藏原羚是青藏高原特有的珍稀有蹄类动物,广泛分布于三江源地区.预测三江源地区藏原羚的生境适宜性季节变化,了解环境变量的改变对藏原羚栖息地利用的影响,有利于制定对应的保护对策,也有助于了解藏原羚的生态位特征.本研究基于同一年冬季(2019年1月)和夏季(2019年8月)两次相同调查路线下藏原羚野外出现点,结合选取的8个环境变量,采用最大熵模型预测三江源地区藏原羚冬、夏季的生境适宜性和分布格局的差异,并通过环境响应曲线探讨环境变量对分布格局的影响.结果表明:冬、夏季,研究区藏原羚的适宜生境的接收者操作特征曲线下的面积平均值分别为0.901±0.023和0.882±0.024,拟合精度良好;三江源地区藏原羚冬、夏季适宜生境总面积分别为6.83×104、9.78×104 km2,夏季适宜生境面积比冬季明显增加,有向长江源园区以南及黄河源园区方向扩散的趋势.冬、夏季的生境适宜性都呈现出以三江源国家公园为中心、分布概率由中心的高值向周边逐渐递减的模式.季均温、海拔、人口密度和坡度是影响冬、夏季藏原羚分布的主导环境变量.与冬季相比,在气温明显升高的夏季,藏原羚适宜生境向海拔5000 m以上的地区和坡度小于25°的地区扩散,同时,夏季人类活动范围扩大侵占了藏原羚的适宜栖息地.

三江源国家公园是我国生态系统最为敏感及脆弱的地区之一,对其生态系统服务价值(ESV)的评估和模拟可以为生态保护与修复提供重要的科学依据.采用经济修正的当量因子法,基于土地利用数据构建三江源国家公园ESV评估模型,探究2005-2020年研究区ESV的时空格局演变,同时运用PLUS模型预测三江源国家公园2035年自然演变、水域保护、林草植被保护和生态保护4种情景下的ESV特征.结果表明:2005-2020年三江源国家公园的ESV呈微弱递增趋势,由2005年3.77×1011元增加到2020年3.93×1011元;影响三江源国家公园ESV的主要地类为水体、草地、雪/冰和荒地,其中水体面积变化对ESV变化的影响最为显著,其平均贡献率高达67.8％;PLUS模拟2035年4种情景下的ESV均高于2020年,其中生态保护情景下的ESV最高,为4.21×1011元,相比2020年的ESV增幅达到了7.2％.总体而言,在三江源国家公园的资源保护规划中,应注重对林草植被和水域的全面性生态保护,从而促进ESV的提高.

三江源区是青藏高原生态屏障的重要组成部分,科学构建生态安全格局对筑牢三江源区生态安全屏障、维护可持续发展具有重要意义.耦合层次分析法(AHP)与熵权法,基于生态系统服务、形态学空间格局分析(MSPA)、景观连通性等方法识别不同等级生态源地,利用土地利用类型并综合生态敏感性与地形位指数构建生态阻力面,基于Linkage Mapper工具识别不同类别生态廊道,构建三江源区生态安全格局.结果表明:(1)三江源区生态源地约 52371.30km2,占研究区总面积 13.70%,多为大尺度不规则斑块,呈现东多西少的空间分布格局;其中一级生态源地面积约为 48290.06km2,占生态源地总面积的 92.21%,集中分布在生态系统服务重要性较高的中部与东南部地区.(2)识别生态廊道共 328 条,廊道分布呈现中东部密集,西部稀疏的蜘蛛网状空间格局,整体呈东西向波状延伸态势.(3)识别生态夹点 1796km2、生态障碍点 2490km2,主要分布于研究区中南部的杂多县;提取生态断裂点 61 处,集中分布于治多县东南部.(4)构建"三区三带多点"生态安全格局,以生态维育发展区、中部修复关键区、西部生态保护区为"三区",以绿水青山维护带、生物保护关键带、河源安全建设带为"三带",识别核心修复点为"多点",考虑不同小区域内的生态状况,因地制宜进行生态建设.研究结果可以为三江源区生态保护地优化提供科学建议.

随着各种环境压力的日益增大,传粉昆虫多样性及其保护研究逐渐得到重视.为了调查三江源地区传粉昆虫的基本概况,于2021年7-9月通过随机样点法和定点观测法对14类(4目12科)传粉昆虫类群的传粉活动进行了观测.共得到传粉活动记录7 247条,观察到受访植物37种(13科31属).分析结果表明,三江源地区传粉昆虫类群的传粉活力由高到低依次是熊蜂(访花频次占总频次的70.13％)、其他双翅目昆虫(11.19％)、灰蝶(10.49％)和蛱蝶(3.08％),而其他的传粉昆虫类群的访花频次占比不足1％,传粉作用较弱;其中,熊蜂在不同植物上的访花活动会呈现不同的高峰期:如在甘肃马先蒿Pedicularis kansuensis上呈现两个访花高峰期(11:00-12:00 和 18:00-19:00),而在假水生龙胆 Gentiana pseudoaquatica 上只有一个访花高峰期(11:00-12:00)等.研究显示,熊蜂是三江源地区传粉活力最高的传粉昆虫类群,且其访花的日活动规律因自身特性、受访植物种类和外界环境变化呈现不同的访花高峰期.三江源地区的生态平衡离不开传粉昆虫的作用,加强对传粉昆虫的保护有助于三江源地区的生态恢复.本研究可为未来开展三江源地区传粉昆虫的传粉生物学研究提供参考,同时也对三江源地区生物多样性的保护提供理论数据.

三江源是我国重要的水源涵养功能区,也是我国乃至东南亚地区的生态屏障,具有重要的生态战略地位.揭示三江源水源涵养能力的空间分布、变化趋势及影响因素,对于推进生态保护与修复工程,提高区域水资源供给能力和维持生态系统健康稳定具有重要意义.基于InVEST模型,定量分析了三江源区水源涵养能力的时空变化及影响因素.结果表明:草地生态系统为三江源水源涵养功能主体,年平均水源涵养量为120.04亿m3.1990-2020年三江源水源涵养量呈显著上升趋势,变化速率为1.80亿m3/a(P＜0.05),年平均水源涵养量为163.84亿m3.生态治理前(1990-2005年)水源涵养量增长速率高于生态治理后(2005-2020年).三江源区水源涵养能力空间分布上表现出东南高、西北低的特点,显著增长面积为22.07万km2,占全区总面积的60.79％.生态治理前,降水量增加、实际蒸散量增加和实际蒸散比降低等气候变化为驱动水源涵养能力增长的主要因素;生态治理后,林、草地面积增加等土地利用/覆被变化为驱动水源涵养能力增长的主要因素.

叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)是定量陆地生态系统中光合作用、呼吸作用、蒸腾、碳和养分循环等过程中物质与能量交换的重要结构参数.目前大、中尺度的气候和生态水文建模使用的LAI产品主要来源于中分辨率成像光谱仪(MODIS),但由于其反演过程中的不确定性因素导致MODIS LAI产品在部分地区存在质量问题.以青海省复杂植被地区为研究区域,基于实地考察与采样验证了区域内MODIS LAI所存在的质量问题分布,并揭示了不确定因素的影响.与此同时,提出了一种基于PROSAIL模型与深度神经网络(DNN)的混合建模技术,针对MODIS LAI生成机制中地表分类数据、地表反射率数据和反演算法的不确定性进行改进,并基于青海省大范围实测LAI数据评估了改进前后产品的准确度,实测数据的验证结果发现:改进模型的LAI准确度(RMSE=0.48,R2=0.64)显著高于MODIS LAI(RMSE=0.71,R2 =0.56),预测结果与实测结果之间的偏差显著减少;区域尺度上,柴达木荒漠植被低覆盖典型区域、三江源高寒草甸中覆盖典型区域与青海湖牧场草地高覆盖典型区域的RMSE分别提高了 0.19、0.10、0.54,改进方法有效解决了MODIS LAI产品中高覆盖植被饱和效应导致的高估以及低覆盖植被未检索导致低估的质量问题,改进结果分布连续,更符合真实植被状况.基于以上研究,充分证明了研究方法对MODIS LAI产品的改进具有可靠性,能够在缺少实测样本数据的情况下有效提高MODIS LAI的质量,为全球植被环境监测与生态建模提供重要的数据支持.

环境足迹表征人类发展过程对环境的影响程度.环境足迹和居民福祉水平是衡量区域可持续发展能力的重要指标.计算了 2000-2018年三江源地区的环境足迹与环境边界,构建了三江源地区居民福祉评价框架,评估了 2000-2018年三江源地区环境足迹及居民福祉的耦合协调关系及动态变化特征,得到了 2000-2018年三江源地区环境足迹与居民福祉间的定量关系,可为有关部门制定合理的区域发展策略提供科学支撑.结果表明:(1)2000-2018年三江源地区人均环境足迹呈一直超过环境边界限额的状态.(2)三江源地区居民福祉按重要性排序表现为社会文化福祉高于安全健康福祉和基本需求福祉.2000-2018年,三江源地区居民福祉总体呈波动式上升趋势,其中安全与健康福祉的波动最大且对居民福祉的贡献度最高.(3)三江源地区环境足迹与居民福祉的耦合度与耦合协调度呈现波动上升趋势,二者关联水平逐渐提高,逐步趋于协调发展.

选取9个环境因子,采用MaxEnt优化参数模型评价三江源地区藏野驴Equus kiang、藏原羚Procapra picti-caudata适宜栖息地,并对其1990-2020年的变化特征进行分析.结果表明:藏野驴和藏原羚的适宜栖息地分别分布于海拔3 440～4 970 m 和 3 650～4 840 m、年降水量225～660 mm 和 220～625 mm、年均气温-7～0.5 ℃和-6～-0.6 ℃、坡度＜15°的平缓山地和山谷中有禾草、薹草高寒草原,以及嵩草、杂类草高寒草甸的区域,藏野驴占据地势较低、植被覆盖较高、草况较好的区域;栖息地不适宜区面积呈先增加后减少趋势,2005年占比最高,分别为65.58％和55.54％.三江源地区气候暖湿化带来的土地覆盖变化、草地覆盖度提升是藏野驴、藏原羚适宜栖息地变化的主要影响因子,保护区、国家公园的建立和多期生态保护建设工程的实施使藏野驴、藏原羚受人为干扰程度降低、适宜栖息地面积增大.研究对三江源地区典型野生动物栖息地适宜性进行科学评估,为野生动物栖息地保护、生态建设工程实施和国家公园规划管理等决策的制定提供科学依据.

三江源地区具有丰富的高原生物多样性,是我国重要的生态安全屏障.作为我国第一个体制试点的国家公园,三江源国家公园将被建成青藏高原大自然保护展示和生态文化传承区.为更好地服务于三江源国家公园建设,本研究从海拔、年均温和年降水等方面,在环境空间上系统比较了国家公园与三江源和可可西里自然保护区的差异;以4种两栖爬行动物即高原林蛙(Rana kukunoris)、倭蛙(Nanorana pleskei)、西藏齿突蟾(Scutiger boulengeri)和青海沙蜥(Phrynocephalus vlangalii)分布点环境条件在国家公园内外的异同为例,探讨分布受环境制约大、扩散能力弱的物种保护在国家公园建设中可能面临的机遇和挑战.结果表明,国家公园与己建自然保护区在地理空间上重叠较大,但它们在自然环境上的差别很明显;自然保护区内两栖爬行类所偏好的环境条件较多未包含在国家公园内.鉴于三江源的区位特殊性及对气候变化的敏感性,区域内两栖爬行动物等对环境依赖性强、扩散能力弱物种的有效保护不仅有助于保持物种遗传多样性和区域生态系统的完整性,也有利于更好地实现国家公园目标定位并服务于生态文明建设.为此,在国家公园内,应开展两栖爬行动物种群动态和群落结构的长期监测,加强基础生物学研究,掌握环境变化对两栖爬行动物分布、遗传、行为、形态、种群动态及群落可能产生的影响,实现区域内两栖爬行动物及其类似物种在环境变化下的永续生存.

土壤微生物是陆地生态系统的重要组成部分,在生物地球化学循环和维持生态系统功能等方面发挥着极其重要的作用.研究青藏高原高寒草甸的土壤微生物功能基因及其主要影响因子,对了解青藏高原微生物的功能代谢潜力和预测青藏高原受全球变化的影响具有重要意义.本研究选择三江源地区高寒沼泽化草甸和高寒草甸这两种革甸类型土壤微生物为对象,利用微生物功能基因芯片(GeoChip4.0)技术开展微生物功能基因多样性研究.结果表明:两种草甸样地共检测到各类型功能基因45818个,涉及到16类微生物介导的关键生物过程;除趋势对应分析和不相似性检验结果均表明,不同草甸类型的微生物功能基因结构有明显差异;检测到土壤微生物参与的所有碳代谢过程和关键的氮循环过程,高寒沼泽化草甸比高寒草甸具有较高的碳降解相关功能基因和氮素基因丰度和代谢潜力,但两种草甸类型的土壤有机碳和全氮含量相对稳定;典范对应分析结果表明,土壤pH值和土壤含水量是影响微生物功能基因结构的主要因素.综上,本研究结果有助于了解环境变化对高寒草地生态系统结构和功能的影响,可为高寒草地生态系统的保护和管理提供科学依据.