高寒湿地放牧干扰强烈,是其生态系统退化的主因.湿地植被生物量空间格局不仅能够反映自然因素的作用,也能够体现地域放牧等人类活动的主要特征,因此常作为表征放牧干扰格局的主要度量方法.但尺度效应导致的植被生物量影响要素在不同空间尺度下存在较大差异,尤其是针对面积为几十至几百km2范围的小尺度高寒湿地而言,自然因素和放牧等人为干扰对其植被地上生物量的共同作用特征仍不明确,缺乏针对该类型湿地的合理评估模式.以滇西北国际重要湿地纳帕海为例,在排除其它人为干扰的条件下,通过植被地上生物量的空间异质性特征来表征其放牧干扰格局,并以该案例为基础提出一种小尺度高寒湿地放牧干扰格局评估模式.研究尝试基于详细地面植被调查,获得潜在植被地上生物量,利用调查同时期高分定量遥感方法(法国PLEIADES卫星数据结合实测植被地上生物量建模)获得实际植被地上生物量,并使用潜在与实际植被地上生物量之差的空间异质性特征表示纳帕海湿地放牧干扰格局.该评估模式可以有效减少对于小尺度湿地放牧干扰数据的依赖,同时减少牛羊马等大牲畜散养带来的空间分布随机性.研究结果显示纳帕海湿地放牧干扰对湿地植被地上生物量的影响严重,影响比例约为93.5％.研究发现水文等自然因素和放牧等人为干扰分别决定纳帕海湿地植被地上生物量的上限和下限,并基于此提出四方面干扰调控策略.

客观、综合评价野果林放牧强度对正确认识林牧矛盾,制定科学合理的放牧制度具有重要意义.目前的研究主要集中在野果林放牧对植被群落特征和物种多样性影响上,然而野果林放牧活动本身的关注以及放牧强度的量化方法等方面尚不明确.基于此以新疆野果林 6 个典型放牧区为试验地,分析对比各放牧区的草本群落组成结构、生长特征、物种多样性以及牧道特征,并筛选出评价放牧干扰强度的主导因子,对其放牧干扰强度进行定量评价.结果表明:(1)草本群落特征方面,杏花沟物种数最多,且以禾本科种属植物为优势种;但莫乎儿沟草本密度比杏花沟高 1.26%;各放牧区物种多样性水平存在显著差异,与其他放牧区相比,莫乎儿沟Shannon-Wiener多样性、Simpson优势度指数最高,分别为 1.92、0.84,而吾都布拉克沟的Pielou均匀度指数最大;(2)牧道特征方面,伊勒格代沟的牧道密度显著大于匹里青沟,分别为 19.23%、14.77%,而杏花沟的牧道宽度显著大于大西沟;在牧道分布格局上,除匹里青沟外,其他放牧区皆为均匀分布;(3)相关性分析表明草本群落结构特征、物种多样性水平及牧道特征指标间均存在较好的相关关系,对其 12 个指标主成分分析筛选出草本群落盖度、生物量、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数以及牧道密度与格局指数可作为评价放牧干扰强度的主导因子,依据牧压指数判定杏花沟与莫乎儿沟为轻、中度放牧干扰,大西沟、伊勒戈代沟、吾都布拉克沟与匹里青沟为重度或极度放牧干扰.当前新疆野果林整体受到放牧重度干扰,急需优化或者制定科学的放牧制度维护野果林的可持续发展.

在日益加剧的气候变化和土地开垦、放牧等人类活动干扰下,具有多稳态特征的干旱区生态系统可能会经历从相对健康状态到退化状态的稳态转换,导致生态系统的功能下降.早期预警信号的识别是生态系统稳态转换研究的热点,也是管理实践中防止生态系统退化的关键环节.以往预警信号研究聚焦于通用信号如自相关性、方差等统计学指标,然而这些指标对于具有特定机制的干旱区生态系统可能并不适用.基于干旱区景观格局特征所发展起来的空间指标为生态系统稳态转换提供了独特的空间视角,对于理解干旱区生态系统退化过程和机理具有科学意义和实践价值.介绍了干旱区生态系统稳态转换现象及其转换机制;聚焦景观生态学的指标和方法,从空间视角总结基于干旱区景观格局特征的关键预警指标(植被覆盖度、植被斑块形态、植被斑块大小频率分布和水文连通性等),重点剖析这些关键指标的概念、量化方法、识别特征及其实践应用;最后针对指标的优势和局限性对未来的研究方向进行展望,包括发掘潜在景观指标,加强干旱区生态系统变化的多种驱动要素的相互作用机制研究,开展多时空尺度的实证研究,构建生态系统稳态转换预警信号的整体分析框架,以及加强指标阈值的量化研究等方面.

为探究新疆野杏(Prunus armeniaca)种群天然更新幼株个体的生长现状与空间分布格局,该研究选择野杏集中分布的霍城县大西沟、新源县杏花沟和巩留县小莫乎儿沟为研究地,分别在3处研究地设置林下、林窗以及空地样地,观测幼株的分布密度、基径、高度以及冠幅,并采用5m× 5 m相邻格子样方法(7个聚集度指数)判定分布类型,点分布格局法计算聚集强度.新疆野杏天然更新幼株特征如下:(1)分布密度由大到小依次为杏花沟、大西沟、小莫乎儿沟,林窗显著大于空地和林下,种群天然更新强度为325株·hm-2.(2)基径为小莫乎儿沟、大西沟显著大于杏花沟,空地显著大于林下和林窗,种群天然更新基径约1.7 cm.(3)高度为大西沟、小莫乎儿沟显著高于杏花沟,空地显著高于林下和林窗,种群自然更新高度为77.0 cm.(4)冠幅为大西沟显著大于小莫乎儿沟和杏花沟,空地显著大于林窗和林下,种群天然更新冠幅为38.7 cm.(5)有幼株的样地共22块,在5mx 5 m样方中,呈聚集、均匀与随机分布样地的比例分别为63.6％、27.3％和9.1％.(6)点分布格局中更新幼株在林下、空地多呈聚集分布,尺度为5-8 m时聚集强度最大;在林窗主要呈随机分布,尺度为1 m时聚集强度最大;其在不同生境的空间格局均为聚集分布到随机分布.研究结果表明,分布区域与生境类型均会显著影响野杏更新幼株的个体特征,表现为大西沟、小莫乎儿沟混交的林分类型更有利于幼株生长.林下严重抑制了更新幼株的分布数量,林窗利于种子的萌发定植,但幼株生长受阻,空地窗口条件利于更新幼株的生长发育.整体上种群更新障碍显著,现有更新幼株的空间分布格局是其对生境变化、生存胁迫以及放牧干扰等因素作出的自然选择,是种群寻找可以延续发展的策略.在此背景下,应加强保护干预,以促进新疆野杏种群更新.

以青藏高原东北缘高寒草甸为对象,研究不同放牧强度下植物群落和土壤因子的变化,以及群落物种分布与土壤物理结构和化学养分因子的定量关系.结果表明:放牧导致优势种为垂穗披碱草和大针茅的原植物群落发生分异,高强度放牧样地优势种变为矮生嵩草和阴山扁蓿豆,低强度放牧样地变为垂穗披碱草和冷地早熟禾.随放牧强度增加,物种丰富度、重要值和生物量均显著降低.各放牧强度样地重要值的物种序列均可用对数模型进行拟合;随放牧强度增加,植物重要值累积到占整个群落重要值50％时,需要的物种数降低.土壤速效P、速效K、紧实度、含水量、稳定入渗速率和大团聚体指标随放牧强度显著变化,但变化规律不一致.CCA排序表明,土壤紧实度是放牧作用下影响群落物种分布格局的最关键因子.方差分解表明,土壤因子共解释群落物种分布变异的30.5％,其中土壤物理性状单独解释群落物种分布的22.8％,对群落物种分布的贡献率最高,主要影响放牧干扰下高寒草甸植物群落物种的分布格局.

高寒荒漠草地是青藏高原天然牧场的重要组成部分,对气候变化的响应敏感,且受放牧活动干扰较大,然而,目前仍缺乏数据解释气候变化与放牧对高寒荒漠草地生长的相对影响.西藏阿里地区的日土县,处于季风带和西风带的过渡区,形成以高寒荒漠草原为主的植被类型.基于西藏日土县2000-2016年间的MODIS遥感植被指数(NDVI),以牲畜存栏数(LN)作为放牧的关键指标,以气温、降水和标准化降水蒸散指数(SPEI)数据作为气候变化的指标,分析了研究区草地NDVI的时空变化格局以及气候变化与放牧对NDVI变化的相对影响,据此评估已实施的退牧还草生态建设工程效应.主要研究结果如下:1)2000-2016年间NDVI先减后增,总体呈现增加趋势,这与温度、降水、SPEI以及LN的变化密切相关,其中,LN对NDVI变化的影响相对更大;2)偏相关分析结果表明,退牧还草工程实施前(2000-2007),LN对NDVI变化的影响更大,而工程实施后(2008-2016),表现为SPEI对NDVI变化的影响更大.研究结果表明,高寒荒漠草地生态系统十分脆弱,在不同空间以及时间尺度受到气候变化和放牧活动的影响也有所不同.退牧还草工程通过控制牲畜数量,减轻放牧压力,在很大程度上遏制了该地区植被尤其是草原和湿地NDVI的降低趋势.

定量分析保护地内的人为干扰对珍稀濒危物种的保护非常重要.红外相机技术可为评估人为干扰提供重要数据.我们于2014年1 1月至2017年12月,利用红外相机对浙江清凉峰国家级自然保护区千倾塘区域的野生华南梅花鹿(Cervus nippon kopschi)栖息地存在的人为干扰进行了监测调查.调查共计布设57个监测位点,记录到人为干扰独立照片152张,识别到7个主要干扰类型,分别是行走干扰、盗采干扰、盗伐干扰、盗猎干扰、牛干扰、羊干扰、家犬干扰.研究结果表明,栖息地内的人为干扰与梅花鹿的活动节律和重要分布区域存在一定的重叠.人类干扰(包括行走、盗采、盗伐、盗猎)是主要干扰.干扰高发季节为春、秋季.行走干扰、采伐干扰、家犬干扰在上半年(1-6月)最高;牛干扰在4月和11月较高,羊干扰在4月和9月最高.保护区内干扰主要出现在07:00-18:00,干扰强度最高的时间段为08:00-10:00.在空间分布上,华南梅花鹿的主要分布小区(道场坪、癞痢尖、螺蛳尖)以及重要水源地(千倾塘)干扰强度较高.人类干扰和家犬干扰集中于千倾塘区域西部,放牧干扰集中于千倾塘区域东部.本次研究为利用红外相机进行保护区内人为干扰研究提供了案例,同时为管理部门制定和实施有效管理策略提供了科学依据.

明确野生动物栖息地的空间分布格局和影响因子,是有效的栖息地管理和物种保护的基础.基于王朗国家级自然保护区自2001至2018年间的野外调查记录,首次使用MaxEnt模型对蓝马鸡(Crossoptilon auritum)栖息地适宜性进行了分析和评价.结果 显示:(1)地形特征和极端时期的气候是影响蓝马鸡栖息地适宜性的主要环境因子,年最低温高于-14.4℃、海拔约2430-3100 m、坡度小于40°、靠近河流且最干月降水低于4.4 mm的区域属于蓝马鸡的适宜栖息地;(2)保护区内共有蓝马鸡栖息地102.28 km2,约占保护区总面积的三分之一,其中适宜栖息地面积59.41 km2,次适宜栖息地面积42.87 km2,为该物种提供了面积巨大且连通性极好的栖息地;(3)在不适宜蓝马鸡分布的区域,海拔过高和最干月降水量较大是限制其栖息地适宜性的主要环境因子.目前保护区内主要的人为干扰类型是牦牛和马匹的放牧活动,并且放牧强度和区域有扩大趋势,潜在威胁着蓝马鸡种群及其栖息地.因此,基于模型结果和野外调查,为避免保护区内蓝马鸡栖息地的退化和破碎化,提出了控制放牧数量和面积、增强对放牧人员的宣传教育以及定期监测河流水质的保护建议,以期促进蓝马鸡的种群和栖息地保护.

掌握物种栖息地空间分布格局及其环境影响因子,是开展物种保护及栖息地管理的基础.据近5年的红外相机位点和样线调查记录,利用MaxEnt模型,首次对九寨沟县四川羚牛栖息地的适宜性进行了分析评价.结果表明:1)气候、地形、植被和干扰因子均对九寨沟县四川羚牛栖息地适宜性产生了不同程度的影响,四川羚牛的最适宜栖息地的特征为季节性降水约75.5～78.6 mm、海拔约为2 125～3 500 m、针叶林或落叶阔叶林、与建成区(1～10 km)和道路(4～5 km)保持一定距离、年均温约1～6.5℃;2)九寨沟县内共有四川羚牛栖息地2 363.18 km2,占整个县域面积的45.05％,其中适宜栖息地面积为370.03 km2;3)自然保护区及其周边地区包含了四川羚牛适宜栖息地253.22 km2,占四川羚牛适宜栖息地的68.43％;4)相较于白河和勿角,九寨沟自然保护区的适宜栖息地面积仅占该保护区面积的9.81％.基于研究结果,为保护四川羚牛的栖息地,建议:1)关注保护区外四川羚牛栖息地;2)合理规划保护区外放牧强度,严格控制保护区内放牧行为;3)加强宣传教育,强化社区参与保护意识;4)依据栖息地斑块,建立生态廊道,确保扩散通道畅通;5)提高旅游管理水平.

植物根系属性与其生态适应性密切相关.为明确不同放牧干扰下克氏针茅和多根葱两种优势植物根系属性差异,比较了轻度放牧、中度放牧、重度放牧下克氏针茅和多根葱地下根系长度、根系表面积、根系直径、根系体积、根尖数、根系分叉数、比根长和比表面积的形态特征,分析了2种植物根尖比、根长比、表面积比、体积比等根系形态格局,研究两种植物对放牧压力的生态适应性.结果 表明:放牧抑制了克氏针茅地上和地下部分生长,促进了多根葱地下部分生长,且放牧对克氏针茅地下部分的影响大于地上部分,表明在放牧干扰下克氏针茅通过地上部分来维持生长,多根葱通过地下部分来维持生长;根系长度、根系分叉数、根系表面积和根尖数是影响克氏针茅根系属性的主要因子,根系长度、根系表面积和根系体积是影响多根葱根系属性的主要因子;克氏针茅通过增加0～0.7 mm径级根长比、表面积比和体积比来适应放牧压力,而多根葱通过增加1.4～ 1.8 mm径级根长比、表面积比和体积比来适应放牧环境.研究克氏针茅和多根葱根系属性差异可以为草地退化防治提供科学依据.