期刊专刊 | 西藏草地生态系统与管理专辑现已上线

西藏草地生态系统与管理

专辑现已上线

客座主编寄语

本专辑是国家重点研发计划项目“青藏高原退化高寒生态系统恢复与重建与技术示范”的部分研究成果，旨在通过建立生产和生态功能相协调的草牧业技术体系，协调生态–草–牧关系，实现遏制草地退化和转变畜牧业发展方式的双赢目标。面对青藏高原草地退化的严峻挑战，迫切需要通过生态功能与生产功能相协调的方式实现区域协同。本专辑论文涵盖两个主题：草地生态系统功能与管理，生态系统对气候变化的响应，希望能通过这些成果促进高寒生态系统的适应性管理和可持续利用。                        

                                        张宪洲  石培礼

01

西藏高寒草甸冠层光合参数的遥感估算：站点研究

牛 犇，何永涛，张宪洲，等

摘 要：太阳辐射驱动的植物光合作用是所有生物圈功能的基础。高寒草甸生态系统范围广，土壤碳密度高，气候变化剧烈，因此是高寒生态系统关键过程响应气候变化的指示器。然而，对高寒草甸生态系统光合作用的主要参数，包括被冠层吸收的光合有效辐射占比（FPAR）、冠层消光系数（k）和冠层叶面积指数（LAI）季节动态的研究较为缺乏。利用2009–2011 年太阳辐射各组分和植被叶面积指数观测，分别估算了位于西藏自治区当雄县一个典型的高寒草地生态系统的这三个光合参数，并与最新MODIS（collection 6）遥感FPAR（FPAR_MOD）和LAI 产品（LAI_MOD）进行了对比。此外，基于比尔–朗伯吸收定律和MODIS 植被指数产品（归一化植被指数NDVI 和增强型植被指数EVI），本研究介绍了一个纯遥感手段估算高寒草甸生态系统植被冠层光合参数季节动态的方法。结果表明：2009–2011 年该研究区高寒草甸日均FPAR 分别是0.33、0.37 和0.35，所有4 个基于遥感的FPAR 产品，包括FPAR_MOD、基于比尔–朗伯吸收定律（常数化消光系数为0.5）估算的FPAR_LAI，以及2 个利用MODIS 植被指数产品与FPAR 地面观测（FAPRg）建立非线性统计模型估算的FPAR（FPAR_NDVI 和FPAR_EVI）均对FPARg 的年内季节变异做出了很好的解释。相比而言，FPAR_MOD 严重低估了FPARg，低估量超过了FPARg 本身的40%；FPAR_LAI 也明显低估了FPARg，低估量将近 20%，这主要是由于比尔–朗伯吸收定律中k 值在整个生长季都被设置为常数0.5，因此用FPAR_LAI去校准FPAR_MOD 在该高寒草甸不是一个科学合理的方法。通过遥感估算，该高寒草甸的k 值存在明显的季节变异，变异范围是0.19–2.95。考虑k 值的季节变化后，FPAR_NDVI 和FPAR_EVI 明显地提高了对FPARg 的估算精度，二者对FPARg 虽然有轻微的高估，但高估量均不到5%（RMSE=0.05）。基于植被指数（NDVI 和EVI）模拟的FPAR 和k 的季节动态，利用比尔–朗伯吸收定律估算的植被叶面积指数（LAI_NDVI 和LAI_EVI）明显提高了遥感LAI_MOD 产品的准确度。本研究揭示了基于比尔–朗伯吸收定律，植被指数构建的遥感模型可以提供该高寒草甸FPAR、k 和LAI 季节动态简单而有效的估算方法。

02

走向区域协同：协调草地生态功能与牧草生产服务

石培礼，张宪洲

摘 要：畜牧业和种植业在西藏高原不同地区长期处于分离发展状态，这种分离的格局导致了土地利用强度加剧和草场与农田生态系统的退化。农牧结合可通过行业间生态位互补提高粮食和饲料生产力，并有效提升复合生态系统的弹性，因此，通过协调畜牧业和饲料作物生产，走向区域协同成为农牧业发展和退化生态系统恢复的综合解决途径。通过区域耦合，协调专业化畜牧业和集约化农业，是解决放牧系统牧草不足和畜牧业生产瓶颈的有效办法。目前，要实现农牧业发展的区域协同，还必须从局域农场向区域层面推进。为此，从2016 年起，国家重点研发计划项目“青藏高原退化高寒生态系统恢复与重建与技术示范”开始实施，旨在通过建立生产和生态功能相协调的草牧业技术体系，协调生态-草-牧关系，实现遏制草地退化和转变畜牧业发展方式的双赢目标。面对青藏高原草地退化的严峻威胁，迫切需要通过生态功能与生产功能相协调的方式实现区域协同。本专辑组织发表草地生态和管理的相关论文，以期促进高寒生态系统的管理和可持续利用。

03

西藏高原高寒草地的多功能性及其阈值

宋明华，李 猛，霍佳娟，等

摘 要：生态系统可以同时提供多种功能和服务。对生态系统多功能性的认知有助于我们准确评估系统承载能力，并对维持系统可持续发展至关重要。但是，由于单个功能之间往往存在显著的相关性，且彼此非独立，使得准确量化生态系统多功能性具有很大的挑战。我们根据实地调查和遥感收集的NDVI 数据，通过整合四个重要的单个功能，量化了青藏高原高寒草地多功能性的空间格局。在此基础上，对沿青藏高原北部样带分布的四种主要草地类型的多功能性值进行提取，区分了气候和放牧强度对多功能性的影响。结果表明多功能性在高寒草甸具有很高的值。多功能性的低值在不同草地类型中是具有可比性的。年降水量可以解释多功能性沿四种不同草地类型的较大变异，即对多功能性有显著正向影响。放牧强度可以进一步解释多功能性的变化，即对四种草地类型的多功能性有显著负向影响。地下生物量、有机碳以及物种丰富度的持续快速下降导致了多功能性的急剧衰退，此时，裸土覆盖率达到了75%，对应的多功能性值为0.233。我们的研究结果首次展示了高寒草地多功能性的空间格局。多功能性的迅速下降表明，在植被覆盖率降低到25% 之后，多功能性可能会崩溃，还会伴随着物种和其他个别功能的快速丧失。本研究可为高寒草地的可持续发展和退化草地恢复提供依据和指导。

04

藏北高原高寒草地草畜平衡评估方法比较

曹亚楠，武建双，张宪洲，等

摘 要：放牧是世界各国利用草地的主要方式之一，其中草畜平衡又是畜牧业可持续发展的核心问题。然而，草畜平衡评估方面的方法相对较少，而且往往忽略了非生物因素对牧草产量的动态影响。本研究将长期的野外数据与遥感数据以及温度和降水的气候记录相结合，量化了2000–2016 年期间气候变化和人类活动对藏北高原高寒草地草畜平衡的影响。我们采用了两种不同的方法，分别是基于平衡理论的静态方法和基于非平衡理论的动态方法，同时还讨论了这两种方法在制定草地可持续管理潜在政策时的不确定性和缺陷。静态算法的结果表明，2000–2016 年，除尼玛县(包括双湖县)外，所有县的草地都存在严重的过度放牧现象。相比之下，动态方法结果显示，2000–2016 年仅有8 年过度放牧，其余9 年整个藏北高原高寒草地有盈余。此外，动态方法还发现藏北高原东南和西南地区县域的高寒草地过度放牧，而中部地区县域的高寒草地放牧较少，草地有盈余，这与实地调查结果一致。然而，对于受到人类不合理活动严重干扰的高寒草地，静态方法仍然值得推荐。

05

围栏封育对藏北地表热量平衡的影响

冯云飞，邸迎伟，张 晶，等

摘 要：围栏封育是西藏政府用来保护生态环境的重要举措之一。这项工程不仅会改变围栏区域的植被特征，也会影响藏北地区的地表热量平衡。关于现行的围栏封育工程对当地热量平衡影响的信息却很少，我们从当地的农牧局收集了藏北各县围栏的范围坐标，将其空间数据化，并基于卫星遥感数据和地表热量平衡系统的模型计算，来探究围栏封育后地表温度、地表反照率和蒸散的变化情况。这些变化会影响藏北高原的地表热量平衡和陆表温度。研究发现日间和夜间的陆表温度变化趋势呈现出非对称日变化，日间的升温幅度大于夜间的降温幅度；反照率的增加导致藏北高原吸收的短波辐射减少，引起陆表温度降低，中部地区降温幅度最大，达到了每10 年下降0.4~0.5 ℃；东部地区降温幅度最小，为每10 年下降0.1~0.2 ℃；蒸散的减少导致潜热能量输送减少，引起的地表温度升高最大的地区在中部地区，升温幅度大于每10 年上升1 ℃，升温最小的地区在西北部，升温幅度为每10 年上升0~0.1 ℃。

06

围栏封育对不同类型高寒草地植物及土壤养分的影响

王 芳，何永涛，付 刚，等

摘 要：围栏封育是高寒草地最为常见的保育方式，不同类型草地的封育效应可能会存在差异。开展该方面的研究，可以评估围栏封育对草地恢复的效应，为藏北高原不同类型退化草地的恢复措施提供科学依据。本研究以藏北地区的高寒草甸、高寒草原和高寒荒漠3 类草地为研究对象，采用单因素方差分析对生物量、叶片–土壤养分含量以及化学计量比进行差异性检验，探讨了围栏封育对这3 类高寒草地植物和土壤养分的影响。结果表明，围栏封育能显著提高这3 类草地群落的地上生物量，但仅提

高了10–20 cm 高寒荒漠的地下生物量；围栏封育显著提高了高寒荒漠优势植物叶片的养分含量和10–20 cm 土壤中全氮、全钾、有机碳的含量，并显著改变了C、N、P 之间的化学计量比；而在高寒草甸和高寒草原围栏封育仅仅显著增加了高寒草原中优势物种叶片的N 含量，其他养分指标和化学计量比均没有表现出显著的差异。以上结果表明，从植物和土壤养分来看，围栏封育对高寒荒漠草地的保育作用最为显著。

07

有机肥和无机肥对土壤微生物群落影响的整合分析

王江伟，张光雨，余成群

摘 要：为了研究土壤微生物群落对肥料响应的一般趋势，采用整合分析方法综合了与无机和有机肥料添加对土壤微生物群落影响有关的观察结果（N：氮；P：磷；NP：氮和磷；PK：磷和钾：NPK：氮磷钾；OF：有机肥；OF+NPK：有机肥和氮磷钾）。PK、NPK、OF 和OF+NPK 的添加分别使总磷脂脂质脂肪酸（PLFA）增长了52.0%、19.5%、334.3%和58.3%。NP、OF和OF+NPK 的添加分别使真菌增加了5.6%、21.0%和8.2%。NP，NPK 和OF 的添加分别使细菌增加6.4%、9.8%和13.3%。NP和NPK 添加分别使放线菌增加7.0%和14.8%。硝酸铵添加减少了革兰氏阴性菌（G–）。氮添加增加了农田中总PLFA、细菌和放线菌，减少了森林中的细菌和真菌，以及草地中的F/B 比值。氮磷钾添加增加了森林而不是农田中的总PLFA。氮的添加速率与氮的添加对革兰氏阳性细菌（G+）和G–的影响呈正相关。因此，不同肥料对土壤微生物群落的影响可能不同。有机肥料比无机肥料对土壤微生物群落具有更大的积极作用。肥料对土壤微生物群落的影响因生态系统类型而异。氮添加对土壤微生物群落的影响与氮添加形式和氮添加速率有关。

08

青藏高原干旱度指数对气候因子变化的响应

王向涛，张宪洲，王俊皓，等

摘 要：在气候变化条件下，干旱如何发生改变仍然没有搞清楚。量化干旱与气候因子之间的关系是预测全球气候变化背景下未来干旱风险发生的关键。本文对20002011 年青藏高原年干旱严重度指数(DSI)与气候因子的相关性进行了研究。空间平均DSI 随降水量的增加及相对湿度降低而增加，随日照的增加而减少。DSI 与气候因子的相关程度随植被类型的不同而不同。以高寒草甸为例，空间DSI 平均值与日照百分率(SP)和日照时数(SH)的相关程度(P<0.001)高于高寒草原(P<0.05)；在高山草原，空间DSI 平均值与平均水汽压(Ea)和最低相对湿度(MIRH)的相关性不显著，但在高山草甸为极显著水平或显著水平以上(P<0.05)。DSI 的变化幅度随温度、降水和水汽压的增加而减小，随风速和日照的增加而增大。因此，要弄清干旱与气候变化的关系，需要进一步考虑青藏高原的生态系统类型及其局地气候。

09

模拟增温对青藏高原高寒草甸群落碳氮计量学的影响

张豪睿，秦基伟，付 刚

摘 要：低温是影响青藏高原生态系统的重要限制因子。本研究基于青藏高原三个海拔（4300 m、4500 m、4700 m）上的模拟增温实验平台（开顶式增温箱，open top chambers，OTC），观测了2011 年8–9 月和2012 年8 月的高寒草甸生态系统的群落地上和地下碳氮计量学特征。结果表明：模拟增温显著增加了21.4% 的2011 年9 月4500 m 的群落地上氮含量，显著降低了3.9%的2012 年8 月4300 m 的群落地上碳含量，而对其他情况下的群落碳氮计量学特征无显著影响；模拟增温显著增加了5.5% 的2011年8 月4500 m 的群落地下碳含量，显著增加了28.0%的2011 年9 月4300 m 的群落地下碳氮比，显著降低了15.7% 的2011 年9月4700 m 的群落地下氮含量，显著降低了34.3% 的2012 年8 月4700 m 的群落地下碳含量，显著降低了37.9% 的2012 年8 月4700m 的群落地下碳氮比，而对其他情况下的群落碳氮计量学特征无显著影响。因此，模拟增温对不同海拔高度和不同月份的群落碳氮计量学的影响不一致，土壤铵态氮与硝态氮含量是影响植物群落碳氮计量学的主要因子。

10

西藏地区白草幼苗期抗旱性比较研究

张光雨，王江伟，张豪睿，等

摘 要：白草广泛分布在西藏干旱、半干旱地区，其根茎系统发达，抗旱能力较强。本文以西藏12 个地区的野生白草为材料，在中科院拉萨高原农业生态综合试验站研究野生白草幼苗在干旱胁迫下的生理特性，并用隶属函数法对抗旱性进行综合评价，拟筛选出抗旱能力较强的白草种类。实验采用5 种不同水势（0，–0.7，–1.4，–2.1，–2.8 MPa）的PEG-6000 溶液模拟干旱胁迫，测定12 份白草幼苗体内丙二醛（MDA）、脯氨酸（Pro）和叶绿素等生理指标。结果表明，随着水势的下降，白草体内活性氧的产生和消除平衡受到破坏，导致膜脂过氧化，产生丙二醛，加速叶绿素的分解；通过脯氨酸等渗透调节物质从外界吸水来抵御干旱。随着干旱胁迫的加剧，丙二醛的含量总体呈上升趋势，脯氨酸和叶绿素的含量总体呈先升后降趋势。利用隶属函数法对12个地区白草幼苗的抗旱性进行综合性评价，研究得出抗旱性由强到弱依次为：谢通门>林周>索县>当雄>定日>南木林>吉隆>林芝>普兰>定结>隆子>萨迦，表明谢通门、林周和索县白草的抗旱性较强，其是否适宜在西藏干旱、半干旱地区种植尚需进一步研究。

张宪洲

中国科学院地理科学与资源研究所研究员，博士生导师。

曾任中国科学院拉萨农业生态试验站站长，现为青藏高原研究会常务理事、生态系统与生物资源专业委员会主任。主持国家重点研发计划“青藏高原退化高寒生态系统恢复与重建与技术示范”、青藏高原科学考察和中国科学院战略先导专项计划等重大项目，通过野外地面观测、遥感等技术手段，结合生态学模型，研究高寒生态系统对全球变化的响应机制、高寒生态系统退化机制及恢复技术与模式。

石培礼

中国科学院地理科学与资源研究所研究员，博士生导师。

中国科学院拉萨农业生态试验站副站长，现为青藏高原研究会理事、中国生态学会种群生态学专业委员会、中国地理学会生物地理学和山地资源专业委员会委员，Journal of Resources and Ecology 副主编，《植物生态学报》编委。主要从事植物生理生态学和生态系统生态学研究，研究高海拔植物的生理生态适应和主要生态系统的碳、氮循环过程及生态系统功能。 

转载自中国地理资源期刊网

经作者授权转载

文章仅代表作者观点，与本公众号无关，版权归原作者所有

原文标题：

Journal of Resources and Ecology | 西藏草地生态系统与管理专辑现已上线

图文编辑：韩云松

责任编辑：安静

审编：李倩

终审： 顾伟男   田巍   梁龙武

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