黄河源高寒草甸退化秃斑地的扩大连通机理研究

The degradation of "black soil beach" in alpine meadow is formed by the appearance of a large number of degraded grounds (bare patch of alpine meadow). The increasing and expanding connectivity of the degraded ground is the key to the formation of "black beach". There are many studies on the genetic characterization and treatment of the degradation of "black soil beach" on the Qinghai-Tibet Plateau, but there is little research on the formation mechanism, dynamic change and expanded connection mechanism of the degraded ground during the degradation of "black soil beach". In this project, the activity of plateau pika and mowing intensity on grassland are two different disturbance factors, and their influences on the degraded ground of alpine meadow will be studied. By observing the change of size, quantity and soil erosion intensity of the degraded ground, the effects of different disturbance treatments on the formation and expansion of the degraded ground will be also studied, and the mechanism of expanding connectivity of the degraded ground will be analyzed. All the experiments are going through the field control of grassland use and plateau pika outbreak. The results of the study will be used to better management of the alpine meadows on the QTP to prevent from the soil erosions.

高寒草甸“黑土滩”的退化开始于大量退化秃斑块的出现，退化秃斑块的增多、扩大连通是“黑土滩”形成的关键。关于青藏高原“黑土滩”退化的成因定性研究较多，而“黑土滩”退化过程中退化秃斑块的形成、动态变化以及扩大连通机理缺乏研究，鲜有文献报道。本项目以高原鼠兔活动和刈割强度为两个不同扰动处理因素，研究它们对高寒草甸退化秃斑块扩大连通的影响，通过观测高原鼠兔的活动规律，分析高原鼠兔挖掘觅食行为；通过观测退化秃斑块的大小、数量变化以及水土流失强度，研究不同扰动处理对退化秃斑块的形成和扩大连通机理，分析探讨退化秃斑块的扩大连通与“黑土滩”形成的关系，为青藏高原“黑土滩”的治理和合理利用高寒草甸提供科学依据。

高寒草甸退化秃斑地的扩大连通是高寒草甸“黑土滩”退化草地形成的关键过程。本项目在黄河源区典型退化高寒草甸设置不同高原鼠兔密度和刈割强度扰动的双因素随机区组控制试验，定量分析不同扰动处理下的植被群落特征和土壤理化性质变化。通过野外录像机定期录制高原鼠兔挖掘和觅食活动，揭示不同扰动强度下高原鼠兔挖掘觅食行为时空间差异。通过无人机航拍图像，分析退化秃斑块月尺度和年尺度上的动态变化，并基于退化秃斑块的形状和数量变化，计算不同月份间土壤剥蚀速率，研究高寒草甸退化秃斑块的动态变化及其扩大连通机制。结果表明：（1）刈割处理显著降低了高寒草甸地上生物量，年份、刈割强度及它们的交互作用对土壤温度有显著影响。随着刈割强度的增加，全氮、全磷表现为先增加后减少的趋势，说明放牧活动是影响高寒草甸植被和土壤特征变化的一个主要因素。（2）高原鼠兔的地面活动高峰出现在上午10:00和下午4:00，夜间几乎不活动。不同季节高原鼠兔的挖掘和觅食行为的相对频率大小排序为冬季>春季>夏季>秋季，活动高频率最高值出现在4月份。（3）高寒草甸退化斑块可分为活动斑块、非活动斑块和恢复斑块3种类型，它们之间更替过程构成了高寒草甸的退化/恢复演替规律。刈割处理不能形成退化斑块，高原鼠兔活动通过破坏恢复斑块，造成高寒草甸受到的干扰转变为持续性干扰模式，导致高寒草甸退化斑块的扩大连通。（4）随着退化斑块覆盖率的增加，鼠兔跑道的连通性指数（r）呈抛物线变化。连通性r指数极大值点对应着退化斑块覆盖率21%水平，是退化斑块扩大连通的渗透生态阈值。当高寒草甸退化斑块达到渗透阈值时，高寒草甸开始破碎化。高寒草甸退化斑块具有跨尺度斑块演替规律，表现出分形几何图形特征，面积呈现指数分布，各斑块之间具有相互作用和连通性。跨尺度斑块演替过程破坏了高寒草甸退化斑块与恢复斑块之间的动态平衡并最终形成“黑土滩”。