放牧家畜选择性采食对草地空间异质性及其生态过程的作用机制

The effects of herbivore grazing on spatial heterogeneity of grassland soil and vegetation will be studied from the perspective of herbivore selective foraging. These are conducted under the two kinds of experimental condition of natural grassland grazing and artifical grassland grazing.We select and set the grasslands with different heterogeneity strength and vegetation spatial patterns as the initial experimental backgrounds, and the heterogeneity change at different spatial scale are considered.By revealing the selectively foraging behaviour of grazing herbivore at different scales, and combining the changing outcomes of grassland spatial heterogeneity,we can obtain the deeply understanding and recognition for the effect mechanisms.By examining the dynamically interacting relationships between herbivore foraging and plant spatial pattern, and between spatial heterogeneity of soil nutrients and plant spatial pattern,we can deeply discuss the forming process of grassland heterogeneity and their rusulting in the change of grassland ecological functioning under herbivore foraging regulation. This study may have important implications theoretically and practically for further understanding effects of grazing on ecosystem stability,diversity and ecosystem function, and sustaining the stability of grassland ecosystems, effectively managing the grassland.

本研究以动物选择性采食为切入点，选择和设置具有不同异质性强度和植被空间格局的草地为试验背景，通过天然草地长期放牧试验和人工草地受控放牧实验，在不同空间尺度上，开展放牧对草地土壤和植被空间异质性的影响研究。通过对放牧家畜在不同尺度的选择性采食行为，以及对不同尺度草地空间异质性的作用效应分析，深入理解和认识放牧家畜选择性采食对草地空间异质性的作用机制；同时通过进行动物采食与植被空间格局间动态互作关系，以及植物空间格局与土壤营养空间异质性关系的研究，探讨动物采食调节下的草地异质性形成过程及其对草地生态过程及功能的作用。本项目从动物选择性采食行为的新视角试图获得放牧对草地空间异质性，及其生态过程影响的机制性认识，对于进一步深入理解放牧对生态系统稳定性、多样性和生态系统功能的影响，以及实现草地生态系统的持续发展与科学管理具有重要的理论价值和实际指导意义。

随着人类活动干扰所导致的生态系统不断趋于简单化，草地异质性和多样性不断降低，为了维持草地生物多样性和系统的正常生态过程，深入理解草地异质性形成的原因及其功能作用结果变得日益重要。动物选择性采食行为是影响草地空间格局、过程与功能的最主要作用方式，也是影响草地空间异质性变化的最复杂的干扰因素。本项目深入开展了放牧家畜选择性采食对草地空间异质性及其生态过程的调控机制，通过对放牧家畜在不同尺度的选择性采食行为，及其对草地植物、土壤空间异质性和氮循环的重要生态过程的作用效应等深入研究和分析，获得了以下重要研究成果：1. 揭示了放牧家畜对草地植物多样性、土壤异质性的正反馈调节机制，发现放牧对草地土壤空间异质性调控作用强烈依赖于放牧家畜种类及草地植物多样性背景，高植物多样性条件下，放牧有利于提高土壤限制性资源的空间异质性，进而反馈于草地较高植物多样性的维持；2. 从草地枯落物分解的视角揭示了放牧对草地营养循环的空间调节效应，发现绵羊放牧与局域群落多样性之间能够构成一种负反馈环，调节枯落物的分解速率，从而调节和降低草地营养循环的空间异质性；3. 采用多样点取样和土壤氮矿化速率原位测定hotspot法，揭示了家畜放牧对草地氮循环的调控机制，发现放牧对草地氮循环具有突出的正效应，放牧过程中的动物排泄物归还在影响放牧对土壤氮矿化速率中具有重要的主导效应。以上重要研究成果连续在国际生态学和土壤学主流的1区杂志-Journal of Ecology, Journal of Applied Ecology, SBB连续发表。该项目所获得的重要研究成果为维持和保护草地生物多样性、指导草地放牧管理具有十分重要的理论价值和实际指导意义。本项目全面揭示了放牧对草地空间异质性及其养分循环的调控机制，明确了家畜放牧对草地空间异质性及养分循环的重要贡献，在国际本学科主流刊物上发表了6篇重要SCI论文，其中4篇发表在学科1区杂志上，圆满完成了研究目标，实现了项目的预期研究成果。