研究揭示干旱和放牧共同作用下的中国旱区生态系统阈值

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旱区占全球陆地面积的45%左右，是典型的生态脆弱区，在气候变化和人类活动共同作用下面临严峻的扩张及荒漠化风险。

干旱和放牧共同作用导致旱区土地退化（课题组供图）

近日，《自然-可持续》刊发北京师范大学、英国约克大学、西班牙阿利坎特大学、奥地利格拉茨大学和西班牙阿尔梅里亚大学的科研人员组成的国际团队的论文，论文题为“干旱和放牧共同作用下的中国旱区生态系统阈值”，揭示了中国旱区生态系统在干旱和放牧共同作用下的阈值特征，阐明了不同干旱程度所对应的放牧强度的“安全操作空间”。

论文通讯作者、中国科学院院士傅伯杰告诉《中国科学报》，已有研究表明干旱化促使旱区多种生态系统属性发生系统性突变，而目前针对干旱和放牧复合压力条件下的旱区生态系统的阈值特征尚未有科学定论。

针对这一问题，研究人员采用地图插值和遥感信息、实地调查、文献meta分析等数据资料，整理了超过20000个数据点，构建了从植物个体到生态系统的干旱区数据集，包含20个旱区生态系统结构和功能属性，评估了其对干旱和放牧压力增加的非线性响应，分析了现状及未来（至2100年）变暖情景下的放牧阈值及其空间分布。

研究人员发现，随着干旱度的增加植被生产力、土壤肥力和物种多样性依次呈现非线性突变和下降。“当干旱达到一定程度，干旱度的小幅增加即可导致生态系统属性值的剧烈变化。放牧与干旱多呈现协同作用，使旱区生态系统的干旱阈值提前，导致生态系统结构、功能更易发生非线性突变”，傅伯杰院士如是说。

论文第一作者、北京师范大学地理科学学部李长嘉博士指出，干旱和最大允许放牧强度呈负相关关系，干旱度每增加0.01单位导致最大允许放牧量下降2.4%。由干旱和放牧的关系确定了放牧的安全操作空间，即旱区生态系统20个主要结构和功能属性不发生突变所对应的某一干旱条件下的最大允许放牧量。

研究发现，8.9%的旱区最大允许放牧强度低于当前放牧水平，是减小放牧压力以维持生态系统稳定的优先区。22.3%的旱区（主要位于西南和东北部半干旱和干旱半湿润区）当前放牧压力低于最大允许放牧量，其放牧强度仍有增加的空间。

英国约克环境可持续发展研究中心主任Lindsay C. Stringer教授评价说，“这项工作首次构建了考虑干旱和放牧压力共同作用的二维阈值模型，为确定放牧的安全操作空间提供了理论和方法依据，有助于促进旱区的可持续发展”。

研究人员发现未来气候变暖情景下，旱区存在干旱区和极端干旱区面积扩张以及干旱度增加的风险，导致放牧强度可增加的区域在RCP4.5和RCP8.5情景下分别下降至19.7%和18.3%。

全球旱区生态和环境变化实验室(西班牙阿利坎特)主任Fernando T. Maestre 教授指出：“研究结果可深化生态系统阈值理论和土地退化机理，同时为旱区应对气候变化和荒漠化防治提供理论和技术支撑”。