气候变化影响下的天山巴音布鲁克草原牲畜规模动态研究

The ecological balance of the grassland ecosystems and the development in pastoral areas are directly impacted by the grassland area and livestock scale. This project is planned to select Tianshan Bayanbulak Grassland as study area; from the point of view of grassland ecology, considering the influence of natural factors on grassland and livestock,the dynamical change of the livestock scale is studied by the mathematical tools in Tianshan Bayanbulak Grassland.Using the remote sensing inversion, regression analysis, neural network and chaotic time series theory as the main methods, the precipitaiton, temperature and the amount of livestock are analysied in the study area. The discrete sheep-grass dynamical model is establised based on the existing grazing models and prey-predator modoels. The dynamic changes of the grassland productivity, grassland area and the grazing capacity are discussed with the precipitation, temperature and human disturbances conditions. Using the discrete dynamic theory, the dynamic behaviors of the grassland and livestock which are caused by the pasture growth rate, the grazing rate and the livestock harvesting rate and other parameters are discussed. For example, stability ,bifurction and chaos. According to the actual data, the model parameters are determined to simulate and predict the grassland area and livestock scale. Further, based on ecological and economic benefit, the reasonable carring capacity is given and the optimum grazing plan is provied. The scientific basis is also provied for the sustainable utilization of grassland and the reasonable selection of livestock. .

草地面积和牲畜规模的动态变化直接影响草地生态系统的生态平衡和牧区的经济发展。本项目拟选取牧草资源丰富的天山巴音布鲁克草原为研究区；从草地生态学出发，考虑自然因素对草场和牲畜的影响，利用数学工具研究天山巴音布鲁克草原牲畜的动态变化。以遥感反演、回归分析、神经网络和混沌时间序列理论为主要方法，分析研究区域的降水、温度、草地面积和牲畜量等数据。基于现有放牧模型和捕食—被捕食模型，建立离散的羊—草动力学模型。研究降水、温度和人为因素对草地生产力、草地面积及其牲畜量的动态变化。利用离散动力学理论分析牧草生长率、放牧率和收获率等参数对草地和牲畜的动力学行为影响：如稳定性、分支和混沌。根据实际数据，确定模型参数，对草地面积和牲畜规模进行模拟和预测。进一步，在经济效益和生态效益的基础上，给出合理的载畜量，提出优化放牧方案；为草地可持续利用和载畜量的合理选择提供科学依据。

草地面积和牲畜规模的动态变化直接影响草地生态系统的生态平衡和牧区的经济发展。气候变化（如：气温、降水、日照）和人类活动对草场产草量、草场面积和牲畜规模产生直接影响。现有种群模型很少考虑气候变化和人类活动因素对模型动力学行为的影响。从而无法描述上述两类因素变化对种群动态变化的影响。另外，现有种群模型偏重于理论模型和数值分析，很少利用实际数据进行参数率定，分析模型的动力学行为。因此，本项目选取天山巴音布鲁克草原为研究区；从草地生态学出发，考虑自然因素对草场和牲畜的影响，利用数学工具研究巴音布鲁克草原牲畜的动态变化。以种群模型和混沌时间序列理论为主要方法，分析研究区域的降水、温度、草地面积和牲畜量等数据。基于现有捕食—被捕食模型，建立离散的羊—草动力学模型。研究降水、温度和人为因素对草地生产力、草地面积及其牲畜量的动态变化。利用离散动力学理论分析牧草生长率、放牧率和收获率等参数对草地和牲畜的动力学行为影响。. 本项目重要结果有以下几个方面。第一：系统分析1958-2012年研究区极端气温和降水的年和季节尺度的变化特征。结论表明，日平均气温、日最低气温和日最高气温均为显著的线性增加趋势。其中，日最低气温的增温趋势最大，为每十年0.67℃。得到气温和降水与植被的相关关系。第二：揭示整个亚洲中部干旱区的气候变化特征及相应的物理机制。第三：完成研究区两次野外采样，获取牧区的草场面积、牧草种类和牲畜结构等关键资料；采集到土壤样品63个，牧草样品21个。完成土壤样品的养分测试分析和牧草生物量的测试。第四：在生态种群模型研究方面，建立三维离散种群模型，通过理论分析和数值模型得到不同参数变化下对种群的动力学行为影响: 分支、混沌和复杂的非线性特征。. 上述结果对研究区的气候变化对牲畜规模的相互关系深入研究提供重要信息；为草地可持续利用和载畜量的合理选择提供科学依据；为离散种群模型的动力学行为研究提供理论方法和知识。丰富研究区的气候变化研究内容和离散种群模型。