加拿大Cypress高地灌木入侵的人为与固定影响因素解析及其生态管理启示

本研究针对全球性草地灌丛化(WPE)问题，聚焦加拿大Cypress高地省际公园，通过整合遥感与GIS技术，揭示了道路邻近性、刈割间隔等人类活动因子与地形-土壤(TOPO-EDAPHIC)因子的协同作用机制，构建GLS模型量化驱动贡献，为高寒草地生态系统可持续管理提供科学依据。

　　

在全球气候变化与人类活动双重压力下，草地灌丛化(Woody Plant Encroachment, WPE)正引发严重的生态危机。当灌木覆盖超过15%的生态阈值时，将导致草地物种灭绝、火灾风险激增和牧草资源锐减。加拿大萨斯喀彻温省Cypress高地省际公园(CHIPP)作为独特的冰川遗迹生态系统，其原生羊茅草甸正面临灌木快速扩张威胁，近40年灌木覆盖率已达27%，远超健康标准。这一现象不仅威胁到当地特有的云杉蓝知更鸟(Setophaga auduboni)等物种生存，更造成年均2600万加元的畜牧业损失。

为破解这一生态难题，萨斯喀彻温省公园文化与体育部联合学术团队开展了一项创新性研究。研究人员采用"空间显式"研究策略，通过高精度航拍影像(30cm分辨率)构建灌木覆盖图谱，结合地形数字模型(DEM)与多年实地调查数据，首次系统评估了道路网络、放牧强度等人类活动因子与海拔、土壤湿度等地貌因子的交互作用。研究发现：道路500米缓冲区内灌木覆盖达30%，其影响呈现三段式衰减规律；刈割区灌木密度(14.8%)显著低于非刈割区(27.7%)；模型显示湿润土壤(Fresh SMR)区域的灌木覆盖比干旱区高17.9%。这些发现为制定精准的生态修复策略提供了关键靶点，相关成果发表于跨学科期刊《Heliyon》。

研究团队采用三项核心技术：1)基于对象分类的航片解译技术，实现灌木覆盖的亚米级制图；2)广义最小二乘模型(GLS)结合Moran's I空间自相关检验，量化21种环境变量的贡献度；3)理性二次函数空间结构优化，解决大尺度生态数据的异方差问题。通过41个30×30m样地的粪便计数和33条50m带状样线调查，构建了放牧压力的多源评估体系。

【研究结果】

4.1 人为因素与灌木覆盖的关系：道路边缘效应显著，距道路500m内灌木覆盖与距离呈负相关(r²=0.39)；刈割频率与年限分析显示，停止刈割10年后灌木覆盖回升至自然状态水平(p<0.01)。

4.2 GLS模型识别关键驱动因子：最优模型(3b2)显示，水文距离因子解释力最强，距水体每增加1km灌木覆盖降低8.5%；土壤湿度分级中，湿润(Fresh)与极湿润(Very Fresh)状态比干旱区分别增加17.9%和16.9%的灌木覆盖。

5.3 管理应用：提出"抵抗-适应-引导"三级管理框架，推荐在>30%覆盖区采用2-5年周期的机械清除，配合选择性放牧。特别指出灌木锦鸡儿(Dasiphora fruticosa)形成的"绿岛效应"可促进周边牧草再生，需差异化管控。

这项研究创新性地将空间统计学应用于高寒草地管理，其建立的预测模型可解释86.7%的灌木分布变异。不仅为CHIPP公园制定《灌丛化管理计划》提供科学依据，更创立了可推广至全球类似生态区的分析范式。值得注意的是，研究发现的"道路-水文"交互效应刷新了传统认知——在距水体1km范围内，道路的促进作用会放大3倍，这一发现为基础设施建设的生态评估提供了新指标。随着气候变化加剧，该研究强调通过调控刈割周期(每3年)和放牧分配等"柔性管理"手段，可在不破坏土壤的前提下维持草地生态功能，这对实现联合国可持续发展目标(SDG15)中的陆地生态保护具有重要实践价值。