荒漠草原放牧强度对植被生物量与土壤特性的非线性影响及其生态阈值研究

本研究针对荒漠草原生态系统因放牧压力导致的非线性退化问题，通过植被-土壤采样与阈值回归模型，首次量化了放牧强度的关键生态阈值（270和68 sheep units/km），揭示了植被-土壤互作的突变机制，为干旱区草地可持续管理提供了早期诊断指标与科学依据。

　　

荒漠草原作为干旱区生态系统的关键组成部分，承担着维系碳循环、保持生物多样性和支撑畜牧业的重要功能。然而，气候变化与人类活动的双重压力使其成为全球退化风险最高的生态系统之一。尤其在中国，占草原总面积20%的荒漠草原正面临过度放牧引发的"生态悬崖"效应——当放牧强度超过某个临界值时，系统会突然崩溃并陷入不可逆的荒漠化进程。这种非线性退化机制如同生态系统的"多米诺骨牌"，一旦触发便难以挽回，但现有研究对具体阈值及其作用机理仍缺乏精准认知。

内蒙古巴彦淖尔市乌拉特中旗的科研团队在《Ecological Frontiers》发表的研究，首次通过多尺度野外调查与数学模型相结合的方式，绘制出荒漠草原退化的"预警地图"。研究人员采用空间替代时间法，沿放牧梯度设置样带采集植被与土壤样本，结合牧户问卷调查量化放牧压力，运用相关分析与阈值回归模型（Threshold regression model）解析生态系统参数的突变特征。

研究区域
选择内蒙古乌拉特中旗（北纬41°07′-41°28′，东经107°16′-109°42′）作为典型荒漠草原研究区，该区域年均降水200mm而蒸发量高达2000mm，植被以耐旱灌木-草本群落为主，是研究放牧-环境互作的理想场所。

放牧强度对生物量与土壤特性的非线性效应
研究发现植被与土壤参数对放牧的响应呈现显著阈值效应：当放牧强度超过270 sheep units/km（ln(GI)=-1.7）时，地上生物量（Aboveground biomass）、全钾（Total potassium）和碱解氮（Alkali-hydrolysed nitrogen）出现断崖式下降；而在68 sheep units/km（ln(GI)=-2.9至-3.4）阈值处，土壤有机碳（SOC）突然升高而根冠比（Root-to-shoot ratio）骤降。这种双阈值现象暗示荒漠草原退化存在阶段性——初期土壤养分再分配可能掩盖生态风险，但超过高阶阈值后系统将进入恶性循环。

根冠比解耦现象揭示退化信号
低放牧压力下，地上与地下生物量呈正相关（R²>0.8），植物通过资源优化分配维持生态功能。但当放牧超过初级阈值，根冠比急剧下降表明植物被迫改变资源分配策略，优先保障地下部分存活。这种"断尾求生"的适应策略虽短期维持个体生存，却削弱了植被的水土保持能力，加速土壤养分流失。

结论与启示
该研究首次量化了中国荒漠草原退化的两个关键放牧阈值（68和270 sheep units/km），揭示出植被-土壤系统从量变到质变的非线性转换规律。特别是发现根冠比突变可作为早期预警指标，比传统植被覆盖度指标更敏感。研究成果为制定差异化放牧管控政策提供了科学依据：建议将放牧强度控制在68 sheep units/km以内以维持系统弹性，在68-270 sheep units/km区间实施生态补偿，超过270 sheep units/km则需立即启动禁牧修复。这项研究不仅完善了干旱区生态阈值理论，更创新性地提出了"分级预警-分区管控"的荒漠草原治理范式，对全球干旱区土地退化零增长目标实现具有重要实践价值。