松嫩平原盐碱化草地模拟模型研究

松嫩平原盐碱化草地是我国著名的天然草场，又是东北西部绿色生态屏障，具有较高的经济价值和重要的生态意义。但是由于各种自然因素和人为因素，致使草地出现退化、沙化和盐渍化，尤其是草地盐渍化加重，生态环境日趋恶化。当地地形条件和气候要素是导致草地原生盐碱化的主要原因。而人类对草地的过度使用，如过度放牧和割草等则是导致草地快速次生盐碱化的主要原因，不仅导致土壤的退化，而且引起草地群落发生次生演替过程。在典型的次生演替过程中，常常可以出现羊革(Aneurolepidium chinense)群落、羊草和一虎尾草(Aneurotepidium chinense＆Chloris virgata)群落、虎尾草(Chloris virgata)群落、碱蓬(Suaeda glauca)群落等演替阶段。 本文试图建立一个过程模型，来模拟草地的生态学过程机理以及人类过度放牧对草地生态系统的影响。本模型包括5个部分：1）主要气候因子的模拟，2)土壤水分动态的模拟，3）土壤盐碱化动态的模拟，4）草地群落生长的模拟，5)不同放牧强度对草地生态系统的影响评价。以下将对各个部分分别描述a 在气候因子模拟子模型中，给出了影响草地生态系统主要气候园子的种类，并重点介绍了如何利用解析法计算太阳辐射，包括平地和坡地的理论可照时间，天文辐射日总量以及总辐射量。利用改进后的Penman式，模拟了全国的潜在蒸散量，与900多个气象站点的水面蒸发观测资料进行了验证，模拟结果很好。 利用面向对象技术，将土壤水分动力学模型与水分平衡模型相结合，建立了土壤水分动态的物理过程模型。模型以ld为步长，可以模拟多种土壤质地的水分动态。利用松嫩平原4中典型土壤（碳酸盐草甸黑钙土、栗钙土、碱化盐土、草甸碱土）1997年土壤湿度观测资料对模型进行了验证，效果根理想。 在水盐平衡模型和动力学模型基础上建立了物理过程模型，来模拟土壤盐碱化动态。模型以ld为步长，适合于模拟异质性强的多层土壤水盐动态。模拟了1997年羊草及碱蓬群落下的土壤盐分、碱化度、pH值动态，并与实验资料进行了比较，模拟结果可以反映土壤盐分和碱化的季节变化规律。 模型将气候要素、土壤湿度、土壤盐分浓度、碱化度和pH值作为影响草地群落生长最重要的环境因子，在土壤水分动态和盐碱化动态模型基础上，建立了过程模型来模拟以羊草(A．chinense)、虎尾草(C.virgata)、星星草(Puccinellialenuiflora)和碱蓬(S. glauca)为建群种的4种植物群落的地上生物量、地下生物量以及枯死生物量变化动态。利用吉林省长岭的气候资料和实验资料，模拟了1991年土壤湿度动态，1991年4种群落土壤盐分、碱化度和pH值变化动态，以及1991年4种群落生长动态，并分另fj利用实验资料进行了验证，模拟效果非常理想。 在此基础上，利用模型对不同放牧强度对土壤水分动态、盐碱化动态的影响进行了评价，并探讨了对群落演替和生长的可能影响。模型选择不放牧、轻牧、重牧、过牧、极牧5种放牧强度，利用模型每15天将地上生物量分别去除0%. 25%、50%、75%和90%，并且相应改变了土壤导水特性来模拟不同的放牧强度。模拟结果表明，重牧、过牧、极牧下土壤湿度显著降低，但在轻牧下土壤温度略有上升。在不放牧时，土壤以脱盐、脱碱过程为主，而轻牧下脱盐、脱碱过程则会变缓：重牧、过牧、极牧下则以盐碱化为主。．不放牧时羊草群落一直占优势，而轻牧下则被羊草一虎尾草群落替代：虎尾草可以忍受轻的盐碱，因此在重牧F取代羊草群落成为优势种;在过牧和极牧下，土壤盐碱化非常迅速，最终只有碱蓬可以忍受强度的盐碱，这时草地变为碱蓬群落或光碱斑。不放牧下草地群落生长良好，生物量最大;轻牧下，草地群落生物量保持在中等水平;而重牧、过牧、极牧下草地生物量迅速减少。通过将每年收割的生物量进行累加，可以发现轻牧下收获的生物量总量是最大的，随着放牧强度的增加，收获的生物量迅速减少，如果同时考虑到适口性的问题，则可以发现轻牧下可 以收获最多的生物量，而过牧和极牧下只能收获极少的适口性非常差的碱蓬。 模拟结果表明，过牧是导致松嫩草地次生盐碱化最重要的原因，它不仅造成草地土壤的退化，而且加速了草地群落的次生演替。适宜的放牧强度对于保护草地免受退化，保持较高的草地生产力水平至关重要。而过牧不仅降低了草地的生产力，而且严重破坏了草地环境，引起草地的迅速退化。