旱区占全球陆地面积的45%左右，是典型的生态脆弱区，在气候变化和人类活动共同作用下面临严峻的扩张及荒漠化风险。已有研究表明，干旱化促使旱区多种生态系统属性发生系统性突变，而目前针对干旱和放牧复合压力条件下的旱区生态系统的阈值特征尚未有科学定论。2023年7月31日，傅伯杰院士团队在《自然：可持续》（Nature Sustainability）在线发表题为“Climate-driven ecological thresholds in China’s drylands modulated by grazing”的研究论文，揭示了中国旱区生态系统在干旱和放牧共同作用下的阈值特征，阐明了不同干旱程度所对应的放牧强度的“安全操作空间”。
研究结果表明，随着干旱度的增加植被生产力、土壤肥力和物种多样性依次呈现非线性突变和下降。放牧与干旱多呈现协同作用，导致旱区生态系统的干旱阈值提前，使生态系统结构、功能更易发生非线性突变。
干旱和最大允许放牧强度呈负相关关系，干旱度每增加0.01单位导致最大允许放牧量下降2.4%。由干旱和放牧的关系确定了放牧的安全操作空间（图），结果表明8.9%的旱区最大允许放牧强度低于当前放牧水平，是减小放牧压力以维持生态系统稳定的优先区。22.3%的旱区（主要位于西南和东北部半干旱和干旱半湿润区）当前放牧压力低于最大允许放牧量，其放牧强度仍有增加的空间。
未来气候变暖情景下，旱区存在干旱区和极端干旱区面积扩张以及干旱度增加的风险，导致放牧强度可增加的区域在RCP4.5和RCP8.5情景下分别下降至19.7%和18.3%。研究结果可深化生态系统阈值理论和土地退化机理，同时为旱区应对气候变化和荒漠化防治提供理论和技术支撑。
图. 现状及未来变化情景下旱区最大允许放牧量与当前放牧水平的时空特征
学部教师李长嘉博士为论文第一作者，傅伯杰院士为通讯作者。论文主要合作者包括学部王帅教授、英国约克大学Lindsay C. Stringer教授、西班牙阿利坎特大学Fernando T. Maestre 教授、奥地利格拉茨大学Bettina Weber教授和西班牙阿尔梅里亚大学Emilio Rodriguez-Caballero博士，学部研究生周文心、任灼冰，我校数学学院胡孟琦、统计学院张育嘉等。该研究得到国家自然科学基金重大项目课题（41991235）、第二次青藏高原综合科学考察研究项目（2019QZKK0405-02）和中央高校基本科研业务费专项资金资助的支持。
论文信息：
Changjia Li, Bojie Fu*, Shuai Wang, Lindsay C. Stringer, Wenxin Zhou, Zhuobing Ren, Mengqi Hu, Yujia Zhang, Emilio Rodriguez-Caballero, Bettina Weber, Fernando T. Maestre. Climate-driven ecological thresholds in China’s drylands modulated by grazing. Nature Sustainability. 2023.