【文献速递】农牧交错区草地生物多样性研究进展:方法、挑战、不足与展望

文摘   三农   2024-06-13 10:51   内蒙古  


.


引用本文

DOI:10.16742/j.zgcdxb.20230191

吕鑫,李晓兵,张辰昊,等. 农牧交错区草地生物多样性研究进展:方法、挑战、不足与展望[J].中国草地学报,2024,46(5):120-131.

LYU Xin,LI Xiaobing,ZHANG Chenhao,et al.Research progress on grassland biodiversity in agro-pastoral ecotone: Methods, challenges, shortcomings, and prospects[J].Chinese Journal of Grassland,2024,46(5):120-131.

.

农牧交错区草地生物多样性研究进展:方法、挑战、不足与展望




吕  鑫1,2李晓兵1,*,张辰昊1党东良1,王  凯1,娄安如2

1.北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室/地理科学学部自然资源学院

2.北京师范大学生命科学学院


摘要 & 关键词

土地利用变化是生物多样性丧失的主要驱动因素,农牧交错区耕地-草地界面变化对草地生物多样性有显著影响,系统梳理相关研究进展,对于区域可持续发展至关重要。本文首先从空间尺度、研究层次、研究方法和应用决策4个角度对农牧交错区草地生物多样性研究进展进行了系统阐述,然后分析了当前农牧交错区草地生物多样性保护面临的挑战和机遇,最后就目前已有研究的局限性和未来的发展方向进行了探讨,以期有助于探索耕地粮食生产和草地生物多样性保护的双赢方案。




生物多样性;农牧交错区;耕地-草地界面;空天地一体化;研究进展













耕草界面(图片由作者提供


农田撂荒(图片由作者提供


不同土地利用类型之间的转换是土地利用变化的主要表现,往往对生物多样性产生重要影响。作为地球上分布面积最为广泛的陆地生态系统类型之一,草地生物多样性保护受到国内外学者的广泛关注。农牧交错区耕地和草地之间的转换往往十分频繁,使得草地生物多样性保护面临严峻挑战。农牧交错区并不特指某一区域,而是主要由耕地和草地两种类型土地形成的过渡带。“界面”一词形象地表达了“相邻生态系统的交错区”这一概念,常出现在农牧交错区的相关研究中。通过系统阐述农牧交错区草地生物多样性的研究进展,可为相关研究提供科学依据,并促进基础科学研究向区域现实决策的转化。



01  农牧交错区草地生物多样性研究进展



.

1.1 研究层次不断深入,正朝着多维度、多尺度、多营养级的方向发展

生物多样性的研究维度通常可分为物种多样性、功能多样性和系统发育多样性。目前已有相关研究对物种多样性均有涉及,而对于功能多样性和系统发育多样性方面的关注还有待加强。
目前已有相关研究中,ɑ尺度的研究最为普遍,近年来β多样性也逐渐受到关注,但在γ尺度上的研究仍鲜有开展。未来有必要深入开展β尺度和γ尺度多样性的相关研究,揭示生物多样性的尺度效应,提高对农牧交错区草地生物多样性的系统认识。
农牧交错区草地生物多样性研究通常分为植物多样性和土壤微生物多样性两类,二者对于维持草地生态系统功能均具有重要作用。已有研究一般聚焦于其中某一方面,缺乏对草地地上和地下生物多样性耦合关联机制的研究。
1.2 空间尺度不断扩展,遥感手段扮演越来越重要的角色

在空间尺度方面,目前农牧交错区草地生物多样性研究主要集中在局地尺度,鲜有区域尺度上的模拟或研究,跨尺度的集成研究十分缺乏。近年来,随着遥感对地观测系统的不断发展和完善,农牧交错区草地生物多样性研究迎来新的发展机遇。然而,由于遥感技术的局限性和区域生态系统的复杂性,区域草地生物多样性监测还存在多源平台集成不足、监测指标相对有限、方法不确定性偏高等诸多不足。

1.3 研究方法不断丰富,助力生物多样性的系统性研究

农牧交错区草地生物多样性的调查方法不同于传统的草地生物多样性研究,样点设置一般包括两种方式:(1)选择多对临近的耕地、草地地块,分别在其中布设样点;(2)沿耕地—草地界面交界线垂直等距布置数条样线,按照一定规则在样线上布设样点(图1)。

在理化分析方面,农牧交错区草地生物多样性研究与传统生物多样性研究无显著差别。植物多样性调查常用植被功能性状分析方法,而土壤微生物多样性研究通常包括土壤理化参数测定和土壤微生物多样性分析两部分。

农牧交错区草地生物多样性研究常使用ANOVA方差分析和多重比较等方法检验生物多样性是否存在显著差异,使用Pearson相关系数分析多样性指数间的关系。在土壤微生物多样性研究中还常使用稀释曲线、NMDS分析、ANOSIM分析、SIMPER分析等方法。

1.4 当前将生物多样性科学研究落实到区域管理决策的能力存在不足

已有农牧交错区草地生物多样性研究以提出政策建议为主,将有关研究成果应用到区域实际管理的案例未见报道。未来应结合机器学习、情景模拟等方法,开展生物多样性空间模拟与预测研究,为实现耕地粮食生产和草地生物多样性保护的双赢提供决策支撑,促进生物多样性科学研究向区域管理决策转化。

.


02  耕地—草地界面生物多样性保护面临的挑战和机遇



.

2.1 耕地扩张对草地生物多样性保护的挑战

农业活动的快速发展往往会对草地产生显著影响,随着耕地的扩张,一些草地被开垦成农田,导致草地斑块和破碎生境,严重威胁生物多样性安全。总的来看,农牧交错区耕地与草地两种土地利用类型之间的关系密切,耕地扩张往往会显著影响草地植物、土壤微生物的生物多样性。
2.2 退耕还草背景下的草地生物多样性保护机遇
盲目开垦往往导致土地弃耕状况频发,显著影响草地生物多样性,而退耕还草为草地生物多样性保护提供了途径。未来应统筹推进耕地—草地的协同管理工作,从规划、管理等环节加强人工干预,实现种植业和畜牧业的结构平衡,实现农牧交错区耕地粮食生产和草地生物多样性保护的双赢。
2.3 基于文献统计的研究现状分析

2000年以来,国内外有关草地生物多样性研究案例数量最多、增速最快,耕地生物多样性研究案例数量较多且保持一定增速,但耕地—草地界面草地生物多样性的研究案例虽有增长趋势但数量一直低于10篇/年(图2)。未来应进一步加强耕地—草地界面草地生物多样性研究,为农牧交错区草地生物多样性保护提供丰富的理论依据。


.


03  已有研究的局限性



.


基于上述分析,笔者认为,目前农牧交错区草地生物多样性研究在一些方面还显得较为薄弱,主要包括:(1)聚焦于“耕地—草地界面变化对生物多样性影响”的研究相对较少;(2)生物多样性研究的维度、尺度和营养级有待扩展;(3)结合样地和区域的跨尺度研究亟需加强;(4)草地生物多样性研究的决策关联性不足。


.


04  未来工作展望



.


针对现有研究不足,笔者认为,未来可从以下几个方面进一步深化相关研究(图3):
(1)系统推进草地生物多样性研究。未来有必要朝着多维度、多尺度、多营养级的方向系统推进生物多样性研究,如:加强功能多样性与系统发育多样性研究,提高对不同维度生物多样性的认识;加强β、γ尺度上的生物多样性研究,提高对不同尺度生物多样性的认识;加强土壤微生物多样性研究,提高对不同营养级生物多样性耦合机制的认识。
(2)融入空天地一体化的遥感监测技术。遥感技术已成为广受认可的生物多样性研究方法,近年来无人机遥感技术的发展为生物多样性研究提供了更多的可能性。未来,需要融入空天地一体化的遥感监测技术,为区域草地生物多样性的监测提供及时、科学、准确的空间化信息,为区域生物多样性保护提供直接的决策依据。
(3)开展跨尺度科学研究促进区域管理决策。当代陆地生态系统科学研究越来越多地强调区域综合性研究,生态系统组分、过程和尺度的整合日益受到重视。未来,亟须发展跨尺度的生物多样性研究框架,将样地尺度的机理研究和区域尺度的模拟研究有机结合,进一步提高科学研究的决策关联性,为区域生物多样性保护和生态系统管理提供基础。





制作:胡晓然

校对:陶彦彤

审核:胡卉芳





往期回顾







文献速递

【文献速递】薹草属植物的生物学研究进展

【文献速递】谷子AGO基因家族全基因组鉴定及特征分析

【文献速递】湖南西部地区饲用甜高粱的生产性能比较

【文献速递】蒺藜苜蓿MtMYB16基因克隆、表达及转录自激活分析

【文献速递】赖草属叶绿体基因组密码子偏好性分析

【尹飞虎院士团队文章】我国沿海滩涂盐碱地改良与综合利用现状与展望

【文献速递】不同非生物胁迫对紫花苜蓿WL712幼苗生长和生理特性的影响

【文献速递】草地早熟禾PpSWEET1b基因克隆及功能研究

【草原大文章】草地放牧饲养要素分析

【文献速递】草地生态系统功能对气候变化的响应研究进展

【文献速递】陇东旱塬区一年生禾豆混播草地生产性能与营养价值研究

【文献速递】豆科植物-根瘤菌固氮系统及其碳氮互作

【文献速递】植物工厂条件下不同营养液配方对大麦苗生长的影响

【文献速递】一种新型复合乳酸菌剂对苜蓿青贮品质及细菌群落的影响



文献推介


【文献推介】气候、凋落物质量和辐射时间共同调节紫外线辐射对凋落物分解的净影响

【文献推介】蒙古高原土地利用/覆盖变化和气候变化对其景观生态风险影响的过去动态和未来预测

【文献推介】内蒙古大学徐柱文团队:干旱和氮沉降对典型草原生态系统功能的影响

【文献推介】面向城乡统一的土地市场构建成片开发项目中留用地土地开发补偿费核算

【文献推介】半干旱草原轻度放牧下生态系统服务的提高受到植物功能性状变化的影响

【文献推介】物种-面积关系的尺度依赖性在古北草原普遍存在但普遍较弱

【文献推介】半干旱草原粪居型和掘洞型粪食性金龟对马粪和牛粪分解的协同促进作用

【文献推介】区域尺度上物种丰富度比物种周转对生态系统功能的影响更大

【文献推介】日粮添加蓍草精油及其主要组分对瘤胃体外发酵和微生物组成的影响



期刊导读及目次浏览


《中国草地学报》2024年第5期目次

《中国草地学报》2024年第4期目次

《中国草地学报》2024年第3期目次

《中国草地学报》2024年第2期目次

《中国草地学报》2024年第1期目次

《中国草地学报》2023年第12期目次

《中国草地学报》2023年第11期目次

《中国草地学报》2023年第10期目次

《中国草地学报》2023年第9期目次

《中国草地学报》2023年第8期目次



.......

期刊介绍



《中国草地学报》(月刊)是中文核心期刊(2008-2023各版)、中国科学引文数据库(CSCD)核心库期刊、RCCSE中国核心学术期刊、中国科技核心期刊、中国农业核心期刊、《世界期刊影响力指数(WJCI)报告》来源期刊、《中国学术期刊评价研究报告》权威学术期刊(A+等级),曾多次荣获全国、省级优秀期刊荣誉,是中国草学领域创办最早的科技期刊。2023年复合影响因子3.328,综合影响因子2.738。设“研究报告”“综述与专论”“研究简报”等栏目。


左滑查看更多




点分享

点收藏

点点赞

点在看

.

中国草地学报
《中国草地学报》的宣传与推广、公众号用于作者专家等进行稿件查询、在线交流,丰富相关专业知识
 最新文章