高寒草地生态系统（共2篇）
高寒草地生态系统 篇1
三江源区地处青藏高原腹地,是青藏高原重要组成部分[1],是长江、黄河、澜沧江三大河流发源地[2]。三江源区地形起伏跌宕、河网密布、湖泊众多、雪山连绵、冰川纵横,是世界上海拔最高,高原生物多样性最集中和生态系统最敏感、脆弱的地区[3],是青海省乃至全国重要的生态环境保护区。
近些年来,由于全球气候变化,加之该地区人口迅速增加,天然草地超载过牧,鼠虫危害,风蚀水蚀等人为和自然因素的共同作用,导致三江源区草地严重退化,次生裸地“黑土滩”面积已达4.90×106 hm2,占三江源区草地面积的22.94%[4]。“黑土滩”的大面积出现,不仅使牧草产量急剧减少,牧民赖以生存的畜牧业生产发展受到严重制约,而且土地裸露面积增大,气象下垫面环境恶化,加速了该地区生态环境恶化的进程,同时严重威胁着三江中下游广大地区的生态安全。
因此,有关青海三江源区高寒草地生态方面的研究日渐成为生态学领域的研究热点和重点。在三江源区高寒草地生态研究过程中,广大研究人员应用了生态学普遍原理,采用化学、物理学、植物学、动物学、土壤学、昆虫学、气象学等微观和宏观的不同研究方法及手段、技术,以三江源区高寒草地为主要研究对象,进行了不同层面、不同角度的研究。
1 高寒草地种群生态研究
种群是指生活在一定空间内,同属一个物种的个体集合[5]。通过对种群的研究,可以阐明种群动态及其与环境间的相互关系。目前看,种群生态学不论在理论上还是在方法上都是生态学最为活跃的一个领域。
王彦龙[6]等对格姆滩"黑土滩"退化草地人工植被群落主要植物种群生态位宽度和生态位重叠进行了研究。结果表明,生态位宽度较大的物种,对资源的利用能力较强,分布较广,因而与其它物种间的生态位重叠也较大。垂穗披碱草与铁棒锤、黄帚橐吾、肉果草、白苞精骨草的生态位重叠值较大,当可利用资源不足时,易产生激烈竞争,其优势地位有可能被铁棒锤、黄帚橐吾等阔叶型杂类草取代。
从研究人员进行的三江源区草地动物种群方面的研究看,巩爱岐等[7]综述了高寒草甸草地啮齿动物的种群类型及危害,表明高原鼠兔、高原鼢鼠种群为高寒草甸草地优势种群之一,广泛分布于滩地、河岸阶地、山麓缓坡和谷地。严作良[8]等通过调查江河源区高寒草地高原鼠兔种群数量,分析了种群的季节变化规律,构建了种群年动态数学模型,结果表明密度阻滞型的逻辑斯谛方程很好地拟合了高原鼠兔的年度种群数量变化。来德珍[9]等对三江源核心区果洛州高原鼠兔繁殖特性种群数量和对天然草地的危害进行了研究,结果表明,果洛鼠害区高原鼠兔5年的平均密度达908只 /hm2,属极严重的鼠害区,高原鼠兔的性别比并非1∶1,5年的性别比平均为1.25∶1。张清香[10]等对江河源区退化草地人工改良措施对高原鼠兔种群动态影响进行了研究,反映出在人工草地建植过程中,将原来形成的适宜高原鼠兔的栖息地环境彻底毁坏后,可以直接杀灭和驱赶大部分鼠兔,只有少数残鼠存留,从而能够将高原鼠兔种群数量控制到很低的水平。另外,也有一些研究人员在类似三江源区的其他高寒草地上开展了有关草地植物种群的研究。董世魁[11]等在甘肃省天祝县金强河地区开展多年生禾草人工草地杂草种群动态研究,结果表明该区多年生人工草地的主要杂草为灰绿藜、香薷、微孔草和野胡萝卜。
2 高寒草地群落生态研究
生物群落是指在特定时间聚集在一定区域或生境中所有生物种群的集合。群落生态可以从植物群落、动物群落、微生物群落等不同角度来研究。在开展群落研究时,可以从群落的组成与结构、群落的性质和功能、群落的发展及演替、群落内的种间关系、群落的丰富度、多样性、稳定性、分类和排序等方面进行。在当今群落研究领域,已经不仅仅局限于对群落的组成结构和空间分布格局作定性描述,而是将数学统计分析方法引入该领域中,促进了群落生态的机理性研究。从目前三江源区高寒草地群落生态研究现状看,仍然侧重于群落结构等方面的研究。
2.1 群落结构与特征方面的研究
群落结构又称为群落格局,是指生物在环境中分布及其与周围环境之间相互作用形成的结构。而群落特征包括物种多样性特征、物种功能差异特征、群落结构特征等。张静[12]等研究了三江源地区不同退化程度草地群落结构特征,表明在典型三江源区草地群落结构中,随着草地退化程度的增加,草地群落中杂草类的优势度明显提高,优良牧草优势度明显下降,草地演替度、样地总盖度、物种均匀度指数、物种丰富度指数、草地质量指数、物种丰富度及物种多样性指数均有明显降低。张静[13]等还探讨了三江源区高寒草地群落的垂直分布规律,反映出随海拔的增高,玛多地区高寒草原类草地垂直分布表现为明显的两个草地型,分别为紫花针茅草地型和小嵩草草地型,物种丰富度、均匀度等指数随海拔的增加而增加。徐松鹤[14]等采用样方调查方法研究了江河源区“黑土滩”退化草地、高寒湿地及其二者交错区的植物群落结构及其多样性。结果表明,交错区植物群落多样性最高,“黑土滩”退化草地植物群落多样性明显高于高寒湿地植物群落多样性。刘德梅[15]等开展了三江源区天然草地群落特征及群落多样性研究,结论是围栏后草地群落的生物量明显增加,说明围栏封育有助于群落生物量的增加,对提高草地群落的生产力是有益的。但经过长期围栏封育后,围栏内草地群落的多样性和物种丰富度略有降低,但其均匀度却高于围栏外的退化草原群落。
2.2 群落演替方面的研究
群落演替是指在一定区域内,群落随时间而变化,由一种类型转变为另一种类型的生态过程。史惠兰[16]等研究了“黑土滩”退化草地以及在“黑土滩”上建植的垂穗披碱草人工草地在第2~6年间植物群落演替问题。结果发现,随着演替的发生,两种不同类型草地群落的α多样性指数均呈现单峰变化趋势,人工草地群落的α多样性指数比“黑土滩”退化草地群落的低。尚占环[17]等对“黑土滩”退化草地、高寒湿地及其二者交错区植物群落β多样性进行了研究,表明在时间序列上可分为两个阶段,2~4龄主要是一年生草本的入侵,4~6龄主要是多年生草本的定居。王长庭[18]等研究了三江源区不同建植年代人工草地群落演替问题,发现不同建植期人工修复草地植物群落的种类组成、植物功能群组成和群落数量特征存在显著差异,随着演替时间的推移,人工草地群落盖度、高度、物种数、生物量和多样性指数均表现出“V”字型变化规律。
2.3 有关群落其他方面的研究
王启兰[19]等对三江源区不同建植年限人工草地植物群落与土壤微生物生理类群的变化进行了研究,发现随着人工草地建植年限的增加,植物群落的数量特征呈高—低—高、杂类草生物量呈低—高—低、莎草生物量呈增加的趋势;土壤养分变化呈高—低—高、容重呈低—高—低、pH呈下降趋势;土壤中多数微生物的数量及微生物生物量呈高—低—高变化趋势。
3 退化草地分布、分类方面的研究
马玉寿[20]等通过对三江源区调查样区数据进行分析,依据地形条件以及退化草地工程治理的需要,将“黑土滩”退化草地划分为三种类型,即坡度在0~7°之间的滩地,坡度在7~25°之间的缓坡地,坡度 ≥25°的陡坡地。并且通过聚类分析和主成分分析,优选出秃斑地比例和可食牧草比例作为“黑土滩”退化草地分级的主要指标并将其分为轻度、中度和重度草地。李积兰[21]等对三江源“黑土滩”草地分布现状和退化特征进行了研究,将51个样点“黑土滩”划分为13类。孙海松[22]采用欧氏距离为距离系数,以最短距离法定义两类之间的距离,对青海21个草地型进行聚类分析。另外,随着遥感及GIS技术在各领域的广泛应用,高寒草地生态研究也逐渐开始应用GIS技术。毛飞[23]等将近20年遥感数据应用在与三江源区自然条件极为相似的藏北草地分类及其动态变化研究上。隋晓青[24]等应用多源遥感数据对天山草地资源分类进行比较研究,其研究方法可以借鉴到三江源区高寒草地资源分类研究上。李红梅[25]在GIS环境下,根据年积温、年降水估算方程及青海省高程资料划分出青海省天然草地共有18类。
4 高寒草地生态与气候背景方面的研究
在现代生态学研究领域,诸多研究人员基于全球变化及全球环境问题开展研究,尤其在气候变化背景下,探讨气候变化与生态环境间的相关性已经取得了一定的成果。王根绪[26]等通过江河源区气温与降水的多年数据,分析了近40 a来江河源区的气候变化特征。结果表明,近40 a来江河源区气候变化的总趋势是气温升高,降水量增加,但降水量的增加主要体现在春季降水和近15 a来冬季降水的明显增加上,而对三江源区草地植被生长起重要作用的夏季降水量却呈明显减少趋势。江河源区属于青藏高原升温幅度最大的地区之一,平均升温0.44℃。在这种背景下江河源区脆弱的生态环境体系对气候的变化响应强烈,表现为冰川退缩、多年冻土消融加剧、大范围高寒草甸与草原植被退化。赵亮等[27]认为,了解三江源人工草地净生态系统CO2交换的季节变化规律和主要生物因子及环境因子对这些过程的影响将有助于认识青藏高原人工草地生态系统碳循环、生态价值和生态功能。另外,还有很多研究人员开展了与三江源区高寒草地生态有关的气候因素方面的研究[28,29,30,31]。
5 三江源区高寒草地生态研究目前的局限性
当今生态学已发展成为庞大的学科体系,特别是进入21世纪以来,生态学研究的一个显著特点是向微观和宏观两个方向发展[32,33,34],其研究方法也越来越繁杂,但就目前三江源区高寒草地生态的研究现状看,大多数研究仍然停留在局限的宏观水平上,表现为涉及分子生态学方面的研究比较匮乏,同时涉及大尺度空间和时间上的宏观研究也比较薄弱。
从研究方法看,生态学野外研究法目前仍然是重要的研究手段,大量的研究需要通过定位站来完成,但是在三江源区,目前仍然没有设立较为完善和有代表性的野外定位站,这在一定程度上制约了三江源区高寒草地生态研究的开展和研究的深入。另一方面,20世纪90年代以后,高度可变微卫星位点的大量发现,使得微卫星分子标记成为强有力的生态学研究工具[35],利用这一工具有利于深入探讨动物种群迁飞、扩散以确定种群的源和汇,对于揭示三江源区退化草地生物种群的变化机制和植被的恢复途径提供了工具,但是,就目前的研究看,开展的相关研究尚未见报道。
6 三江源区高寒草地生态研究展望
草地生态学通过长久的发展,目前已经形成了自己独有的理论体系和方法论,已经借助于高精度的分析测定技术、计算机技术、高分辨率遥感技术、地理信息系统技术等。同时,当今世界各国和地区,迫切希望解决经济发展所带来的一系列环境、资源等问题。就我国的情况看,各级政府、各相关部门及广大科技工作者都清晰地认识到青海三江源区在全国范围内所处的重要生态地位和生态作用,特别是在全球气候变化背景下,三江源区生态环境更易对气候变化产生响应,由此带来更加复杂的生态问题,而这些问题将要或正在影响着青海乃至全国的生态状况,因此,对这些问题的研究及寻求解决问题的途径为进一步深入进行三江源区高寒草地生态研究提供了契机。
从今后高寒草地生态研究的方向看,朝着宏观方向研究是重要趋势之一[36]。可以说,草地生态系统、草地景观生态、全球生态成为了现代草地生态研究的重要标志。这些研究都是以草地生态系统为基础,通过生态系统生态和景观生态方法,研究生态系统的结构、功能以及人类活动对其的影响,所以,三江源区草地生态研究同样可以借助现代生态学的研究思路和方法,甚至可以说,也必须应用现代生态学涉及的研究思路和方法及手段,才能在宏观层面上揭示三江源区的生态环境现状、存在的问题及解决的途径。
三江源区高寒草地生态研究,不能仅仅局限于草地生态系统,原因在于三江源区生态问题是涉及环境、社会、资源、经济的整体性问题,只能用整体的,形式体系化的研究方法来作为保障。
三江源区高寒草地生态研究可以有机的运用生态模型方法,但要超越经典生态学中的模型方法,去应用包含多变量、非线性关系、具有时滞、突变、反馈等机制的模型,而这一方法的运用,是需要依靠计算机实现模型的整合和模拟的。
总之,在今后的三江源区高寒草地生态研究中,可以以三江源区高寒草地生态系统为中心,以时空耦合为主线、以人地关系为基础,以生态工程为手段继续开展相关研究。
高寒草地生态系统 篇2
海北高寒草甸生态系统定位站辐射气候特征
以2000-03到2001-02的辐射观测资料,分析了海北高寒草甸生态系统定位站地区辐射及各分光辐射的变化特征,将为高寒草甸生态系统的物质循环、能量流动、草地生产力形成机制等问题的研究提供科学依据.结果表明:海北站区Eg、Er、UV、PAR、NIR和En具有明显的.日、年变化,年内其总量分别达6278.867 MJ/m2、1 515.139 MJ/m2、311.242 MJ/m2、2 576.777 MJ/m2、3 397.404 MJ/m2和2 542.950 MJ/m2,其中在植物生长期的5～9月分别为3 181.215 MJ/m2、698.021 MJ/m2、165.955 MJ/m2、1 133.965 MJ/m2、1 673.871 MJ/m2和1 668.805MJ/m2.年内Er、UV、PAR、NIR和En占Eg的比例分别为0.242、0.048、0.410、0.540和0.410,在植物生长期分别为0.219、0.052、0.413、0.528和0.527.对Eg和PAR提出了下列形式的模拟求算式:Eg=Eg0(0.0897+0.9768S/S0)和PAR=-3.8044+0.417 7Eg,模拟效果较好,可利用有关常规气象观测资料进行估算.
作 者：李英年 赵亮 徐世晓 赵新全 周华坤 古松 LI Yingnian ZAO Liang Xu Shixiao ZHAO Xinquan ZHOU Huakun GU Song 作者单位：中国科学院西北高原生物研究所,青海,西宁,810001 刊 名：山地学报 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF MOUNTAIN SCIENCE 年，卷(期)：2006 24(3) 分类号：Q151.5 关键词：高寒草甸 生态系统 辐射 气候特征