目的:了解甘肃省饮水型地方性氟中毒病情流行态势，科学评价改水降氟工程对该病的防治成效。方法:将甘肃省饮水型地方性氟中毒病区按不同生态类型划分为陇中黄土高原丘陵区、陇东黄土高原沟壑区、陇南秦岭中山峡谷区、河西沙漠戈壁区和甘南高寒草原草甸区5个区域。2021年，对5个区域中所有饮水型地方性氟中毒病区村的基本情况、改水降氟工程运转情况、饮用水水氟含量（氟离子选择电极法）及8 ~ 12岁儿童氟斑牙患病情况（Dean法）进行调查，依据《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006）、《氟斑牙诊断》（WS/T 208-2011）等国家标准进行判定。结果:共监测饮水型地方性氟中毒病区村2 000个，其中已有1 999个病区村实施改水降氟工程，工程覆盖率为99.95%（1 999/2 000）。所有改水降氟工程均正常运转，无间歇运转和报废工程。共对34 616名8 ~ 12岁儿童开展氟斑牙病情调查，氟斑牙检出率为4.18%（1 448/34 616），氟斑牙指数为0.09。不同年龄儿童氟斑牙检出率比较差异有统计学意义（χ 2 = 69.77， P < 0.001）；不同生态类型区儿童氟斑牙检出率比较差异有统计学意义（χ 2 = 775.11， P < 0.001）。8 ~ 12岁儿童氟斑牙指数与儿童所处区域历史水氟含量显著相关（ r = 0.29， P = 0.042）；河西沙漠戈壁区改水时间与当地8 ~ 12岁儿童氟斑牙检出率显著相关（ r = - 0.48， P = 0.023）。 结论:2021年甘肃省所有饮水型地方性氟中毒病区村的疾病防治情况均已达到国家控制标准，但由于不同生态类型区生态特征各异及水源分布变化，仍需进一步加强对所有病区村饮水型地方性氟中毒病情的监测，巩固现有防治成果。

鼠害型秃斑是反映草地鼠害的重要表征.利用无人机遥感技术识别高原鼠兔危害型秃斑对于评价其危害情况具有重要意义.本研究基于无人机可见光影像,使用最小距离(MinD)、最大似然(ML)、支持向量机(SVM)、马氏距离(MD)和神经网络(NN)5种监督分类算法对高原鼠兔危害地特征进行分类识别,并采用混淆矩阵对5种分类方法精度进行评价.结果表明:相较于其他3种方法,NN和SVM对高原鼠兔危害地特征进行识别分类的效果更好.其中,NN对草地与秃斑2种目标地物的制图精度分别为98.1％和98.5％,用户精度分别为98.8％和97.7％,模型总体精度为98.3％,Kappa系数为0.97,像元错分、漏分现象较低.经实践验证,NN表现出较好的稳定性.综上,神经网络方法是高寒草甸鼠害型秃斑识别的优选方法.

生态系统突变是指生态系统在受到超过临界值的干扰后,系统由一种状态急剧变为另一种状态的过程.尽管寒旱区常见的土地沙漠化、草地退化属于渐变过程,但当干扰持续时间或干扰强度超过一定阈值时也可能发生突变.研究生态系统突变对寒旱区生态系统管理具有重要意义.本文综述了生态系统突变的内涵演变及预警研究的进展,分析了寒旱区常见的土地沙漠化和草地退化的问题,阐明了系统状态对不同胁迫的多种响应方式,提出了针对干旱荒漠区雨养人工固沙系统和高寒草甸演变过程及突变特点的研究框架.最后指出,未来需要甄别生态系统突变不同阶段的关键驱动因素,并确定相应阈值;重视极端气候事件诱发的水分限制型突变的发生机制和预警;推动突变研究成果在寒旱区生态系统管理中的应用.

[目的]门源草原毛虫Gynaephora menyuanensis是为害青藏高原高寒草甸的主要害虫,严重妨碍草地生态和畜牧业发展,了解其在祁连山南麓的实际分布区和潜在适生区对门源草原毛虫的监测和防治以及草地生态的保护具有重要意义.[方法]本研究在对祁连山南麓门源草原毛虫的分布进行大量实地调查(147个位点)的基础上,采用专业统计分析软件IBM SPSS 22.0筛选影响门源草原毛虫分布的环境因子,应用生态位模型MaxEnt 3.4.4和地理信息系统软件ArcGIS 10.8预测祁连山南麓门源草原毛虫2021-2040年的适生区范围.[结果]影响门源草原毛虫分布的主要环境因子为9月平均降水量、9月平均太阳辐射等;2021-2040年门源草原毛虫在祁连山南麓的适生区变化趋势为高适生区和非适生区的面积呈减少趋势,中适生区和低适生区面积呈增加趋势;检测模型的受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线下的面积(area under ROC,AUC)值为0.924,模拟结果准确性较好.[结论]本研究结果为阐明门源草原毛虫的地理分布规律及其监测防治提供了理论参考.全球气候变化为门源草原毛虫的栖息地扩张提供了适宜的条件,建议根据门源草原毛虫的潜在适生等级,构建"分级应对"的监测和早期预警体系与防控模式,以应对害虫为害.

关键种在群落结构、功能与稳定性方面具有重要作用,为探明不同放牧方式下高寒草甸植物群落关键种的变化特征及其影响因素,以青藏高原最主要的5种放牧方式(禁牧、非生长季放牧、传统放牧、生长季放牧和全年连续放牧)高寒草甸为对象,对群落特征、土壤理化特征和酶活性进行了系统研究,采用网络分析法和方差分解探究了不同放牧方式草地植物群落关键种变化特征及其影响因子,并利用优劣解距离法(TOPSIS)-多准则决策模型对不同放牧方式进行综合评价,以筛选最佳放牧方式,从而为高寒草甸科学管理及可持续利用供数据支撑.结果表明:(1)相较于全年连续放牧,禁牧、非生长季放牧、传统放牧及生长季放牧对禾本科、豆科、凋落物和杂类草生物量,群落地上和地下生物量,植物高度,禾本科盖度,多样性指数,土壤养分含量和土壤酶活性均有显著正效应.(2)禁牧样地的关键种为垂穗披碱草,非生长季放牧样地的关键种为冷地早熟禾、矮生嵩和赖草,传统放牧样地的关键种为赖草,生长季放牧样地的关键种为矮生嵩草,全年连续放牧样地的关键种为异针茅.其中,非生长季放牧样地植物群落物种间的关联性、互作强度、群落组织水平和稳定性均最高,而禁牧样地最低.(3)方差分解表明,土壤纤维素酶、脲酶和过氧化氢酶是影响高寒草甸植物群落关键种变化的最主要因素.(4)TOPSIS-多准则决策模型结果表明,非生长季放牧既能有效利用草地资源,又能维持较高的植物群落多样性和稳定性,是高寒草甸的理想放牧方式.研究结果对科学放牧管理制度的制定、草地生态系统稳定性与多功能性维持提供了科学数据支撑.

为明晰祁连山东缘高寒草甸灌丛化对其植被群落与土壤理化特性的影响,选取甘肃省天祝藏族自治县高寒草甸灌丛化区域,调查其植被,采集土壤测定理化性质,分析植被与土壤的互馈关系.结果表明:高寒草甸植被的均匀度指数、高度、盖度、地上生物量、土壤含水率随灌丛化过程增加(P＜0.05),而多样性指数和容重均降低;全磷含量在各土层以灌丛区最高,但C∶P和N∶P以草甸区最高;土壤N:P＜14表明土壤养分主要受限于氮;土壤脲酶和过氧化氢酶活性在草甸区各土层显著高于灌丛区(P＜0.05);冗余分析显示前两个排序轴的累计解释量为54.88％,土壤过氧化氢酶与植被特征拟合的结果最好(Pr=0.010),表明高寒草甸灌丛化过程中土壤过氧化氢酶受植被特征的制约最大.可见,高寒草甸灌丛化显著影响了植被群落结构与土壤理化特性,在祁连山生态保护和管理中应该予以重视.

返青期休牧措施可以有效提高高寒草甸生产力,为了解其对氮矿化及微生物的影响.以玛沁县大武镇高寒草甸为试验样地,设立5个休牧时间,分别为CK(放牧)、休牧20d、30d、40d、50d,在牧草生长季(5-9月)研究了土壤微生物量和有效氮素的动态变化.结果表明:土壤微生物量碳(SMBC)和土壤微生物量氮(SMBN)均随着休牧时间的增加而呈现上升趋势.SMBC在生长初期(5月、6月)休牧50d处理下较CK分别增加了 22.49％、123.33％,生长末期休牧40d处理下含量较高.5月份SMBN在休牧40d下显著高于其他处理,其余月份均在休牧50d处理下含量较高.土壤铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)在生长季呈现先升高后降低的趋势.多数情况下,休牧30d 土壤NH4+-N含量高于CK处理;不同休牧时间对土壤NO3--N含量影响不明显.土壤氮矿化速率在不同月份间差异显著,但总体上呈现休牧30-40d 土壤氮矿化速率较高、CK较低的趋势.因此,在返青期对三江源区高寒草甸进行适当的休牧活动利于其有机氮的转化.

自20世纪70年代开始,归一化植被指数(NDVI)在天然草地地上生物量估测研究中得到了广泛应用.然而,NDVI对高密度植被生物量遥感估测存在饱和现象,使草地生物量遥感估测有较大的不确定性.以青藏高原东缘高寒草甸为例,基于比值植被指数(RVI)探讨了 NDVI的饱和性,并评估了 NDVI饱和性对高寒草甸地上生物量时空动态变化分析的影响.结果表明:(1)虽然基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)NDVI构建的草地地上生物量估测模型精度较基于RVI构建的估测模型高,但模型对高寒草地地上生物量(生物量大于2314.627 kg/hm2)灵敏度较RVI估测模型低,即NDVI阈值大于0.73时,估测模型呈现饱和现象(低估了草地地上生物量);(2)结合RVI和NDVI的相关关系,对饱和部分NDVI遥感植被指数进行校正,校正后最优地上生物量遥感估测模型为线性模型(y=5908.5x-2198.9,R=0.6190,RMSE=902.41 kg/hm2),较调整前RMSE降低了 11.72 kg/hm2;(3)就NDVI饱和性空间分布而言,从全年6月—9月初(全年第161-257天)饱和性呈现先自东南向西北延伸,后自西北向东南消退的变化趋势,平均低估值介于158.45-293.92 kg/hm2之间,最大低估值出现在8月初(全年第225天),超过600 kg/hm2;(4)此外,NDVI饱和性对草地地上生物量年际动态变化趋势分析具有较大的影响,去除饱和性影响后草地地上生物量基本不变的区域减小了 21.44％,而年际变化小于-10 kg/hm2和大于30 kg/hm2的区域分别增加了 8.48％和16.19％.研究探讨了 NDVI饱和性对草地地上生物量遥感估测的影响,以期为精确评估高寒草地地上生物量提供理论依据,同时也为高寒草地资源可持续发展提供科学依据.

气候变化显著影响青藏高原高寒草原植物生物量及物候发生时间,且物候期的变化与植物营养生长期和生殖生长期长度紧密关联,可进一步影响植物生物量的积累.本研究基于1997-2020年青藏高原高寒草原植物生物量和物候定点观测及相应气候资料,应用简单线性回归及分段结构方程模型等统计方法,探究了研究区气候年际变化特征,不同植物生物量、物候期变化趋势,以及生物量与物候及气候因子的关联性.结果表明:1997-2020年间,研究区年均温和年降水量均呈显著上升趋势,呈现出明显"暖湿化"趋势;研究区优势种西北针茅的地上生物量及其在群落总生物量中的占比显著下降,而次优势种矮嵩草的生物量及其在群落总生物量中的占比则显著增加,表明矮嵩草在该高寒草原群落中的优势度日益升高;研究区暖湿化气候通过显著延长矮嵩草的生殖生长期提高了其地上生物量;年均温和年降水量通过显著缩短西北针茅的营养生长期进而降低其地上生物量的积累.总之,气候暖湿化通过调控物候期变化显著影响了植物地上生物量积累,物种间响应的差异性导致高寒草原植物组成发生了较大变化,研究区呈现出高寒草原向高寒草甸转变的趋势,亟待深入研究.

草甸生态系统具有强大的碳汇功能,在全球碳循环过程中发挥着重要作用.区域尺度草甸生态系统碳通量的精准模拟,可以为揭示草地碳循环对全球变化的反馈机制提供理论依据.生态过程模型则是分析和预测区域碳平衡的重要途径.以甘南州高寒草甸生态系统为研究对象,利用参数优化后的Biome-BGC模型,模拟1979-2018年高寒草甸总初级生产力(Gross Primary Productivity,GPP)和净生态系统生产力(Net Ecosystem Productivity,NEP),以表征该区域碳收支的时空分布特征.以上述40年实测气象数据为基准,并结合第六次国际耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project phase 6,CMIP6)中的3种共享社会经济路径(Shared Socio-economic Pathways,SSPs)情景,对甘南州2019-2100年高寒草甸碳收支进行情景模拟.结果表明:(1)参数优化后的Biome-BGC模型能较好的模拟甘南州高寒草甸GPP和NEP,且GPP模拟对比NEP的模拟效果更好;(2)甘南州高寒草甸在整个研究阶段表现为碳汇,过去40年GPP、NEP波动范围为600-1100 g C m-2 a-1、150-300 g C m-2 a-1,GPP显著上升,NEP呈波动性上升趋势.未来暖湿化情景下,高寒草甸碳收支年际波动较大,NEP呈先上升再下降趋势,2060年前后出现极小值,年均增幅约为2.02 g C m-2 a-1,气温、降水和大气CO2浓度升高共同影响该地碳收支格局;(3)季节尺度上表现为冬春季节为碳源、夏秋季节为碳汇,植被生长季固碳作用增强.年内GPP、NEP呈倒"U"型变化趋势,峰值均出现在7、8月,低温以及持续增温对碳汇具有抑制作用,生长季降水量与植被生产力呈正相关;(4)碳汇/碳源的空间分布随时间而变化,具有明显的地域差异性,总体上碳汇增长率由西南向东北递减.