江河源区高寒草地放牧侵蚀能值模拟研究

发布时间：2017-09-21 08:22

  本文关键词：江河源区高寒草地放牧侵蚀能值模拟研究

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【摘要】：江河源区水源涵养功能强大、土壤有机质贮量和生物多样性丰富,具有重要的生态价值。近年来,由于超载放牧,江河源区高寒草地植被大面积破坏,土壤侵蚀严重,稀有动、植物种类锐减,严重破坏了草地生态系统平衡,阻碍了草地畜牧业的协调发展。地球系统的各种成分及其作用均涉及能量,能值分析理论以太阳能作为能量统一度量标准,对于评价自然环境和社会经济发展具有独特优势。本文通过研究江河源区高寒草地退化序列上植被和土壤的响应特征,基于能值分析理论,构建放牧侵蚀能值分析模型,综合而定量分析退化序列上植被、土壤、动物的互作关系,以期为管理江河源区高寒草地提供科学依据。主要研究结果有:(1)原生草地的主要特点是草地植物自然死亡速率、草地植物生长引起的土壤有机质损失速率较大。相对于原生草地,轻度退化草地的草地植物自然死亡速率、草地植物生长引起的土壤有机质损失速率降低,草地植物生长速率、土壤有机质分解速率增大。相对于轻度退化草地,重度退化草地的草地植物生长速率降低,草地植物生长对土壤有机质的消耗速率、放牧侵蚀造成的土壤有机质损失速率、动物自然死亡速率增加。与重度退化草地相比,极度退化草地的草地植物生长速率、草地植物生长引起的土壤有机质损失速率降低,草地植物自然死亡速率、动物过度采食草地植物造成的草地植物损失速率、放牧侵蚀造成的土壤有机质损失速率、动物过度采食草地植物引起的动物增长速率、动物自然死亡速率增加。(2)基于能值分析理论,定量分析江河源区高寒草地退化序列的动态变化趋势及差异大小。结果表明,原生、轻度、重度和极度退化草地,放牧侵蚀的动态变化趋势依次为,先增加后达到平衡状态、先减少再增加后减少、先增加后达到平衡状态、呈摆动趋势变化。平衡状态下,轻度退化草地的生物量约是原生草地的13倍,重度退化草地的19倍,极度退化草地的54倍。轻度退化草地的动物数量约是重度退化草地的8倍,极度退化草地的10倍。(3)以能值为统一度量标准,综合定量分析江河源区高寒草地放牧侵蚀的影响因子,量化比较各因子对草地放牧侵蚀量的影响大小。各因子的影响程度由大到小依次为:人为活动、动物过度采食草地植物引起的草地植物损失速率和动物增长速率、草地植物生长引起的土壤有机质损失速率、草地植物生长速率、土壤有机质分解速率、动物自然死亡速率、基于草地植物现存量采食草地植物引起的草地植物损失速率和动物增长速率、植物自然死亡速率、可更新环境资源可利用率、放牧侵蚀造成的土壤有机质损失速率。(4)人为管理能够调整江河源区高寒草地退化序列的动态变化特征。对于原生草地,如果降低草地植物生长引起的土壤有机质损失速率,随着草地生物量增加近2倍,放牧侵蚀量将减少约2个数量级;对于重度退化草地和极度退化草地,如果降低动物过度采食草地植物引起的草地植物损失速率和动物增长速率,随着草地生物量增加近2倍,放牧侵蚀量将分别减少10倍多和约3个数量级。施加以上人为管理后,原生、重度退化和极度退化草地之间亦存在差异,主要为:原生草地和极度退化草地相似,基于能值的可持续发展指数小于1,环境负荷率大于100;重度退化草地基于能值的可持续发展指数大于10,环境负荷率约为0.11。主要结论有:(1)应对原生、重度退化和极度退化草地施加人为管理。原生草地,应以降低草地植物生长引起的土壤有机质损失速率为主,并辅以降低植物的自然死亡速率,例如适当放牧减少枯草和毒杂草比例,进而降低土壤有机质耗竭速率。重度退化草地和极度退化草地,应以降低动物过度采食草地植物引起的草地植物损失速率和动物增长速率为主,并分别辅以降低草地植物生长引起的土壤有机质损失速率和草地植物自然死亡速率,例如出售一部分动物降低载畜量,或同时用出售动物获得的一部分资金购进服务,适当补播对草地具有修复和构建功能,能够在较差环境中良好生长的豆科植物,以改良土壤结构,提高土壤肥力。(2)治理原生草地和极度退化草地,主要以增加环境的承载压力为代价,获得较高的能值产出,不利于自然环境和社会经济的和谐发展。重度退化草地,在环境承载较小压力时,能获得较大的治理效果。(3)轻度退化草地的利用方式,即草地动物基于草地生物量采食草地植物相对合理。江河源区高寒草地的管理利用,可参考轻度退化草地利用强度,例如,如果控制草地植物被采食速率为0.3×草地生物量,应同时控制动物数量的净增加速率为0.01×草地生物量-0.01×动物数量。
【关键词】：江河源区 退化序列 放牧侵蚀 能值模型 草地管理
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S812
【目录】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 选题背景11-12
• 1.1.1 江河源区的生态价值11
• 1.1.2 江河源区高寒草地退化现状11-12
• 1.1.3 江河源区高寒草地放牧侵蚀研究的重要性12
• 1.2 退化草地治理措施研究进展12-13
• 1.3 能值分析的起源及研究进展13-15
• 1.4 技术路线15-17
• 第二章 研究内容与方法17-27
• 2.1 研究区概况17
• 2.2 实验方法17-27
• 2.2.1 植被特征测定18-19
• 2.2.2 土壤特征测定19-22
• 2.2.3 能值分析理论22-27
• 第三章 江河源区高寒草地退化序列上植物多样性与生产力的变化特征27-36
• 3.1 退化序列上草地的优势植物27-32
• 3.2 退化序列上草地的物种多样性32
• 3.3 退化序列上草地的功能多样性32-33
• 3.4 退化序列上草地的生物量33-34
• 3.5 退化序列上草地生物量与多样性的相关性34
• 3.6 讨论34-36
• 第四章 江河源区高寒草地退化序列上土壤理化性质的变化特征36-46
• 4.1 退化序列上草地地温特征36-38
• 4.2 退化序列上草地地温与有机质的关系38-39
• 4.3 退化序列上土壤颗粒组成与分形维数的关系39-42
• 4.4 退化序列上土壤侵蚀的影响因子分析42-43
• 4.5 讨论43-46
• 第五章 江河源区高寒草地放牧侵蚀机理的能值集成分析46-75
• 5.1 能值模型和模拟参数的构建46-48
• 5.2 江河源区高寒草地退化序列上的能值评估48-53
• 5.2.1 原生草地能值评估48-49
• 5.2.2 轻度退化草地能值评估49-50
• 5.2.3 重度退化草地能值评估50-51
• 5.2.4 极度退化草地能值评估51-52
• 5.2.5 小结52-53
• 5.3 基于能值的江河源区高寒草地放牧侵蚀影响因子分析53-67
• 5.3.1 可更新环境资源可利用率（K1）53-54
• 5.3.2 草地植物生长速率（K2）54-55
• 5.3.3 草地植物自然死亡速率（K3）55-56
• 5.3.4 动物基于草地植物现存量采食草地植物引起的草地植物损失速率（K5）、动物增长速率（K9）56-57
• 5.3.5 土壤有机质分解速率（K6）57-58
• 5.3.6 放牧侵蚀造成的土壤有机质损失速率（K8）58-59
• 5.3.7 动物自然死亡速率（K11）59-60
• 5.3.8 草地植物生长引起的土壤有机质损失速率（K7）60-61
• 5.3.9 动物过度采食草地植物引起的草地植物损失速率（K4）和动物增长速率（K10）61-63
• 5.3.10 人为管理63-66
• 5.3.11 小结66-67
• 5.4 人为管理对江河源区高寒草地退化序列动态变化的影响67-75
• 5.4.1 人为管理对原生草地的影响67-69
• 5.4.2 人为管理对重度退化草地的影响69-71
• 5.4.3 人为管理对极度退化草地的影响71-73
• 5.4.4 小结73-75
• 第六章 总结和讨论75-80
• 6.1 能值模型模拟草地动态变化的准确性分析75-76
• 6.2 草地放牧侵蚀影响因子分析及启示意义76-77
• 6.3 人为管理对草地动态变化的作用77-78
• 6.4 管理江河源区高寒草地的参考方案78-80
• 参考文献80-85
• 附录85-88
• 在读期间的研究成果88-89
• 致谢89

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