荒漠化草原生态系统中可控水草畜平衡管理阈值研究

论文摘要

我国西部荒漠草原区水资源紧缺,普遍的超载过牧天然草地资源已被超极限利用,导致生态环境恶化,造成大规模的沙尘暴天气。解决这些问题的根本途径是:在树立解决草原生态退化问题主要依靠大自然自我修复能力的理念基础上,合理开发利用水资源,以水定草、以草定畜,确定灌溉人工草地适宜发展规模并控制载畜量,解决牲畜超载和冬春饲草不足的矛盾,实现区域性水草畜系统平衡,使草原区的生态环境向良性化方向发展。本文论述了草原生态系统中水草畜平衡管理的理论基础和国内外研究进展,以可持续发展理论为指导,应用生态系统管理的理论方法,采用“点”和“区域”结合的研究技术路线及系统分析优化技术,以构建草原生态建设中水草畜平衡理论及系统耦合机制与生态畜牧业发展模式为研究目标。研究内容和创新点:1.在对生态地下水位与地下水可持续开采量的概念及研究进展综合分析的基础上,结合区域性研究成果,提出了水管理阈值的概念和指标体系框架;针对荒漠化草地建立了地下水位埋深与天然植被生长关系模型,应用SWAP模型模拟了GSPAC系统地下位埋深及天然植被生长状况,获得了天然植被生态需水量。2.根据荒漠化草原区生产实践和建设发展水平提出了人工种植冷季补饲型和暖季放牧冷季舍饲型两种适宜的生态畜牧业建设模式;分别应用多目标遗传算法和目标规划法(Goal Programming),研究分析了以水利建设为基础的荒漠化草原生态系统中典型区域—毛乌素沙地鄂托克前旗牧区水草畜平衡管理的阈值和技术经济指标。3.提出了牧区水利建设的任务和目标—实现区域性水草畜系统平衡;应用层次分析法原理(AHP),建立了牧区水利建设多目标权重评价模型,确定了子目标的权重;分析了西北牧区灌溉人工草地适宜发展规模和水草畜平衡管理阈值。研究结果表明:荒漠化草原人工种植冷季补饲型和暖季放牧冷季舍饲型生态畜牧业模式的灌溉人工草地面积分别应占可利用草地面积的1.58%和3.0%;从水资源可持续利用方面分析,灌溉人工草地建设发展规模应有限度,水资源条件起决定作用;牧区水利学科是涉及水资源、草地资源、牲畜、灌溉、种植业、林业及生态环境等多学科交叉的研究领域,针对具体区域应研究确定水草畜平衡管理阈值指标体系;牧区水利建设的任务是以保护生态环境为前提,以水资源和草地资源可持续利用为准则,确定科学合理的灌溉人工草地发展规模和可持续载畜量,进行水利工程的合理配置,解决灌溉人工草地和人畜供水等问题,其目标是实现区域性水草畜系统平衡。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 研究背景和问题的提出
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 牧区水利建设思路及模式
• 1.1.3 问题的提出
• 1.2 研究目的和意义
• 1.3 研究内容与框架体系
• 1.3.1 水管理阈值的概念和指标体系
• 1.3.2 荒漠化草地GSPAC 系统水分运动与植被生长关系及生态需水研究
• 1.3.3 牧区水草资源承载力和水草畜平衡管理阈值研究
• 1.3.4 西北牧区灌溉人工草地适宜发展规模分析
• 1.3.5 牧区水利建设目标权重分析
• 1.4 预期成果与创新特色
• 1.4.1 预期成果
• 1.4.2 创新特色
• 1.5 研究基础
• 2 草原生态系统中水草畜平衡管理的理论基础和国内外研究进展
• 2.1 农业可持续发展的提出和研究现状
• 2.1.1 农业与生态环境关系的演变
• 2.1.2 《寂静的春天》、《增长的极限》——环境问题的思索
• 2.1.3 农业可持续发展的历程
• 2.1.4 农业可持续发展的定义
• 2.1.5 中国农业可持续发展研究
• 2.1.6 国内外“生态农业”的发展研究现状
• 2.2 国内外草地畜牧业发展研究概况
• 2.2.1 国外草地畜牧业发展研究进展
• 2.2.2 国内草地畜牧业发展情况与趋势
• 2.3 生态系统管理的概念和研究进展
• 2.3.1 生态系统管理的概念
• 2.3.2 研究进展
• 2.4 GSPAC 系统中土壤水分运动研究进展
• 2.5 生态环境需水量研究进展
• 2.6 生态地下水位的概念和研究进展
• 2.6.1 生态地下水位的概念
• 2.6.2 生态地下水位研究进展
• 2.7 地下水可持续开采量的概念和进展
• 2.8 水资源综合管理的概念和地下水管理阈值指标体系
• 2.8.1 水资源综合管理的概念
• 2.8.2 地下水管理阈值指标体系
• 2.9 资源承载力研究进展
• 2.9.1 土地承载力
• 2.9.2 区域水资源承载力
• 2.9.3 区域水资源优化配置研究
• 2.9.4 环境承载力
• 2.9.5 生态承载力
• 2.9.6 资源承载力研究理论和方法
• 2.9.7 研究进展述评
• 3 荒漠化草地GSPAC 系统水分运动与植被生长关系及生态需水研究
• 3.1 试验区概况与试验设计
• 3.1.1 试验区概况
• 3.1.2 试验设计
• 3.1.3 试验观测项目及方法
• 3.2 土壤水分运动参数的测定
• 3.2.1 土壤水分扩散率的测定
• 3.2.2 土壤水分特征曲线的田间测定
• 3.2.3 实验室测定土壤水分特征曲线
• 3.3 植被生物量的测定和分析
• 3.3.1 地上生物量
• 3.3.2 地下生物量
• 3.4 地下水位埋深与天然植被生长关系模型研究
• 3.5 基于SWAP 模型模拟地下水埋深及天然植被生长状况的研究
• 3.5.1 SWAP 模型简介
• 3.5.2 SWAP 模型中的土壤水运动
• 3.5.3 SWAP 模型的上边界条件
• 3.5.4 SWAP 模型中的下边界条件
• 3.5.5 SWAP 模型率定的方法
• 3.5.6 输入资料
• 3.5.7 基于SWAP 模型模拟的不同水文年地下水埋深的预测研究
• 3.6 天然植被生态需水的计算
• 3.6.1 生态环境需水的计算方法
• 3.6.2 试验区天然植被生态需水量的计算
• 3.7 结论与讨论
• 3.7.1 地下水位埋深与天然植被生长关系模型
• 3.7.2 基于SWAP 模型模拟地下位水埋深及天然植被生长状况的研究
• 3.7.3 天然植被生态需水量
• 4 牧区水草资源承载力和水草畜平衡管理阈值研究
• 4.1 牧区水草资源持续利用优化决策模型
• 4.1.1 牧区水草资源持续利用优化决策原则
• 4.1.2 牧区水草资源可持续利用优化决策内容
• 4.1.3 牧区水草资源可持续利用优化决策模型建立和求解
• 4.2 节水节能井灌系统可行方案分析和模式研究
• 4.2.1 牧区井灌系统可行方案的分析确定
• 4.2.2 牧区井灌系统节水节能和经济指标分析
• 4.2.3 节水节能井灌系统模式优选
• 4.3 应用实例分析
• 4.3.1 鄂托克前旗牧区基本情况
• 4.3.2 鄂托克前旗牧区水草资源可持续利用优化决策分析
• 4.3.3 鄂托克前旗牧区草地生态系统水草畜平衡管理阈值水平分析
• 4.3.4 家庭畜牧业产业结构及技术经济指标
• 4.4 结论与讨论
• 4.4.1 研究区水草畜平衡管理阈值
• 4.4.2 生态畜牧业建设模式及技术经济指标
• 4.4.3 水利化家庭畜牧业促进了毛乌素沙地生态环境改善，提高了牧民收入水平
• 4.4.4 研究区耗水平衡分析
• 5 西北牧区灌溉人工草地发展规模和水利建设目标权重分析
• 5.1 西北地区水资源开发利用程度
• 5.2 西北牧区草地资源状况和生态环境问题
• 5.2.1 西北牧区草地资源概况
• 5.2.2 西北牧区的主要生态环境问题
• 5.3 西北牧区人工草地建设发展情况
• 5.4 西北牧区灌溉人工草地适宜发展规模和草畜平衡分析
• 5.5 西北牧区水草畜平衡分析
• 5.6 西北牧区水利建设目标权重分析
• 5.6.1 评价模型的建立
• 5.6.2 应用AHP 法确定目标权重的步骤
• 5.6.3 计算结果与分析
• 5.7 结论与讨论
• 5.7.1 西北牧区灌溉人工草地适宜发展规模
• 5.7.2 牧区水利建设各子目标的权重分析
• 5.7.3 讨论与建议
• 6 结论与展望
• 6.1 牧区水利建设的任务和目标—区域性水草畜系统平衡
• 6.2 西北牧区水草畜平衡管理的阈限值
• 6.3 牧区水利建设各子目标的权重分析
• 6.4 生态畜牧业建设模式及技术经济指标
• 6.5 研究区水草畜平衡管理阈值和耗水平衡分析
• 6.6 地下水位埋深与天然植被生长关系模型
• 6.7 基于SWAP 模型模拟地下位水埋深及天然植被生长状况的研究
• 6.8 天然植被生态需水量
• 6.9 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介