祁连山国家公园生态承载力年际变化特征及其影响因素分析

基于2000—2019年祁连山国家公园境内的卫星遥感和社会经济统计数据,综合运用DPSIR、TOPSIS和障碍度模型,构建生态承载力评价指标体系,分析生态承载力年际变化特征,量化生态承载力状况,揭示影响生态承载力的主要障碍因素。结果表明:研究时段内生态承载力状况较差,经济发展与生态环境保护矛盾突出。2000—2014年生态承载力降低,2014—2019年生态承载力增加。驱动力和压力子系统变化是导致2014年之前生态承载力降低的主要因素,2014年以后生态承载力增加是驱动力、压力和响应子系统共同作用的结果。响应子系统是影响现阶段生态承载力的主要障碍因素,其次是驱动力和压力子系统。随时间推移,响应子系统对生态承载力的影响减弱,驱动力子系统对生态承载力的影响增强。未来应将国家公园纳入区域发展,耦合协调生态环境保护与社会经济发展的关系。

祁连山国家公园青海片区雪豹栖息地适宜性评价

雪豹是全球生物多样性保护的旗舰物种,精准评估雪豹栖息地质量可为其种群保护提供科学参考。本文选取地形、气候、植被类型和人为干扰等环境因子,采用景观连接度和MaxEnt模型两种方法,对祁连山国家公园青海片区雪豹栖息地质量进行评价。结果表明:高适宜栖息地主要分布在研究区的西部和中部,适宜面积占青海片区总面积的71.8%~77.5%,两种方法预测的适宜栖息地重叠区为8979.1 km^(2),占青海片区总面积的56.7%;39.8%~43.3%的适宜栖息地分布在一般控制区,56.7%~60.2%的适宜栖息地分布在核心保护区;疏勒河源区适宜栖息地面积最多,石羊河源区适宜栖息地面积最少,黑河源区适宜栖息地面积占比最高,约为77.1%~91.8%。适宜栖息地面积整体呈现自东向西递增的趋势。一般控制区分布有较大面积的雪豹栖息地,人类活动将是一般控制区雪豹栖息地的潜在威胁。本研究对优化雪豹就地保护措施提供科学借鉴与参考。

基于最大熵模型的青海祁连山雪豹生境适宜性评价

近年来,各种人为和自然因素导致了青海祁连山山区局部出现了严重的生态破坏,加剧了祁连山雪豹生境的退化,如何有效地对雪豹生境进行适宜性评价是恢复和改善祁连山生态环境的重要途径。本研究基于3S技术,在青海祁连山雪豹分布区利用红外相机监测、日常巡护监测以及雪豹粪便、脚印等痕迹获得其分布点数据并综合考虑气候、地形、植被、人为干扰等关键环境变量,运用MAXENT模型对青海祁连山区域雪豹生境适宜性进行分析评价。研究结果表明:岩羊密度、降雨和海拔是影响雪豹生境选择的关键因子,适宜生境总面积为13935.98 km^(2),占研究区域的37%,而大约48%的适宜生境分布在保护区外。现有功能区下雪豹保护的关键区域为位于保护区中部及西北部区域的祁连山中段疏勒南山-托勒南山区域,另有部分最适宜区位于保护区管辖范围之外的祁连县北部的沙龙滩管护站、托勒河源管护站及瓦乎斯管护站所在区域。

长期围封对疏勒河源区高寒草甸地表节肢动物多样性的影响

围封会促进退化高寒草甸植被和土壤环境恢复,长期围封也会导致生物多样性及其功能下降,影响高寒草甸生态系统的稳定,但这种影响会随着季节和生境条件变化而异。为了探究不同退化程度高寒草甸地表节肢动物群落变化对围封禁牧的响应,利用陷阱法调查了疏勒河源区沼泽化草甸、草甸和草原化草甸3种不同退化梯度高寒草甸围封禁牧和自由放牧处理下地表节肢动物群落结构变化。结果表明:围封禁牧对高寒草甸地表节肢动物群落组成及多样性的影响随生境条件不同而异。禁牧降低了沼泽化草甸地表节肢动物的物种丰富度,而提高了草甸和草原化草甸地表节肢动物的物种丰富度;围封禁牧对沼泽化草甸地表节肢动物群落结构影响较小,显著降低了草甸生境地表节肢动物活动密度、提高了地表节肢动物多样性和均匀度,相反,禁牧显著提高了草原化草甸生境地表节肢动物活动密度、降低其多样性和均匀度;豹蛛属1种是高寒草甸主要的地表节肢动物类群(相对多度为67.0%),高寒草甸土壤水分有效性等生境条件不同影响了豹蛛属1种对围封禁牧的响应模式,进而影响了地表节肢动物群落结构变化。总之,高寒草甸退化程度影响了地表节肢动物多样性对禁牧和放牧的响应模式,沼泽化草甸适度放牧有利于提高地表节肢动物多样性及其功能。

基于改进Cascade R-CNN的雪豹物种水平的自动检测方法

雪豹(Panthera uncia)的皮毛具有较强的隐蔽性,红外相机监测图像中雪豹和背景较为相似,而且监测图像中雪豹的尺寸大小不一,为了提升雪豹检测的准确率,采用3个不同的检测器进行级联,在特征提取网络中引入特征金字塔结构改进Cascade R-CNN模型实现了雪豹的自动检测。以项目组采集的雪豹监测图像为数据集的评估结果表明,无论是白天/黑夜图像,还是多种不同尺寸雪豹同时出现的图像,该方法都可以较好地实现雪豹的识别及定位,平均准确率达93.0%,对比Faster R-CNN和SSD-300(Single Shot MultiBox Detector 300)分别提升了9.0%和3.9%。将该模型应用于雪豹监测图像的自动筛选,可以极大地提高工作效率。

基于InVEST模型的疏勒河上游产水量时空变化特征分析

开展山区流域产水量的定量评估研究,有利于区域水资源保护规划的制定、生态补偿机制的建立以及生态平衡的维系。然而,目前对我国西部高寒山区产水量的时空变化评估及其影响因素的研究依然较为缺乏。选取青藏高原东北缘祁连山西段疏勒河上游为研究区,基于InVEST(Integrate Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs Tools)模型定量估算并分析了2001—2019年产水量的时空变化特征及影响因素。结果表明:(1)2001—2019年,研究区年均气温和年实际蒸散量呈增加趋势(P>0.05),年降水量和NDVI则显著增加(P<0.05);(2)年均总产水量为13.66×10^(8) m^(3),空间分布呈现山地高海拔区较高,河谷低海拔区较低的特征;(3)19年来产水量以0.26×10^(8) m^(3)/a的速率显著增加(P<0.01)。其中,高海拔区的产水量显著增加,约占整个研究区的32.01%;然而,仅有8.39%的低海拔区产水量显著下降(P<0.05)且集中分布在西北部;(4)产水量与降水量显著正相关,同气温、实际蒸散量、归一化植被指数(NDVI,Normalized Difference Vegetation Index)和根系深度显著负相关(P<0.001);(5)产水功能一般重要级别区占研究区面积的47.26%,极重要和高度重要级别区占总面积的28.25%。研究为祁连山国家公园水资源的动态评估、有效管理和可持续发展提供了科学参考。

多年冻土区“黑土滩”土壤团聚体对人工建植的响应

为研究人工恢复“黑土滩”(“Black soil land”,BSL)后土壤团聚体粒级组成和稳定性特征,以青藏高原东北缘祁连山西段疏勒河源多年冻土区BSL和4龄人工建植草地(Artificially planted grassland,APG)为研究对象,基于干筛和湿筛法分析0~20 cm层其变化特征。结果表明:BSL和APG干团聚体均以>3 mm粒级为主,湿筛以微团聚体(<0.25 mm)占比最高。建植后大团聚体(>0.25 mm)含量增加,微团聚体显著减少,且团聚体几何平均直径、重量平均直径和抗蚀性因子更高,破坏率更低,表明人工建植能显著提高团聚体稳定性。随土壤深度增加,APG和BSL干团聚体稳定性增加,而湿筛稳定性降低,说明0~10 cm团聚体受机械破碎强烈,10~20 cm遇水易破碎。逐步回归表明砂粒降低、氧化还原电位和有机质增加是团聚体稳定性增加的主要因素。因此,多年冻土区人工建植能改善退化草地浅层土壤结构并提高其稳定性。

评估荒漠猫的日活动节律:基于红外相机与卫星颈圈数据的对比

对于活动隐秘、难以直接观察的野生猫科动物,红外相机与卫星追踪颈圈是目前研究其日活动节律的两种主要采样工具。日活动节律基于对动物活跃状态(即活跃或不活跃)的判断,由于获取数据的机制不同,两种方法所获得的动物日活动节律模式之间可能存在差异,但缺乏基于野外实地调查的系统对比评估和分析。荒漠猫(Felisbieti)分布于青藏高原东部,是唯一的中国特有猫科动物,被列为国家I级重点保护野生动物。本研究以荒漠猫为例,使用红外相机和卫星追踪颈圈两种工具,于2020年6月至2021年12月对青海祁连山地区的荒漠猫进行调查,分别基于放置在荒漠猫洞口(相机位点2个,独立有效探测173次)、兽径(相机位点23个,独立有效探测423次)两种红外相机布设方式和卫星追踪颈圈(追踪个体10只,总有效定位点62,942个)所得的数据,评估了该物种的日活动节律,并对不同途径所得的活动节律模式间的差异进行了对比。结果显示,荒漠猫全天都有活动,在黄昏17:00–19:00时段存在一个活动高峰。全部红外相机探测数据与颈圈活动量数据获得的活动曲线重叠系数最高,为0.89。与卫星追踪颈圈方法相比,红外相机数据反映出16:00–21:00的活动水平更高;这一时间段较高的活动主要来自洞口位点的红外相机探测数据。荒漠猫行为谱的对比分析结果显示,不同方法所判断的动物“活跃”状态所对应的行为类型不同:安装在洞口处的红外相机记录以繁殖、育幼相关的社会行为为主;安装在兽径处的红外相机记录以移动、觅食等行为为主;而卫星追踪颈圈只能相对粗略地区分荒漠猫的移动和静止。本研究的结果表明,不同方法所获得的野生猫科动物的“活动节律”之间存在差异;在不同方法记录到的数据中,二元化的“活跃”或“不活跃”分类背后所反映的动物行为类别和含义是不同的。在对比不同方法获得的活动节律时需要谨慎,应在对动物的行为模式和规律深入全面了解的基础上,对数据做出恰当、准确的解读。

疏勒河源冻土区高寒草甸土壤碳氮含量特征

土壤碳氮是高寒植被响应多年冻土区生态环境变化的重要营养和能源物质,但对其调查仍以生长季的单次采样为主,缺乏对其他季节的研究,这对于准确把握多年冻土区土壤碳氮含量及储量评估存在明显局限性。为此,本研究以青藏高原东北缘祁连山西段疏勒河源多年冻土区高寒草甸为对象,对0—50 cm土层土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)、全氮(Total Nitrogen,TN)含量及其比值(C/N)的剖面分布和季节变化及其影响因素进行分析。结果表明:(1)SOC、TN剖面分布规律一致,0—10 cm土层均显著高于10—50 cm各层(P<0.05),0—50 cm深度仅秋季逐渐下降,而春夏冬季0—30 cm递减。(2)SOC、TN含量存在季节变化,SOC表现为夏季>冬季>春季>秋季,TN表现为春秋冬季含量一致,夏季略低。(3)C/N季节变化显著,夏季显著最高,秋季显著最低(P<0.05)。(4)土壤含水量和生物量是影响SOC、TN及C/N剖面分布和季节变化的关键因素。(5)夏季土壤碳氮密度均高于全年平均。可见,仅单一节点(生长季为主)调查以表征全年土壤碳氮储量存在高估趋势。