究指出, 青 藏高原隆起后, 形成了阻挡印度洋暖流向北运移的天然屏 障 , 使我国西北部变得干旱、 少雨和寒冷, 因而产生明显的东 西分异格局 , 冷暖干湿变化幅度明显增大, 导致广大的草原 生态系统在我国西北形成
安徽农业科学, Jou r n al ofAnhu iAgr.i Sc. i 2009 , 37( 20): 9581 - 9583 , 9597
责任编辑
章炼红
责任校对
汪伟
我国草原生态系统退化与恢复研究的进展与启示
张振锋 , 游广永 , 张瑞芳 , 代磊强 , 赵元杰
1 2 3 2 2 * ( 1. 河北工业大学管理学院, 河北天津 300130 ; 2 . 河北师范大学资源与 环境科 学学院, 河北石家庄 050016 ; 3. 河北省体育学院, 河北石家庄 050041)
[ 36] [ 35] [ 34]
。马克平等研究表
明 , 亚高山草甸群落的物种丰富度和多样性指数随海拔升高 而下降 , 方精云等和贾宝全等对高山植被的研究也证实 了这一观点 [ 18- 19] 。郭正刚等对草地的进一步研究表明, 物 种丰富度和多样性指数随海拔升高而表现为单峰格局 使植物的多样性增加
[ 21] [ 20]
。
轻度放牧使每种植物都有机会获得光热及土壤养分等, 因而 。 关于生物多样性对生产力的影响国内外有很多研究。 张全国在总结国内外研究成果的基础上提出, 在生态系统建 立的初期, 出现的生物多样性与群落生产力的正相关关系 , 可称为 ! 抽样效应 ∀
[ 22]
; 随着时间的推移, 由于资源的有限性
使优势种的生长受到抑制 , 群落中不同植物种的差异 , 尤其 是资源利用中的差异使植物种间的生态位互补 , 出现生产力 [ 23- 24] 的进一步增加现象, 可称为 ! 互补效应 ∀ 。 生物多样性增长会使生态系统对环境变化的干扰起到 一定的 ! 缓冲作用 ∀, 因而可以增加生态系统的稳定性, 使生 物多样性高的群落有更高的抗旱能力和时间稳定性 。 但是, 这个结论是施肥效应与物种丰富度效应交织在一起 的 , 因而该结论值得怀疑。 P fisterer和 Schm id在欧洲的草地 试验中发现, 在不利因素扰动下, 物种丰富的群落, 其地上生 物量的降低值大于物种数量少的群落 。根据这一结论 , 张全国认为, 物种丰富度的增加反而使群落的生产力大幅下 降 , 即生物多样性增加使生态系统更加不稳定 , 并且认为 , Pfisterer和 Schm id的草地试验将地上生物量与生产力等同 而视, 本身就存在很大误差
草原生态系统是世界上分布最广的陆地生态系统。我 国草 原 地 区 的 净 初 级 物 质 生 产 力 一 般 在 2 . 6~ 4 . 9 2 t /( hm 年 ), 约是净初级生产力最大的热带季雨林地区的 20 % ~ 25 %
[ 1]
度升高与温度、 CO2 浓度升高对气候变化的综合作用等 , 这 是今后草原生态系统对全球变化响应研究的重要科学问 [ 6] 题 。草原生态系统的健康评价研究将对草原生态系统进 行科学管理和有效治理提供依据
基金项目 作者简介 收稿日期 河北省软科学基金项目资助 ( 09457293D )。 张振锋 ( 1971- ) , 男 , 河 北邢台人 , 博 士研究生 , 研究方向 : 生态环境安全 。 * 通讯作者 , E m ai: l ecoenvir @ yahoo. cn 。 2009 03 27
关于人为因素的研究, 目前关注的焦点仍然在于人类活 动包括: 植物采挖、 资源开采、 过高载畜量及不合理制度体系等 对草原生态系统产生的影响
。因此, 人们也可以根据草原植物的矮
化程度来判断其退化程度。另外, 一些对牲畜有害的植物 ( 狼毒等 ) 随着畜牧压力的增加, 呈上升趋势, 所以可以用退 [ 12] 化指标植物评价退化程度 。利用遥感技术对草原生态系 统退化的价值损失进行估算 进行判断。 1. 2 . 3 草原生态系统生物多样性研究。扬持等对内蒙古草 地生态系统的研究表明, 草地物种多样性随降水量的增加而 增加, 与温度也表现出一定的相关性
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安徽农业科学
2009年
化。李永宏等的研究表明 , 放牧可促进根茎植物根茎上枝条 的萌蘖, 使其产生较多的枝条, 同时使根茎节间变短; 对于丛 生禾草, 放牧可使植丛的丛幅变小, 每丛的枝条数下降, 但可 使植丛密度增大; 放牧可使一些植物的生长型由直立变为匍 匐型, 使植株变矮
[ 14]
2 退化草原生态系统恢复的界面理论研究 任继周提出了草地的界面理论 , 该理论指出, 草地系 统的草丛 - 地境界面、 草地 - 动物界面和草畜 - 经营管理界 面将草业 4个生产层缀而成为完整的草业系统。每个界面 的耦合将会使系统更加优化 , 从而使草原利用向可持续方向 发展。开放的系统只有在远离平衡态 , 当外界条件变化到某 一特定域值时, 通过外界的物质流和能量流, 使系统至少越 过非平衡 态的 线性 区, 才能 形成 稳定 的结 构, 即耗 散 结 构
[ 7]
。同时, 草地具有调节气候、 涵养水源、 保持水
。
土和防风固沙、 改良土壤、 维持生物多样性等功能。草地生 态系统在物质循环中, 仅固定 CO 2 和释放 O2 以及固定氮、 磷、 钾等营养物质 , 其直接生态经济价值就达 383 . 3
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1 . 2 退化草原生态系统的恢复生态学研究 1 . 2 . 1 草原生态系统演替和影响因素研究。畜牧压力增大 使草原优势植物群落发生演替, Dysterhu is 早在 1949 年就提 出了草场放牧演替的 ! 单稳态模式 ∀, 该模式认为, 1个草场 类型只有一个稳态 ( 顶级或潜在自然群落 ), 不合理的放牧所 引起的逆行演替可以通过管理、 减轻或停止放牧而恢复。该 模式还认为, 恢复过程与退化过程途径相同, 而方向相反 。 这一模式也是近年来草地放牧演替研究的理论基础。但是 也有学者根据退化的草地类型在停止放牧后并没有沿着其 退化的逆途径恢复到原来顶级, 而是较长期地稳定在演替的 某一阶段这一情况, 提出在一些草地的放牧演替中有多个稳 态存在 , 即 ! 多稳态模式 ∀ 。草地退化是多因素叠加耦合的 复杂过程, 如畜牧压力超过了植物的再生能力、 区域干燥度
[ 17] [ 16] [ 15]
, 也可以对草原的退化程度
Leabharlann Baidu
。所以 , 在对生态系统的恢复治理中必须利用干扰将
系统从平衡态改变到远离系统的状态 , 从而使系统的各组成 部分都能提高利用率。因此, 促使系统耦合是实现草原地区 可持续利用的主要措施, 草原的每一个界面的耦合是整个系 统耦合的必要组成。 2 . 1 草丛 # 地境界面 在这一界面上, 由于长时期的放牧, 牲畜对地面的踩踏加上长时期的干旱少雨 , 使得草原地区的 土壤板结, 透气性低。可采用松土等措施, 配以施肥能促进 土壤肥力的提高。王昆等的研究表明 , 采用松土措施后 , 当 年的牧草产量较围栏禁牧有明显下降, 而在第 2年起产量就 有明显的改善, 并在第 6年达到产量的最高值, 第 8年后牧 草产量就与围栏禁牧的产量近于相同 。同时, 植物对地 境的影响表现为: 作物留茬地增加了地表的粗糙度, 保护了 易被侵蚀的土壤颗粒, 从而保持土壤水分和增加土壤的紧实 度, 对控制土壤风蚀有明显作用。因此, 在防护林不完善的 坝上高原地区, 秋季留茬以增加植被盖度, 春季深翻以增加 土壤微地形高度 , 将有效减少风蚀灾害的损失 。 2 . 2 草地 - 动物界面 动物对草原植物的进食选择是影响 植物群落结构的关键, 适度的放牧可以使植物群落的生物多 样性增加, 同时使群落保持较高的生产力。动物喂食青贮玉 米和牧草混合物时, 比单独喂食牧草的饲料氮素利用率高。 王钦研究发现了对草食动物的胃脏在灌注促生长剂 F89 , 草 食动物对蛋白质和纤维素的消化和吸收能力均比未使用前 有大幅度量的提高
摘要 草原生态系统是主要的陆地生态系统之一。近几十年来, 草原地区生态系统退化现象越来越严重 , 草原生态系统的演替、 退化、 诊断、 多样性保护等已成为热点研究领域。 关键词 草原生态系统; 退化 ; 恢复; 进展 中图分类号 S812 文献标识码 A 文章编号 0517- 6611( 2009) 20- 09581- 03 Inspirations and Progresses on R esearch of D egradation and R estoration of G rassland E cosyste m in Ch ina ZHANG Zhen feng et al (M anage m ent Co llege , H ebeiUn iversity of Techno logy , T ianjin 300130) A bstract The grassland ecosyste m is one of the m ain ecosyste m s on the land . The degradation of grassland ecosystem has been getting serious in recent decades of years . The studies o f succession , degrada tion , diagnosis and biodiversity pro tection o f grassland ecosyste m have beco m e the i portant fields m . Key words Grassland ecosyste m; D egradation; R estoration; Progress
[ 12]
。由于人口数量的不断增加,
农畜产品的需求量越来越大, 草地过牧现象很严重, 造成草原 生态系统在系统耦合时出现系统相悖。主要反映在: 地境与草 丛间的水、 热、 养分供求之间不协调; 植物生产系统与动物生产 系统两者节律差异造成的时间、 空间和种间的相悖; 草畜系统 [ 13] 与社会经济系统间在供与求、 价值与价格的背离 。 1 . 2 . 2 草原生态系统退化阶段的诊断研究。不同类型的草 原生态系统, 其生态环境与植物群落组成有不同特点, 演替 的模式与退化程度也不尽相同。刘钟龄的研究认为, 在草原 生态系统退化程度的诊断中可以利用草原植物优势种来评 价草原生态系统的退化阶段 [ 10] 。另外, 在草原上动植物之 间是一个协同进化过程, 植物变换生存策略可适应环境的变
[ 4]
下降到草原生物种群自我维持的域值、 风力侵蚀的加剧、 水 热组合的波动等均会引起草原生态系统的退化 。在草原 生态系统退化演替的影响因素中, 有学者认为自然因素是主 要的, 人类活动只是加速了演替的速度
[ 11] [ 10]
。盖娅研究认为, 生物也在改变
。
环境 , 使其向更适自己生存的方向发展。草原地区的植被覆 盖率增加可以减少反射率 , 从而增加草原地区的降水量。植 被残体在腐烂以后产生的有机微粒碎屑, 在散布到天空以后 可形成云层中的 ! 生物源冰核 ∀, 该生物源冰核比无机冰核更 [ 5] 能有效地凝结大气中的水分 。草原生态系统对 CO2 浓度 升高的响应, 包括生产力的响应、 物种多样性的响应、 植物氮 素含量的响应等 ; 草原生态系统对气候变化的响应, 包括对 水分变化和温度变化的响应; 草原生态系统对 CO2 浓度升高 和气候变化的交互作用, 包括 CO2 浓度升高与干旱、 CO2 浓
[ 9] [ 8]
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10 8
元 。全国草地生态系统每年的服务价值为 1 497 . 9 10 [ 3] 美元 。近年来, 草原生态环境的日益恶化给人们的生产和 生活造成的损失程度逐渐增加。在这种情况下 , 人们越来越 关注草原生态系统的保护 , 并在草原生态系统的退化机理研 究和恢复治理措施方面取得了长足进展。笔者对草原生态 系统研究取得的进展进行了综述, 并提出了草原生态系统的 恢复措施以及今后研究的建议。 1 草原生态系统的退化与演替研究 1. 1 草原生态系统与环境关系研究 草原生态系统与环境 的相互作用是当前研究的一个方向。李智佩的研究指出, 青 藏高原隆起后, 形成了阻挡印度洋暖流向北运移的天然屏 障 , 使我国西北部变得干旱、 少雨和寒冷, 因而产生明显的东 西分异格局 , 冷暖干湿变化幅度明显增大, 导致广大的草原 生态系统在我国西北形成
安徽农业科学, Jou r n al ofAnhu iAgr.i Sc. i 2009 , 37( 20): 9581 - 9583 , 9597
责任编辑
章炼红
责任校对
汪伟
我国草原生态系统退化与恢复研究的进展与启示
张振锋 , 游广永 , 张瑞芳 , 代磊强 , 赵元杰
1 2 3 2 2 * ( 1. 河北工业大学管理学院, 河北天津 300130 ; 2 . 河北师范大学资源与 环境科 学学院, 河北石家庄 050016 ; 3. 河北省体育学院, 河北石家庄 050041)
[ 36] [ 35] [ 34]
。马克平等研究表
明 , 亚高山草甸群落的物种丰富度和多样性指数随海拔升高 而下降 , 方精云等和贾宝全等对高山植被的研究也证实 了这一观点 [ 18- 19] 。郭正刚等对草地的进一步研究表明, 物 种丰富度和多样性指数随海拔升高而表现为单峰格局 使植物的多样性增加
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轻度放牧使每种植物都有机会获得光热及土壤养分等, 因而 。 关于生物多样性对生产力的影响国内外有很多研究。 张全国在总结国内外研究成果的基础上提出, 在生态系统建 立的初期, 出现的生物多样性与群落生产力的正相关关系 , 可称为 ! 抽样效应 ∀
[ 22]
; 随着时间的推移, 由于资源的有限性
使优势种的生长受到抑制 , 群落中不同植物种的差异 , 尤其 是资源利用中的差异使植物种间的生态位互补 , 出现生产力 [ 23- 24] 的进一步增加现象, 可称为 ! 互补效应 ∀ 。 生物多样性增长会使生态系统对环境变化的干扰起到 一定的 ! 缓冲作用 ∀, 因而可以增加生态系统的稳定性, 使生 物多样性高的群落有更高的抗旱能力和时间稳定性 。 但是, 这个结论是施肥效应与物种丰富度效应交织在一起 的 , 因而该结论值得怀疑。 P fisterer和 Schm id在欧洲的草地 试验中发现, 在不利因素扰动下, 物种丰富的群落, 其地上生 物量的降低值大于物种数量少的群落 。根据这一结论 , 张全国认为, 物种丰富度的增加反而使群落的生产力大幅下 降 , 即生物多样性增加使生态系统更加不稳定 , 并且认为 , Pfisterer和 Schm id的草地试验将地上生物量与生产力等同 而视, 本身就存在很大误差
草原生态系统是世界上分布最广的陆地生态系统。我 国草 原 地 区 的 净 初 级 物 质 生 产 力 一 般 在 2 . 6~ 4 . 9 2 t /( hm 年 ), 约是净初级生产力最大的热带季雨林地区的 20 % ~ 25 %
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度升高与温度、 CO2 浓度升高对气候变化的综合作用等 , 这 是今后草原生态系统对全球变化响应研究的重要科学问 [ 6] 题 。草原生态系统的健康评价研究将对草原生态系统进 行科学管理和有效治理提供依据
基金项目 作者简介 收稿日期 河北省软科学基金项目资助 ( 09457293D )。 张振锋 ( 1971- ) , 男 , 河 北邢台人 , 博 士研究生 , 研究方向 : 生态环境安全 。 * 通讯作者 , E m ai: l ecoenvir @ yahoo. cn 。 2009 03 27
关于人为因素的研究, 目前关注的焦点仍然在于人类活 动包括: 植物采挖、 资源开采、 过高载畜量及不合理制度体系等 对草原生态系统产生的影响