兰州大学研究人员发现空间自组织斑图提升了青藏高原高寒沼泽湿地生态系统韧性

生态系统内部的反馈机制会促使其形成非均质的空间格局，例如整齐的条纹、斑点和环状图案，称为空间自组织斑图（spatial self-organization），具有提高生态系统生产力、稳定性和韧性等生态系统功能。面对加速的环境变化，空间自组织斑图通过产生不同形状和大小的稳定域，避免生态系统发生临界突变（Abrupt shifts），从而转为渐变。这可以增强生态系统的抗性和持久性，这种稳定作用被称为生态弹性/韧性（Ecological resilience）。然而，学术界仍然缺乏来自现实生态系统的实证证据，用以验证上述理论，并探究生态系统韧性提升的内在机制。

图1.青藏高原东部黄河第一湾区域高寒沼泽湿地生态系统退化形成的草丘斑图（马妙君摄）

基于以上科学问题，兰州大学马妙君教授团队在青藏高原东部黄河第一湾区域的高寒沼泽湿地生态系统进行了共116个采样点的大尺度野外调查取样，包含植物群落组成、气候及土壤因子，以及空间自组织斑图特征（图1），分析了空间斑图形成是否提升高寒沼泽生态系统韧性及其机制，并提出空间斑图形成提升高寒沼泽湿地生态系统韧性的概念模型（图2）。其中黄色小球代表生态系统状态，绿色山谷表示稳定域，红色箭头表示外部环境胁迫。随着草丘斑图的形成，高寒沼泽对应的稳定域变大，意味着生态系统韧性增强。

图2.草丘斑图的形成增强高寒沼泽湿地生态系统韧性的概念模型

研究者发现草丘斑图的形成使高寒沼泽湿地生态系统在退化过程中跃迁至一个以多种形态和大小草丘斑图为特征的稳态，使高寒沼泽湿地生态系统退化过程趋于渐变而非突变（图3），说明草丘斑图能够提升青藏高原高寒沼泽湿地生态系统韧性。研究者进一步分析发现，草丘斑图可以提升环境异质性，从而增大β多样性；而β多样性又可提升高寒沼泽生态系统韧性。可见，空间自组织斑图通过提升环境异质性和β多样性，增强了高寒沼泽湿地生态系统面对环境胁迫下的韧性（图4）。

图3. 空间自组织斑图提升高寒沼泽湿地生态系统面对环境胁迫下的韧性。（a）植物群落组成在土壤水分梯度上的二维排序分布，红色实心圆表示草丘斑图样点。（b）空间自组织斑图的形成降低灾难性转变发生的可能性。

图4. 草丘斑图特征、环境异质性和植物α/β多样性三者的关系

青藏高原东部的黄河第一湾区域发育着世界上面积最大、海拔最高的高寒沼泽湿地生态系统，是黄河的重要水源补给区，具有碳汇、水源涵养和生物多样性维持等多种重要的生态系统功能。本研究提供了空间自组织斑图提升生态系统韧性的现实证据，并阐明其内在机制，为青藏高原高寒沼泽湿地生态系统的保护和修复提供了重要科学依据。

这项研究结果以“Spatial pattern formation enhances alpine marsh ecological resilience”为题，于2026年2月3日在线发表在国际生态学经典期刊《Ecology》上。该研究依托甘肃甘南草原生态系统国家野外科学观测研究站开展，兰州大学生态学院马妙君教授为该论文通讯作者，兰州大学生态学院博士后胡国瑞为该论文第一作者，毛赫，白浩楠，赵赟鹏，郭增鹏，陈宁为共同作者。该研究工作获得国家自然科学基金项目（31922062，32171681），甘肃省基础研究创新群体项目（22JR5RA390），以及中央高校基本科研业务费专项资金（lzujbky-2024-oy07）的资助。

论文链接：Spatial pattern formation enhances alpine marsh ecological resilience

编辑：魏欣茹

责任编辑：彭倩