青藏高原高寒草地生态系统对牦牛放牧强度的反馈研究

Yak is the most important livestock for a long time in the Qinghai-Tibet Plateau. However, it remains unclear how the intensity of yak grazing affects the alpine meadow ecosystem and responses of the latter. In this study, we aim to examine productivity condition, species diversity, functional groups and soil characters under the different grazing intensities for 6 years. Based on these collected data, we will test the following hypotheses, including over-compensatory productivity under grazing, high species-diversity under the intermediate disturbance. Finally, we will combine all these data to clarify the alpine meadow ecosystem is mainly determined by animal grazing (top-down hypothesis) or soil system (bottom-up hypothesis). Our work will provide theoretical supports to sustainable development of pasture livestock and ecological restorations in the Qinghai-Tibet Plateau.

牦牛是青藏高原地区长期以来最重要的放牧家畜，但是其放牧强度对高寒草地生态系统的影响及其反馈过程仍不清楚。本项目拟在不同放牧强度下通过连续6年的长期放牧实验，收集草地群落的生产力、物种多样性、植物功能群以及土壤特征等生态学数据，验证牦牛放牧是否存在生产力的超补偿效应、是否存在物种多样性的中度干扰增加等重要科学假设。最后，我们将耦合分析这些因子的相互作用关系，阐述高原典型草地生态系统主要是受动物食草行为(Top-down)还是由土壤生态因子(Bottom-up)所重点调控。本项目的研究结果将为青藏高原畜牧业可持续发展和生态恢复及治理提供有利的理论支撑。

放牧是青藏高原高寒草地最主要的人为干扰之一，长期过度放牧被认为是导致其退化的主要因素。牦牛作为青藏高原地区长期以来最重要的放牧家畜，而其放牧强度对高寒草地生态系统的影响及其反馈过程仍不清楚。因此本项目在青藏高原东缘选取典型高寒草地10公顷，设置4种不同的牦牛放牧强度(禁牧、轻度放牧、中度放牧和重度放牧)，且各放牧处理均设置3个重复，连续开展6年(2015-2020年)的野外放牧试验，每年5月30日开始，9月30日结束。收集草地植物群落生产力、物种多样性、植物功能群及养分、土壤特征和气象要素等相关数据，验证牦牛不同放牧强度是否存在生产力的超补偿效应、是否存在物种多样性在中等强度干扰下增加以及通过研究放牧强度对植物和土壤养分及其化学计量特征的影响阐述高原典型草地生态系统主要是受动物食草行为(Top-down)还是由土壤生态因子(Bottom-up)所重点调控。主要结果包括：首先，植物群落的地上净初级生产力(ANPP)在放牧处理下较禁牧出现增加现象，但其增加幅度在试验期间逐渐减弱。表明适宜的放牧强度能够提高草地植物生产力，但该现象可能仅在短期内出现，在一定程度上支持了放牧优化假说。其次，从植物分类群生物量的变化来看，中等放牧强度下禾本和莎草类植物较禁牧有大幅的降低，而其余分类群生物量较禁牧变化差异较小，说明中度放牧下的ANPP增加主要源自禾本和莎草类植物被啃食后的超补偿生长。再次，植物物种多样性均对不同放牧强度无显著性响应，说明较短期放牧并不支持物种多样性的中度干扰假说。此外，对于土壤而言，放牧对土壤物理性质影响较弱，但能促进表层土壤有机碳、全氮、有效氮和有效磷的积累，而对土壤全磷和pH的影响较弱。对于植物，植物碳含量在禁牧和轻牧处理显著高于中牧和重牧，植物氮在放牧处理较禁牧降低，植物磷在禁牧、中牧和重牧间均无显著差异，仅见轻牧处理下较禁牧降低。植物钾与植物碳的变化趋势基本一致。相比禁牧和轻度处理，植物碳氮比和碳磷比在中度和重度呈现一定的降低趋势；而植物碳钾比和氮磷比对不同放牧强度均无显著响应。最后，植物和土壤养分及化学计量比之间均无显著相关性。本研究为揭示将来长期持续放牧对高寒草地生态系统的影响提供了基础的试验平台和相关数据。