基于草地植物空间格局的放牧家畜采食选择与植物联合防御研究

本申请项目拟从动物和植物两个视角，开展不同植物空间格局下，草食动物采食与植物联合防御研究。通过对动物在多尺度下（个体和斑块）的采食选择策略，以及不同植物空间邻居关系所导致的空间分布模式变化对动物采食选择性影响的研究分析，深入理解和认识植物联合防御效应的内在机制；同时通过揭示不同植物空间关系下，分别在植物个体、植物种群及植物群落三个水平下的植物防御动物采食的作用效果，以及动物采食对植物空间分布模式的反馈作用，探讨在复杂的天然草地生态系统中，植物联合防御策略以及植物防御集团与动物采食间的互作机制。本项目在群落空间背景下，开展多物种间的动物采食与植物防御研究，不仅对于进一步深入理解植物群落结构、物种多样性及动植物间互作关系，同时对于揭示自然生态系统中的物种共存机制，以及实现草地生态系统的科学管理与持续发展均具有重要的理论价值和实际指导意义。

植物对动物采食的防御机制始终是动植物互作研究中的核心问题。传统的植物防御都是发生在植物个体水平上的动植物间的简单成对互作研究。然而，除了植物自身的防御特征外，邻居植物的防御特性也能影响某一植物个体的被保护程度，即，植物之间存在着一种联合防御作用。目前，有关植物联合防御的实验研究还相当薄弱。本项目以绵羊作为研究对象，同时从动物和植物两个视角，分别在植物个体、种群及群落三个水平下，研究了不同植物空间关系对植物防御动物采食的作用效果；并通过对动物在多尺度下（个体和斑块）的采食选择性研究，深入理解和认识了植物联合防御效应的内在机制。获得了以下四方面突破性研究成果：第一，植物联合防御效应的关键因素决定于动物在不同尺度的选择性大小，然而当前对多尺度下动物的选择性大小仍不清楚，动物的选择性强度也很少被定量化，本项目首次提出并建立了量化动物采食选择性大小的总体选择性指数（Overall Selectivity Index, OSI）模型，并利用该模型获得了绵羊在植物个体水平具有较强选择性的重要发现。第二，有关植物空间关系对动物采食的联合防御效应，目前的研究仅局限于解释某一位置植物个体的防御情况，本项目发现邻居植物的质量、数量、目标植物的空间位置，以及所在斑块的质量与邻居斑块质量的对比度等，都显著影响动物的采食选择性，从而影响植物联合防御的效果，因此某一位置植物个体的联合防御效应具有很大的不确定性，由此建议，在整个植物种群和群落尺度理解不同植物种群的总体空间邻居关系对动物采食的防御作用可能具有更加重要的意义。第三，本项目在植物种群水平上，首次提出植物种内联合防御策略的存在，发现目标植物空间分布模式的复杂化是植物种群最优的空间防御策略，目标植物可能以种内与种间联合防御共存策略防御动物采食。第四，本项目突破了以往仅从植物个体水平进行不同植物物种间的邻居关系对动物采食影响的研究局限，从整个植物群落的新视角，证实了植物物种之间建立复杂的空间邻居关系能够最有效地防御动物采食；同时，基于对动物的采食选择性大小的分析，揭示了直接迫使动物被动地降低选择性是植物采取的一种折衷的、最佳的空间防御策略。本项目揭示的植物空间关系对动物采食影响的作用效应与防御机制，不仅对于进一步深入理解植物群落结构、物种多样性及动植物间互作关系，同时对于揭示自然生态系统中的动植物协同进化与物种共存机制，以及实现草地生态系统的