松嫩草地放牧家畜–蝗虫种间相互作用及其形成机理研究

In grasslands, livestock and grasshoppers are two abundant herbivore animal assemblages that with both important economic and ecological values. Because of the overlap or differences in diet selection and habitat utilization, livestock and grasshoppers may potentially compete or facilitate with each other, thereby influence the population dynamics and individual performance of both herbivores. Until recently, we know little about whether and how livestock and grasshoppers interact with each other, as well as the mechanisms by which these interactions occur. Here, in Songnen grassland of northeast China, using field manipulation and observation experiments, we investigate whether and how different livestock animals, namely cattle, sheep, and goat, interact with dominant herbivorous insect - grasshoppers. By investigating the diet selections of these herbivores, the changes and differences of livestock and grasshopper behavioral traits, individual performances, as well as the plant characteristics and microclimates in the habitats, we aim to understand how livestock and grasshoppers can influence each other indirectly through their modification of plant and microclimate conditions in the habitats. This study will not only provide a better understanding of the co-existence mechanism of livestock and grasshoppers in grasslands, but may have important implications for grazing management and grasshopper outbreaks control in Songnen grasslands.

放牧家畜与蝗虫是草地生态系统两个具有重要生产、生态价值的食草动物类群。由于食性、生境的重叠或差异，放牧家畜与蝗虫之间常常发生竞争、互惠等种间相互作用，但当前研究者对两类食草动物之间相互作用的途径及其机理尚未清楚。本项目在我国东北松嫩草地，拟以不同体尺、食性的放牧家畜—牛、绵羊和山羊，以及优势昆虫类群—蝗虫为实验对象，开展野外受控与原位观测实验，研究放牧家畜与蝗虫食性选择的特点，分析两类食草动物活动对生境食物资源（植物）与微气候的影响，探讨放牧家畜与蝗虫行为特征、性能与种群动态对食物资源，以及温度、光照等微气候变化的响应，分析放牧家畜与蝗虫通过改变生境食物资源与微气候条件，而对彼此产生竞争、互惠等作用的途径，最终揭示不同放牧家畜与蝗虫种间相互作用的形成机理。本研究将有助于深入理解松嫩草地放牧家畜与蝗虫共存机制，并为该地区放牧管理、蝗虫危害有效防控和草地生态系统健康维系提供依据。

放牧家畜与蝗虫是草地生态系统两个具有重要生产、生态价值的食草动物类群。由于食性 、生境的重叠或差异，放牧家畜与蝗虫之间常常发生竞争、互惠等种间相互作用，但当前研究者对两类食草动物之间相互作用的途径及其机理尚未清楚。本项目在我国东北松嫩草地以不同体尺、食性的放牧家畜—牛、绵羊和山羊，以及优势昆虫类群—蝗虫为实验对象，开展野外受控与原位观测实验，研究放牧家畜与蝗虫食性选择的特点，分析两类食草动物活动对生境食物资源（植物）与微气候的影响，探讨放牧家畜与蝗虫行为特征、性能与种群动态对食物资源，以及温度、光照等微气候变化的响应，分析放牧家畜与蝗虫通过改变生境食物资源与微气候条件，而对彼此产生竞争、互惠等作用的途径。本项目通过为期3年的研究，获得如下主要科学发现：1）松嫩草地绵羊放牧通过改变植物群落组成，即杂类草多度的下降，而影响了蝗虫的行为特征，从而导致蜘蛛对其的捕食率下降；2）家畜牛通过采食优势种植物羊草，其虽然没有改变植物叶片的次生代谢物含量和植物叶片硬度，但显著提高了其叶片氮含量，从而对蝗虫的生长性能产生负面影响；3）家畜放牧通过对土壤C、N和P元素含量及其生态化学计量学比例的影响，可以进一步改变优势种植物羊草的叶片N含量，但是对C和P元素含量及其化学计量学比例没有影响。此外蝗虫体内C、N和P元素含量及其生态化学计量学比例也没有发生改变，但植物养分含量的变化显著降低了蝗虫对羊草的采食时间和频率，潜在解释了放牧地中蝗虫种群多度降低的现象。上述研究结果较为全面地揭示了放牧家畜绵羊和蝗虫与蝗虫种间竞争-促进关系的形成机理，对松嫩草原的放牧管理、蝗虫危害有效防控策略的制定提供了科学依据。