Ecological basis of Alpine meadow ecosystem management in Tibet: Haibei Alpine Meadow Ecosystem Research Station

Alpine meadow and shrub are the main pasture types on the Tibetan Plateau, and they cover about 35% of the total land area. In order to understand the structural and functional aspects of the alpine ecosystem and to promote a sustainable animal production system, the Haibei Alpine Meadow Research Station was established in 1976. A series of intensive studies on ecosystem structure and function, including the energy flow and nutrient cycling of the ecosystem, were the main tasks during the first 10 years. Meanwhile, studies with 5 different grazing intensities on both summer and winter pasture have been conducted. In the early years of the 1990s, the research station started to focus its research work on global warming, biodiversity and sustainable animal production systems in pastoral areas. Various methods for improving degraded pasturelands have been developed in the region.

鄂尔多斯高原景观要素空间格局及植物与环境关系的定量解析

鄂尔多斯高原是一个多层次、复杂的生态过渡带，具有复杂多样的环境条件、生态特点，因此也就具有复杂多样的植物与环境关系。本文从群落和景观两个尺度水平上研究鄂尔多斯高原植物或植被与环境关系及景观空间格局。利用鄂尔多斯高原野外植物群落样方调坦数据、微生境环境数据、气候数据，以典范对应分析（Canonical Correspondence Analysis, CCA）的方法分析了鄂尔多斯高原植物分布空间格局与环境要素的关系并对秋类环境要素对鄂尔多斯高原植物空间分布格局的贡献进行了定量分解;利用1:500 000 鄂尔多斯高原植被、土壤、土地利用、土地沙漠化类型等专题地图在GIS支持下分析了鄂尔多斯高原景观空间格局、并利用上述专题图数据加上鄂尔多斯高原气候数据库分析了土壤、土地利用、土地利用、土地沙漠化和气候等对鄂尔多斯高原植被空间分布格局的作用。通过分析，得到了以下主要结论： 1 在分析方法上、利用典范对应分析的方法，把植物分布的空间因素与环境因素分离的方法发展为植物分布空间格局不同类型影响因素作用的定量分离，提出了相应的概念模型和实现方法。 2 影响鄂尔多斯高原植物分布空间格局的主要微生境环境要素是基质类型、地下水位、覆沙厚度等，而影响鄂尔多斯高原分布空间格局的主要气候要素中，降水和干湿指标的作用大于温度和热量指标的作用。 3 通过对鄂尔多斯高原植物分布空间格局与环境关系的研究，以植物对微生境环境要素的反应为根据，把鄂尔多斯高原主要植物划分为4个大类群：梁地植物、沙地植物、草甸植物和耐盐植物。根据它们对气候要素的反应，把鄂尔多斯高原主要植物划分为典型草原植物、荒漠草原植物和草原化荒漠植物3大类。进一步，根据鄂尔多劳动保护高原植物与环境关系的研究，进行了鄂尔多斯高原植被功能型划分的尝试，得到了鄂尔多斯高原的12种主要植被功能型。 4 对鄂尔多斯高原植物分布的空间格局的影响环境因素的贡献作了定量地分解。分析结果显示：鄂尔多斯高原植物分布空间格局中有27.02％可由已知环境变量得到解释，其中21.56％与微生境环境要素相关，7.51％与气候要素的作用有关，而气候与微生境环境要素的耦合作用的份额为2.05％。根据植物生长是否直接受到地下水的影响，鄂尔多斯高原存在两大类型生态特点差异明显的生境类型：中性立地和隐域生境，对两大类型生境上影响植物空间分布格局的环境要素的作用也进行了定量分解。分析结果表明：对于植物生长不直接受地下水影响的中性立地，已知环境要素的作用可以解释植物空间分布格局总信息的29.36％，稍大于对总体上鄂尔多斯高原植物分布空间格局的解释，其中9.23％与气候要素相关，22.08％与微生境环境要素相关，而两种类型环境要素的耦合作用则占1.95％。对于植物生长直接受到地下水影响的隐域生境，所有已知环境要素对植物分布空间格局的贡献率为72.28％，其中气候要素的作用为30.31％，微生境环境要素的作用为49.08％，两类环境要素的耦合作用为7.11％。 5 描述景观空间格局的指数多种多样，这些能数在描述特定区域的景观空间格局时是有信息冗余的。本文对利用FRAGSTATS所获得的鄂尔多斯高原植被、土壤、土地利用、土地沙漠化等景观分量的20个景观指数实施了因子分析。通过因子分析，我们可以把描述鄂尔多斯高原景观空间格局的景观指数归并为以下8类：多样性指数、斑块多度指数、斑块类型丰富度指数、斑块面积指数、斑块形状指数、分形维数、空间配置指数和斑块面积变异指数。通过因子分析，还得到了这些景观指数对描述鄂尔多斯景观格局的共性特征：在描述鄂尔多斯高原景观空间格局时，作用最大的是多样性指数、斑块多度指数、面积加权平均斑块形状指数和面积加权平均分形维数，其次是斑块类型丰富度指数、平均分维指数、平均形状指数和斑块面积指数，而空间配置指数（扩散与毗连指数）和斑块面积变异指数的作用则比较微弱。 6 对鄂尔多斯高原景观指数的因子分析是非常有效和成功的。因子分析对鄂尔多斯高原植被、土壤、土地利用、土地沙漠化景观指数的分析分别得到了5-6个主要因子，可以表达原有20个景观指数所表达信息的91.1-96.0％，即可以反应鄂尔多斯高原景观空间格局的大部分信息。本文所进行的因子分析对因子进行了方差最大化(Varimax)正交旋转的处理，因子分析得到的每一个主要因子都有一个或几个与之相关性非常高的景观指数与之对应，因此，就可以用与因子分析所得主要因子相关性最高的景观指数代替该主要因子来表达鄂尔多斯高原的景观空间格局。另外还因为有些景观指数之间具有极高的相关系数，所以对因子分析所得到的景观指数可以进一步精减，最后利用因子分析成功地把原有20个景观指数减少到了11个。最后被选来描述鄂尔多斯高原景观格局的景观指数有下列11个：MSIEI（修正的Simpson均匀度指数）、AWMPFD（面积加权平均斑块分形维数）、AWMSI（面积加权平均形状指数）、NP（斑块数目）、PR（斑块类型丰富度）、MSI（平均形状指数）、MPFD（平均斑块分形维数）、MPS（平均斑块面积）、PSCV（斑块面积变异系数）、DLFD（双对数分形维数）和IJI（扩散与毗连指数）。 7 鄂尔多斯高原植被、土壤、土地利用在景观组成结构上具有一个共同特点，就是各种类型的面积差异极大，少数类型占有极大比重，而其余面积则很小。产生这一情形的原因主要与人为活动的强烈影响有关，表现在地带性的植被与土壤面积所占的比重不高，沙地、沙生植被与风沙土则占有很大比重。 8 以地带性植被和滩地隐域性植被表示的鄂尔多斯高原的原生植被仅占高原面积的不足30％，而以地带性土壤和滩地隐域性土壤表示的原生性土壤占鄂尔多斯高原总面积的近40％，说明土壤退化不如植被退化严重，或滞后于植被退化。 9 鄂尔多斯高原各景观指数的空间变化曲线，植被与土壤很相近，具有非常相似的格局;土地利用景观格局空间变化特征与植被、土壤等明显不同;土地沙漠化的景观格局空间变化曲线介植被曲线、土壤曲线与土地利用曲线之间，说明土地沙漠化不仅是一个受人为活动影响的过程，而且与自然过程密切相关。 10 鄂尔多斯高原景观格局的空间梯度变化表现出了东西向和南北向的梯度，但总体上以东西向的变化比较明显。 11 通过鄂尔多斯高原土壤类型、土地利用、土地沙漠化等景观要素、气候、空间要素与鄂尔多斯高原植被空间分布格局的CCA分析，探讨了它们之间的相互关系。以对鄂尔多斯高原植被组成数据的总方差解释的百分率为标准，土壤对鄂尔多斯植被分布的空间格局的作用最大，其方差贡献率可达44.28％，其次是土地利用与鄂尔多斯高原植被的关系也很密切，土地利用对鄂尔多斯高原植被空间分布格局的方差贡献率为22.45％，空间因素对鄂尔多斯高原植被空间分布格局的贡献率为17.51％，土地沙漠化对鄂尔多斯高原植被空间分布格局的贡献为15.65％，排在第四位;气候因素对鄂尔多斯高原植被空间格局的贡献率为11.95％，居第五位。 12 在气候要素对鄂尔多斯高原植被空间分布格局的作用中，降水与干湿指标的作用大于温度与热量指标的作用。这一点与利用野外调查样方的群落数据植物与气候关系的分析是完全一致的。CCA分析还表明鄂尔多斯高原植被空间格局的东西向变化大于南北向分异。 13 在群落和景观水平上，鄂尔多斯高原植物空间分布或植被格局的影响因素的作用具有相似的格局，即气候因子的作用明显地小于地质、土壤、水文等微生境环境要素（群落水平）或土壤（景观水平）的作用，并在这两个尺度上气候要素对植物空间分布或植被格局的定量解释份额上也是非常相近的，都仅有10％左右。气候因子对鄂尔多斯高原植物空间分布格局的这种弱的解释能力，从侧面说明了人为活动等非自然因素对鄂尔多斯高原植物空间分布格局的强烈作用。 14 在鄂尔多斯高原生态系统管理上，应协调人与自然的关系;加强鄂尔多斯高原的生物多样性保育，对于本区生态和经济对非常重要的滩地，应协调好对其开发利用与保护的关系;在鄂尔多斯高原土地沙漠化防治方面，应把调整人地关系与自然生态背景与条件相结合，如使用“三圈”模式等生态系统管理模式等。

游牧文化、草地利用方式变迁与现代生态系统管理 — 以内蒙古锡林河流域为例

锡林郭勒草原位于内蒙古自治区中部，草地面积居我国11片重点牧区之首，是我国温带典型草原的核心分布区和重要的草地畜牧业生产基地。长期以来，锡林郭勒草原作为我国北方地区的一道重要的绿色生态屏障，有效地阻止了草原腹地的土壤侵蚀、沙化以及来自中亚和我国西部的沙尘侵害，对于维持整个华北地区，特别是京、津大都市的生态环境安全起着极其重要的作用。然而，近几十年来，由于人类活动的强度干扰锡林郭勒草原发生了严重退化，生产力显著降低，草原的生态服务功能日益衰减。本文以锡林郭勒草原传统的游牧文化和草地利用方式的变迁作为切入点，以锡林河流域为案例，深入分析了社会驱动力在草地退化过程中的主导作用，目的在于揭示土地利用方式的变化、农牧业人口的剧增和牲畜数量在时间和空间分布的变化趋势与锡林河流域草地退化的关系，进而探求锡林河流域草地畜牧业的可持续发展途径。同时，近年来由于草地退化速度的加剧和草地退化面积的不断扩张，以及世界许多资源保护计划和可持续发展项目的失败，人类原始的土著文化对当地生态环境的保护和维持作用，引起了自然和社会科学界共同的关注，本文应用草地调查和社会调查的方法以及GIS技术对锡林河流域草地退化时空分布规律及其成因进行了研究。 原始游牧是锡林郭勒草原历史悠久的草地利用方式，而草原游牧文化则是蒙古族传统文化的重要组成部分。随着人类社会不断地走向文明和现代化，传统的游牧逐渐地被半定居和定居定牧的方式所取代，蒙古族传统的草原游牧文化也随之走向衰落。本文采用社会调查方法对锡林河流域已经结束了50多年的游牧利用方式进行考察，探讨了不同土地利用方式时空格局，以及土地利用方式变迁对草地退化格局的影响，进而强调了传统的草原游牧文化对于人类的行为规范、价值观念、环境保护和维持生态系统功能的重要意义。 以1984年和2004年开展的大量草地调查数据为基础，结合同期的TM数据，分析了20年来锡林河流域草地退化程度及其空间分布，结果发现锡林河流域草地退化面积达到70％之多，从东南向西北草地退化程度明显加剧。同上世纪80年代中期相比，锡林河流域植被在近20余年来的变化状况表现为：局部恢复，部分地区变化不明显，总体上呈现出不断恶化的发展势头。通过对位于 锡林河流域的锡林浩特市及其邻近地区的社会驱动因子的分析，并应用统计学和GIS空间分析的方法，对锡林河流域土地利用、牧业人口和牲畜数量等因子在近35年来的变化过程进行了系统研究，发现土地利用变化、人口的急剧增加、以及过度放牧是导致锡林河流域草地退化加剧的主要原因。 在上述分析的基础上，以适应性生态系统管理和可持续性科学的基本理论为指导，对锡林河流域的生态环境保护和草地畜牧业的可持续发展提出了一些具体的建议和措施。

岷江上游景观可持续管理决策预案研究

岷江上游地区是我国一个重要的大尺度、复合型生态过渡带，也是一个生态系统脆弱区和敏感区，它不但影响当地和岷江下游的农业生产、生活用水和生态环境，而且影响长江上游地区生态环境改善，在长江上游生态安全格局中占有重要地位。近几十年来，在强烈的自然变化与人类活动干扰下，该区域景观发生了巨大变化，综合研究影响景观变化的自然、社会因子，制定以生态系统可持续为目标的景观管理决策，从而为改善区域生态环境，构建生态安全格局具有重要的科学意义和现实需求。本论文通过对岷江上游农、林、草复合景观诸多因子的研究，通过NetWaver和CDP（Criterium DecisionPlus）平台，分别建立基于模糊逻辑的景观评价知识库和基于多目标决策的景观管理决策模型，实现了岷江上游3种不同目标的景观管理决策预案。本论文取得了如下结论： (1). 景观格局分析表明，岷江上游景观以草地为基质，森林以及其他景观类型作为斑块镶嵌其中，草地类型影响到整个景观格局的生态过程，包括物质的传输与能量的流动。 (2). 通过建立人类活动强度这一可定量化测度的指标，分析了研究区森林、草地、耕地三种主要景观类型的格局变化，结果显示，人类活动视为信息熵输入，其强度大小对景观类型所起的作用不同，正确引导和控制一定范围、一定强度的人类活动可以实现景观的恢复。 (3). 基于NetWeaver系统，设计景观评价模糊知识库，对研究区进行了景观综合评价，整个流域除了四个子流域支持程度为低或者非常低外，其余子流域支持程度较好，景观管理的可行性和有效性水平较高。评价的结果为景观管理预案的设计提供了重要的数据支持。 (4). 综合研究区社会、经济和生态发展三个子系统，通过层次分析法，建立三层指标体系对研究区可持续能力进行评价。结果表明，岷江上游可持续发展能力综合评价值为0.22（理想值为1），反映出景观可持续能力差，实施区域生态系统管理，制订可持续管理预案具有重要性和紧迫性。 (5). 通过CDP（Criterium DecisionPlus）平台，综合所有对景观管理有潜在影响的因素，构建景观管理的决策模型，设计了三个基于不同管理目标的决策预案；并对所设计的管理预案进行了模型不确定性分析、灵敏度分析和因子贡献量分析，验证了预案模型的鲁棒性（robustness）；最后，结合生态系统管理系统EMDS（Ecosystem Management Decision System）和ARC/GIS的环境实现预案空间表达，并对决策结果进行了分析与讨论。论文的研究结果是研究区实施景观管理规划的关键性参考依据。

岷江上游农林复合景观管理优先度评价

结合前期研究共辨识出10项景观管理影响因子,依据其作用的性质和特点,将其分为4大类参数,通过NetWeaver模型构建了基于模糊逻辑的优先度评价知识库,在EMDS(Ecosystem Management Decision Support system)和ARCGIS9.x环境下,对4类景观管理影响因子的优先度进行了评价。结果显示:1)可行性因子综合优先度评价结果为除ws3、ws6、ws8和ws9 4个子流域的优先度为低外,其余6个子流域优先度居于中等优先水平;2)有效性因子优先度综合评价结果,ws1、ws9和ws10 3个子流域优先度为强,ws8优先度最低,其余子流域为中等优先;3)景观综合结果除ws1~ws33个子流域属于强外,其余子流域优先度为低;4)所有影响因子的综合结果为ws8子流域优先度最低,其余部分优先度居于中等。

Burrowing rodents as ecosystem engineers: the ecology and management of plateau zokors Myospalax fontanierii in alpine meadow ecosystems on the Tibetan Plateau

1. Plateau zokors, Myospalax fontanierii, are the only subterranean herbivores on the Tibetan plateau of China. Although the population biology of plateau zokors has been studied for many years, the interactions between zokors and plants, especially for the maintenance and structure of ecological communities, have been poorly recognized. In the past, plateau zokors have been traditionally viewed as pests, competitors with cattle, and agents of soil erosion, thus eradication programmes have been carried out by local governments and farmers. Zokors are also widely and heavily exploited for their use in traditional Chinese medicine.2. Like other fossorial animals, such as pocket gophers Geomys spp. and prairie dogs Cynomys spp. in similar ecosystems, zokors may act to increase local environmental heterogeneity at the landscape level, aid in the formation, aeration and mixing of soil, and enhance infiltration of water into the soil thus curtailing erosion. The changes that zokors cause in the physical environment, vegetation and soil clearly affect the herbivore food web. Equally, plateau zokors also provide a significant food source for many avian and mammalian predators on the plateau. Zokor control leading to depletion of prey and secondary poisoning may therefore present problems for populations of numerous other animals.3. We highlight the important role plateau zokors play in the Tibetan plateau ecosystem. Plateau zokors should be managed in concert with other comprehensive rangeland treatments to ensure the ecological equilibrium and preservation of native biodiversity, as well as the long-term sustainable use of pastureland by domestic livestock.