高寒地區(qū)國家級牧場草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)特征研究——以青海省三角城種羊場為例.pdf

1、通過對青海省三角城種羊場草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的氣候、土壤、植被、植被光合效率、能流以及生態(tài)經(jīng)濟效益等方面進行了全面調(diào)查，結(jié)合TM影像資料，利用遙感及地理信息系統(tǒng)軟件，對青海省三角城種羊場草地類型及其景觀動態(tài)變化進行了研究，涉及遙感影像分析、地理數(shù)據(jù)庫建模、草地類型波譜分析、草地資源調(diào)查等，進行了系統(tǒng)分析研究，取得了以下主要研究成果： 青海省三角城種羊場草地類型主要包括高寒草原、高寒草甸、高寒荒漠、沼澤化草甸等，其中高寒草原和高寒草

2、甸所占的面積最大，在畜牧業(yè)經(jīng)濟和生態(tài)保護中也最為重要。植被分布和土壤吸附水狀況，代表不同草地型的優(yōu)勢種和亞優(yōu)勢種植物隨著海拔高度上升，依次為海韭菜、鵝絨萎陵菜→芨芨草、羊茅→冷地早熟禾、紫花針茅→矮嵩草、小嵩草，表明該羊場草地型垂直分布特征明顯：海拔越高，植物高度和地上生物量越低，說明高海拔的環(huán)境條件對草地生產(chǎn)能力的強硬制約性；不同海拔高度，不同土壤深度土壤吸附水達到等吸附量點的時間不同，海拔越高，達到等吸附量點的時間越早，證明同一地區(qū)

3、的吸附水含量由于海拔差異而相差很大。 在中度到重度退化進程中，草地植物群落隨著退化程度的加重，其物種多樣性呈減小的趨勢，而建群種的重要值呈增大趨勢。針茅型中度與重度退化樣地植物群落物種多樣性指數(shù)(a多樣性指數(shù)，下同)分別為2.50、2.26，建群種的重要值分別為19.09、23.8。嵩草型中度與重度退化樣地植物群落物種多樣性指數(shù)分別為2.61、2.42，建群種的重要值分別為13.31、22.81。針茅型與嵩草型不同退化樣地地上植

4、物類群及總植物量季節(jié)動態(tài)均呈現(xiàn)明顯的“單峰”曲線，其峰值同時出現(xiàn)在8月下旬，在植物生長季，主要植物類群地上植物量季節(jié)動態(tài)具有明顯的差異。兩草地型地上植物量季節(jié)積累動態(tài)曲線可用y=ea+bx(生長曲線)很好擬合。 隨著草地退化程度加重，針茅型樣地禾草類在草群中所占比例下降(以植物干重為測度)，雜草類在草群中所占的比例上升。群落干物質(zhì)積累速率下降，最終導(dǎo)致草地凈初級生產(chǎn)力的降低。嵩草型中度退化樣地的凈初級生產(chǎn)力高于重度退化樣地，但由

5、于在牧草返青期放牧使中度退化樣地禾草類在草群中所占的比例小于重度退化樣地。針茅型中度與重度退化樣地地上植物量凈生產(chǎn)量分別為104.99g/m2.a、48.38g/m2.a，下降達53.92％；嵩草型中度與重度退化樣地地上凈生產(chǎn)量分別為144.82g/m2.a、87.96g/m2.a，下降達39.26％。針茅型與嵩草型樣地地下80％以上的植物量分布在0～20cm的土層中，用y=ax+b能夠很好描述兩草地型在生長季各土層中的平均植物量及其所

6、占比例。在地下40cm深的土層中，針茅型中度與重度退化樣地地下植物量的凈生產(chǎn)量及周轉(zhuǎn)值分別為849.6g/m2.a、32.45％、1346.05g/m2.a、51.93％；嵩草型中度與重度退化樣地地下植物量的凈生產(chǎn)量及周轉(zhuǎn)值分別為787.13g/m2.a、26.08％、1190.6g/m2.a、51.33％。地下與地上植物量的比值隨著草地退化程度加重而增大。針茅型中度與重度退化樣地地下與地上植物量的比值分別為16.86、51.51；嵩草

7、型中度與重度退化樣地地下與地上植物量的比值分別為24.61、27.22。 針茅型與嵩草型不同退化樣地?zé)嶂禍y定表明，群落地上部分熱值大于地下部分，地上部分熱值含量以牧草生長旺盛期最高，返青期最低，枯黃期次之。并且其熱值含量均高于世界陸生植物的平均熱值，地上、地下、全群落能量積累與植物量增長呈顯著的線性正相關(guān)。草地凈能空間分配率隨著草地退化程度加重而減小。針茅型中度與重度退化樣地分別為0.1667、0.0439；嵩草型中度與重度退化

8、樣地分別為0.2257、0.1049。隨著草地退化程度的加重，植物群落地上部分對光能的轉(zhuǎn)化效率減弱。兩草地型對光能的轉(zhuǎn)化效率：全群落，針茅型中度與重度退化樣地為0.208％、0.317％，嵩草型中度與重度退化樣地為0.216％、0.259％；地上部分，針茅型中度與重度退化樣地分別為0.03％、0.013％；嵩草型中度與重度退化樣地分別為0.04％、0.024％，地下部分，針茅型中度與重度退化樣地分別為0.178％、0.303％，嵩草型中

9、度與重度退化樣地分別為0.177％、0.234％。 在分析青海省三角城種羊場生態(tài)系統(tǒng)的自然、社會經(jīng)濟概況的基礎(chǔ)上，運用能值理論與方法，通過對青海省三角城種羊場2002-2006年的凈能值產(chǎn)出率(NEYR)、能值投入率(EIR)、環(huán)境負載率(ELR)和可持續(xù)發(fā)展能值指數(shù)(ESI)等指標的計算及趨勢分析得出：青海省三角城種羊場生態(tài)系統(tǒng)投入的能值總量為5.00×1029sej，其中可更新環(huán)境資源、不可更新環(huán)境資源、不可更新工業(yè)輔助能及

10、可更新有機能分別占系統(tǒng)輸入能值總量的7.39％、7.68％、35.15％和49.77％。環(huán)境資源總投入占總能值投入的15.08％。在輔助能投入中，可更新的有機能占輔助能投入總量的58.61％。在環(huán)境資源總投入中，不可更新環(huán)境資源投入占其中的50.96％。青海省三角城種羊場能值投入率(EIR)值由2002年的0.0489緩慢增長至2006年的0.734，總體在0.05～0.07間浮動。青海省三角城種羊場能值產(chǎn)出率(EYR)由2002年的5

11、7.4上升至2005年的83.7，總體上處于波動上升態(tài)勢，表明青海省三角城種羊場經(jīng)濟活動的能源利用效率在逐年提高，競爭力明顯增強。青海省三角城種羊場能值投入率(EIR)值由2002年的0.0489緩慢增長至2006年的0.734，總體在0.05～0.07間浮動。這表明青海省三角城種羊場經(jīng)濟對外開放和利用外界各類“資源”程度較低。青海省三角城種羊場環(huán)境負載率(ELR)由2002年的31.3增至2006年的71.4，總體呈波動上升趨勢，表明

12、青海省三角城種羊場經(jīng)濟發(fā)展對其環(huán)境系統(tǒng)的壓力逐步增加。青海省三角城種羊場能值一貨幣比(EDR)呈逐年上升趨勢，由2002年的1.50x1014sej/＄上升至2006年的7.98x1014sej/＄，這主要是青海省三角城種羊場生產(chǎn)總值在2002-2006年間的增長緩慢，其經(jīng)濟系統(tǒng)的開發(fā)程度降低造成的。2002-2006年青海省三角城種羊場ESI值由58.46降至21.8，呈波動下降趨勢，同期青海省三角城種羊場ELR由31.3增至71.4

13、呈快速上升趨勢。由ESI=NEYR/ELR等式可知，ESI的下降是由于2002-2006年青海省三角城種羊場環(huán)境負載率(ELR)的增長速率快于同期凈能值產(chǎn)出率(NEYR)的增長速率。 不同地被在TM影像上各波段的反射特征。通過對石山冰川、鹽堿地、水庫、裸地、高山草原、高寒草甸、河流、人工草地、湖泊和沼澤地10種不同地被類型及山地草原、山地草甸和高山草甸三種植被類型的波譜曲線調(diào)查研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在TM1、TM2和TM3可見光波段，湖

14、泊和沼澤地的反射率遠遠高于其它地被；而三種草地植被在可見光區(qū)的反射率差異不大，到紅外光區(qū)，它們的反差才急劇加大。在TM4近紅外波段，綠色植被反射率差異較大，為區(qū)分植被的理想波段。在TM5波段，高寒草甸、裸地和高寒草原的反射率遠遠高于其它地被。在TM6波段，各地被的反射率差異不大。 不同土壤類型的土壤線。根據(jù)土壤在紅外波段和近紅外波段反射率之間的線性關(guān)系，將它們的相關(guān)性線性回歸得到四種土壤類型的土壤線依次為：沼澤土：NIR=0.4

15、6R+13.91，相關(guān)性0.83：暗栗鈣土：NIR=0.44 R+22.66，相關(guān)性0.78；高山草原土：NIR=0.52R+12.62，相關(guān)性0.80；高山草甸土：NIR=0.57R+6.91，相關(guān)性0.90。土壤線的斜率大小排列順序為：高山草甸土>高山草原土>沼澤土>暗栗鈣土，而截距為高山草甸土<高山草原土<沼澤土<暗栗鈣土。 對ETM遙感影像各個波段分析結(jié)果表明1、2、3波段間彼此高度相關(guān)，4、5、7波段間有一定相關(guān)性；在

16、波段7、5、4、3處，草地類型波譜曲線變化幅度大，宜用作草地分類：利用數(shù)字高程模型，輔助草地生態(tài)序列分布規(guī)律，結(jié)合遙感光譜特征進行了草地類型，對解決草地類型間因光譜重疊而難以區(qū)分的難題找到了可行方法。依據(jù)RVI和NDVI兩個植被指數(shù)對植被生長狀況與草地產(chǎn)草量有不同的敏感度，采用微積分方法，化整為零，按蓋度區(qū)間，計算植被指數(shù)同產(chǎn)草量的線性方程，使遙感預(yù)測產(chǎn)量與草地實際產(chǎn)量的相關(guān)性更好。 對青海省三角城種羊場景觀生態(tài)系統(tǒng)的系統(tǒng)耦合結(jié)