青海湖流域位于青海省东部(36°15′～38°15′N,97°50′～101°45′E),处于青藏高原和黄土高原的过渡地带,海拔3 160～4 953 m,全区面积约29 660 km2,属于高原大陆性气候.该区有种子植物823种,隶属于61科231属,依次为青海种、科、属数的23.13%、62.89%和38.82%.区系分析结果表明:(1)该区系的种类仅有2.78种/km2,这在唐古特地区的众多自然区域中相对并不丰富.(2)包括中国特有植物种类在内,该区系的温带成分占99.00%,以绝对优势确定了本区系明显的温带性质.(3)木本种类少,少有古老的和原始的类群,而是以多年生草本为核心的植物区系.(4)该区的一些中国特有种是经其广布的亲缘种衍生而来,这是该区系年轻和衍生的性质的具体体现.(5)我国华北区系和西南高山区系均对该区具有不同程度的影响.(6)特有属少,特有种多数为水生植物,表现出青海湖独特而隐域性的水湿环境的特化结果.(7)中国特有种的核心成分是出现种类最多的甘肃—西藏—四川亚型.而在青藏高原植物亚区中,该区隶属于其中的唐古特地区.

植被降水利用效率(PUE)是评价植被生产力对降水量时空动态响应特征的重要指标.以年净初级生产力(NPP)数据、年降水量数据为基础,利用地理信息系统(GIS)和遥感(RS)技术,计算并研究了 2000-2020年青海湖流域植被降水利用效率时空分布格局及其地形效应,结合年均气温、年均地表温湿度、年生长季光合有效辐射吸收系数和年植被覆盖度等数据,探讨了PUE与各因子间的相关关系.结果表明:(1)青海湖流域单位像元(1 km2)PUE平均值在0.4-0.7 gC m-2 mm-1间变化,平均为0.54 gC m-2 mm-1,且在年际间无显著变化趋势(R2=0.05,P≥0.05).在空间上,青海湖流域多年PUE平均值环湖呈现不均匀分布,除青海湖东岸外,PUE值随湖面距离增大呈减小趋势;其高值区主要集中分布在青海湖西岸和南岸的半环区;年PUE变化趋势的斜率值为-0.05-0.04 gC m-2 mm-1 a-1,其中显著变化的区域占流域面积的29.63％.(2)青海湖流域多年PUE平均值在海拔效应和坡度坡向两种不同微地形效应下表现出明显的差异.海拔每升高50 m,PUE值将减少0.02 gC m-2 mm-1;随坡度增加,PUE值呈降低趋势,平坡至险坡(＞45°)的变化范围为0.3-0.61 gC m-2 mm-1;不同坡向PUE值表现为由东北坡向西南坡递减,范围为0.52-0.56 gC m-2 mm-1.(3)在空间上,青海湖流域PUE值与地表温度、光合有效辐射吸收系数、植被覆盖度和叶面积指数相关性较为明显.沿海拔梯度,空气温度和地表温度与PUE呈极显著正相关(R2=0.94,P＜0.01;R2=0.98,P＜0.01),光合有效辐射吸收系数、植被覆盖度和叶面积指数与PUE显著正相关(R2=0.89,P＜0.05;R2=0.90,P＜0.05;R2=0.86,P＜0.05),地表土壤湿度与PUE无显著相关性(R2=0.16,P≥0.05).评估了青海湖流域植被降水利用效率的特征及其与各因子间的相关关系,明确了植被对降水的利用能力及其耗水特性,可为青海湖流域植被保护和国家公园建设提供理论参考.

青海湖流域是重要的生物多样性功能保护区,是青藏高原典型的植物分布区域之一.该文采用线路调查、样方调查、文献查阅等方法进行调查.结果表明,青海湖流域有野生植物 348 种,隶属 58 科 182 属,生活型较为单一,多年生草本植物占优势(73.56%);科属结构单一,主要分布在单种科(22 科)与单种属(120 属)中;属的区系特征为北温带分布(50.55%)且资源类型以药性植物(68.60%)居多;同时,发现了 7 种国家二级保护植物和 26 种入侵植物.结论:(1)青海湖流域野生植物科属分布结构单一,植物地理区系分布以北温带分布为主;(2)青海湖流域野生植物资源丰富,具较大经济使用价值且占优势的资源为药用和饲料植物资源;(3)应进一步加强该区植物为多样性保护.调查结果可为该区植物多样性保护提供参考.

野生动物在面对自然胁迫(例如捕食者)和人为胁迫(例如道路交通)时,有可能产生能够影响动物个体健康和生存的生理和行为反应.升高糖皮质激素浓度和增强警戒行为是哺乳动物应对捕食风险时在生理和行为上最常见的两种反捕食响应.动物的反捕食策略权衡了对反捕食响应和其他生命活动的投入,以在个体生存和繁殖间寻求最大适合度.本研究以分布于青海湖流域部分区域的成年雌性普氏原羚(Procapra przewalskii)为研究对象,应用非损伤取样法采集其新鲜粪便样品,使用酶联免疫吸附测定法(ELISA)检测粪样中的皮质醇含量;结合焦点动物全事件取样法和瞬时扫描法进行行为取样,使用广义线性混合模型分析不同胁迫对雌性普氏原羚粪便糖皮质激素代谢物(FGMs)和警戒行为的影响.结果显示,在雌性普氏原羚野生种群中,FGMs和主要警戒行为指标在产羔期高于交配期,繁殖状态是影响FGMs和警戒行为的主要因素(F=39.162,P＜0.001).与捕食者和草原围栏相比,公路和铁路交通对普氏原羚生理应激的影响更大(F=87.482,P＜0.001),人类活动是导致雌性普氏原羚FGMs升高的重要因素.因此,日益增多的人为活动对野生动物造成的负面影响是未来保护工作中无法回避的挑战,如何在经济社会发展和野生动物保护的矛盾中寻求平衡,实现人与自然和谐发展,应引起决策者更多的重视.

基于遥感技术手段快速测定区域尺度土壤有机质含量(SOM),对气候、陆地生态系统和农业等领域具有重要的作用和意义.但现有的多光谱遥感影像因其波段宽度较窄,包含的土壤有机质信息有限,导致其估算结果的可靠性与精度较低.为此,以青海湖流域为实证试验区,将2016年9月底(此时,青海湖流域牧草等植被停止生长,土壤有机质积累达到全年最高)地面采集并测定的土壤有机质含量数据与同时期MODIS黑空BRDF/Albedo产品的宽、窄波段进行了对比与检验.发现:BRDF/Albedo宽波段的相关性(近红外、短波波段相关系数分别为0.704和0.670)高于窄波段相关性(第2,5,6波段的相关系数分别是0.583、0.631和0.625),证实了宽波段含有更加丰富、完整的土壤有机质含量信息.为了进一步提高SOM估算的精度,基于梯形方法构建了宽波段近红外反照率/植被覆盖度梯形特征空间,从宽波段近红外反照率(包含植被、土壤混合光谱)中成功分离出裸土反照率,并分别构建了SOM遥感估算模型.经验证,消除了植被对土壤光谱影响的裸土反照率模型精度(均方根误差为16.87、平均绝对百分比误差为30.0％,希尔不等系数为0.22)高于宽波段近红外反照率模型精度(均方根误差为20.12、平均绝对百分比误差为31.0％,希尔不等系数为0.27).该方法简单易操作,不仅有助于提高表层土壤有机质含量遥感估算的精度,也可为土壤其他属性如N,P等元素含量的遥感估算提供了新思路.

生态资产是自然资源资产的重要组成部分,保护和恢复生态系统的目的就是增加生态资产,增强生态资产提供生态系统服务的能力.青海省生态资产丰富,生态区位重要,各级政府高度重视青海省的生态文明建设,评估青海省生态保护与恢复成效对于合理保护青海省生态资产具有重要意义.通过核算生态资产面积、质量,建立生态资产指数指标,综合评估了青海全省以及重点生态功能区和非重点生态功能区各类生态资产实物量现状和过去15年的变化.青海省生态资产以草地生态资产为主,同时拥有丰富的野生动植物资源.草地生态资产质量分布较为均匀,优良以上级别占草地总面积的32.1％;森林生态资产质量呈两极分化状态,灌丛生态资产质量较差,自然湿地生态资产质量整体较好.十五年间,青海省生态资产面积变化幅度不大,但是自然生态资产质量显著提升,生态资产指数稳步增长.全省自然生态资产面积增加3239.3 km2,其中自然湿地面积增加15.1％.全省优良质量以上自然生态资产面积增加61920.1 km2,增幅高达55.5％;其中,重点生态功能区优良级别以上生态资产面积增加48621.9 km2,非重点生态功能区优良以上生态资产面积增加13298.3 km2.青海省生态资产综合指数从240.37增长到278.22,提高了15.7％.退耕还林还草、湿地生态补偿、三江源自然保护区生态保护和建设工程、青海湖流域生态环境保护与综合治理工程等一系列生态保护与恢复工程对青海省自然生态资产面积增加和质量提升起到积极作用.青海省生态资产变化亦受气候因素影响,气候变化导致自然湿地生态资产面积增加、草地生态资产面积减少同时热量增加在一定程度上促进了森林、灌丛、草地生态资产质量的提升.

随着全球气候变暖和人类活动的增强,青海湖流域生态环境有逐步恶化的趋势,作为维系青藏高原东北部生态安全的重要地区,其生态环境问题不容忽视.在现有生态修复策略的基础上科学选取生态修复树种对该区生态系统修复及可持续发展具有重要意义.基于动态演变视角的第四纪地质学理论,综合分析全新世一万多年以来青海湖流域考古遗址中的碳屑、孢粉等数据,得出在全新世长期存在的树种为柳树、云杉、松属和桦属.结合现代及未来气候特征,筛选出适应未来气候变化背景的优势树种为云杉,备选树种为柳树和桦属.

快速评价区域草地生产力状况,是制定牧区草畜平衡策略,保障草地生态系统健康可持续发展的前提基础.基于MODIS NPP产品数据,对青海湖流域草地生产力进行了估算和评价.结果表明:(1)牛羊可食性最高的高寒草甸、高寒草原和温性草原,其单位面积产草量估算值的均方根误差RMSE为26.15 g·m-2,表明该方法可以快速估算区域尺度的产草量.(2)全年干草产量为145.42万t,其中能被牛羊直接采食利用的牧草共计59.18万t,理论载畜量为81.07万羊单位;(3)影响单位面积干草产量的主要气候因子,海拔3500 m以下地区,是活动积温且与单位面积干草产量呈负相关关系;3500 m以上地区,是温度且与单位面积产草量呈正相关关系.研究结果可为高寒地区合理规划牧业生产活动、生态补偿等提供科学依据和决策支持,也可为全国其他牧区的草原产草量的估算提供参考.

土壤水盐过程在植被斑块的形成与演变中起着十分关键的作用,但其与植被斑块间的相互作用关系因研究工具的限制而缺乏深入认识.以青海湖流域芨芨草斑块群落为研究对象,通过采用电磁感应(EMI)产生的表观电导率(ECa)成像解译土壤水分与盐分的时空动态变化,建立芨芨草斑块分布格局与土壤水盐变化过程之间的联系.结果 表明:ECa分别与土壤水分、盐分间存在显著相关关系(P＜0.01),多元回归模型指出,ECa变化的81％可由土壤水分与盐分变化来解释,因此可用ECa变化表征土壤水分与盐分的变化;此外,强降雨事件前后ECa动态变化图指出,芨芨草斑块处土壤水分增加量高于基质区,说明芨芨草斑块能够快速聚集水分;而不论干湿状态或不同季节,芨芨草斑块处土壤水盐含量总是高于基质区,表现出时间稳定性,说明芨芨草斑块是土壤水盐的聚集区.因此,EMI成像可揭示芨芨草斑块土壤水盐空间分布及动态变化过程,为植被斑块的水文过程研究提供快速可靠的方法.

以高寒半干旱区青海湖流域季节性冻土为研究对象,通过调查采样和室内分析,研究了坡向和坡位对不同深度土壤有机碳含量分布的影响.结果 表明:阴、阳坡有机碳含量均随土壤深度增加而下降,但阳坡下降的幅度(64％)明显高于阴坡(44％).阴坡土壤有机碳平均含量为81.99 g/kg,大于阳坡(61.84 g/kg);不同坡位,土壤有机碳分布特征因坡向而异,其中阴坡土壤有机碳平均含量表现为坡下(89.60 g/kg)＞坡中(86.52 g/kg)＞坡上(69.87 g/kg),而阳坡土壤有机碳平均含量表现为坡上(65.71 g/kg)＞坡下(61.42 g/kg)＞坡中(58.39 g/kg).此外,坡位对不同深度土壤有机碳的影响程度在不同坡向也存在差异.阴坡坡位因子对深层土壤有机碳影响显著,而阳坡坡位因子对浅层土壤有机碳影响显著.一般线性模型结果表明,坡面土壤有机碳含量主要受土层和坡向的影响,可解释74.52％的变异性.