研究揭示干旱和放牧共同作用下的中國旱區生態系統閾值

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旱區占全球陸地面積的45%左右，是典型的生態脆弱區，在氣候變化和人類活動共同作用下面臨嚴峻的擴張及荒漠化風險。

干旱和放牧共同作用導致旱區土地退化（課題組供圖）

近日，《自然-可持續》刊發北京師范大學、英國約克大學、西班牙阿利坎特大學、奧地利格拉茨大學和西班牙阿爾梅里亞大學的科研人員組成的國際團隊的論文，論文題為“干旱和放牧共同作用下的中國旱區生態系統閾值”，揭示了中國旱區生態系統在干旱和放牧共同作用下的閾值特征，闡明了不同干旱程度所對應的放牧強度的“安全操作空間”。

論文通訊作者、中國科學院院士傅伯杰告訴《中國科學報》，已有研究表明干旱化促使旱區多種生態系統屬性發生系統性突變，而目前針對干旱和放牧復合壓力條件下的旱區生態系統的閾值特征尚未有科學定論。

針對這一問題，研究人員采用地圖插值和遙感信息、實地調查、文獻meta分析等數據資料，整理了超過20000個數據點，構建了從植物個體到生態系統的干旱區數據集，包含20個旱區生態系統結構和功能屬性，評估了其對干旱和放牧壓力增加的非線性響應，分析了現狀及未來（至2100年）變暖情景下的放牧閾值及其空間分布。

研究人員發現，隨著干旱度的增加植被生產力、土壤肥力和物種多樣性依次呈現非線性突變和下降。“當干旱達到一定程度，干旱度的小幅增加即可導致生態系統屬性值的劇烈變化。放牧與干旱多呈現協同作用，使旱區生態系統的干旱閾值提前，導致生態系統結構、功能更易發生非線性突變”，傅伯杰院士如是說。

論文第一作者、北京師范大學地理科學學部李長嘉博士指出，干旱和最大允許放牧強度呈負相關關系，干旱度每增加0.01單位導致最大允許放牧量下降2.4%。由干旱和放牧的關系確定了放牧的安全操作空間，即旱區生態系統20個主要結構和功能屬性不發生突變所對應的某一干旱條件下的最大允許放牧量。

研究發現，8.9%的旱區最大允許放牧強度低于當前放牧水平，是減小放牧壓力以維持生態系統穩定的優先區。22.3%的旱區（主要位于西南和東北部半干旱和干旱半濕潤區）當前放牧壓力低于最大允許放牧量，其放牧強度仍有增加的空間。

英國約克環境可持續發展研究中心主任Lindsay C. Stringer教授評價說，“這項工作首次構建了考慮干旱和放牧壓力共同作用的二維閾值模型，為確定放牧的安全操作空間提供了理論和方法依據，有助于促進旱區的可持續發展”。

研究人員發現未來氣候變暖情景下，旱區存在干旱區和極端干旱區面積擴張以及干旱度增加的風險，導致放牧強度可增加的區域在RCP4.5和RCP8.5情景下分別下降至19.7%和18.3%。

全球旱區生態和環境變化實驗室(西班牙阿利坎特)主任Fernando T. Maestre 教授指出：“研究結果可深化生態系統閾值理論和土地退化機理，同時為旱區應對氣候變化和荒漠化防治提供理論和技術支撐”。