农牧交错区主要植物的氮素利用效率

Berendse&Aerts (1987)认为氮素利用效率(nitrogen use efficiency，NUE)可以分为两部分的乘积，即：①氮素生产力(nitrogen productivity，NP)，②氮素的平均滞留时间(mean residencetime，MRT)。本文利用这一概念对处于我国北方农牧交错带的内蒙古自治区多伦县典型植物的氮素利用策略进行了研究。研究假设：植物在贫瘠生境上所采取的氮素适应策略主要是提高对所吸收氮素的保持能力(较长的MRT)，而不是提高NUE。 在不同土壤生境上，属于不同生活型的不同物种其NP和MRT之间存在负相关关系。在不同生境、生活型和物种之间，作为NP与MRT乘积的NUE比NP、MRT的变化相对要小，结果表明植物主要通过延长MRT来适应氮素贫瘠的生境。因为NP与MRT相反的方向变化，二者不能同时增加或减少，所以NP与MRT之间存在相互协调(trade-off)的关系。 在群落和生态系统水平上，NP与MRT之间也存在相互协调关系，不同水平上的NUE之间也存在一定的联系。除了在种间存在这种关系外，通过对多伦县和十三里滩两种针茅（大针茅、克氏针茅）的氮素利用特征的研究，发现在种内，NP与MRT之间也存在这种相互协调关系。NUE与土壤供氮能力有关，随着土壤供氮能力的下降，NUE呈上升趋势。植物的NUE不仅与土壤的供氮能力有关，其它因素如土壤水分供应状况也会对植物的NUE产生影响，例如，与生长在河岸上的植物相比，生长在河滩湿地上的植物具有较高的NP，但MRT却较低。在群落中，不同植物个体的NUE及其组成参数NP和MRT也存在较大的差异，较大的植株具有较高的NP和MRT，因而NUE也高于个体较小的植株。本文研究结果表明，植物的NUE与氮素回收转移特性密切相关，植物提高氮素回收效率(nitrogen resorption efficiency，NRE)可以延长MRT，从而提高NUE。

松嫩平原农牧交错区优化生态-生产范式——以长岭县为例

松嫩平原农牧交错区位于松嫩平原的西部，中国北方农牧交错带的最东端;具有独特的地质环境特点，环境问题突出，是我国生态脆弱地区之一，及世界三大苏打盐碱土集中分布区之一。近年来，由于人为的不合理利用和开垦、以及粗放的生产模式，使该地区生态系统严重受损，土地沙漠化、水土流失、盐碱化、土地生产力下降等生态环境问题日益突出。因此，建立一个适合该地区生态环境条件、社会经济发展状况的优化生态-生产范式是必要而紧迫的。 本论文以松嫩平原农牧交错区为研究对象，以其典型地段为切入点，通过大量数据的收集、文献资料的查阅、野外考察与测定、室内分析处理等，得出了以下主要结论： 一、生态-地理环境背景分析 松嫩平原农牧交错区是多种生态-地理环境危害并存的区域，其中包括盐碱化、沙漠化、气候灾害、水资源短缺等等。当前，沙化土地和盐碱化土地的面积已占该地区土地总面积的34.27 %，并且呈逐年递增的趋势。松嫩平原农牧交错区气候灾害频发，主要是旱灾、水灾、风灾。此外，水资源短缺以及水质问题，同样影响着农业生产及社会经济发展。造成松嫩平原农牧交错区多种生态-地质环境危害并存的主要影响机制是：该地区自身的地质-地理环境特点、气候因素和人类活动的综合效应，并且人类活动日益成为主要驱动因子。 二、实例研究 松嫩平原农牧交错区优化生态-生产范式研究是以长岭县为例，通过对长岭县景观格局变化分析、土壤格局分布、农牧业生产特点、以及农业可持续性评价等，得出以下结论： 1、对研究区内土地利用格局分析表明：1980 ~ 2000年，在土地利用类型没有发生变化的基础上，表现为各土地利用类型面积上的增减;草地、林地大面积地向农田转移，农田面积明显增加;大规模地开垦农田，已经导致了景观的优势度增加，破碎度增加，多样性下降，这最终将使整个景观趋于更加不稳定。 2、长岭县土壤总体水平较差，障碍性土壤占长岭县总土地面积的55.38 %。从土地利用变化对不同地势条件下土壤理化性状影响分析，结果表明：（1）地势相对高的平台地，土壤肥力较高，且开垦对土壤理化性质的影响相对较小，更适合农业开发;（2）低地原生植被为草甸草原，其养分状况也比较好，但其地势较低，易发生水渍和盐碱化;（3）坡地是当地土壤养分最为贫瘠地区，也是风沙土较集中分布的区域，对其开垦会增大土壤的风蚀和水蚀，使土壤养分状况严重下降。 3、对研究区牧草资源分布格局、牧草资源承载力和利用现状等进行分析，结果表明：放牧系统提供的牧草资源已不能满足当地畜牧业对牧草资源的需求。草地提供的牧草资源仅能满足总牧草需求的16.6 %，放牧系统提供的牧草仅占总牧草需求的47.3 %;玉米秸秆转化为牧草资源的潜力巨大，经估算，占总牧草资源的78.3 %，其承载力为总牧草需求的2.4倍。当前，农牧交错区牧草资源的粗蛋白含量普遍偏低，不能完全满足动物生产的需要，制约了当地畜牧业发展。根据当地畜牧业现状、牧草资源潜力，我们提出：应在合理利用当地牧草资源的基础上，有计划地建立高产优质、富含粗蛋白的人工牧草基地，实现畜牧业可持续发展与生态保护的协调统一。 4、长岭县是以第一产业为主，即农业生产为主要经济来源。对农业生产结构的分析表明：农牧业生产占总农业产值的90 %以上，并以种植业为主，种植业一直占总农业产值60 %以上。受当地气候条件、土壤格局分布的限制，单一粮食生产、粗放的生产模式以及对天然草地资源的过分依赖，最终导致该地区农牧业发展缓慢，经济条件落后。 5、在上述分析的基础上，作者提出了长岭县优化生态-生产范式，即以高效农业生产、生活圈，水土保持和自然生态保育圈、牧草生产基地及生态功能保护圈的三圈等级系统。以此为依据，对土地利用格局进行调整，通过粮、草、经多元农业结构的建设，在合理利用与保护草地的基础上，使长岭县畜牧业走向产业化的发展模式。

京北农牧交错区植物功能型研究

植物功能型的研究是全球变化研究当中最重要的创新之一，作为新的研究手段，已经被广泛用来研究全球变化的影响。而关于不同植物功能型对全球变化的生理生态反应、植物功能型对全球变化的适应机制及植物功能型演变在全球变化中的作用等方面的研究报道却很少，相关方面的研究尚处于起步阶段，而这些恰恰是植物功能型研究的基本点和最终目的，尤其对于全球变化预测模型的研究具有深远的意义。因此深入开展区域环境或全球变化下植物功能型的变化和适应机制研究能为最大程度地获得全球变化对未来影响提供重要信息。 　　本研究中我们对京北农牧交错区的植物功能型（光合功能型和形态功能型）进行了研究。利用稳定性同位素判定法对锡林郭勒草原四种不同草地类型植物功能型进行了分析研究，在调查的125种维管植物中有4种C4植物，其中禾本科和藜科各有2种，C4植物约占该地区调查植物总数的3%，C3 植物为94%、CAM植物为3%。研究中发现利用稳定性同位素技术判定CAM类型存在一定的局限性，需要采用辅助实验进行补充。研究结果还表明自东向西，在草甸草原－典型草原－荒漠草原这一系列草原类型中随着降雨量的逐渐降低，植物种类组成逐渐降低，但C4/C3的比例却有升高的趋势，说明植物光合类型的组成与水分梯度相关。在相同的环境梯度下，多年生高禾草和多年生杂类草呈现显著减少的趋势;而一年生杂类草，多年生矮禾草、灌木和鳞茎类植物呈现显著增加的趋势。这些结果为我们预测该地区植物功能型对全球变化影响的响应提供了依据。 　　在北京北部农牧交错区对不同生境类型的植物功能型进行了研究，该区域有C4植物68种。具有C4 植物的科相对集中，主要分布在禾本科（29属43种）、莎草科（4属16种）和藜科（3属5种）。菊科、豆科和蔷薇科这3大科中没有发现C4 植物。C4植物约占该地区调查植物总数的9%，C3 植物为89%、CAM植物为2%。多年生高禾草和多年生杂类草的比例无论从生长条件良好的草地到沙地，还是从草地到弃耕干扰地都呈现显著下降的趋势，而一年生杂类草和一年生禾草的变化却呈相反的变化趋势。C4植物中一年生植物占的比例最大，而且各个生境中C4植物在一年生植物的比例均超过30%，这说明该地区各个生境植被都已有相当程度的退化。上述结果证明植物功能型能在不同生境尺度上反映土地利用的变化。 　　对典型农牧交错区（多伦县）植物功能型研究表明，在该地区调查的11个群落中有4种C4植物（2科3属），其中禾本科3种、藜科1种。 C4 植物约占该地区调查植物总数的4.5%，C3 植物为95%，CAM植物为0.5%。研究结果表明随着土壤水分含量的降低，C4 功能型以及一年生杂草、一年生禾草、多年生矮禾草对群落水分利用的贡献呈现出显著增加的趋势，而多年生杂类草和多年生高禾草则呈现相反的变化趋势。不同植物功能型的水分利用效率是一个相对稳定的指标，可能成为我们进行更大尺度水分变化分析的有力工具。多年生杂类草和多年生高禾草对维持该地区生态系统生产力以及稳定性具有至关重要的作用，随土壤水分的下降，二者的地位和作用均呈现下降趋势，因此可能导致该地区草地生态系统生产力和稳定性的持续下降。在植物功能型鉴定的基础上，分析了多样性与土壤水分和生产力关系，研究发现植物功能型多样性与土壤水分和生产力相关性更为显著。 　　对3个研究地点植物功能型的比较研究发现，就植物光合功能型而言，随降水量减少和温度降低，单子叶C4光合功能型比例呈现显著下降趋势，而双子叶C4光合功能型却呈现显著增加的趋势;植物形态功能型在区域尺度上没有而呈现出明显的变化趋势。研究表明植物光合功能型对于大尺度下环境因子的变化具有敏感的响应，而植物形态功能型可能更适合在中小尺度下研究环境的异质性以及土地利用方式的变化。 　　

土地利用方式对内蒙古农牧交错区草地生态系统的影响

陆地生态系统是人类赖以生存与持续发展的基础。由于其巨大的碳储存能力陆地生态系统在全球碳循环过程中发挥着重要作用，尤其是在延缓因大气中CO2浓度升高所引起的气候变化方面作用更为突出。作为世界上最广布的植被类型之一，草地生态系统是陆地生态系统的重要组成部分，其面积占到全球陆地面积的五分之一。中国有着世界第二大的草地生态系统，面积为3.55×108 hm2，约占世界草地面积的6％～8％，其碳储量为世界总碳储量的9％～16％。以内蒙古高原为主体的北方草地，面积约占国土总面积的40％左右，是一种重要的可再生的农牧业资源;作为一种重要的绿色生态屏障，北方草地在调节气候，涵养水源，防风固沙，净化空气和美化环境等方面起着重要作用。由于人口的增长和经济发展的需求，许多土地利用方式呈现在北方农牧交错区。地处内蒙古高原南麓的多伦县属于典型的农牧交错区，良好的气候条件和复杂的人文环境决定了多种土地利用方式在这一地区的并存，为开展不 同土地利用方式对草地生态系统影响的研究提供了天然的研究场所。 本研究选择了多伦县境内的6种土地利用方式作为研究对象，即围封禁牧样地、刈割禁牧样地、自由放牧样地、人工（紫花苜蓿）草地、农田（青贮玉米）和弃耕地，主要研究在这几种不同的土地利用方式影响下，土壤碳氮储量、草地生态系统功能（生产力等）和群落结构的变化。通过对土壤碳氮储量变化的研究发现： (1) 不同土地利用方式因其地上净初级生产力的不同而影响了土壤的碳氮储量，但是高的地上初级生产力并不一定能提高土壤的碳氮储量，如青贮玉米地。这主要是因为土壤碳氮储量与根系和凋落的输入相关。 (2) 不同土地利用方式对植被的浅层（0-20 cm）根系影响较大，继而影响了土壤的碳氮储量。这是因为大约80％的根系碳氮和50％的土壤碳氮储量都集中分布在这一层次。而土壤潜在库容的进一步扩大则要依靠深层根系生物量的增加，以提高深层土壤的碳氮含量，如人工（苜蓿）草地。 (3) 在合理利用方式或者科学管理措施下，草地土壤有机碳储量处于8 kg C m-2到10 kg C m-2之间，比过度退化草地的有机碳储量提高了50％。 (4) 经过短期恢复，土壤的库容量会很快增加，表现出较强的储存功能。因此，通过合理的土地利用方式和管理措施，中国北方农牧交错区可以转变成一个巨大的碳汇。 通过对不同利用方式下草地生态系统的功能、群落结构和物种多样性恢复的研究，得到如下实验结果： (1) 与自由放牧相比，短期（5年）禁牧（围封和刈割）提高了草地的地上净初级生产力和物种数目。围封禁牧和刈割禁牧草地的地上净初级生产力分别比自由放牧草地高出107.3％和50％;而物种数目则分别比自由放牧草地增加了14.8％和25.9％。 (2) 围封和刈割禁牧，尤其是后者，主要增加了非禾本科草本植物在群落中所占的比例;而在自由放牧草地，灌木和半灌木种群在群落中占有绝对优势。 (3) 物种多样性和生产力间的关系因外部干扰程度的不同而变化。在轻度干扰（围封禁牧）和中度干扰（刈割禁牧）下，生产力和物种多样性间呈指数正相关关系;而在重度干扰（自由放牧）下，群落地上净初级生产力随着物种多样性的增加呈指数递减的趋势。 通过对不同土地利用（或干扰）方式下，草地生态系统小尺度上的空间属性进行分析后，得到以下研究结果： (1) 群落和物种的地上生物量以及土壤养分均表现出显著的小尺度空间结构特征，并且在不同利用方式影响下，这种空间属性表现出较大的差异。 (2) 禁牧（围封和刈割）草地的土壤有机碳和氮含量比较高。土壤有机碳的变程较小，变化范围为0.83～1.40 m，其在三种类型土地利用的变异系数都维持在18.0％左右;土壤全氮的空间自相关尺度为0.46～14.69m，变异系数为12.10％～30.86％。 (3) 群落地上生物量以禁牧（围封和刈割）草地较高。在围封禁牧和刈割禁牧草地内的变异系数分别为26.48％和19.94％，在自由放牧草地的变异系数为67.47％;其空间自相关尺度为0.74～3.9m。在不同的土地利用方式下，物种、功能群以及多样性指数都表现出显著的空间异质性，并且其空间属性变化各异。 (4) 土壤养分和植被的空间分布相互影响，互为因果关系。这种小尺度的空间格局差异是群落演替的驱动力，而不同的土地利用方式正是通过改变群落内小尺度的空间属性来影响了群落的演替方向。 在不同土地利用方式影响下，草地生态系统不仅在宏观功能，如生态系统生产力、群落结构和土壤的碳氮储量等方面表现出较大的差异，而且在微观结构上，如土壤养分和物种的空间属性等方面也发生了明显了变化，并且宏观和微观上的变化相互促进相互影响，它们的相互作用在很大程度上决定了群落的演替方向和草地生态系统全球变化过程中的具体作用。

克氏针茅草原的土壤种子库特征与植被恢复

近几十年来，由于过度放牧和不合理的农业开垦，内蒙古的天然草原退化严重。自2000年起，中国政府制定了“退耕还林还草”政策，并在草原地区实行了“禁牧、轮牧、休牧”等草原管理措施，期望依靠自然力来恢复退化的草原。然而，这些政策究竟能够带来什么样的后果还是一个未知数。土壤种子库和种子雨的资料对于全面理解植物种群和群落的动态具有重要价值。退化生态系统的恢复评价应该包括土壤种子库和种子雨的资料。因此，我调查了不同利用方式下克氏针茅（Stipa krylovii）草原的土壤种子库、种子雨和地上植被组成，来探讨政府的恢复政策对于该地区草原生态系统的影响。 研究地点位于中国科学院多伦恢复生态学试验示范研究站的永久实验样地，该实验样地在内蒙古自治区锡林郭勒盟的多伦县境内，该地区属于典型的农牧交错区。 采用幼苗萌发法，本研究测定了三种具有不同土地利用历史的样地的土壤种子库密度和物种组成。它们分别是：放牧样地、围封样地和弃耕样地。主要的研究结果有： （1）弃耕样地的土壤种子库密度最大，且主要是一年生和杂草类植物的种子，弃耕地由于其开垦的历史导致种子库的物种组成与放牧样地和围封样地的种子库有明显区别，其种子库缺少合适的多年生植物的种子是限制弃耕地自然恢复为天然草原的重要因素。 （2）放牧虽然会降低土壤种子库的密度，但是其中并不缺少多年生植物的种子。恢复由过度放牧引起的退化草原比恢复由农业开垦导致的退化草原要容易一些。围封对于由过度放牧引起的草原退化有明显的积极作用。 （3）采用Sorensen指数来计算地上植被与土壤种子库的相似性，这三个样地土壤种子库与地上植被的物种相似性均较高。在地上植被生物多样性的调查中，不能将草原中的一些早春植物遗漏。 采用网筛分离法，本研究测定了四种具有不同土地利用历史的样地的种子雨密度和物种组成。它们分别是：放牧样地、围封样地、割草样地和弃耕样地。主要的研究结果有： （1）不同样地间种子雨的密度差异显著（p < 0.05）。围封样地的种子雨密度最大，弃耕样地和放牧样地的种子雨密度居中，割草样地的种子雨密度最小。 （2）弃耕样地的地上植被和种子雨中均存在大量的一年生植物，这可能需要放牧或者割草等其它的一些管理措施来去除一年生植物的优势，从而加快弃耕地向天然草原的恢复速度。 （3）围封样地和割草样地的种子雨和地上植被中的物种数目均比放牧样地的要少，且围封样地中多年生非禾草类植物的比例大大增加，说明禁牧会改变草原植被的物种组成，这些究竟给草原植被的恢复带来怎样的影响，需要进一步的研究。 （4）克氏针茅草原整个取样期间种子雨的降落是连续的，因此在一些长期土壤种子库的研究中应该结合种子雨的数据，不能简单的将7月份的土壤样品作为长期土壤种子库。 采用网筛分离法，本研究测定了不同留茬高度的刈割实验样地的土壤种子库密度和物种组成。主要研究结果有： （1）无割草处理的对照样地的土壤种子库密度与其它割草处理样地的土壤种子库密度之间差异不显著。可能的原因是刈割的实验小区过小，植物种子的散布能够从不割草样地传播到割草处理的样地，或者动物的采食以及搬运降低了对照样地中种子的数量。 （2）虽然多年生禾草类植物在地上植被中占优势地位，但其在土壤种子库中的密度很小，均不到土壤种子库总量的10%。可见无性繁殖对于保持多年生禾草类植物在植被中的优势地位具有重要的意义，而相反的是非禾草类植物在土壤中保存大量的种子作为种群扩大的重要手段。

北方农牧交错区土地利用（管理）方式对土壤氮素转化的影响

土壤氮素矿化是陆地生态系统氮素转化的重要组成部分。不同的土地利用（管理）方式会改变土壤氮素转化过程，影响土壤肥力的保持，进而可能造成土壤内氮素渗漏流失。为系统了解内蒙古农牧交错区土壤氮素转化的特点，本实验采用原位培养顶盖埋管法进行野外培养，每间隔一个月定期取样，于2004年7月-2006年10月在植物所恢复生态学实验站进行了两个试验，1：选择农牧交错区四种有代表性的土地类型（围封样地：FS，放牧样地：GS，弃耕地：AF，和农田：CF），比较土地利用方式之间氮素矿化的异同;2：在施肥样地通过不同施肥处理(F0: 1g N m-2, F1: 1g N m-2, F2: 2g N m-2, F3: 4g N m-2, F4: 8g N m-2, F5: 16g N m-2, F6: 32g N m-2, F7: 64g N m-2) 的土壤氮素转化动态，确定过度放牧的典型草原围封禁牧后，植被恢复过程中最适宜的施肥量。主要结论如下： 1. 与试验初期相比，整个非生长季围封样地、弃耕地和农田的铵态氮和无机氮含量逐渐降低，培养结束时铵态氮含量分别减少了67.04％，77.31％和70.54％，而放牧地的含量增加1.63％。围封样地、放牧地、弃耕地和农田的硝态氮含量分别增加了61.61%，376.43%，199.75%和133.16%。非生长季四种土地类型的土壤氮素转化速率主要受温度影响。围封样地、放牧地、弃耕地和农田非生长季矿化速率均值分别为-0.016，0.0429，-0.0051和-0.0030 μg g-1 d-1。硝化速率均值变幅为-0.43-0.17 μg g-1d-1。 2. 与没有冷冻而融化的土壤相比，冻融显著影响土壤无机氮含量的变化。只有在较低的土壤温度条件下冷冻以后，融化才会促进土壤氮素矿化。不同的冷冻时间长度下融化均会促进土壤硝化速率。土壤温度、土壤含水量变化是影响氮素转化速率的重要因子。 3. 四种土地类型的年日均矿化速率为放牧样地>农田>弃耕地>围封样地，分别为0.25，0.11，0.10，0.06μg g-1d-1，其年平均速率分别为11.65，5.50，5.00和2.46g m-2 y-1，而年日平均硝化速率分别为0.27，0.095，0.097和0.05μg g-1d-1。其中生长季日均矿化速率和日均硝化速率均为其年日均速率的两倍。因此，生长季形成的矿化氮是全年的93％，而形成的硝态氮占全年的86％。四种土地类型年均矿化氮的累积量平均为615.04 kg ha-1，而硝化作用的累积量变幅为230.44-1218.86 kg ha-1。四种土地类型的矿化速率和硝化速率的季节动态变化与气候因子的变化一致。 4. 不同施肥处理对典型草原土壤氮素转化均有显著影响。与对照相比，少量施肥（F1，F2）土壤铵态氮，硝态氮和无机氮含量分别减少20.57％，11.18％和17.18％。当施肥量大于F4（8g N m-2）时，随施肥量增加土壤铵态氮，硝态氮和无机氮含量增加18％-1191％。除F5（16g N m-2）外，与对照相比，随施肥量增加，土壤矿化速率增加了5-21倍。4 g N m-2 (F3)左右是典型草原生态系统比较合适的施肥量。 5. 氨气挥发速率的季节动态特征与气象因子的变化一致，其速率变幅为17.65 - 1228.39µg m-2 d-1，其中7月挥发量占全年的37％。与对照相比，少量施肥氨气挥发速率降低了1-2％，施肥量大于F3 (4g N m-2)，速率增加了1-4倍。实验期间总的流失量变幅为23.76-84.91mg m-2，而且通过氨气挥发流失量低于土壤全氮的3%。氨气挥发不是典型草原过量氮素流失的主要方式。 6. 氮素限制的典型草原，植被恢复过程中外源氮素添加阈值为：4 g N m-2 (F3)。与对照相比，短期施肥（3年）不会显著影响根系碳储量和土壤碳氮储量。施肥处理的土壤硝态氮和无机氮含量显著增加，说明施肥显著刺激硝化作用。典型草原60%植物根系主要分布在地下0-10cm，这里的碳储量占地下储量（0-50cm）的63%以上。随土壤深度增加，土壤全氮，全碳，无机氮储量降低。而铵态氮储量和可利用的无机氮含量随土壤深度增加，说明植物根系主要吸收利用上层可利用氮素，而且下层氮素矿化速率降低。

水、肥添加对内蒙古农牧交错区不同土地利用历史的草地群落结构和稳定性的影响

草地是我国陆地面积最大的生态系统类型，它在维持我国自然生态系统格 局、功能以及过程方面具有特殊的生态学意义。内蒙古草原是我国北方最重要的自然群落类型，对于维持当地的生态平衡和社会经济的可持续发展起着重要的作用。由于历史上人类的过度放牧以及开垦农田，加上气候的变化使得内蒙古草地大面积退化，并引发了许多生态、环境问题。研究土地利用历史对草地植物群落结构、组成和稳定性的影响对于退化草地的恢复和管理具有重要的意义。通过适当的水、肥管理措施加快退化草地的植被恢复，改善其生态服务功能是当前的紧迫任务，同时也将对理解未来气候变化对草地群落的影响具有重要作用。 本试验进行了内蒙古农牧交错区不同土地利用历史的草地（围封的天然草地和弃耕的草地）植物群落结构和稳定性的对比研究，并且讨论了模拟降水增加和氮、磷添加及其互作效应对群落结构、组成和稳定性的影响。结果表明： 1. 土地利用历史对草地植物群落的结构和稳定性产生了显著的影响。围封的天然草地比农田弃耕地具有更高的物种丰富度、均匀度和植被盖度。历史上草地的垦殖使群落结构发生极大的变化，造成物种多样性和均匀度的明显降低，同时，也降低了群落的稳定性，使弃耕地在环境的变化下更加脆弱。 2. 水分的添加显著地改善了群落的结构和功能。增水的处理增加了物种丰富度、密度、植被盖度和生产力。同时，添加水分也提高了群落的稳定性，对于加快内蒙古退化草地的恢复具有明显的作用。 3. 添加氮肥增加了植被盖度和群落的生产力，同时改变了群落的物种组成，增加了禾本科草的比例，尤其是增加了围封样地中克氏针茅（Stipa krylovii Roshev.）的盖度，在弃耕地主要增加了冰草（Agropyron cristatum (Linn.) Gaertn.）的盖度。不同的氮肥梯度之间只对植被盖度的影响存在差异，在功能群水平上，这种差异则存在于对禾本科草盖度的影响中。添加氮肥增大了物种丰富度在时间上的变异，在一定程度上降低了群落的稳定性。添加磷肥只增加了群落地上生物量，对群落结构和稳定性都没有显著影响。氮、磷肥同时添加增加了草地群落的生产力和植被盖度，在功能群水平上增加了禾草的盖度。二者的共同作用也增大了物种丰富度在时间上的变异，降低了群落的稳定性。 4. 同时添加水分和氮肥增加了植被盖度，在围封样地同时增加了禾草和杂类草的盖度，在弃耕地只增加了禾草的盖度；水分和氮肥结合也降低了群落盖度在时间上的变异。同时添加水分和磷肥改善了群落结构，增加了植被盖度、密度及地上生物量。在功能群水平上，增加了围封样地杂类草的盖度。同时添加水分和磷肥减小了植被盖度的时间变异，有利于群落的稳定。水分、氮肥和磷肥共同添加增加了植被盖度和群落的生产力，并且比其他处理组合效果更显著。在水、氮、磷共同作用下，禾草和杂类草盖度同时增加。同时添加水分、氮肥和磷肥也降低了群落盖度在时间上的变异。 由此可见，水分是决定内蒙古农牧交错区草地植物群落结构和生产力的最主要的环境因子，氮素对群落的结构和生产力起到调节的作用，而磷素只有在水分较为充足的条件下才能对群落产生显著影响。水分和养分的结合能够有效地改善群落的结构和功能，增加群落的稳定性，进而加快退化草地的恢复进程。

半干旱草原牧区村庄的农田扩张机制

半干旱草原是陆地生态系统的主要类型，对社会经济的可持续发展至关重要，已有研究表明农田扩张是半干旱草原面积缩减的主要原因之一。村庄作为基层单元，既是大尺度要素作用的承受者又是土地利用变化的直接执行者，其社会、经济、文化和自然资源特征对土地利用方式往往起决定作用，然而，尚未见从村庄层面上探讨中国半干旱草原牧区农田扩张机制的研究报道。村庄是一个内部有序的等级体系，其中所存在的数据自相关既能造成分析结果的不准确性又能用于土地利用变化预测。因此，本论文以位于科尔沁草原50多年经历了大面积草地开垦的乌兰敖都村为研究对象，以多层线性模型、空间插值技术和贝叶斯推理为分析手段，通过引入田块、单户和村庄3个尺度， 综合考虑自然和社会经济要素，揭示了半干旱草原牧区村庄的农田扩张机制，提出了处理土地利用变化研究中的数据自相关的方法，为半干旱草原的有效保护和管理提供了科学依据。 本研究表明： 1）草地开垦主要发生在甸子地，所有住户都倾向于在优质土地上开荒种粮，而且劳动力数量多、文化程度高和收入更大程度上依赖于农牧业生产的住户更易开荒种粮，但当牲畜数量较多时，住户开荒种地的倾向性降低，这与农牧交错带典型偏农区的研究结果相反。所开土地的90%用于种植玉米和水稻，其中玉米耕种面积主要受价格因素影响，而水稻的种植面积主要受土地条件影响。 2）离居民点近的草地比离居民点远的草地更易被开垦为农田，打草场比放牧场更易被开垦为农田。 3）多层线性模型将驱动因子置于不同尺度，通过引入随机方差成分避免统计谬误，因此可用于处理驱动力研究中的数据自相关。空间自相关不仅可用于预测土地利用变化趋势，也为深入了解土地利用变化过程提供了新视角。 4）在中小学中加强草地保护教育、在牧民中开展草地保护宣传、转移剩余劳动力、制定强有力措施保护居民点周围的草场是控制开荒种粮的有效措施。

科尔沁沙地农牧交错带土地退化及治理对策研究

土地退化是危及人类生存和农业可持续发展的重大环境问题.科尔沁沙地是中国土地退化最为严重，发展速度最快的地区之一，在防治荒漠化总体布局中占有极其重要的位置.该文充分运用现代生态学原理与方法，以科尔沁沙地农牧交错带为主要研究对象，通过大量的野外调查、室内分析和资料收集，采用多学科多技术相结合、定性与定量分析相结合的技术路线，系统地研究了科尔沁沙地农牧交错带土地退化治理的关键问题.

青藏高原东部混农季节性放牧及其对高山林线格局的影响

混农季节性放牧（agropastoral transhumance）通过作物种植和畜牧生产相结合的方式对不同海拔高度带上的资源进行相互补充利用，在亚洲兴都库什地区、青藏高原、横断山、东部及南部非洲、南美安第斯地区等具有悠久的历史。这种传统的生计系统几千年以来一直是居住在该地区的人类社会和自然生态系统相互作用的主要形式之一。这种传统的资源利用方式与山地自然植被以及特殊的山地人类文化和社会特征具有密切的协同演变关系。认识和理解这一关系，是山地生态学和人类学的核心科学问题之一。近年来，山地生态系统的多重功能性及动态演变对山区社会经济可持续发展的重要意义受到人们的不断关注。本文通过对云南省德钦县的12个自然村的混农季节性放牧以及对云南德钦、四川壤塘等山地植被格局特别是高海拔地带植被格局的的详细调查，探讨青藏高原东缘地区混农季节性放牧的主要特征、系统构成及相互关系，及其在全球变化、经济全球化和市场化及现代化过程中的变化趋势，分析混农季节性放牧与高山林线格局及生态系统的互动关系，旨在探讨山地地区人类活动与自然生态系统之间的互动关系，从而为山区社会经济可持续发展、环境建设和生物多样性保护等国家战略提供理论依据。 调查结果表明，混农季节性放牧是一种适应青藏高原东部高山峡谷地区环境因子及自然资源呈明显的垂直分布、资源数量稀少而时空分布异质性极高的生存环境的一种传统经济形式。这种传统的畜牧业的主要生产目的仍然是提供当地基本生存所需的产品，饲养牲口的种类和数量取决于农户的当地需求并且受资源的限制，因而维持在比较低的水平的。分布在不同海拔高度的放牧资源在一年中被牲口利用的时间也不同，互为补充，共同构成混农季节性放牧的资源基础。根据各社区永久居住点的位置和该村的土地资源特别是牧草地资源的分布范围，牲口迁移的距离和格局有较大的差异。。天然牧场仍然是最主要的畜牧业生产资源。混农季节性放牧中的农业系统和牧业系统互为补充，共同构成调查地区完整的的生计系统，农耕活动为放牧活动提供精饲料如粮食等和冬季饲料如秸秆， 其数量往往成为家庭畜牧业生产规模的主要决定因子之一。 通过对牲口数量和结构、牲口的时空迁移格局、牧业活动在整个经济活动中的相对重要性以及牧业活动和作物种植的关系方面的研究分析，混农季节性放牧在近几十年发生了深刻的变化。主要表现在牲口数量总体下降，牲口组成发生变化，牲口移动性降低、牧业活动的经济重要性下降以及牧业活动和种植活动之间的相互依存度降低等。上述变化的根本驱动力是发生在当地、地区及全球尺度上的环境、政治、社会经济、技术和文化等的变化，从而造成当地群众畜牧生产目标、土地利用和劳动力的分布等发生了变化。当地生计系统发生的改变可能会带来对方面而深刻的政治、社会经济、文化和生态影响。 混农季节性放牧这种古老的传统生计策略面临着许多挑战，如冬季饲料短缺、草场退化、缺乏市场竞争力、经济重要性降低、对年轻人缺乏吸引力、国家缺乏专门的政策指导等。与此同时，经济全球化、市场经济、新技术的应用、替代生计机会的增加、国家对于山地生态系统的作用的重新定位等也为传统生计系统转型、实现社会与生态共赢创造了机遇。 混农季节性放牧活动对亚高山及树线交错带生态系统系统的互动方式主要体现在以下几个方面：（1）牲口啃食、践踏等影响森林群落更新，改变森林群落的组成和结构，从而影响森林群落的演替进程和植被格局。林线边缘是搭建夏棚的首选地点，因此林线及树线交错地带就成了牲口活动的主要场所之一；（2）利用火烧开辟、维持和改良高山牧场； 3）在亚高山火灾迹地的放牧活动能够阻止火烧迹地的顺向演替； 4）牧民在林线附近获取建材和薪材等活动影响高山林线附近森林的结构和功能。 在调查区域，梅里雪山、白马雪山、甲午雪山的林线海拔高度在4200-4300m之间； 四川雅江、理塘一线，林线位置多在4300-4400m；四川壤塘二林场一带的林线主体在4100-4200m，在个别地区达到4300m； 在贡嘎山的南坡和东坡一带，林线位置在3600-3700m；而在四川松潘一带，林线位置主体在3700-3800米左右。树线高度的分布趋势和林线一致。混农季节性放牧及其有关人类利用活动使研究地区很多地方高山林线降低、树线交错带宽变窄或消失。在研究地区，总体情况是，阳坡和半阳坡（南坡、西南坡等）的林线和树线比阴坡和半阴坡（北坡、东北坡等）低，变化幅度达20-200m。这种差异主要是为了开辟牧场而人为清除了南向坡自然林线及其以上的植被从而使林线位置下降所致。在南坡自然林线保留得比较好的地方，林线和树线依然可以达到甚至超过北坡林线和树线的高度。放牧活动抑制了高山林线带火烧迹地的天然更新，从而使林线位置保持在目前的位置。 放牧活动对高山林线带森林群落更新的影响是显著的。自然林线内的乔木个体密度特别是新生苗和幼苗的密度大大高于非自然林线。没有放牧的自然林线及树线交错带内的I级个体（新生苗）密度达到725-2917株/公顷，而与之相对的处理样地内I级个体的密度只有0-228株/公顷；II级个体（高度10-50cm）也表现出类似的趋势，在没有放牧的自然林线及树线交错带样方内，其密度达到550-5208株/，而在放牧处理样方内只有14-321株/公顷。在非自然林线带样地内，在有正常放牧的样地内，完全缺乏I级个体。 从相对比例来看，没有放牧的样方内的I、II级个体在全部个体中所占的比例显著高于有放牧活动的样方。放牧使林线交错带的乔木幼苗数量显著减少，从而影响林线及树线交错带森林群落的天然更新过程。林线和树线交错带的灌木对乔木幼苗具有重要的保护作用，能够为树线树种如冷杉等幼苗的定居体提供有利的微气候环境，同时保护苗免受牲口的啃食和践踏。火烧以后接着进行放牧能够100%地抑制高山林线带的幼苗更新。 高山牧场放牧强度降低、使用时间缩短而低海拔地带放牧强度增加是研究地区混农季节性放牧系统的一个显著变化。这种变化也必然会引起各海拔带上的生态系统的变化。放牧强度的降低、生产性用火的停止将导致原来通过人工火烧而降低并通过进一步的火烧和放牧活动来维持的林线及其以上地带的灌木盖度和高度的增加，从而为林线森林群落的扩张创造条件。 青藏高原东部高山峡谷地区是我国重要的山地生态系统，在我国的生物多样性保护、生态环境建设、社会经济可持续发展战略中具有举足轻重的作用。正确认识人类特别是当地传统的生计系统与生态环境系统的互动关系是实现上述战略目标的前提。决策者必须以综合、系统的的视角协调促进社会经济可持续发展、保护生物及文化多样性和维持人、牲口和生态系统之间的平衡的多重目标。 Agropastoral transhumance, which makes a complementary exploitation of the natural resources at different altitudinal belts through a combination of migratory animal husbandry and crop cultivation, has a long history in Hindu-Kush Himalaya, Tibet Plateau, Hengduan Ranges, eastern and southern Africa and the Andes region of south America.For millennia, this traditional livelihood strategy has been one of the main forms of interaction between human societies inhabiting in these regions and their natural ecocystems. A close co-evolutionary relationship has been developed between this indigenous resources management systems and the mountain vegetation systems on the one hand and a unique set of cultural values and social features on the other. Understanding this relationship has been one of the core scientific issues in mountain ecology and anthropology. In recent years, the importance of the multiple functions of the mountain ecosystems and their dynamic changes in the sustainable socio-economic development of the mountain regions has gained increasing attention. This paper, which is based on a detailed study on the agropastoral practices of the 12 natural villages in Deqin County of Yunnan, and the mountainnn vegetation patterns in Deqin of Yunnan and Rangtang County of Sichuan, intends to reveal the major characteristics, system composition and the inter-relations of the subsystems of the agropastoral transhumance in Eastern Tibetan Plateau as well as the trends of changes of the system within the context of global changes, economic globalization and modernity process of China and analyze the relations between agropastoral transhumance and alpine ecosystem, ao as to understand the interactions between human activities and natural ecosystems of the mountains and provide theoretical basis for the national strategies in eocioeconomic development, environmental reconstruction and biodiversity conservation in the mountain regions. Results of the survey indicate that agropastoral transhumance in the investigated area is a traditional economic form that is highly adapted to the eastern Tibet Plateau where the topography features high peaks and deep gorges and where the highly variable environmental parameters and scanty natural resources exhibit a distinct vertical spectrum of distribution and great temporal and spatial heterogeneity. The main objective of pastoral management is still aimed at the production of basic goods and services of local people and thus the type and size of animals raised for each household mainly depend on local needs and are limited by the availability of natural resources. The scale of production is relatively low. Pastoral resources at different altidudinal belts are complementarily used at different seasons of a year and thus form the resources basis for agropastoral production of the study area. Migration distances and patterns vary with the location of the permanent settlements, the elevational distribution range of the resources of the villages concerned. Natural pastures (rangelands) are the main fodder resources and sumplement feedings only account for less than 5% of the total fodder consumption. Crop cultivation and pastoral activities support each other to form a complete livelihood system. The ability of the farmig lands (crop cultivation) to provide the pastoral activities with concentrates and sumplements often becomes a main factor limiting the scale of livestock production at household level. Agropastoral transhumance is experiencing drastic changes in recent decades as is reflected in the size and composition of animals, the seasonal migration pattern, the relative importance of pastoralism in the household economy and the interplays of agricultural and pastoral elements of the system. In general, there is a decline in animal population and mobility, a shift in animal composition to meet new needs arising from changed macro-economic situation, a decrease in the relative importance in the household economy and an increasing decoupling of agro&pastoral relations. The fundamental divers of these changes can be traced to environmental, social, economic, technological and cultural changes from local to global levels and such changes have further caused local changes in livestock management objectives, land use and distribution of labor forces. Changes in local livelihood systems could have profound political, socioeconomic, cultural and ecological conseuquences. Agropastoral transhumance, as an age-old traditional livelihood strategy, is facing multifacet challenges, such as winter fodder shortage, rangeland degradation, lack of market competitiveness, decrease in economic importance, lack of appreciation among the young generation and adequate policies from the government. At the same time, economic globalization, market economy, intrdoctution of new technologies, increase of alternative income generating opportunities and the national re-oreitation of policies on mountain ecosystems have all brought about new opportunities for the transformation of the traditional livelihood system and the synchronized development of local society and the environment. Agropastoral transhumance interacts with the ecosystems at the timberline and treeline ecotone mainly through the following aspects: 1)Animal browsing and stamping affect the regeneration process of the forest communities and alters the composition and structure of the forest which in turn affect the succession process and vegetation pattern of the forest communities. Forest edges are the priority locations for summer houses and therefore the timeline and treeline area becomes the major venues of aninal activities; （2）herders create, maintain and improve pastures through burning that remove the forest communities at the timeline and treeline ecotone; 3）immediate grazing on the fire sites can significantly prevent the fire sites from perogressive succession; and 4）herders harvesting of construction timber and firewoods affects the structure and functions of the forest communities at the timberline and treeline zone. Timberline position in the survey region shows geographical variations. It is around 4200-4300m in Meilixueshan, Baimaxueshan and Jiawuxueshan in Northwest of Yunnan and rises to 4300-4400m in Yajiang County and Litang County of Sichuan. In Rangtang of Sichuan, it is between 4100-4200m, though reaching 4300m in localized sites. In the southern and eastern slopes of Gongga Mountain, the timberline is only between 3600m and 3700m and in Songpan County at the upper reach of the Minjiang River the timberline is around 3700-3800m.Treeline pattern follows similar trend. In many places, agropastoral transhumance and related human activities have lowered the timberline and treeline and narrowed or removed the treeline ecotone. In the area of survey, generally speaking, timberlines and treelines are lower on the southern slopes than on the northern slopes, with a difference between 20 and 200m. This is mainly because that the use of fires to crerate pastures has removed the forest vegetation at the previous timberline and above. In fact, in many places, well-preserved forests on the south slopes have even high timberline position that the corresponding northern slopes. At subalpine zone, grazing activities could have prohibited the natural regeneration of many forest fire sites and maintained the forest position at the present level. Grazing has a significant impact on the regernation process of forest communities at the timberline zone. Natural timberline and treeline ecotone has much higher density of treeline species individuals especially the emergents and seedlings than the timberlines that are maintained by human activities. In natural timberline and treelien ecotone without grazing interference, the density of the I Class seedlings (less than 10cm in height) ranges 725-2917 /hm2; while that in the treatment plots (with grazing disturbance) is only 0-228//hm2；II Class seedlings (10-50cm）exhibit similar density trends, reaching 550-5208//hm2 in natural timberline without grazing but only 14-321//hm2 in the plots with grazing treatment. In the man-created timberlines, there is no I Class seedling at all in plots with normal grazing activities. In relative terms, in plots without grazing activities, the propotion of I Class and II Class seedlings is much higher than that in plots with grazing. Grazing activities have significantly reduced the number of seedlings in the timberline ane treeline ecotone, and thus affect the natural regeneration process of the forests. Shrubs at the timberline and treeline ecotone can effectively protect the seedlings from severe climate and animal tramping, thus increasing the survival rate of the seedlings. Grazing following fires can completely inhibit forest regeneration process at timberline. Changes in agropastoral transhumance will have great impact on the timberline and treeline pattern of the studied area. The decrease in grazing intensity on alpine pastrues and the cessation of the use of fires will result an increase in the cover and height of shrubs above the present human-maintained treeline, which will create further condition for the expansion of timberline forest communities. Eastern Tibet Plateau harbors some most important mountain ecosystems of China that are of vital importance to the country’s strategy in biodiversity conservation, environmental construction and sustainable sociaoeconomic development. A proper knowledge of the interactions between traditional livelihood systems and the ecosystems in the region is a precondition to the realization of the above strategic goals. Therefore, the decision-makers must have a holistic and systemic perspective so as to integrate the multiple objectives of promoting sustainable socioeconomic development, conserving biological and cultural diversity and maintaining the balances among people, animal population and the ecosystems.

宁南黄土丘陵区农牧结构调整与模式的研究——以宁夏固原河川乡为例

针对宁南黄土丘陵区农牧业存在的人口多、耕地少、水土流失严重和种植结构单一、农牧结构不合理等问题,认为积极推动农牧结构调整,大力发展草畜产业是改善当地生态环境、缓解农业用水和提高农民收入的有效途径。文章通过大量的资料研究并结合河川乡实际,提出了适宜河川乡的牧+林+农结合型发展模式以及相关的配套技术。

紫花苜蓿和短花针茅根系分布与土壤水分研究

以陕北农牧交错带人工草种紫花苜蓿(Medicago sativa L.)和天然草种短花针茅(Stipa breviflora Griseb.)为对象,采用根钻法调查两个草种的根系垂直分布以及刈割后苜蓿根系变化特征,并通过定位观测研究土壤水分动态变化。结果表明:紫花苜蓿和短花针茅根系密度随土壤深度增加而减少,而且均以直径小于等于1 mm的须根为主;0~50 cm土层紫花苜蓿和短花针茅根系量分别占0~100 cm剖面总量的67%和84%。紫花苜蓿和短花针茅根系分布与土壤水分消耗特征吻合。生长旺盛期苜蓿大量消耗0~140 cm土层土壤水分,5-9月平均有效土壤储水不足10 mm;生长季末深层(140~280 cm)土壤储水也逐渐降低,约为裸地储水量的50%。短花针茅0~280cm剖面土壤水分状况明显好于苜蓿地,比苜蓿地多储水100 mm左右;主要消耗浅层(0~50 cm)土壤水分,深层水分利用较少。

农牧交错区生态环境恢复与重建的可持续发展思路

根据草地和农牧交错区生态系统重建机理及优化生态—生产模式国家重点基础研究发展规划的要求 ,综合分析了我国农牧交错区的基本现状 ,系统论述了农牧交错区存在的草地“三化”突出、农业生产低下、自然灾害频繁等问题 ,研究和寻求生态系统退化、恢复和重建的关键技术与途径 ,进一步探讨在西部大开发中农牧交错区的发展思路。

Experimental warming, not grazing, decreases rangeland quality on the Tibetan Plateau

We investigated experimental warming and simulated grazing ( clipping) effects on rangeland quality, as indicated by vegetation production and nutritive quality, in winter-grazed meadows and summer- grazed shrublands on the Tibetan Plateau, a rangeland system experiencing climatic and pastoral land use changes. Warming decreased total aboveground net primary productivity ( ANPP) by 40 g . m(-2) . yr(-1) at the meadow habitats and decreased palatable ANPP ( total ANPP minus non- palatable forb ANPP) by 10 g . m(-2) . yr(-1) at both habitats. The decreased production of the medicinal forb Gentiana straminea and the increased production of the non- palatable forb Stellera chamaejasme with warming also reduced rangeland quality. At the shrubland habitats, warming resulted in less digestible shrubs, whose foliage contains 25% digestible dry matter ( DDM), replacing more digestible graminoids, whose foliage contains 60% DDM. This shift from graminoids to shrubs not only results in lower- quality forage, but could also have important consequences for future domestic herd composition. Although warming extended the growing season in non- clipped plots, the reduced rangeland quality due to decreased vegetative production and nutritive quality will likely overwhelm the improved rangeland quality associated with an extended growing season.Grazing maintained or improved rangeland quality by increasing total ANPP by 20 - 40 g . m(-2) . yr(-1) with no effect on palatable ANPP. Grazing effects on forage nutritive quality, as measured by foliar nitrogen and carbon content and by shifts in plant group ANPP, resulted in improved forage quality. Grazing extended the growing season at both habitats, and it advanced the growing season at the meadows. Synergistic interactions between warming and grazing were present, such that grazing mediated the warming- induced declines in vegetation production and nutritive quality. Moreover, combined treatment effects were nonadditive, suggesting that we cannot predict the combined effect of global changes and human activities from single- factor studies.Our findings suggest that the rangelands on the Tibetan Plateau, and the pastoralists who depend on them, may be vulnerable to future climate changes. Grazing can mitigate the negative warming effects on rangeland quality. For example, grazing management may be an important tool to keep warming- induced shrub expansion in check. Moreover, flexible and opportunistic grazing management will be required in a warmer future.

Ecological basis of Alpine meadow ecosystem management in Tibet: Haibei Alpine Meadow Ecosystem Research Station

Alpine meadow and shrub are the main pasture types on the Tibetan Plateau, and they cover about 35% of the total land area. In order to understand the structural and functional aspects of the alpine ecosystem and to promote a sustainable animal production system, the Haibei Alpine Meadow Research Station was established in 1976. A series of intensive studies on ecosystem structure and function, including the energy flow and nutrient cycling of the ecosystem, were the main tasks during the first 10 years. Meanwhile, studies with 5 different grazing intensities on both summer and winter pasture have been conducted. In the early years of the 1990s, the research station started to focus its research work on global warming, biodiversity and sustainable animal production systems in pastoral areas. Various methods for improving degraded pasturelands have been developed in the region.