地中海草地绿化趋势的调控机制：放牧与气候的非线性相互作用及其对生态系统脆弱性的影响

《Journal of Applied Ecology》：Grazing and climate interact to regulate greening trends in Mediterranean grasslands

本研究通过整合高分辨率GPS牲畜追踪数据与长期卫星遥感（NDVI），揭示了地中海山地草地生态系统中放牧压力与气候变化如何共同调控长期植被绿化（greening）趋势。研究发现，尽管绿化是主导趋势（占研究区90%），但放牧压力以非线性方式显著削弱此趋势，并增强植被对降水和温度波动的敏感性。传统转场放牧系统（transhumance）能维持草地稳定性而不导致退化，但也可能增加生态系统对气候变化的脆弱性。研究倡导将GPS监测技术融入可持续牧场管理，为应对气候变化提供精细化管理工具。

　　

引言

自20世纪80年代以来，卫星观测揭示全球范围内植被光合活性和生物量普遍增加，这一现象被称为“绿化”（greening）。尽管全球气候变化（如CO₂浓度上升）是重要驱动因素，但区域尺度的土地利用管理（如放牧）同样显著影响植被动态。草地生态系统覆盖地球近三分之一陆地面积，在调节区域气候、维持生物多样性和保障粮食安全方面具有关键作用。其中，牲畜放牧通过采食、践踏和排泄等行为，对植被结构、养分循环和土壤性质产生深远影响，甚至可能超越气候变化本身的影响。然而，传统放牧系统正面临变革：欧洲牲畜数量在1990–2010年间下降25%，导致灌木侵染和被动野化（passive rewilding）过程加剧。本研究以西班牙东南部地中海山区为案例，结合GPS追踪数据和39年卫星遥感记录，探究放牧与气候如何交互作用塑造长期植被趋势。

研究方法

研究区位于洛斯坎波斯德埃尔南佩雷亚（CHP），面积144平方公里，属于卡索尔拉-塞古拉-拉斯维拉斯自然公园。该地区具有悠久的转场放牧历史，夏季（6–11月）牲畜在高原放牧，冬季（12–5月）迁往西埃拉莫雷纳。研究团队为35个牲畜群（90%为绵羊/山羊，其余为牛马）佩戴GPS项圈，记录2019–2023年运动轨迹，构建50米分辨率的草食压力指数图。植被动态通过Landsat卫星的归一化植被指数（NDVI）序列（1985–2024）评估，气候数据来自ERA5-Land数据集。采用多元自回归状态空间模型（MARSS）分析植被趋势与气候因子的关系，并通过贝叶斯对数回归模型量化放牧对绿化趋势及气候响应的调节作用。

结果分析

草食压力空间异质性

草食压力指数图显示，放牧活动在景观中呈高度异质分布，存在明显热点区、过渡带和极少放牧区域（图1）。传统管理实践中，牧群及其放牧领地代际传承，形成稳定的长期利用格局。

绿化趋势对放牧的响应

曼-肯德尔趋势分析表明，90%的网格单元呈现显著绿化趋势，10%无显著变化，未发现褐化（browning）区域（图2a）。绿化趋势与草食压力呈负向非线性关系：即使低强度放牧也会显著削弱绿化速率，而中高强度下趋势趋于稳定（图2b）。这一结果表明，放牧压力虽未导致植被退化，但明显抑制了CO₂施肥效应等全球驱动因素带来的绿化潜力。

放牧对植被气候敏感性的调节

放牧压力显著增强植被对气候波动的响应。在高放牧区，植被绿色度对降水增加的正响应更强（图3a），而对温度升高的负响应也更显著（图3b）。这意味着放牧使草地生态系统更依赖有利气候条件，同时更易受到高温胁迫的影响。

讨论

传统放牧系统的韧性

尽管放牧削弱了绿化趋势，但即使在高强度放牧区也未观察到植被退化，这反映了地中海草地与放牧活动长期协同进化形成的韧性。转场放牧制度通过季节性迁移避免过度放牧，促进草场恢复，而牲畜粪便输入增强土壤养分循环，维持生态系统平衡。

绿化趋势的生态内涵

绿化信号不能简单等同于生态系统健康改善。低放牧区的强绿化可能反映灌木侵染过程，而高放牧区的稳定绿化则体现多年生草甸的适应性。放牧筛选出耐食植物功能性状（如低矮株型、高比叶面积），改变群落光合效率，从而影响NDVI信号。

放牧加剧气候变化脆弱性

放牧使植被对降水的依赖性增强，同时对高温更敏感，这与地中海气候变暖、降水格局不稳定的预测相符。当前CO₂施肥效应可能抵消部分压力，但未来气候极端事件可能打破平衡，引发褐化风险。

结论与建议

本研究阐明局部放牧管理是调控半干旱草地长期植被动态及气候响应的关键因素。传统转场放牧系统能维持景观稳定，但需通过技术创新提升适应性。GPS项圈技术可提供实时放牧压力数据，支持精准管理：动态调整载畜率、早期识别退化风险区、协调大面积公共牧场利用策略。将数字监测工具纳入农业环境政策，有望增强生态系统韧性，平衡生产与保护目标，为全球牧场可持续管理提供范例。