三江源区退化草地"黑土滩"植物功能群时空动态与模拟模型

基于三江源区490万公顷"黑土滩"退化草地的形成与治理问题，建立模拟模型研究退化草地植物功能群数量和面积动态演变，有助于为恢复"黑土滩"退化草地提供理论指导，有助于为保护和管理三江源区高寒草甸资源制定中长期规划提供理论参考依据。本课题拟解决的科学问题是："黑土滩"退化草地不同植物功能群和裸露秃斑块的共生机制，以及在人类活动（放牧和鼠害）和气候变化（气温和降水）影响下动态演变规律。建立空间直观网格为基础的模拟模型，通过调整模型参数和进行模拟试验，探讨"黑土滩"过程不同植物功能群的递增、衰减、甚至灭绝过程。应用模型灵敏度分析和假定式试验，研究提出有效的保护高寒草甸和恢复治理退化草地"黑土滩"措施。

针对三江源区高寒草甸退化的动态性和复杂性，从高寒草甸优势种嵩草属植物种群尺度上利用模拟模型揭示“黑土滩”退化的演变规律，项目从嵩草属植物消退和恢复两个途径建立计算机模拟模型，预测“黑土滩”的形成和恢复过程，为保护高寒草甸和恢复“黑土滩”提供理论参考。项目建立了嵩草属等4种植物功能群（PFTs）动态演变的时空间模型，首次在青藏高原建立了高寒草甸嵩草属等4种植物功能群动态变化的网格模拟模型。. 不同放牧强度下高寒草甸PFTs动态500年的模拟结果表明：在低于20%的草地放牧利用水平下，高寒草甸由于大量杂类草的存在，不利于当地的牧业经济发展。在20%-40%的放牧强度下PFTs的动态组成复杂，草地出现多样的PFTs组合。放牧强度大于60%-80%或者超过80%的时候，草地表现出退化现象，进而引发诸多草地生态环境问题，包括小型哺乳动物爆发、严重的水土流失、生物多样性减少等等，导致严重的“黑土滩”退化。不同放牧强度影响下高寒草甸“黑土滩”的形成时间差异明显（21年～370年），极度“黑土滩”的恢复时间差异也明显从50年到大于500年。. 本项研究模型结果表明：在较高草地放牧利用率60%-80%影响下，“黑土滩”退化的时间需要370年。在很高放牧利用率80-100%下，高寒草甸形成“黑土滩”的时间只需要21年，模型运行90年后草地全部秃斑化，草地各组成趋于稳定状态。在很低，低和中等放牧强度下高寒草甸不会形成“黑土滩”。由于低于20%的草地放牧利用水平下，高寒草甸形成以杂类草为优势群落，草地质量变差，不利于放牧利用，因此，40%-60%放牧利用强度下的植被群落动态有利于高寒草甸长期的持续发展与放牧利用。. 项目组撰写发表了23篇学术论文，其中SCI论文6篇，国内核心13篇，国内一般刊物4篇；项目组完成了1部英文学术专著，该书稿2016年8月由Springer出版发行。项目研究期间共培养了博士研究生1人、硕士研究生7人、本科生12人。参加国内外学术会议6次，举办国内学术会议4次。...