放牧影响下草地生产力及承载力研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 陈子蔚 |
| 答辩日期 | 2025-05 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 郑度 ; 赵东升 |
| 关键词 | 放牧 草地 地上净初级生产力 承载力 整合分析 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 草地生态系统是陆地生态系统的重要组成部分。畜牧业是草地生态系统的主要利用方式，为全世界数十亿人口提供畜牧产品。然而，随着全球对畜牧产品需求的持续增长，畜牧业的快速发展对草地生态系统的可持续性带来了严峻挑战。地上净初级生产力（ANPP）不仅反映草地植被的碳吸收能力，也是动物产品的直接能量来源。草地ANPP 与其对牲畜的承载能力密切相关，而草地的承载力决定了其可持续性。因此，研究放牧对草地ANPP 的影响，评估草地对牲畜的承载能力，对于增进对全球碳循环过程的认知、实现放牧生态系统的可持续发展具有重大意义。本文基于整合分析和机器学习方法，在气候变化背景下研究了牲畜放牧对草地ANPP 的影响，并以草地ANPP 响应为核心评估了草地承载力。具体而言，本文构建了全球天然草地ANPP 长时序逐年数据集；识别了调控放牧对草地ANPP 影响的关键因素；刻画了放牧对草地ANPP 影响的时空格局；并揭示了全球草地承载力的时空分异及其对气候变化的响应。本文的主要结论如下： （1）结合天然草地ANPP 实测数据集和机器学习方法，构建了当前及未来全球天然草地ANPP 逐年数据集，其能够有效反映草地ANPP 的空间分异、长期趋势和年际波动特征。1958–2023 年间，全球草地平均ANPP 总量为11.1 Pg，非洲草地ANPP 最高。草地ANPP 的长期变化趋势可分为快速增长（1958–1975 年）和增长停滞（1975–2023 年）两个阶段。短波辐射、降水量和潜在蒸散发主导了草地ANPP 的多年变化趋势。此外，非洲热带草原对于全球ANPP 年际波动的贡献尤为显著，降水量是ANPP 波动的主要驱动因素。在未来气候变化下（2015–2100 年），全球天然草地ANPP 总体上将呈现下降趋势，且呈现较强的空间差异。 （2）整合分析发现，放牧对全球草地ANPP 整体上具有显著的消极影响，放牧强度是草地ANPP变化的主导因素。载畜密度对ANPP变化的解释能力较弱，需结合环境因子进行综合评估；草地ANPP 对牲畜食草率的响应呈现单峰模式，该模式证实了放牧优化假说。放牧对草地ANPP 的消极影响随放牧持续时间增加而减弱，体现了草地ANPP 对放牧的适应性。牲畜类型和放牧季节也显著影响ANPP 对放牧的响应：混合放牧比牛单牧或羊单牧更可能导致ANPP 下降；全年放牧比生长季放牧对草地ANPP 的消极作用更大。此外，本文确定了影响草地ANPP 响应的五个关键环境变量：对照草地ANPP、采样年气温、采样年降水量、土壤粘粒含量和土壤碳氮比。 （3）机器学习模型结果表明，放牧对草地ANPP 的影响呈现出显著的空间分异和时间动态特征。在全球尺度上，放牧导致草地ANPP 整体上减少12%；其中非洲和南美洲的热带草原ANPP降幅最大，而亚洲草地ANPP有微弱的增加。1958–2023 年间，全球草地ANPP 对放牧响应的趋势在不同区域存在差异：放牧对热带草地的消极影响有所减轻，而对干旱和寒冷草地的负面影响逐渐加剧。在未来气候变化下，草地ANPP 对放牧的响应将略微超过1958–2023 年间的平均水平。放牧对草地ANPP 的消极影响说明，当前的全球动态植被模型由于忽略了放牧作用而高估了草地ANPP，从而高估了大气二氧化碳的移除量。 （4）构建了以草地ANPP 对放牧的响应模式为核心的草地承载力评估方法。结果显示，在土壤氮可用性较高且水热条件优越的地区，草地承载力较低，这与该区域内竞争型植物对放牧抵抗能力较弱有关。1958–2023 年间，全球草地承载力总体呈下降趋势，其中气候寒冷干旱区域的承载力下降趋势更为显著。在SSP245 和SSP585 情景下，草地承载力将进一步降低。在2015–2100 年间，“草畜双赢”目标下的全球牲畜承载总量仅为历史水平的60%，但仍有一定载畜潜力。为实现畜牧业生产和草原生产力的协同发展，本文推荐根据“草畜双赢”目标指导畜牧生产实践。该目标能够在维持草地可持续发展的前提下实现牲畜产量的最大化，有助于实现多个可持续发展目标。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 175 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/217275]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 陈子蔚. 放牧影响下草地生产力及承载力研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2025. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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