青藏高原是全球海拔最高、生态系统最脆弱的地区之一，其高寒草地约占高原面积的60%以上，在水源涵养、碳汇调节及生物多样性维持等方面发挥着重要生态功能。然而，近年来受气候变暖、冻融作用增强以及放牧、道路建设等人为活动叠加影响，部分高寒草地出现了表层砾石积聚、植被覆盖减少、土壤贫瘠化的“砾石化退化”现象。这一过程会改变草地的能量与物质循环格局，削弱其碳氮循环能力及生态系统服务功能，成为制约高原生态安全的突出问题。针对这一问题，中国科学院澳门人威尼斯3966在青藏高原典型高寒草地建立了不同砾石覆盖度梯度样地，系统研究了砾石化对植物群落结构、土壤性质及生态系统多功能性的影响机制，并揭示了其生态阈值特征。

研究发现，随着砾石覆盖度的增加，草地植物物种丰富度、功能群组成及生物量显著下降，尤其是地下生物量的减少最为明显；土壤含水量、孔隙度及养分含量显著降低，而容重显著升高，导致生态系统整体功能衰退。砾石化不仅直接抑制植物生长，还通过削弱土壤养分供给间接降低生态系统多功能性。随机森林与结构方程模型分析进一步揭示，土壤养分和植物多样性是决定生态系统多功能性的关键调控因子。随砾石化程度加剧，地上功能指数（AEMF）和地下功能指数（BEMF）均显著下降，后者的响应更为敏感，当砾石覆盖度超过22%时，生态系统多功能性（EMF）出现明显突变性下降，表明该阈值可作为高寒草地退化的早期预警指标。研究指出，高寒草地砾石化退化过程会破坏植物-土壤耦合关系，导致生态功能的同步退化。

研究成果以 Alpine gravelization compromises ecosystem multifunctionality through vegetation loss and soil nutrient depletion 发表在国际期刊 Catena（中国科学院1区，IF = 6.3）。澳门人威尼斯3966博士研究生李珊为论文第一作者，周华坤研究员为通讯作者。本研究得到国家自然科学基金项目（32371684、U21A20186、U21A20185）和青海省中央引导地方科技发展专项（2025ZY024）的联合资助。

论文链接：http://doi.org/10.1016/j.catena.2025.109519

图1 不同砾石化水平下AEMF与BEMF的相关性及主要驱动因子重要性分析

砾石覆盖度与生态系统多功能性（AEMF、BEMF、EMF）的关系及其阈值特征