人工草地生态系统（精选8篇）
人工草地生态系统 篇1
喀斯特在我国西南部的黔桂滇三省广泛分布,与黄土、沙漠、寒漠并列为我国的四大生态脆弱区[1,2]。近现代以来,由于人类不合理的土地利用,导致西南喀斯特地区植被严重破坏,水土流失加剧,土地退化,石漠化现象非常严重[3]。峰丛洼地是最易发生石漠化危害的景观类型[4],占西南岩溶区总面积的23%左右。由于峰丛洼地多为纯碳酸盐岩构造,造壤能力低,长期强烈的岩溶作用产生的双层空间结构,使得该地区即使在多雨的生长季节,也常出现蒸发量大于降水量的干燥期,形成湿润气候条件下的干旱—岩溶干旱,成为岩溶山区贫困与生存条件恶化的主要原因之一[1,5]。解决上述问题的有效途径之一,就是积极进行植被的恢复重建,充分发挥植被保水固土、提高可溶岩成土速率以及增加表层岩溶带对岩溶水的调蓄功能,实现水土资源的协调利用[6,7],而这又与土壤水分运移及调控密切相关[8]。
土壤水分是岩溶地区农业生产中水资源重要的存在形式,在地区的生态环境的恢复及保护中具有重要意义[6]。土壤水势在一定程度上决定了植物光合动态和干物质的积累过程。特别是受到干旱胁迫的情况下,土壤水势往往和其它胁迫因素(如高温胁迫)一起作用于植物生理过程[9]。在轻度和中度水分胁迫条件下,植物光合作用的下降主要与高温、强光引起主要是气孔限制因素有关[10,11]。而严重的水分胁迫可以导致许多与光合作用有关的活性成分含量及活力降低,造成光合速率的大幅下降[12]。适宜的水分条件有利于植物养分的吸收运输和干物质的积累。当土壤水势长期过低,水分严重亏缺时,养分运输受阻,根中N、P养分含量保持很高,养分吸收能力下降,茎叶中含量却不高,积累量减少[13]。而土壤水势长期过高、水分过多,会影响土壤根系呼吸、生长,降低土壤溶液中养分浓度,同样减少对养分的吸收[14]。许多试验都指出,在一定水分胁迫范围内当叶片气孔导度减小,蒸腾速率下降的同时,净光合速率也随之下降,而水分利用效率却升高[15]。因而,通过选育适生物种,改善生态系统立地条件被认为是缓解干旱胁迫的一种有效方法。不同的地表覆被条件往往具有不同的土壤水分保持和渗透特性,通过改变地表覆被条件可以营造有利于水分保持和蒸发耗水控制的生境条件,进而为喀斯特地区生态恢复和保护服务。本文利用负压式张力计研究了不同覆被条件下土壤水分的动态变化特征,试图为喀斯特峰丛洼地生态系统植被恢复和生态重建工作提供科学参考。
1 研究区概况与试验设计
1.1 研究区概况
研究区位于广西西北部的环江毛南族自治县古周村(24°50′N,107°55′E),地貌形态为典型的封闭状丛洼地单元。古周洼地最低点海拔为376m,最高点海拔816m。该区域属亚热带季风气候区,多年平均气温16.5-20.5℃,多年平均降雨量为1389.1mm,雨季平均持续130-140d,主要集中在4-8月,尤以6月中旬至7月中旬最多,达350-460mm,常出现涝灾。9月至次年3月为旱季,各月平均降水量在90mm以下。研究区土壤主要为碳酸盐岩发育的石灰土,土质较粘重,土被分布极不均匀,基岩广泛出露,特别是坡地平均裸岩率达80%以上,植被退化较为严重,森林覆盖率仅为13%。研究区传统农业以旱作耕地为主,有较长的耕作历史,种植作物有玉米、大豆等,主要分布在洼地。研究区从1996年开始列入“中国西部重点脆弱生态区综合治理技术与示范”项目的移民迁出示范区,实施环境移民和退耕还林还草工程。牧草+菜牛养殖被作为该地区重点推广的农业生产模式。桂牧1号牧草(Pennisetum purpureum)是该地区引种的最主要的草种,产量高,牲畜适口性较好。但是作为高耗水草类,桂牧1号引起的地力损耗及其对季节性干旱胁迫响应特征却很少有研究者关注。
1.2 试验设计方法
根据研究区石丛出露特征,在古周洼地的典型地段,采用四类不同的处理方式设置了四个20×20m的试验小区,分别为覆草小区、覆石小区、石丛小区和对照小区。覆草小区处理方式为,试验开始前1个月左右在小区覆盖一层草被,草被厚度约10cm左右;覆石小区同样于试验开始前1个月左右在小区覆盖碎石。碎石直径介于7-15cm之间,覆盖率约为70%;石丛出露小区为典型的石丛出露区,裸岩率达70%左右,石牙高度介于20-63cm之间。对照小区为不采取任何覆盖措施,没有岩石出露、土被较厚的牧草种植区。本试验的供试草种为桂牧1号牧草,在四个小区采用相同的种植密度和施肥管理措施,牧草种植时间为2002年12月。
采用中国科学院南京土壤研究所研制的负压式张力计观测土壤水势的动态变化,张力计的埋深分为6个层次(10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、50 cm、60cm),每层3个重复。石丛小区和覆石小区土被相对较薄,60cm层张力计陶头部分基本贴近深埋的基岩或石块。其它两个小区土被较厚,平均土深约为90-150 cm。4种处理类型小区均于早上8:00进行数据的观测记录,每天一次。观测时段于2005年7月21日开始至2005年9月3日结束。主要考虑到此时间段为雨季向旱季的过渡期,伴随有间隔性的干旱胁迫,而且张力计使用稳定,观测数据有效性较高。
2 结果与分析
2.1 不同处理类型土壤水势的基本统计特征
通过对不同处理类型土壤水势在观测期内的基本统计特征进行分析。结果显示土壤水势的均值和标准差在各深度的变化除覆草小区变化较为平稳外,其它处理类型均变化较大,其大致趋势为表层土壤水势的均值最小,标准差最大(表1)。随着土层深度的增加,土壤水势逐渐增大,而水势的标准差逐渐变小。在土壤机械组成基本一致的情况下,土壤水势的大小反映了土壤的含水状况,水势越小,土壤含水量越小,水势越高土壤含水量越大。土壤水势的均值和标准差随土层深度变化的这种趋势说明在观测期内表层土壤水分的平均含量较小且受降雨、覆被条件等环境因素影响较大,变化强烈。而随着土层深度的增加土壤水分含量逐渐增大,标准差逐渐变小,到50-60 cm深度时各类型的土壤水分含量和标准差趋于相近,这说明深层土壤水分含量较高且受外界环境因素影响较小。覆草处理的土壤水势在各层次的变化均较平稳,说明在覆草条件下覆盖的草被减缓了表层土壤水分的蒸发,增加了土壤的保水能力,土壤水分的变化也不强烈。在各个层次土壤水势负压的均值和标准差大致表现为对照小区>石丛小区>覆石小区>覆草小区,这说明观测期内牧草小区的土壤水分含量最少,其次为石丛,再次为覆石小区,覆草小区的土壤水分含量最高也最稳定。造成牧草小区土壤水分含量低且变化强烈的主要原因可能是桂牧一号为高耗水草类,而且由于桂牧一号在对照小区的生长状况最好,植被耗水强烈,使得对照小区土壤水分,特别是表层(10 cm)和亚表层水分(20-40 cm)蒸腾强烈,易遭受干旱胁迫。
2.2 土壤水势的时间变化特征
绘制了不同层次土壤水势的时间变化图。如图2所示各层土壤水势与降雨强度均表现出一定的相关性。随着降雨的出现,各种处理类型的土壤水分均有一定程度的升高,这在各个层次均有表现。其中前四层土壤水分对降雨的响应较明显,第五层和第六层变化幅度则较小。从图上看出四种处理类型的土壤水势在前四个层次大致表现为覆草小区>覆石小区>石丛小区>对照小区,而且除了覆草小区土壤水势变化较平缓外其它处理类型均有较大幅度变化,说明对照、石丛、覆石三种处理方式下土壤保水能力较差,容易干旱。石丛小区易遭受干旱胁迫的原因可能与强烈光照下微环境气温升高有关。裸露基岩和石块热容小,温度易升高,在阳光的直接照射下大面积的裸岩和石块是生态系统重要的热源,引起地表温升高。高温可使作物蒸腾和土壤蒸发迅速增加,土壤含水量迅速下降。同时高温可能导致土壤水分部分相变后,影响其气态扩散系数,土壤基质势的温度效应更加显著[9],表现为土壤水势的降低。而对照处理易干旱的原因可能与作物根系的吸水,导致土壤基质势的强烈变化有关。
2.3 方差分析
为了进一步探讨地表覆被对土壤水分的影响,利用ANOVA分析和多重比较(LSD分析)探讨了土壤水势的方差和均值在不同处理类型间的差异。
首先判断了各层次处理类型间的方差是否存在差异,如表2所示在各层次方差齐次检验的显著性均小于显著水平(0.05),即不同处理类型土壤水势的方差在各层次均存在显著差异。说明不同处理类型土壤对降雨的响应以及其蒸发蒸腾作用不同。ANOVA分析表明,在各层次不同处理类型的土壤水势均存在显著差异。为了便于两两比较,采用多重比较方法讨论了不同地表覆被条件(或小地貌条件)对土壤水势的影响。如表3所示在表层(10 cm),4种处理类型根据其均值的差异性可分为两组,一组为对照小区、石丛小区、和覆石小区,另一组为覆草小区。这说明覆草小区保水能力同其它小区有显著差异,而其它三个小区间的差异则不显著。这也从另一方面说明了覆盖草被减缓了表层土壤水分的蒸发,有利于土壤保水耐旱。亚表层(20 cm层)根据水势负压的不同各处理类型可分为两组。仍然表现为对照小区和石丛小区水势最小,可能与牧草根系的影响有关;覆石小区和覆草小区之间没有显著差异,土壤水分状况较好。各处理土壤水势在30-50cm具有相似的差异特征,均表现为覆草小区>覆石小区>石丛小区>对照小区。说明地表覆盖的影响可以达到50cm深度,但地表覆盖对深层土壤水分的影响应该与蒸发作用无关,可能与根系吸水和地表覆盖层蓄水入渗过程有关。60cm土壤水势的差异特征与上述各层均不一致,石丛小区和覆石小区的土壤水势显著高于对照和覆草小区。造成石丛小区和覆石小区深层土壤水势偏高的原因可能与优先流有关。石丛小区和覆石小区张力计陶土头在60cm层的埋设贴近深埋的基岩,降雨入渗过程中,水分可能会沿着土石界面形成优先流,补给深层土壤水分,因而这两个小区深层土壤水势较高。
*表示各处理间有显著差异(P<0.05);每一列数据后相同字母表示各处理方式间无显著差异
3 结论和讨论
在观测期内表层土壤水分的平均含量较小且受降雨、覆被条件等环境因素影响较大,变化强烈。而随着土层深度的增加土壤水分含量逐渐增大,标准差逐渐变小,到60 cm深度时各类型的土壤水势标准差趋于相近,说明深层土壤水分含量较高且受外界环境因素影响较小。覆草处理的土壤水势在各层次的变化均较平稳,说明在覆草条件下覆盖的草被减缓了表层土壤水分的蒸发,增加了土壤的保水能力,土壤水分的变化也不强烈。各层次方差齐次检验的显著性均小于显著水平(0.05),说明不同处理类型土壤对降雨的响应以及其蒸发蒸腾作用不同。多重比较结果显示,不同地表覆被条件(或小地貌条件)对10-50cm各层次土壤水势均有显著影响。
在10-50cm各层次,覆草小区的土壤水势均显著高于其它处理类型,说明覆草能显著降低地表蒸发,并通过蓄水入渗改善土壤水分条件,降低干旱胁迫的危险。覆石小区在10-50cm各层次的土壤水势显著高于石丛和对照小区,说明地表覆石改善地表小环境的效果虽然不如覆草,但明显优于基岩出露区和不采取任何覆盖措施的对照处理。石丛出露区土壤水势显著低于覆草和覆石小区,而且其变差显著高于上述两种处理方式,说明石丛出露区群系的保水和应对干旱胁迫的能力相对较差。主要是因为裸露基岩和石块热容小,温度易升高,使得作物蒸腾和土壤蒸发迅速增加,土壤含水量迅速下降。同时高温可能导致土壤水分部分相变后,影响其气态扩散系数,土壤基质势的温度效应更加显著,表现为土壤水势的降低。各处理方式中,对照小区的保水能力最差,各层次土壤水分的变化也最强烈,充分说明桂牧1号牧草是一种高耗水牧草。
60cm土壤水势的差异特征与上述各层均不一致,石丛小区和覆石小区的土壤水势显著高于对照和覆草小区。造成石丛小区和覆石小区深层土壤水势偏高的原因可能与优先流有关。石丛小区和覆石小区张力计陶土头在60cm层的埋设贴近深埋的基岩,降雨入渗过程中,水分可能会沿着土石界面形成优先流,补给深层土壤水分,使得这两个小区深层土壤水势较高。
人工草地生态系统 篇2
草地农业生态系统国家重点实验室本着“开放、流动、联合、竞争”的运行机制，现面向国内外生态学家设立专项研究经费，设置开放课题，支持与本实验室主要研究方向相关的基础和应用基础研究。
近年来，在草地农业生态系统相关领域已开展大量的独立研究，取得了突出的成绩，但这些独立、单个的研究还不能从本质上满足发展草地农业系统理论和构建不同生态经济区域优化模式的需求。鉴于此，本开放基金鼓励国内外科研人员尤其是中青年学者，采用整合分析的方法，通过大样本、大数据分析对草地农业的重要理论进行验证，对草地生态学领域的重要规律进行机理探讨。申请人利用草地农业生态系统国家重点实验室及建立的研究网络平台，通过与本实验室研究人员密切合作的方式开展研究工作。
一、研究方向
1、草类植物资源抗逆种质创新与利用
挖掘利用草类植物资源的耐盐、旱、寒、放牧等基因资源，从个体、细胞和分子水平上，揭示优良野生草类植物的遗传多样性及优异性状形成机制；克隆相关功能基因。通过现代生物学及传统选育方法，创制抗逆、优质、高产、环境友好的新种质；研究有害生物成灾机制及与草地的互作机理；为草地农业持续发展提供理论与物质基础。拟资助方向：
牧草、乡土草、种质资源综合评价 草类植物重要基因功能比较分析 草地有害(益)生物互作的机理
2、草地生态系统与食物安全
以研究草地生态系统“大气-植被-土壤”相互作用及其机制为主要任务，在区域和全球尺度上，整合已发表的研究结果，探究影响草地生物多样性与生态系统功能相互关系的驱动机制；探讨栽培草地生产力维持机制，提高环境胁迫下的资源利用效率；研究适应不同区域的草地农业系统节水与资源高效利用模式，建立可持续的草地农业生产系统。拟资助方向： 草地生产力维持机制
草地生物多样性与生态系统功能 草田轮作系统资源利用综合评价
3、草地农业系统耦合与管理
以土-草-畜系统为研究对象，分析草地农业系统对气候变化和人类活动的响应。通过文献资料，结合遥感和相关开源数据，对草地基本属性、生态系统受损过程、草原气象灾害、农业系统各子系统耦合机理进行整合分析，探讨其与政策、管理、灾害以及气候的关系，创新草地农业耦合与管理方式。拟资助方向： 生物及非生物因素对草地农业生态系统的影响过程与机理 以物质循环、能量流动为基础的土-草-畜系统区域分异及承载力 草地生态系统受损现状分析、机制及恢复途径评价 草业经济与农牧区社会发展的综合评价
二、开放课题申请
1.申请者根据本实验室近期主要研究方向自由选立课题，鼓励使用数据整合分析和文献调研，进行开拓性、前瞻性和创新性研究，原则上不再资助新开展的野外调查和实验工作。
2.开放课题仅支持依托单位以外研究人员的申请，资助立论清晰、目标明确、研究内容具体、具有创新科学意义的研究课题。
3.申请单位的科研人员作为主持人，且课题组必须有一位本实验室具有副高或以上职称的科研人员作为合作者，每人限报1项。
4.开放课题的执行期为二年，申请金额10~15万元。经费使用办法遵照《国家重点实验室专项经费管理办法》执行。
5.申请者须按照本实验室《开放课题管理及经费使用办法》（试行）的规定，认真填写《草地农业生态系统国家重点实验室开放课题项目申请书》（下简称《申请书》），并于 2018 年7 月20 日之前将《申请书》（一式2份纸质材料，双面打印，所在单位同意签字盖章后）邮寄至草地农业生态系统国家重点实验室并发送电子版（Word版）。
三、联系方式
联 系 人：石薇 通讯地址：甘肃省兰州市嘉峪关西路768号兰州大学草地农业科技学院，邮编730020 联系电话：*** 电子信箱：shiwei_hope@163.com
草地农业生态系统国家重点实验室（兰州大学）
黑龙江草地生态系统保护建设策略 篇3
1 草地生态系统现状
1.1 草地退化,系统服务功能下降
由于长期遭受自然灾害和人类活动的影响,黑龙江省草地出现不同程度的退化,草原面积锐减,从解放前初期(1951年)的1 348万hm2减少到现在的753.2万hm2,平均每年损失草原面积10.6万hm2;草地生产力大幅下降,由20世纪50年代的3 000 kg·hm2下降到现在的750 kg·hm2。草地植被群落逆向演替,毒杂草数量不断增加,土壤有机质下降、鼠虫害加重,生物多样性受到严重威胁,草地生态系统服务功能大大降低[5]。
1.2 利用不合理,草地生态系统经济效益低
黑龙江省草地存在严重的不合理利用现象,表现为全局利用过渡,局部利用不足。松嫩平原半农半牧区包括齐齐哈尔、大庆、绥化以及哈尔滨4地市,可利用草地面积224.6万hm2,理论载畜量为464.7万个羊单位,1998年实际载畜量达到1 144.5万个羊单位,是理论载畜量的2.46倍;而东部三江平原,可利用草原面积为151.1万hm2,理论载畜量为677.1万个羊单位,1994年实际载畜量只有344.3万个羊单位,只有理论载畜量的50%多一点,尤其是大小兴安林地区更低,仅为理论载畜量的8.7%[6]。利用方式的不合理大大降低了草地生态系统的经济效益。
1.3 草地生态系统保护建设水平落后
由于长期以来的重农轻牧思想的束缚,黑龙江省草地生态系统的保护和建设工作进展缓慢。草地生态系统理论研究,尤其是基础理论研究工作缺乏,系统恢复与重建缺乏理论支持,致使在实际治理过程中出现很多难以预料的困难和问题。从20世纪80年代开始,黑龙江省才开始了较大面积的草地改良工作,每年的人工草地建植面积在1.3万~2.0万hm2之间。由于管理措施落后、理论研究匮乏、研究项目不连续,只建不管现象相当严重,结果是年年种草不见草。另外,大面积种草,使得家畜存栏头数大幅度地增加。
1.4 系统遭受灾害依然严峻
随着全球气候的变化,黑龙江省草地生态系统各种自然灾害越来越频繁。近40年松嫩平原气温增加2.0℃左右,夏季降水明显减少[7]。暖干化气候趋势使牧草返青期推迟,枯黄期提前,不能完全完成其生命史,为草地退化演替提供条件。气温的变化使得草地火灾、雪灾发生机率增加,气温的升高加速鼠虫害的形成与发生,1999年全省每年鼠虫害发生面积在60万hm2左右,草原减产在 80 %以上[8]。
2 草地生态系统保护建设取得的成果
黑龙江省各级政府、部门已经认识到草地生态系统退化所带来的严重危害,积极采取各项治理措施,如封育、禁牧、划区轮牧、建植人工草地、严格控制家畜存栏数量等,并取得了可喜的成绩。
2.1 大力宣传草地服务功能,严格执法,坚决制止各种草地破坏行为
黑龙江各级政府通过大力宣传基本改变农牧民只知道“草地是国家的,人人有份”的观念,改变了“草原无主,放牧无界,使用无偿,破坏无妨”的大锅饭局面。2006年1月1日起全省开始施行《黑龙江省草原条例》,严格制止各种随意取土、乱挖药材、乱开乱垦等严重破坏草原生态环境的行为,《黑龙江省草原条例》的颁布和实行为草地生态系统保护与建设提供法律保障,是草地生态系统保护与建设重要举措之一。
2.2 积极开展草地生态系统研究,为退化系统恢复、治理提供理论依据
近些年来,黑龙江省各个科研单位在退化草地现状、特征方面进行了大量的研究,同时提出一些快速、有效的治理措施。提出改良草地定期刈割,严禁放牧,刈割可防治小叶章草场退化。在牧区半牧区,采用生物技术和工程技术相结合的综合治理方法,即:科学的配置载畜量,合理轮牧,围栏封育,浅翻轻耙,松土补播,人工种草,水利建设(打井灌溉、喷灌等),及病虫害防治等。2005年黑龙江省农科院专门成立草业研究所,为全省草业科学研究、草业专业队伍的壮大做出了贡献。
2.3 以生态示范省为动力,大力开展退化草地改良和人工草地建设
2001年黑龙江省被国家列为全国生态示范省,更加促进了该省草地生态保护与建设的工作。截至目前,松嫩平原186.7万hm2草原上围栏面积已接近146.7万hm2,占整个草原面积的78.6%。围栏封育使得草地状况明显变好,草地生产力、群落结构基本恢复到退化前的状态。1995年全省退化草地改良面积已达到42.3万hm2,经过改良的退化盐碱草地,干草产量可达1 500~2 250 kg·hm-2,产出可达450~750元·hm-2。目前全省人工草地建植面积11.3万hm2,在人工草地的建植中,大力开展高产、优质、适宜黑龙江气候特征的优良牧草品种的选育工作,已培育出苜蓿、无芒雀麦、鹅冠草等优良牧草新品种。另外,自改革开放以来,黑龙江省建立各级自然保护区86处[9],其中草地生态系统保护的有43处,建立自然保护区,在草地生态系统保护和建设方面起到了非常重要的作用。
2.4 实行草原承包责任制,落实草原生态保护人人有责
1995年省政府要求各地利用三年时间,把可利用草原全部承包到户经营,改变长期以来草原资源利用吃大锅饭的弊端。据统计,到1998年末,全省已承包300.7万hm2,可利用草原基本承包到户。县级以上政府已向9 600多个村级经济组织发放了《草原使用证》,有15万户农牧民签订了草原承包合同,其中11万户签订30~50 a的承包合同。三年间,全省有1.2万承包户向草原投资投劳折合人民币1 980万元,改建草原7.0万hm2。
3 草地生态系统保护和建设策略
为了更好地保护草地资源、恢复和改善草地生态环境,实现草地生态系统长期稳定的社会效益、经济效益和生态效益,在以往工作的基础上对黑龙江草地生态系统保护和建设策略进行了总结分析,提出了建设性意见。
3.1 树立“立草为业”思想,加深对草地生态系统功能的认识
随着社会经济发展水平的提高和科学技术的进步,草原资源的潜力将极大地被开发利用起来。树立“立草为业”思想,对加快全省草地畜牧业发展,增加人民收入至关重要。黑龙江省草业经过20多年的发展,到目前为止已初步形成了以草地畜牧业、牧草种植业、草产品加工业、草坪产业、草地生态系统保护与治理工程建设为主体的草业框架体系。在今后的工作中各级政府和有关部门一定要注重加强草地生态服务功能的宣传,特别是对广大农牧民的宣传,加强草地生态保护和建设重要意义的宣传,使群众充分认识到保护和建设草地生态系统的现实意义。
3.2 加强对草地生态系统的基础和应用研究
在今后的草地生态系统的研究中,要集中研究系统退化后的生态恢复途径、综合治理方法,生态系统物种多样性和小气候变化特征、联系,以及这些变化在草地生态系统退化中所起的作用。要加强草地生态系统恢复重建的综合生态治理方法的研究,深入完善草地生态系统的生态效益和功能及结构综合评价体系。草地生态环境的治理和恢复是一项复杂的系统工程,在今后的研究中应从理论上深入研究,如具体的草地生态系统退化的评价模型及其相关评价体系的系统化,草地生态系统的恢复等,以减少在治理中技术方法应用上的盲目性和不确定性。在草地生态退化极为普遍而严重的今天,积极开展一些基础理论研究和大面积的综合草地生态恢复治理,尽快发展有特色的草地生态恢复治理的理论体系和技术体系,促进我国自然、社会和经济的可持续发展是当前的一项十分艰巨的任务。
3.3 建立健全草地生态系统开发利用保障体系
建立健全系统开发利用保障体系,是做好草地生态系统保护和建设的关键。继续贯彻落实省委省政府关于草原承包开发的指示精神,做到全省草原全部长期承包到户,通过承包到户经营,调动广大农牧民合理开发利用和保护建设草原的积极性,提高草地生态系统的生态功能和经济效益。在草地的利用上要制定分区开发利用战略,保证草原资源的科学有效利用,松嫩平原地区要重点抓好草原的改良建设,三江平原地区要在加快畜牧业发展的基础上,重点抓好小叶章草地资源的开发利用,大小兴安林山区要加快草地畜牧业的发展,使草地生态系统功能得以充分发挥。
3.4 明确草地生态系统保护、建设目标,建立草地恢复建设体系
草地生态系统保护、建设要以系统生物多样性的保持、植被结构功能的稳定、系统的可持续发展和系统服务功能的良性循环为目标。退化草地生态系统恢复要以生态学理论为指导,运用生物治理方法,建立长期、有效治理黑龙江省退化草地的技术体系。在草地生态系统保护与建设中还要建立和健全技术推广与服务体系。
3.5 切实加强法制管理,坚决制止各种非持续利用形式
要进一步宣传贯彻好《中华人民共和国草原法》和《黑龙江省草原条例》,继续做好草原法律法规的宣传工作,提高群众特别是承包经营者的守法意识,使他们自觉的依法开发、依法经营。要重视和加强草原执法工作,认真查处各类违法案件,保证草原资源能够依法有序地开发利用。
4 结束语
黑龙江草地资源丰富,生态系统功能优越,草业发展朝气蓬勃。合理开发利用、有效保护和建设草地生态系统,关系全省生态安全,乃至全国畜牧业可持续发展。应当采取积极有效措施,让草原真正发挥维护生态平衡、增加经济收益两大功能,造福当代,荫及子孙。
参考文献
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人工草地生态系统 篇4
关键词：高原草地,草地退化,因素
我国草地总面积约4×108 hm2, 占国土总面积的41%。其中西部六省区 (西藏、青海、新疆、甘肃、宁夏、内蒙) 的草地面积约为2.7×108 hm2, 占全国草地总面积的70%, 是我国天然草地的主体[1]。青海省是我国黄河、长江等主要水系的发源地, 青海省高原草地生态系统在涵养水源、保持水土方面发挥着重要的生态作用。高原草地生态系统资源丰富, 草质柔软、营养丰富, 具有高蛋白、高脂肪、高碳水化合物以及纤维素含量低、热值含量高等特点, 是发展高原畜牧业的物质基础。但是, 由于长期忽视了对草地资源的科学管理, 粗放经营、超载过牧, 使草地植物群落结构发生变化, 优良牧草逐渐丧失竞争和更新能力, 同时毒杂草比例增加[2]。高原草地生态系统的结构和功能的受损, 无疑对该地区环境与经济、社会安定产生一定程度的影响。
草地退化是草地生态系统在演化过程中其结构特征和能流与物质循环等功能过程的恶化, 是生物群落 (植物、动物、微生物群落) 及其赖以生存环境的恶化, 它既包括植被的退化也包括土地的退化。由于人为活动或不利自然因素所引起的草地质量的衰退, 生产力、经济潜力及服务功能降低, 环境变劣及生物多样性或复杂性降低, 恢复功能减弱或失去恢复功能, 都属于草地退化, 因而草地退化是整个草地生态系统的退化[3]。脆弱的生态环境是青海省高原草地生态系统退化的自然因素, 人为干扰和不合理利用是草地退化的主要因素, 气候变暖变干则是加速草地退化的辅助因素。
1 青海省高原草地生态系统退化概况
目前, 青海省现有土地72.23万km2, 其中可利用草地为31.61万km2, 占全省土地总面积的43.8%, 中度以上退化草地7.3万km2, 占全省草地总面积的23.09%;各种类型的草地垦殖面积已达16.96万km2, 其中黄河源地区为4.86万km2, 长江源地区为1.21万km2, 环青海湖地区为6.03万km2, 柴达木地区为4.86万km2;全省水土流失总面积达33.4万km2, 占全省土地总面积的46.24%, 其中, 长江流域水土流失面积为10.7万km2, 黄河流域为7.3万km2, 每年输入黄河的泥沙量达8 814万t, 输入长江的达1 232万t;全省沙漠化面积已达12.52万km2, 潜在沙漠化面积为9 800 hm2, 主要集中在柴达木盆地、共和盆地及黄河源头地区。目前, 沙漠化面积仍以每年1 000 hm2左右的速度扩大[4]。高原草地生态系统退化, 可以归结为两个方面:从结构上来看, 形成“黑土滩”甚至沙化, 恶性杂草的比例增加, 草场质量降低;从功能上来看, 生态系统生产力降低, 生物多样性和生态系统功能严重丧失。全省由于生态破坏造成的经济损失达18.396 6亿元, 其中以草地生态破坏损失值最大, 为9.707 6亿元, 占总损失值的52.76%[5]。
2 青海省高原草地生态系统退化成因分析
2.1 自然因素
(1) 草地生态环境的脆弱性
青海省草地的生境脆弱性主要表现在其地表组成物质和地形特征的脆弱性和气候水热因子的匹配性差两个方面。青海省由于寒冻等原因, 土壤分化微弱, 土层薄, 土质疏松, 易受风蚀、水蚀和融冻剥离。土壤侵蚀严重, 土壤质地较差、肥力低下, 使草地自身孕育着退化的内在因素。同时, 该区草地多分布于高海拔地区, 虽然水分条件相对较好, 年降水量在300 mm以上, 最高可达800 mm, 但热量条件差, 一般年均温在0 ℃, 最低温度可达-30～-40 ℃, 限制了草地植物的生长。
(2) 气候变化
气候变化是引起青海省高原草地生态系统变化的重要自然原因, 其中降水量的变化尤其重要, 整体呈现干旱化的趋势。年均气温在波动中呈现增长的趋势, 特别是从20世纪80年代开始以来增温的趋势更为突出, 这也从另一方面表明, 由于气温变暖, 使土壤水分损失增加, 导致区域干旱化, 进而加速草地退化的过程。20世纪70年代以来, 青海高原年平均气温呈明显上升趋势, 气候变化时间超前于全国, 增温率明显高于全国同期水平, 这表明青海省已经成为我国乃至全球气候变化的敏感区。王根绪等[6]对江河源区气候变化的研究表明, 近40年来的总趋势是:气温升高, 降水量增加, 但降水量的增加主要体现在春冬季降水明显增加, 对植被生长起重要作用的夏季降水却明显减少。马玉寿等[7]评述了全球变暖对达日县草地退化的影响, 认为全球气温升高所引起的荒漠化, 应是处于半干旱—半湿润的达日县草地退化、大片“黑土滩”产生的主要原因。
2.2 人为因素
(1) 超载放牧
超载放牧是青藏高原草地生态系统退化最重要的一个原因。草畜平衡是维持草地健康发展的基础。草地长期超载放牧, 使牧草产量普遍下降, 草层盖度变小, 高度变低;生草土结构被破坏, 土壤肥力下降;草地生态系统处于退化演替状态之中。目前, 青海省部分地区放牧家畜的数量已大大超过草地的承载能力, 草地生态系统内部存在着严重的草畜失衡关系。草原超载主要来自两方面的因素:一是草场面积减少使草场面积的绝对量减少:二是牲畜头数的增加使牲畜占有草场的相对面积在减少。自1982年实行牲畜承包到户后, 牧民群众重视发展牲畜数量, 牧草在生长季被牲畜反复利用践踏, 牧草得不到繁衍生息的机会, 草地原生植被遭到不同程度的破坏, 大量毒杂草滋生蔓延, 优良可食牧草比例大幅度下降, 植被盖度下降, 出现了大量的裸露地和次生地。植物群落组成结构趋于简单, 土壤种子库得不到足够的补给, 造成草地退化。周兴民[8]等在中国科学院海北高寒草甸生态系统站开展的长期放牧试验表明, 重要的牧草地因牲畜过度啃食和践踏, 优良牧草比例大幅度下降, 地上及地下部分生物量也随放牧强度的增大而线性下降。与适度放牧比较, 冬春牧场地上、地下生物量分别下降15%和21%, 而夏秋牧场则分别下降54%和40%左右;与此同时, 由于长期践踏, 土壤板结, 表面硬度增加2～3倍, 土壤有机质和全氮含量下降50%, 沙粒含量增加了50%以上, 造成土壤导水率降低, 进而加剧了水土流失和沙化。
(2) 过度开垦
草地垦荒是以牺牲生态为代价的一种短期行为, 其结果必然是“一年开荒, 二年打粮, 三五年变沙梁”。这是由于耕作破坏了草地植被, 松散了生草土层, 裸露松散的沙质土地在干旱的风沙中极易受风蚀。每当风季来临, 疏松的细沙土随风而起, 成为沙丘的物质来源, 同时, 开垦缩小了草地面积, 增加了草地的家畜负荷量, 从而引起草地植被的退化。新中国成立以后我国人口剧增, 为解决粮食问题, 从而大规模开垦草地。青海省草原开垦面积为38万hm2, 其中有21.25万hm2集中在青海湖环湖地区。草地过度开垦是造成草地退化沙化的重要原因之一。
(3) 滥樵乱挖
青海省高原草地蕴藏着丰富的药用植物资源, 在一些地区普遍存在的樵采、挖药和搂发菜等活动会大面积的破坏草地, 引发草地退化。
(4) 地方经济发展
公路和铁路常是一个地区经济发展的重要支柱, 但在建设过程中对环境产生一定的负面影响。如青藏铁路建设过程中, 路基工程、挖填方、施工便道和临时站场使地表植被遭到破坏, 进而影响区域生态环境, 并产生一定的负面影响。在平坦草场和缓坡草地车辆可任意通行, 这虽给行车带来了方便, 但确也使草场受到破坏。随意形成的道路和多条并行道, 毁坏了许多可利用的草场。以公路为中心的两侧退化和辐射性退化是高寒草地生态系统退化的一个重要方面。汪诗平[9]对青海省治多县草地退化研究表明, 到目前为止, 约有1/3以上的草地处于不同程度的退化状态, 约有10 000 hm2的天然草地已经荒漠化或沙化, 主要分布在水源和居民点附近。
(5) 旅游业的发展
近几年草原旅游兴起, 旅游确实给当地居民带来了一定的经济收入, 也推动了地方经济发展。但是由于人类对草地过度践踏和旅游利用, 加之管理粗放, 从而造成一系列的生态环境问题。
2.3 草地管理
(1) 草地管理制度不健全
多年来牧民群众传统的逐水草而居的游牧习惯给草地退化造就了很大的潜在因素。牧民只利用草原而不建设草原, 草场是公用的, 而牲畜是自己的, 在草地利用上重利用、轻保护建设, 长此以往使草地趋于逆向演替。
(2) 草地放牧利用制度和畜群结构不合理
在草地利用上, 不合理的放牧制度, 如夏秋草场因放牧时间短而利用不足, 冬春草场则严重超载, 导致了高寒地区草地生态系统的严重退化。畜群结构不合理、适龄母畜比例偏低、长寿畜多、周转慢、效益低等原因, 导致了草地畜牧业的低经济效益而使得牧民加大草地的载畜量来提高经济收入, 最终导致了草地畜牧业发展的恶性循环。
2.4 野生动物对草地的影响
(1) 植食性小哺乳动物
植食性小哺乳动物是青藏高原草地生态系统重要的组成部分, 在草地生态系统食物网结构及其能量流通和物质循环中具有重要的地位。对青藏高原草地形成危害的植食性小哺乳动物主要是高原鼠兔和高原鼢鼠。鼠害的增加加剧了草地退化。一是鼠类与牲畜争食牧草, 加剧草与畜的矛盾。据测算, 青海省至少有高原鼠兔4亿只, 每年消耗鲜草1 000万t, 相当于1 000万只羊的食量, 造成青藏高原牲畜严重缺草。二是破坏草场。挖洞、穴居是鼠类的习性, 挖洞和食草根, 破坏牧草根系, 导致牧草成片死亡, 害鼠挖的土被推出洞外形成许多洞穴和土丘, 土压草地植被, 也引起牧草死亡, 成为次生裸地。据统计, 黄河源头区因草原鼠害造成的“黑土滩”型草场退化面积已达200万hm2, 部分草原已失去放牧价值。
(2) 草原虫害
在青海省对草地形成危害的害虫主要是草原蝗虫类昆虫和草原毛虫。近年来, 各地蝗虫灾害频繁发生, 20世纪90年代在环青海湖地区就有4年发生中、重度的蝗虫灾害, 灾害严重时, 草场植被严重啃食, 家畜食物匮乏, 草地载畜压力增大, 草地退化加速。草原毛虫主要啃食嵩草属植物幼嫩的根茎, 也是危害青藏高原草地的主要害虫之一, 青海省境内草原毛虫分布面积达106.19 万hm2, 其中危害面积达70.17万hm2, 灾害严重时可使草地退化[10]。冯冰等[11]报道, 青海省玛曲县鼠虫害面积 (除去正在控制的面积) 4.89万hm2。草地毛虫的虫口密度40～120头/m2, 平均60头/m2, 每100头日食量1.5 g, 危害时间按3个月计, 每年可损失牧草1 655.48万kg。
(3) 大型野生草食动物
在人口密度较小的三江源国家级自然保护区以及可可西里国家级自然保护区等分布有数量较多的国家一级、二级保护动物, 如藏野驴、野牦牛、藏原羚等大中型草食动物。随着保护力度的加大, 这些野生动物数量增长较快, 特别是藏野驴善于成群奔跑, 对草地的践踏十分严重, 加上啃食作用, 该物种已经在局部地区对草地构成了威胁, 若种群密度超过一定限度将会导致草地退化。大型野生草食动物对草地的负面影响已引起了地方政府、野生动物保护管理部门、科研人员的注意。如何处理好野生动物保护与草地生态环境保护之间的关系, 又成为一个亟待解决的课题。
3 小 结
青海省高原草地生态系统极为脆弱, 一经破坏在短期内很难恢复, 退化草地的治理工作难度极大, 且退化草地的治理涉及社会的各个方面, 是一项复杂的系统工程。相关部门必须针对造成草地生态系统退化的原因, 在政府部门的统筹安排下, 协调各方面的力量制定措施改良草地, 科学管理、合理利用草地。
参考文献
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人工草地生态系统 篇5
1 宁夏中部干旱带草地与农田生态系统现状
宁夏中部干旱带地处北纬36°06′~39°05′, 东经104°17′~107°41′, 范围包括鄂尔多斯台地南缘, 黄土高原北缘和腾格里沙漠的东南边缘地区, 当地水资源匮乏, 多年平均降水量为180~400 mm, 大都集中在7—9月, 由东向西递减, 且年变率大, 年蒸发量2 000 mm以上, 呈现出干旱半干旱的气候特征。
宁夏中部干旱带土地总面积3.035万km2, 占全区总面积的52%。天然草场总面积205万hm2, 占全区草场总面积的63%, 主要为干草原草场类、荒漠草原草场类、沙生植被草场类和盐生植被草场类四大类, 90%的草地退化, 其中6级草地占草地总面积的37%, 7级草地占草地总面积的40%, 地表植被覆盖度不足15%, 草地产草量不足900 kg/hm2, 一般草层高度10~30 cm, 植被低矮疏松。没有任何灌溉条件的旱地面积为23.66万hm2, 占耕地总面积 (31.13万hm2) 的76%。当地自然降水主要集中在7—9月, 与作物需水不同步, 且当地耕地因长期浅翻浅耕与垦植率高, 其水资源涵养能力差, 土壤侵蚀模数平均为3 000 t/km2, 平均每年侵蚀表土层总厚度为0.15~1.27 cm, 部分农田盐渍化严重, 土壤耕层有机质含量平均为0.8%, 速效氮含量平均为45.2 mg/kg、速效磷仅7.8 mg/kg, 土壤肥力低。因此, 该区域天然草原植被的恢复和农田生态系统的改善潜力很大。
2 保护性耕作对天然草原植被的恢复作用
盐池县在实施保护性耕作项目中, 创造性地将该技术应用于天然草场的改良中, 利用9MSB-2.1型牧草松土补播机或9MSB-2.10型草地免耕松播联合机组, 一次性完成深松、施肥、播种、覆土、镇压多道工序, 配合良种良法、草原围栏技术, 牧草平均高度由作业前的12.6 cm增加到41.5 cm, 优质牧草频度由0度增加到8度, 劣质牧草频度降低2度, 产草 (干草) 量达1 312.5 kg/hm2, 植被覆盖度达58%, 分别较未改良的天然草场提高937.5 kg/hm2和37%;0~5 cm、5~10cm、10~20 cm、20~30 cm土层含水率分别较对照高71.7%、23.7%、3.4%和26.9%, 原生植被破坏程度减少70%, 减少草场扬尘量25%[1]。
3 保护性耕作对农田生态系统的改善作用
3.1 深松技术
采用全方位机械化深松技术, 在播种前土壤含水量为15%~22%[2]时进行深松, 深度要求在30~50 cm。深松主要有以下3个方面的作用:一是可提高土壤含水量, 0~5、20~30 cm的裸地含水量较传统翻耕提高15.6%、143%;二是毛细管在深松过程中被切断, 使含盐的表土中的盐分通过灌溉下渗到鼠道后随底层水排出。0~5、5~15、15~30、30~50、50~60 cm耕作层的脱盐率分别为59.6%、55.4%、56.9%、36.4%、72.1%[3];三是深松彻底打破了犁底层, 降低了土壤容重, 土体结构得以改良, 蓄排水、透气等功能均得到增强[4,5,6,7]。
3.2 秸秆粉碎还田技术
秸秆粉碎还田技术即利用秸秆粉碎还田机将农作物秸秆粉碎为≤10 cm的秸秆段均匀抛撒在地表, 使播后地表秸秆覆盖率达到15%~30%。秸秆覆盖层不仅可以避免集中降雨对地面的直接打击冲刷, 减少地面扬尘, 而且可以承接降雨, 从而在一定程度上减缓了土壤流失和地面径流。在平均雨强33.6 mm/h、降雨量28 mm的条件下, 秸秆覆盖小区与对照小区平均径流量分别为0.52、0.82 m3, 输沙量分别为11.2、17.2 kg, 减沙效益达53.6%。此外, 秸秆粉碎覆盖还可增加土壤有机质, 土壤中腐殖质与团结构的比重增加。据2013年测定[3], 覆盖区较空白区0~10 cm土壤容重低0.17~0.23 g/cm3, 10~20 cm土壤容重低0.08~0.12 g/cm3, 0~20 cm土壤孔隙度增加5.2个百分点, 从而使土壤结构得以改善[8]。
3.3 免 (少) 耕播种技术
玉米是宁夏中部干旱带的主要粮食作物之一, 因降雨稀少、水资源匮乏、土壤贫瘠、次生盐渍化等因素, 产量一直低而不稳。对玉米实施免 (少) 耕播种, 由于存在地表平整度差且有大量秸秆覆盖地表, 因而选择免 (少) 耕播种技术是保护性耕作的最关键技术。据王旭红等[5]研究表明:留茬碎杆覆盖深松浅耙少耕播种技术模式较对照田0~10、10~20、20~30 cm的土壤容重分别下降了0.04、0.03、0.02 g/cm3, 同时田间扬尘量平均减少56%, 表现出良好的生态效应[9,10]。
4 结语
保护性耕作对天然草原植被的恢复和对农田生态系统的改善作用明显, 宁夏中部干旱带应大力推广。考虑到宁夏中部干旱带农牧交错区的生产特点且风多风大的自然条件, 秸秆还田应选择>20 cm的高留茬覆盖方式。
摘要：在简述宁夏中部干旱带草地与农田生态系统现状的基础上, 分析了保护性耕作对该区域天然草原植被的恢复作用和对农田生态系统的改善作用, 以为大力推广保护性耕作提供依据。
关键词：保护性耕作,草地,农田,生态系统,改善作用,宁夏中部干旱带
参考文献
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人工生态系统的模型教学 篇6
关键词：模型教学,生态系统,高中生物
一、模型教学的优点
在新课程改革中模型教学可以使研究对象直观化、简约化, 能够让学生在探索科学现象的乐趣中发现科学规律, 模型通常都比实物更加简单, 更便于理解和掌握。
二、模型教学的现状
最近新课程教材研究所在部分高中进行的一项调查显示:从未组织学生进行过模型建构活动的教师占调查总数的50%, 仅组织过一次的占21%。90%的教师认为模型建构在实际教学时是可有可无的。事实上, 课程标准、教材都已经将模型提升为高中生物学课程的基本内容之一, 高考考试大纲也将建立模型的方法列入能力考核的目标与要求。显然, 模型教学是非常重要的。
三、教学模型的常见种类
模型通常分为以下几种类型:
1.结构模型
为了解和说明研究对象的结构而设计或构造的模型。例如, 要了解一个机构的组织结构, 所依照的结构框图就是结构模型。
2.功能模型
为了解和说明研究对象的功能特点而设计制造的模型。在生物学教学中接触到人的眼睛有根据进光的多少和强弱, 调节瞳孔大小的功能。为了更好地了解和更深入地理解这一现象, 制造出一种模拟眼睛这一功能的模型。
3.数学模型
为了更好地理解和反映研究对象的各种变量之间的数量关系和空间位置关系, 有时还要构造数学模型。在生物学上, 有名的数学模型有:种群在理想环境中的增长模型, 种群在有限环境中的增长模型。
4.实体模型
这是与研究对象最接近的一种模型。本质上它是研究对象的小样本。但它还必须具有简单、小型、易控制边界条件、易操作等特点。我们模拟制作的生态缸模型, 就是一种实体模型。
四、构建人工生态系统的模型
探究原理:为了更深入地了解和探索生态系统的本质、结构和功能, 通常采用对边界条件作严格控制的实验方法来进行研究。但是, 生态系统在空间上往往是一个非常庞大的体系, 边界条件不容易控制。于是人们想到:制造一个小型的生态系统模型, 用以模拟生态系统的运动。
实验材料:蚯蚓8~10条, 蜗牛5~7个, 小乌龟2~3只。
浮萍、水草、蕨类植物和一些矮杂草, 仙人掌或仙人球2~3株。
玻璃板4~5m2, 粘胶足量;沙土8~10kg, 含腐殖质较多的花土40~50kg, 自来水足量。
方法步骤:按100cm×70cm×50cm的标准制作生态缸框架;在生态缸内底部铺垫沙土和花土, 花土在下, 一边高, 一边低, 沙土在上, 沙土层厚5~10cm。在缸内底处倒进水;将收集或购买的动物和植物放在生态缸中, 其中浮萍、水草与小乌龟放在水中, 仙人掌或仙人球移植到沙土上, 蕨类植物和杂草移植到花土上, 蚯蚓与蜗牛也放置在花土上;封上生态缸盖, 将生态缸放置于室内通风、光线良好的地方, 但要避免阳光直接照射。
教师行为:为保证生物的生存, 需要注意的事项是什么?
学生行为:生态缸植物应是长得慢的物种, 若生长过快, 其他植物会因遮光而死亡, 降低了物种多样性;要尽量保证生态缸所有生物不受昆虫和真菌感染, 因为在潮湿、温暖的环境中, 病虫害会迅速传播
教师行为:为保证生物的生存, 必需的两项外界环境条件是什么?
学生行为:光照和适宜的温度。
教师行为:在白天和夜间, 生态缸内空气成分的主要变化是什么?
学生行为:白天O2浓度高, 夜间CO2浓度高
教师行为:生态缸内加入腐殖质的重要意义有哪些?
学生行为:提供分解者;为植物提供初始无机营养;为分解者提供初始有机营养。
教师行为:引导学生比较分析评价作品, 只表扬, 不分好中差。
教师行为:为什么说生产者是生态系统的主要成分?
学生行为:生产者是自养型生物, 能够把无机物转变成有机物, 这些有机物一部分供给自身的生长和代谢的能量需要, 另一部分维持着生态系统内除生产者以外的全部有机体的生命活动。因此生产者是生态系统存在和发展的基础, 是生态系统的主要成分。
教师行为:引导学生比较分析评价作品。
目的:加深学生对生产者的理解。
教师行为:怎样理解分解者?
学生行为:分解者主要是指营腐生生活的细菌、真菌等微生物。但有些寄生的细菌, 它们从活的生物体内吸取有机物, 在生态系统中扮演小型消费者的角色, 故不属于分解者。而土壤中的一些腐食性动物, 如蚯蚓、蜣螂以及微型动物, 如鞭毛虫、土壤线虫等能使有机物分解, 起到分解者的作用。故属于分解者。
教师行为:引导学生比较分析评价作品。
目的:进一步加深对分解者的认识。
教师行为:怎样理解三大功能类群的关系及在生态系统中的地位?
学生行为:无机环境为生物成分提供物质和能量。生产者主要是指绿色植物, 是消费者和分解者能量的源泉, 也是生态系统存在和发展的基础, 因此生产者是生态系统的主要成分。从物质循环角度看, 分解者在生态系统中占有重要地位。
教师行为:食物链、食物网、营养级的区别与联系。
学生行为:生态系统的食物链主要有三种类型:捕食链, 生物之间通过捕食关系丽形成的食物链, 如草→兔→狐;寄生链, 生物体内以寄生方式而形成的食物链, 如鸟类→跳蚤→原生动物→细菌→过滤性病毒;腐生链, 某些生物专以动植物遗体为食物丽形成的食物链。如植物枯枝败叶、纤维分解细菌、氧化细菌。
目的:对所学知识的拓展, 培养学生的思维能力。
五、模型教学案例的教学反思
设计小型生态系统时除应对成分作符合生态系统自身规律的安排外, 对重要物种的生理生活习性及各物种相互之间的影响应作详尽的考虑。
一般而言, 密闭的生态系统对外界环境的需求是光照和适宜的温度。
人工生态系统垃圾分解能力研究 篇7
1 分解能力比较
自然生态系统中没有人工合成的有机物, 有的只是动植物的尸体。这些尸体大多被其他生物消化、分解, 剩余的骨架在条件适应时也会风化, 不会对生态环境造成污染。植物尸体的分解时间见表1, 动物尸体的分解时间见表2。
数据来源:http://www.mofangge.com/html/q Detail/09/g1/201202/etp0g10994179.html
由于光照和温度的不同, 枯枝落叶的分解速率不同。叶片中的有机物被分解者 (细菌真菌等) 分解后, 残余的无机物可用作肥料。
数据来源:http://tieba.baidu.com/p/1823504450
动物尸体最终被分解成简单无机物, 成为地球自然资源的一部分。从表1和表2的数据可以理解为什么在自然界中, 树叶不断凋落, 动物不断死亡, 落叶和尸体却没有堆积如山。大自然的神奇在于自己创造的产物自己有能力分解消化。
人工生态系统中, 由于人类需求的膨胀, 生产技术的发展, 人类一方面不断地从生态系统中掠夺资源满足自己的贪欲, 一方面源源不断地制造着成分越来越复杂的垃圾, 而这些人工合成垃圾的自然分解时间已超出环境的自净能力。部分生活垃圾完全分解时间见表3。
数据来源:大自然的分解功能-科普资源信息库, http://www2.cdstm.cn/c12/info.jsp·id=275520
通过表1、表2和表3的比较, 可以看出人工生态系统的分解能力远远低于自然生态系统。人类只有大力发展垃圾无害化、资源化分解技术, 才能确保人工生态系统物质循环和能量流动的延续。
2 现有垃圾处理方式分解能力分析
目前垃圾处理方式主要有焚烧、堆肥、填埋和回收利用。焚烧法有占地面积小、减容量大、无害化程度高、热能可回收等优点, 但使用焚烧法处理垃圾时需要注意几个问题。一是垃圾焚烧一般要求垃圾的最低热值3360 k J·kg-1以上[1], 如果热值低, 将增加运营成本, 不适宜焚烧;二是垃圾焚烧存在环境污染隐患主要是二恶英的排放;三是如果垃圾不分类, 不但会浪费可回收垃圾和可堆肥垃圾, 也会增加运营成本, 降低焚烧法的效率。如果能从源头上分类收集垃圾、剥离出可回收、可堆肥垃圾, 提高焚烧垃圾的热值, 妥善处理焚烧烟气、使尾气中的二恶英达到排放标准, 那么焚烧法将会成为人类处理垃圾的重要技术手段。堆肥是处理有机垃圾最有效, 最适宜的技术手段之一。但由于垃圾混装, 垃圾堆肥前期分选工作复杂且不彻底, 结果是处理成本高, 堆肥的质量难以保证。目前堆肥处理在我国的发展前景并不理想。资源回收利用是指回收可再生循环的“垃圾”, 如纸类、玻璃、金属、塑料等废弃物。许多国家已将资源的回收利用作为补充资源、能源需求的有效途径。填埋由于具有处理费用低、技术成熟等特点, 比较常用。填埋的弊端一是没有经过无害化处理的填埋的垃圾会造成地球资源的二次污染 (渗滤液和沼气泄漏、汞、铅等有毒重金属污染等) , 一旦泄漏, 造成的污染基本上无法修复的;二是填埋物分解还原为可利用地球资源的时间太长。也就是说, 填埋只是将垃圾移动到不可视的范围, 难以能做到垃圾的减量化、资源化、无害化处理。混装垃圾简单填埋是一种极不负责的鸵鸟式垃圾处理方式。
填埋是我国处理城市生活垃圾的主要方式, 我国的垃圾填埋处理量大约占垃圾总量的80%[2]。人造垃圾自然状态下的分解还原为地球资源需要的时间长, 而且一些垃圾会污染环境。垃圾的混合焚烧, 不但热值低, 更为致命的是烧毁了大量可直接资源化的垃圾。如果我国每年产生的几百万吨、几亿吨垃圾被直接埋掉或烧掉, 造成资源浪费与污染。
3 我国政府对垃圾分解能力的重视程度
由于人类制造的生产生活垃圾的成分越来越复杂, 量越来越大, 它的分解需要人类自己充当分解者, 需要人类科学的投入一定的人力、物力和精力专门处理人工生态系统产生的垃圾。目前我国治理环境和保护环境的费用主要依靠国家投资, 投资状况可以反映政府对治理环境和保护环境的重视程度。在我国统计年鉴中生活垃圾处理的投资归属于市容环境投资指标来统计, 为了研究我国生活垃圾处理情况, 本文以中国、北京、上海和广州为基础, 收集了地区生产总值、垃圾清运量、固定资产投资、市容环境卫生指标的2000年至2012年的数据, 利用公式1从时间维度上研究了环境保护投资与人均GDP、户籍人口、垃圾清运量和固定资产投资的相关性情况, 计算结果见表4。
其中:y:市容环境卫生;
x:生产总值、垃圾清运量、固定资产投资。
根据相关系数的判断准则:|r|<0.3, 低度相关;0.3≤|r|<0.7, 中度相关;|r|≥0.7, 高度相关。表中相关系数表明:
从表5可以看出, (1) 就全国范围讲, 市容环境卫生与生产总值、固定资产投资等线性相关程度很高, 而与垃圾清运量相关度中度偏上; (2) 北京、上海、广州全国三大城市的市容环境卫生与生产总值、垃圾清运量、固定资产投资等分别是中度相关, 其中北京市容环境卫生与生产总值、固定资产投资的相关度都是中度偏下, 广州市容环境卫生与垃圾清运量的相关度也是中度偏下。
相关性分析结果只是反应各指标随时间变化的趋势, 单纯的相关系数值不能够准确客观地反应各指标之间应有的客观规律和逻辑关系, 需要结合其他指标值来确定各因素之间的相互关系, 因此选取了市容环境投资占全社会固定资产投资比重指标来分析我国政府对生活垃圾管理的力度和态度。
从人类可持续、地球资源循环的可持续角度讲, 市容环境卫生投资应该随人口的增加, 经济的发展, 垃圾清运量的增加而同步增加。结合相关性分析结果和市容环境投资比重曲线 (图1) 可以看出, 我国发展现状反映出市容环境卫生没有与生产总值、垃圾清运量、固定资产投资等社会经济现象及时、同步、协调地发展和进步。
从图1可以看出, 北京、上海和广州的市容环境卫生投资无规律可循, 每年投入资金量的大小波动性大, 说明投资政策具有随意性, 没有科学的规划。全国市容环境比重由于是各城市的平均值, 波动性小, 但是比值很低, 最高竟是2000年得0.256%, 最低值为2012念得0.106%。这些现象和数据都说明我国政府不重视生活垃圾处理问题。
重视程度不够, 现有的法律法规就得不到落实, 相关制度的建设及法律的完善也就遥遥无期;重视程度不够, 环境保护的资金就得不到落实, 研发垃圾分解技术的团队也就会缺乏相应的政策和资金的支持。随着人们生活水平的提高, 经济的发展, 垃圾的成分将越来越复杂, 垃圾产生量也越来越大, 如果不重视垃圾处理问题, 不重视市容环境投资与垃圾清运量等社会经济现象的同步协调发展问题, 环境污染问题将制约和遏制经济的发展和人类的生存。构建人工生态系统的分解能力是人类可持续、经济可持续的需要。
4 构筑垃圾分解能力的建议
垃圾处理问题不是一个单纯的环卫技术问题, 它是社会发展过程中出现的各种矛盾的综合作用的结果。垃圾问题的处理, 需要政府以源头减量化、利用资源化和处理无害化为宗旨, 构筑垃圾综合治理对策。
4.1 制定具有执行力的生活垃圾分装法律条文
垃圾成分不同, 资源化、无害化的处理方式不同。混装生活垃圾从根本上否定了各种垃圾处理方式的优势, 即增加了垃圾处理成本, 也降低了现有垃圾处理技术的处理效率。垃圾分类, 一方面减少固体废弃物的产生量, 减轻固体废弃物填埋或者焚烧的压力, 另一方面也可以为一些企业提供原料, 实现废弃物的资源化。从垃圾收集的源头上将各类垃圾分门别类的收集, 有助于发挥各种垃圾处理方式的优势, 提升垃圾的分解率和利用率。
现行《环境保护法》等法律法规中, 缺失具有执行力的生活垃圾的分装与统收条文。日本现有8个不同分类的垃圾桶, 而我国的一项调查显示, 70%的网友表示我国垃圾分类标准不明确[3]。我国需要有明确的法律条文规定生活垃圾的分类体系和违法处罚体系。这些规定应该明确垃圾如何分类、分为哪几类, 违反分类原则、随意丢弃垃圾应该承担怎样的法律责任, 如何承担相应的法律责任, 那个部门来执法。这些有执行力的、可操作的法律法规将会强制每个垃圾制造者重视垃圾处理问题, 将会调动全民参与生活垃圾的治理问题, 从源头上提高垃圾的处理效率。
4.2 构建垃圾收费制度
构建垃圾收费制度需要依据“谁污染、谁负责;多排放、多负担”原则, 落实该原则有两项工作必须得做, 一是建立垃圾计量收费的标准, 二是将垃圾收费员工作职业化。垃圾计量收费标准的制定需要考虑垃圾的成分。垃圾的成分不同, 处理的成本及收益不同, 收费标准也应不同。至少应分为三大类:可回收垃圾、可堆肥垃圾和可焚烧垃圾。收费标准大类下是否需要细化设置, 应根据当地情况确定。垃圾收费标准确定后, 如何实施收费制度是关键。落实多排放, 多负担原则, 就得由收费主体自行安排收费员挨家挨户上门收取。而且实行垃圾收费实名制, 即每户居民的垃圾得有与其身份对应的号码, 这样才能将垃圾分类责任落实到居民个人。即方便执行收费制度, 又便于监察和执法。
环境保护工作人人有责, 垃圾收费员的工作应得到应有的尊重。除隶属于企业的垃圾收费员外, 政府部门应该根据需要设置垃圾收费员岗位。我国职业共划分为8个大类, 66个中类, 413个小类, 1838个细类 (职业) [4], 但是里面没有垃圾收费员职业。
4.3 构建特殊商品垃圾回收押金返还制度
垃圾回收押金返还制度是指某些商品价格中包括商品废弃物回收价格, 产品销售的各个环节都需要向上层销售渠道先行垫付废弃物回收等值押金, 消费者也需要消费商品前先行支付押金, 归还该商品废弃物后, 可取回押金。最终使这类产品的分解集中化, 有助于从源头上实现垃圾处理的资源化、无害化宗旨。如电子类产品、机械类产品、瓶装罐装类等产品, 可实行电池以旧换新, 电器以旧换新等消费限制。在德国, 循环经济最初被称为“垃圾经济”[5]。
4.4 以“零垃圾”思想为指导构建生产企业垃圾清运制度
人工生态系统是个开放的系统, 需要外部系统不断地输入物质, 同时也向系统外输出物质及废弃物, 它自身无法独立完成物质循环和能量转换。人工生态系统中的生产生活用品在市场机制作用下, 会有大量企业和个人主动生产经营这些产品以满足人类的需求。然而, 生产这些产品的过程中一定会衍生出大量的生产废弃物。由于处置这些废弃物收益率低甚至无收益、负收益, 生产企业往往外泄这些废弃物, 造成污染环境。因此政府需要从垃圾生产全寿命期中的每个环节贯彻“零垃圾”思想和政策, 制定相应的具有操作性的法律条文, 形成各生产企业生产产品和包装可循环制度, 提升企业的废物再利用率, 使企业为了达到检查标准, 生产之初就研发生产带来的废弃物变废为宝的环保技术和渠道, 使生产企业的垃圾清运问题从垃圾产生的源头上得到治理。
4.5 鼓励和引导私人企业从事生活垃圾处理行业
由于我国人口众多, 即使不发展工业, 不断增长的生活垃圾不妥善处理, 也会使环境不断恶化。如果生活垃圾处理的技术、人力、资金、物力等问题完全依靠政府, 则垃圾问题将是个沉重的社会包袱。政府也不能把处理生活垃圾的责任据为己有, 需要考虑如何借助社会资源去治理生活垃圾。只要垃圾处理行业有利可图, 就会有企业主动介入。政府一方面要制定适宜的政策鼓励和引导私人企业从事生活垃圾处理行业。一方面加大垃圾处理技术的科研投资力度, 为科研单位和个人提供研发需要的资金、技术和政策。德国政府付费并委托专业的垃圾处理公司对垃圾进行无害化处理[6]。德国现在至少有500家WEEE回收处理企业[5] (Waste Electrical And Electronic Equipment) 。用处理过的废弃物生产生物燃料来替代汽油, 可望使全球碳排放减少80%[7]。
垃圾处理市场化政策和垃圾处理技术研发政策, 配合垃圾收费制度, 使垃圾处理企业的收益 (垃圾的收购费、处理垃圾带来的收益等) 减去企业运营成本后, 能够盈利。以此来引导和鼓励企业自己收购和处理垃圾, 逐渐使垃圾处理业产业化, 市场化。
参考文献
[1]吕瑞鹤.垃圾焚烧在我国的发展现状及展望[J].河南建材, 2009, 5:105-106.
[2]张英民, 等.城市生活垃圾处理技术现状与管理对策[J].生态环境学报, 2011 (2) :389-396.
[3]鲁先锋.垃圾分类管理中的外压机制与诱导机制[J].城市问题, 2013. (1) :86-91.
[4]中华人民共和国国家职业分类大典.
[5]高辉清, 钱敏泽, 郝彦菲.建立促进绿色消费的政策体系[J].中国改革, 2006. (8) :44-46.
[6]于洪波.从“生废”走向“消废”[J].生态经济, 2011. (10) :97-100.
[7]废弃物制生物燃料可减全球80%碳排放[J].再生资源与循环经济, 2009. (1) :44.
[8]2007-2013年中国统计年鉴.
[9]2007-2013年北京统计年鉴.
[10]2007-2013年上海中国统计年鉴.
金阳县人工草地现状及对策 篇8
1 人工草地的作用
人工草地种植和利用, 对保护金阳天然草地生态环境、改变长期以来高山农牧民传统的畜牧业的经营方式有着重要意义。
1.1 生态作用
人工草地的形成减轻了天然草场的压力;缓解草畜矛盾;使天然草场禁牧、休牧、限牧得到物质保证, 其范围也进一步扩大;对天然草场生态系统加大了保护作用, 天然草原植被盖度、优质牧草增加;草原沙化、退化趋势减弱、水土流失明显减少。
1.2 经济效益
种草养畜是金阳县农牧民增收的主要方式。种草解决了季节性饲草供求矛盾, 避免了家畜“秋肥、冬瘦、春死亡”现象, 改变了高山靠天养畜得传统模式, 增加了农牧民的经济效益;因此, 种草业将带动养殖的规模和数量。现在种草被普遍用于饲养肉牛、肉羊生产, 将来人工种草逐渐在养猪、养禽等生产中得到推广应用。由于种草养畜等一些有利的措施, 据调查, 2008年农民在养畜上的收入在2007年的基础上平均增长98.5元。
2 发展现状及相关问题
金阳县在充分利用好自然资源, 并早在80年代开始了人工种草, 通过试种从引入的白三叶、黑麦草、聚合草、紫花苜蓿、光叶紫花苕、皇竹草等品种中筛选出了白三叶、黑麦草、紫花苜蓿、光叶紫花苕等适合金阳县种植的品种, 在金阳县推广, 为金阳县草食动物“动态、社会、经济”三益的局面提供了物质基础, 但还存在相关问题。
2.1 发展现状
近年来, 金阳县在建设:依达-丙底-热柯觉-天台、桃坪-马依足-老寨子-洛觉、丙底-丝窝-南瓦-依莫合-基足-小银木-青松-放马坪三条绿色长廊的基础上, 进一步强化草地建设, 加大调耕力度, 适度扩大规模, 根据金阳县实际, 坚持以五到位为准则, 即领导重视, 认识到位、依靠科学, 宣传到位、人员包片, 责任到位、典型引路, 示范到位、乡镇干部, 奖罚到位;金阳县人工种草面积达15.03万亩, 新增多年生牧草1.61万亩, 多年生牧草保留达4.3万亩。
2.2 存在问题
金阳县开展种草养畜取得了一定成效, 但由于认识不足、科技含量低、种植模式不科学、管理不够完善、虫灾等原因导致人工种草发展滞后。
2.2.1 认识不足:
种草业是一个新兴的产业, 一些地方政府和农牧民对重要性认识不够;对其在农业产业结构中的作用认识不足, 影响农牧民种草积极性。
2.2.2 种植科技含量低, 管理利用不够完善:
农牧民在种草时间上随意性很大, 不能按时播种;播种方式采用传统的手播方式进行撒播, 导致牧草发芽率低;田间管理、施肥较差, 影响牧草的生长、产量、质量。
2.2.3 虫灾较为严重:
据调查:金阳县人工草场受灾面积1.7万亩。在虫灾较为严重的草场, 金龟子幼虫平均密度为151条/m2。金龟子白天藏于土中, 黄昏后出土活动, 一直危害至黎明, 主要咬食牧草叶片。其幼虫蛴螬终生栖居土中, 活动主要与土壤的理化特性和温湿度等有关。在1年中活动最适的土温平均为13～18℃, 高于23℃, 逐渐向深土层转移, 至秋季土温下降到其活动适宜范围时, 再移向土壤上层。因此蛴螬在春、秋季两季为重。蛴螬喜食刚刚播下的种子、根、茎以及幼苗等, 使受害植株全部脱离地表枯死。
3 对策
3.1 转变观念、提高认识
随着城镇建设的发展, 农民的耕地面积不断减少, 在有限的土地上要实现经济新的增长点, 当前最重要的是充分利用土地资源, 合理规划, 大力推动种草养畜, 实现农牧民增产、增收。在传统的畜牧业中, 人们一味的追求家畜的数量, 衡量畜牧业发展与否较多都以该地区的牲口数目为依据, 这样就导致草场超载现象的产生。种草养畜不仅能在单位草地上生产出更多的优质牧草, 还能给农牧民带来一些新的经济亮点, 但必须是以草为本, 以草定畜, 使畜牧业、畜牧业生产得到良性发展。
3.2 依靠科学、推动草业发展
在开展种草进程中, 科学选种、精耕细作、科学施肥、搞好田间管理, 及时进行除草、防虫、治虫工作, 提高牧草产量、质量;认真宣传牧草的收割、饲喂技术, 提高牧草的利用率、转化率。
3.3 虫灾治理
3.3.1 人工捕捉:
幼虫每年随地温升降而垂直移动, 地温20℃左右时, 幼虫多在深10 cm以上处取食, 一般在夏季清晨和黄昏由深处爬到表层, 咬食苗木近地面的茎部、主根和侧根, 且多沿垅向移动, 在新鲜被害植株下深挖, 可找到幼虫集中处理。
3.3.2 化学防治:
幼虫危害严重时, 可亩用25 kg呋喃丹掺细沙, 均匀洒于受害草场。灌根要求清晨、傍晚作业, 用叉子沿床面垅向叉出深10 cm, 间距2 cm小孔, 用25%辛硫磷乳油300倍液灌注小孔。可用喷壶配药, 现用现配, 充分搅拌, 至药液为乳白色, 药液反复灌洞至满为止。
3.4 增草增畜、打造绿色畜牧品牌
绿色食品成为21世纪消费的主流, 绿色食品是指遵循可持续发展原则, 按特定的生产方式, 经专家机构认证, 许可使用绿色标志和无污染的安全、优质营养类食品。加大种草力度, 提高草食性家畜的比重, 发展生态畜牧业。
3.4.1 树立“立草为先”的意识, 要抓住国家“退耕还林还草”的机遇, 大规模发展林下种草、调耕种草, 力争3～5年内建成草地5.5万亩。
3.4.2 绿色食品具有纯自然性和环保性, 发展畜牧业要在未来的竞争中赢得市场, 走绿色畜牧产业之路。做到:一是要有稳定的绿色畜产品, 形成绿色畜产品就必须具有优质牧草;二是产品加工远离工业污染区;三是产品加工过程中不使用任何化学添加剂。具体的过程中可由点到面, 循序渐进, 大户带动, 专业村先行, 建立绿色畜牧示范基地, 形成以优良品种—优种繁育—优质饲草—优法育肥—精品加工的畜牧产业生产过程。
结语:金阳县有良好种植人工草地的自然环境, 只要树立“立草为业, 种草养畜”的新观念, 就能推广科技种草, 以草定畜, 为畜牧业持续发展大好基础, 提高农牧民思想素质, 加强土地资源的开发、种植、利用, 推动传统的游牧畜牧业向现代化畜牧业转变。
摘要：畜牧业是金阳县各族人民发展经济, 增加收入的重要产业, 但金阳县草业科技基础差, 投入低、草业建设正处于发展阶段, 草畜矛盾较为突出;因此, 种草养畜是缓解人畜争地争粮的必然选择, 人工种草更是畜牧业发展的质量指标和推动力。