生物多样性和生态系统功能(BEF)之间的关系是目前陆地生态系统生态学研究的热点, 对于生态系统的高效利用与管理意义重大, 而且对于退化生态系统功能的恢复及生物多样性的保护有重要的指导作用。高寒草地是青藏高原生态系统的主体, 近年来, 在气候变化与人为干扰等因素的驱动下, 高寒草地生态系统功能严重衰退。为此, 本文在综述物种多样性和生态系统功能及其相互关系研究进展的基础上, 首先从地下生态学过程研究、全球变化对生态系统多功能性的影响等方面解析了目前关于草地生物多样性和生态系统功能研究中存在的问题。继而, 从不同草地类型、草地退化程度、放牧、模拟气候变化、刈割、施肥、封育和补播等干扰利用方式对高寒草地物种多样性与生态系统功能的影响进行了全面的评述。并指出了高寒草地BEF研究中存在的不足, 今后应基于物种功能多样性开展高寒草地BEF研究, 全面且综合地考虑非生物因子(养分资源、外界干扰、环境波动等)对生物多样性与生态系统功能之间关系的影响, 关注尺度效应和要素耦合在全球气候变化对高寒草地BEF研究中的作用。最后, 以高寒草地BEF研究进展和结论为支撑依据, 综合提出了高寒草地资源利用和生物多样性保护的措施与建议: 加强放牧管理, 保护生物多样性; 治理退化草地, 维持生物多样性功能; 加强创新保护理念, 增强生态系统功能。

青藏高原拥有丰富的种子植物, 但对该地区特有植物的区系特征以及多样性还鲜有报道。本文通过植物志(书)以及在线数据库, 整理了只分布于青藏高原地区的种子植物名录及其地理分布, 分析了它们的科属特征、区系成分以及多样性空间分布格局。结果表明: 青藏高原共有特有种子植物3,764种, 隶属113科519属, 多数为草本植物(76.3%); 包含100种以上的科有菊科、毛茛科、列当科等15个, 属有马先蒿属(Pedicularis)、杜鹃花属(Rhododendron)、紫堇属(Corydalis)等7个; 从属的区系成分来看, 温带成分占主导(67.5%)。青藏高原特有植物多样性格局呈现从高原东南部向西北部逐渐递减的趋势, 其中东喜马拉雅-横断山脉的物种多样性非常丰富, 而且多数物种分布在高原的中海拔地带。理解青藏高原特有物种的特征及多样性格局对探讨高原植物区系的演化历史和物种保护有重要启示。

三江源地处全球生物多样性热点之一的青藏高原腹地, 是高寒草地生物多样性的集中分布区。但过去几十年中, 人为干扰和气候变化等因素导致高寒草地严重退化, 草地生物多样性受到极大威胁。本研究利用最大熵(MaxEnt)模型模拟了三江源区40种濒危保护植物当前及未来气候变化情景下的热点分布区。根据最大熵模型估计结果统计, 目前三江源濒危保护植物的热点区面积89,438 km², 主要分布于三江源东部和南部, 其中濒危物种大于30种的最热点地区面积485 km², 主要分布于囊谦县、玉树市、班玛县、久治县和河南县。未来在增温增湿的气候变化情景下, 最大熵模型模拟的三江源区草地濒危保护植物的热点区将向西北部扩大, 有利于植物多样性的维持和提升。然而, 模型模拟还发现, 在囊谦县、玉树市、班玛县、久治县和河南县等县市, 均有濒危保护植物大于25种以上的热点区域未被重点保护区覆盖, 总面积为4,423 km²。这一区域被划分为可开展畜牧生产活动的一般保护区, 受到人为干扰的可能性较大, 应予以更多关注与保护。

三江源是我国生态保护的优先区域。自2005年以来, 国家投入大量资金在三江源实施了一系列生态保护措施和工程, 主要目的之一是保护和恢复草地生态系统。本文基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)增强型植被指数(EVI)数据和野外实测样方, 从草地生物量的角度评估了三江源工程的保护成效, 以期为后续的保护措施提供参考。本文使用2000-2016年间在青藏高原248个样地的实测地上生物量数据和同期的EVI数据, 比较了通过EVI估算草地地上生物量的不同建模方法, 并从中选择表现最佳的乘幂模型反演了三江源高寒草地的地上生物量, 用趋势分析法得出了生物量的变化。结果显示, 2000-2016年间, 三江源高寒草地地上生物量没有发生显著变化的面积占62%, 显著增加的地方主要在西部和北部, 占22%, 显著减少的地方则主要在中部和南部, 占16%; 2000-2016年间, 草地地上生物量的年际波动较大, 但总趋势不显著; 在2012年后, 地上生物量表现出显著降低的趋势。三江源国家级自然保护区外部的草地地上生物量高于内部, 使用匹配法比较保护区内外草地地上生物量变化的情况, 结果发现在生态保护工程实施的2005-2012年间, 三江源保护区内的草地生物量没有显著增加。

青藏高原是地球上一个独特的自然地理单元, 具有丰富的生境类型和生物种类, 是生物多样性与全球环境变化领域的热点研究区域。青藏高原发育着独特的动物区系, 尤其是有蹄类动物, 如藏羚(Pantholops hodgsonii)、野牦牛(Bos mutus)、藏原羚(Procapra picticaudata)、普氏原羚(P. przewalskii)、白唇鹿(Przewalskium albirostris)等青藏高原特有动物。在本文中, 我们探讨了如下问题: 青藏高原有多少种有蹄类动物?有多少种特有有蹄类动物?其分布格局如何?生存状况如何?保护现状如何?我们首先确定了青藏高原动物地理区的地理边界。发现青藏高原有28种有蹄类, 其中10种是青藏高原特有种。青藏高原有蹄类种数占中国有蹄类的42%, 单位面积上的有蹄类物种密度比中国现生有蹄类物种平均密度高62%。特有种比例高达36%。然而, 青藏高原有蹄类物种分布不均匀, 其丰富度呈东部高西部低格局, 而高原特有有蹄类则分布于高原腹地。青藏高原有蹄类动物生存受威胁比例高, 其中71%为受威胁物种, 54%被列入濒危野生动植物种国际贸易公约(CITES)附录I或附录II。野外调查发现大额牛(Bos frontalis)已经野外灭绝, 目前仅在高黎贡山有人工养殖的群体。青藏高原有蹄类物种红色名录指数从1998-2015年呈现持续下降趋势, 全球气候变化将加剧这一趋势。青藏高原有蹄类受威胁局面仍在继续, 物种生存状况持续恶化。虽然经过40年的自然保护区建设, 但一些青藏高原有蹄类的重要种群与栖息地并没有被自然保护区和新建的三江源国家公园所覆盖。因此, 在开发青藏高原、实现人类社会经济发展目标的同时, 应尽量保存高原野生动物种群与生境, 实现青藏高原草地生态系统的可持续利用与生物多样性保护的双赢目标。

研究物种分布格局对制定有效保护措施至关重要。本研究从文献记录和实地调查中获取97个分布点, 筛选出7个重要环境变量, 采用最大熵(MaxEnt)模型分析了中国青藏高原特有种白唇鹿(Przewalskium albirostris)的潜在分布区域。结果显示: 白唇鹿潜在分布区主要位于青藏高原东部, 适宜生境呈现出以西藏、青海和四川三省交界地带为核心向四周扩散的模式。刀切法(Jackknife)分析表明, 地形、气温季节变化和年降水量是决定白唇鹿分布的重要因素, 人类影响变量贡献相对较小。白唇鹿种群现状尚不清晰, 建议对该物种进行全面深入调查。

普氏原羚(Procapra przewalskii)是青藏高原特有物种, 为了掌握该物种的分布和种群状况, 我们于2014-2015年采用全面调查和直接计数的方法, 对普氏原羚的分布、种群和保护现状进行了调查。结果如下: 普氏原羚分布在青海湖周边12个隔离的分布点, 与全国第一次野生动物资源调查的结果相比, 有多个新的分布点被发现, 分布范围和面积扩大; 调查共发现1,238只普氏原羚, 与2010年以后的调查结果相比, 种群数量维持在一个稳定的水平。然而, 仅有4个分布点位于青海湖国家级自然保护区范围内。尽管刚察县成立了青海湖普氏原羚特护区, 天峻县成立了普氏原羚自然保护站, 但现有的管护力度仍然不够, 且缺乏系统的管理规划。我们建议在天峻县布哈河上游的生格-快尔玛地区成立普氏原羚自然保护区; 同时建立适当的生态补偿机制, 协调保护与社区发展的矛盾; 鉴于目前圈养种群发展迅速, 建议在历史分布区选取合适的地点进行人工繁育个体的迁地放归。

野牦牛(Bos grunniens)是青藏高原特有的大型有蹄类动物, 主要分布在西藏羌塘, 青海可可西里、三江源, 新疆阿尔金山等地的高海拔生境。我们于2012-2014年在西藏羌塘和青海可可西里对野牦牛进行了较为全面的实地调查, 并且估算西藏羌塘地区野牦牛种群在11,222-21,072头之间, 可可西里野牦牛种群数量在659-1,793头之间。据本次野外调查和历史文献资料显示, 自20世纪90年代起, 中国野牦牛种群数量逐年增长, 但是其分布区面积却逐步缩减, 目前仅分布在几个相对孤立且远离人类居住地的高寒区域。随着全球气候变化与青藏高原人类活动的加强,野牦牛的生存现状依然严峻, 我们仍需加强对青藏高原特有物种的保护。

生物多样性的空间分布及其相关机制一直是生态学、生物地理学和保护生物学研究的热点问题。山地生态系统生境异质性和生物多样性高, 适合研究生物多样性空间分布及其相关机制。喜马拉雅山脉位于青藏高原南缘, 是全球生态热点区域。其地形复杂, 海拔落差大(100-8,844 m), 具有明显的垂直气候带。本研究通过整合野外调查和文献资料, 系统地分析了10目23科160属313种喜马拉雅山地区哺乳动物物种多样性的垂直分布格局, 发现该区域哺乳动物总体及其子集的物种多样性垂直分布格局都为左偏倚的中峰格局, 物种多样性在海拔900-1,400 m之间最高, 不同物种子集的物种多样性垂直分布格局的模式有所不同。UPGMA聚类分析表明, 喜马拉雅山地区哺乳动物群落沿海拔梯度可以划分为5个聚类簇(海拔100-1,500 m、1,500-2,000 m、2,000-3,000 m、3,000-4,200 m以及4,200-6,000 m的地区), 大致与该地区植被的垂直带分布相吻合。喜马拉雅山地区哺乳动物物种多样性在中低海拔最为丰富, 可能跟东洋界与古北界生物群扩散后的交汇地带相关。喜马拉雅山区贯通南北的沟谷是生物扩散和迁移的通道, 沟谷内水热资源较好, 气候稳定性高, 为高山生态系统内各种生物创造了栖息条件。综上, 喜马拉雅山沟谷地区是生物多样性热点地区, 也是生物扩散和交流关键的“生态走廊”, 应加强对喜马拉雅山沟谷地区的保护, 以维系该区域较高的生物多样性。

三江源地区具有丰富的高原生物多样性, 是我国重要的生态安全屏障。作为我国第一个体制试点的国家公园, 三江源国家公园将被建成青藏高原大自然保护展示和生态文化传承区。为更好地服务于三江源国家公园建设, 本研究从海拔、年均温和年降水等方面, 在环境空间上系统比较了国家公园与三江源和可可西里自然保护区的差异; 以4种两栖爬行动物即高原林蛙(Rana kukunoris)、倭蛙(Nanorana pleskei)、西藏齿突蟾(Scutiger boulengeri)和青海沙蜥(Phrynocephalus vlangalii)分布点环境条件在国家公园内外的异同为例, 探讨分布受环境制约大、扩散能力弱的物种保护在国家公园建设中可能面临的机遇和挑战。结果表明, 国家公园与已建自然保护区在地理空间上重叠较大, 但它们在自然环境上的差别很明显; 自然保护区内两栖爬行类所偏好的环境条件较多未包含在国家公园内。鉴于三江源的区位特殊性及对气候变化的敏感性, 区域内两栖爬行动物等对环境依赖性强、扩散能力弱物种的有效保护不仅有助于保持物种遗传多样性和区域生态系统的完整性, 也有利于更好地实现国家公园目标定位并服务于生态文明建设。为此, 在国家公园内, 应开展两栖爬行动物种群动态和群落结构的长期监测, 加强基础生物学研究, 掌握环境变化对两栖爬行动物分布、遗传、行为、形态、种群动态及群落可能产生的影响, 实现区域内两栖爬行动物及其类似物种在环境变化下的永续生存。

社区参与是实现生物多样性保护目标的重要途径, 也是我国国家公园建设的重要组成部分。青海省三江源国家公园在前期试点中设置了16621个生态管理公益岗位, 当地牧民因此成为三江源保护的主要力量。本文通过对三江源地区已进行的生态管理公益岗位的调研发现, 由于传统文化和环保宣传的影响, 三江源当地藏族牧民具有较高的保护环境意识和参与保护行动的强烈愿望, 生态公益岗位是对这种愿望的良好回应。但在实践中, 因为需要兼顾提升生态保护成效、提升牧民收入、扶贫等多重目标, 生态管护员的选拔、管理、考核等并未按照最大化保护成效的方式进行。国家公园试点村中, 生态管护员全部由贫困户担任的方式, 实质上是将完成扶贫目标摆在了完成自然保护目标之前。这样的选择方式有着深刻的制度根源。为了进一步提升国家公园内生态公益岗位的保护成效, 我们认为应当明确生态管理公益岗位的定位, 明确提升保护成效是第一位的任务; 应当改进现有体制, 使基层政府有更多资源和空间组织管护工作, 并增加社区的参与程度。在这一过程中, 有民间机构参与的广阔空间。