青藏高原在全球气候变化背景下展现出高度生态敏感性及脆弱性,而对其典型优势种的适生区时空动态进行预测既是实行生态恢复的前提,也能为制定保护对策提供依据.本研究以青藏高原温性荒漠草原的优势种中亚紫菀木(Asterothamnus centraliasiaticus)为对象,基于MaxEnt模型,结合82条中亚紫菀木在青藏高原的有效分布记录和筛选后的6个生物气候变量,模拟预测中亚紫菀木在历史(全新世中期)、当前及未来4种气候排放浓度情景下的潜在分布区,并结合气候因子的贡献率及刀切法检验来分析制约中亚紫菀木地理分布的重要气候因子.结果表明:温度变量是影响青藏高原中亚紫菀木地理分布的主要气候限制因素,而降水变量是影响中亚紫菀木潜在地理分布的辅助生物气候变量;适合中亚紫菀木生长的最暖月最高温度(Bio5)范围为16.5～38.5℃,最暖季降水(Bio18)变化范围为55.0～1885.5 mm;从全新世中期到当前阶段是青藏高原中亚紫菀木种群扩张阶段,其种群主要聚集在青藏高原东北缘干旱半干旱地区;从当前到未来阶段,中亚紫菀木总适生区变化呈"先增加后降低"趋势,但中、高适生区却呈直线下降趋势;此外,中亚紫菀木在未来有逐渐向东迁移趋势.综合分析表明,在全球气候变化背景下,中亚紫菀木在青藏高原范围内的生存繁殖仍存在较大挑战.可根据其迁移趋势建立相关合理保护利用措施,以保持中亚紫菀木栖息地的连续性.

黑条小车蝗[Oedaleus decorus decorus(Germar)]是新疆温性荒漠草原最为重要的蝗害之一,目前关于新疆该蝗种群的遗传多样性和亲缘关系尚不明确.测定了新疆黑条小车蝗14个地理种群194条序列的线粒体COⅠ和ND5基因,通过单基因和联合基因分析比较新疆该蝗的遗传多样性和遗传分化情况,并基于可信度高的联合基因探讨新疆该蝗种群可能的扩散路径.黑条小车蝗14个地理种群的COⅠ和ND5联合基因均表现出高遗传多样性(Hd为0.904 8～1.0000,Pi为0.010 0～0.341 5),且各种群间遗传分化较大,基因交流不充分(Fst为0.385 1,Nm为0.40).种群间的遗传差异来源于种群内部(80.03％),并且地理距离可能不是影响种群间遗传距离的主要因素.综合遗传多样性分析,单倍型网络图和系统发育树结果显示联合基因较于单基因可信度更高.新疆黑条小车蝗遗传分化较高的种群可能主要由地形地貌所致,遗传分化较低的种群可能受西北季风影响;新疆黑条小车蝗种群的早期建立种可能来源于伊犁地区,一支经天山山脉扩散至博乐、乌市及哈密地区,另一支由塔城地区经准噶尔盆地扩散至富蕴县.

利用生态系统分类及生态参量数据产品,运用植被覆盖度年际变异系数、趋势斜率和退化指数等草地覆盖度变化状况评价指标,对陕西北部重大生态建设工程实施关键年份(2000-2010年)内各类型草地植被覆盖度的演替状况进行研究.结果显示:(1)延安市和榆林市的黄土沟壑区草地生态系统面积明显增加,年均植被覆盖度由2000年的27.94％增长到2010年的40.50％,草地覆盖度整体由低覆盖向中覆盖等级转变,其中温带草原和温性草丛覆盖度呈明显上升趋势.(2)陕西北部大部分草地覆盖度波动变化明显,延河以北温带草原稳定性低,延河以南温性草丛稳定性较高、波动变化较小;93.98％的草地区域覆盖度呈上升趋势,其中极显著上升区域主要分布在黄土沟壑区;3.23％的降低区域集中于榆林市西北部的温带荒漠草原分布区.(3)11年间,陕西北部退化草地得到改善恢复的面积由2000-2005年期间的9594.44 km2增加到2005-2010年期间的26 544.39 km2,远大于退化区域,草地极重度退化程度得到扭转.本研究表明陕西北部不同类型草地覆盖度均不同程度得到了缓解和改善.

分析植被物候与净初级生产力对气候变化的响应一直是研究全球变化的核心内容之一.新疆草地生态系统极为脆弱,对气候和环境变化的影响十分敏感,在新疆地区开展草地物候和净初级生产力及其对气候变化的响应有着独特的意义.基于遥感数据和野外台站实测数据,利用CASA模型模拟了新疆草地植被净初级生产力(NPP),阐述了2001-2014年新疆地区草地的NPP的空间格局及与气象因子的关系.(1)通过实测生物量精度检验表明,CASA模型基本可以反映新疆地区草地植被NPP.(2)2001-2014年新疆草地NPP平均值为102.49 gC m-2 a-1.不同草地类型的NPPA存在明显差异.其中,山地草甸平均NPP最高,达到252.37 gC m-2 a-1;温性草甸草原次之,为204.93 gC m-2 a-1.高寒荒漠和温性荒漠的平均NPP最低,分别为43.94 gC m-2 a-1,53.11 gC m-2 a-1.(3)新疆NPP的空间分布格局具有如下特点:山区NPP高于盆地NPP,北疆NPP高于南疆NPP;(4)降水能够促进新疆草地NPP增加,其中,夏季和秋季的降水对草地NPP的影响最为明显,温度对新疆地区草地NPP影响不大.降雨可以促进新疆草原NPP的增加.特别是在降水量较少但温度较高的草原,如温带荒漠草原、温带草原沙漠、温带沙漠、低地草甸等,年降水量和夏秋降水量对草地NPP有显著影响.温度对新疆草地NPP的影响不大.通过对新疆草地空间格局的分析,研究了草地NPP对气候变化的响应,为合理规划新疆草地的生产和利用,以及草地生态系统的健康发展和应对气候变化提供决策依据.

以宁夏广泛分布的温性草甸草原、温性草原、温性草原化荒漠和温性荒漠草原为研究对象,采用实地调查采样的方法,研究了宁夏天然草地植被总碳储量.结果 表明:宁夏天然草地地上植被、地下根系及主要灌木平均含碳率为0.40,枯落物平均含碳率为0.39.草甸草原、温性草原、草原化荒漠和荒漠草原的植被总碳储量分别为470.26、192.23、117.17和83.36 g·m-2,其中,地上植被碳储量分别为87.35、68.50、59.32和40.05 g·m-2,地下根系碳储量分别为344.29、108.83、50.65和30.29 g·m-2,枯落物碳储量分别为38.62、14.91、7.19和13.03 g·m-2,且均表现为草甸草原＞温性草原＞草原化荒漠＞荒漠草原.地下根系碳储量是构成草甸草原和温性草原植被总碳储量的主体,地上植被碳储量是构成草原化荒漠和荒漠草原植被总碳储量的主体,且地下根系碳储量均随土层深度加深而递减.宁夏天然草地植被总碳储量空间分布呈现草甸草原和温性草原分布的南部区域碳储量明显高于荒漠草原和草原化荒漠分布的中北部区域.

步甲(Carabid beetle)是草原生态系统重要的昆虫类群之一,对草原生态系统环境监测及维护生物多样性起着重要的作用.基于步甲属(雕步甲和长叶步甲)在宁夏草原131个有效调查记录和19个环境因子,利用最大熵模型(Maximum Entropy Model,简称MaxEnt)预测步甲属潜在空间地理分布,运用受试者工作特征曲线(ROC曲线)检测预测模型精度,刀切法(Jackknife)筛选影响步甲属潜在地理分布的主要生态因子.结果表明:(1)MaxEnt模型预测结果ROC曲线AUC值分别为0.981、0.914,模型预测结果的可信度较高;(2)19个环境因子中,对步甲属的潜在空间分布预测贡献率较高的环境因子为最冷月份最低气温、年均降水量、最干季均温、年平均气温;(3)雕步甲主要分布在温性荒漠草原及温性草甸草原的北部,长叶步甲主要分布在温性草甸草原.以上研究为步甲调查和保护提供参考依据.

为便于了解青藏高原植被特殊物种组成、群落特征及分布格局,该文利用2018-2021年在青藏高原不同区域内调查的338个样地、共758个样方的数据,分析了高原植物群落的物种组成、区系特征和植被分类,整合形成青藏高原植物群落样方数据集.结果表明:青藏高原高寒和温性植物群落758个样方中,共有植物65科279属837种;其中,物种数最多的5个科依次是菊科(134种)、禾本科(88种)、豆科(75种)、蔷薇科(43种)和莎草科(40种),物种数最多的5个属依次是蒿属(Artemisia,29种)、马先蒿属(Pedicularis,27种)、风毛菊属(Saussurea,25种)、黄耆属(Astragalus,23种)和早熟禾属(Poa,23种).植物区系主要由温带(145属)和世界广布(36属)的成分所组成.物种的生长型以草本(83.51％)和灌木(10.87％)为主,草本和木本的生活型分别以多年生草本(88.23％)和落叶灌木(83.67％)为主.338个样地可以划分为4个植被型组,10个植被型,20个植被亚型,78个群系组和117个群系,其中草原群系34个,草甸群系33个,荒漠群系33个,灌丛群系14个和针叶林群系3个.该数据集覆盖青藏高原绝大部分高寒灌丛、高寒草原、高寒草甸、高寒荒漠、温性草原和温性荒漠植被区域,可为研究高原植被特征和地带性分异规律,气候变化和人类活动对高原植被的影响及其生态恢复提供坚实的数据基础,同时为下一代中国植被图的更新提供参考.

气候变化和人为活动是草地生态系统退化或恢复过程中的两大驱动因素.选取植被净初级生产力(NPP)为衡量指标,利用改进的Carnegie-Ames-Stanford Approach(CASA)模型、Thornthwaite Memorial模型以及残差趋势法分别计算了宁夏草地实际净初级生产力(ANPP)、潜在净初级生产力(PNPP)和人为活动影响的生产力(HNPP)及其变化趋势,定量评估了 2001-2019年气候变化和人为活动在宁夏4种类型草地(温性草甸、温性草原、温性荒漠草原和温性草原化荒漠)动态变化中的相对作用.结果表明,2001-2019年宁夏草地实际净初级生产力增加的面积占宁夏草地总面积的97.84％;全区草地潜在净初级生产力均表现为增加趋势,表明气候变化有利于植被恢复.草地恢复过程中,气候变化引起的草地恢复面积占草地恢复总面积的61.68％,气候变化和人为活动共同作用引起的草地恢复面积占38.32％;人为活动是导致草地退化的绝对主导因素.4种类型草地动态变化的驱动因素存在差异,气候变化是促进温性草甸(68.94％)和温性草原化荒漠(70.51％)恢复的主导因素,气候变化和人为活动共同作用是促进温性草原恢复的主导因素(62.30％),温性荒漠草原的恢复是气候变化和人为活动共同作用的结果(97.93％).水热条件好转,尤其是降水增加是宁夏草地恢复的主导气候因子,生态保护政策的实施是促进草地恢复的主要人为因素,对草地的不合理利用是导致草地退化的主要人为因素.

在新疆开展长时间序列的草地监测,分析草地生长的时空变化特征,有利于草地环境压力分析和草地生态健康预测.以NOAA?AVHRR NDVI为数据源,采用最大值合成、一元回归分析与相关性分析,分别在年际尺度和多个空间尺度(全疆、南北疆与各地区及其11种草地类型)上探讨了1981—2018年新疆草地归一化植被指数(NDVI)时空特征及其对气温、降水的响应.结果表明:(1)1981—2018年,新疆草地NDVI多年均值0.326,变化范围0.259—0.386,具有轻微年际波动特征;(2)北疆、南疆草地NDVI均表现为轻微增加趋势;全疆占草地总面积41％的区域NDVI呈显著增加趋势,9％为显著减少区域,北疆草地NDVI显著增加的面积是南疆的1.7倍;(3)由于垂直地带性及区域差异,新疆草地NDVI由山区向盆地的荒漠降低;北疆草地NDVI是南疆1.4倍,总体上北疆各地区草地NDVI高于南疆各地区;(4)草地类型植被NDVI对降水的显著响应高于气温,其中温性荒漠类、温性荒漠草原类与温性草原类草地NDVI对降水变化的响应明显高于其余草地类型,降水对草地NDVI的影响更为显著,表明降水引起的地表水分变化是草地植被生长的重要限制因子.

短期围栏封育后再适度利用是当前生态治理工程中使用较多的草地恢复措施,明确其实施效果对后续生态工程的优化调整具有重要意义.目前关于围栏封育和放牧对草地影响的研究较为丰富,但鲜有研究探讨短期围栏封育后再利用对草地的长期影响.以京津风沙源工程2002-2005年间在锡林郭勒地区实施的围栏封育地块为研究对象,通过配对采样调查和遥感数据分析,开展围栏封育期和重新放牧利用期连续近20年的草地植物群落变化研究.结果表明,草地植被高度、覆盖度和地上生物量在3年的围栏封育期内迅速增加,重新放牧利用后这些指标虽有所下降但仍显著高于持续放牧草地,并最终达到稳定状态.2002-2020年间短期围栏封育后再利用地块的植被覆盖度(FVC)整体上呈不显著的增加趋势、净初级生产力(NPP)呈显著增加趋势,FVC和NPP呈增加趋势的地块比例在温性草甸草原区、温性荒漠草原区和温性草原区依次减少.总的来说,3年的围栏封育后再放牧利用对草地植物群落具有一定的恢复作用.