不同体尺大型草食动物采食对松嫩草地植被特征的响应及作用研究

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动、植物之间关系是行为生态学、放牧生态学和草地生态学研究的重要内容。在草地生态系统中,植物资源组成及结构的复杂性,以及大型草食动物个体状态及种间关系的复杂性致使放牧家畜的食性选择行为也必然表现为高度的变异与不确定性。本研究以常见的大型草食动物——牛、绵羊和山羊作为研究对象,通过自然状态下草地放牧原位试验法,同时考虑动物和植物两方面因素,从影响动物采食行为的动物体本身因素、植物物种因素,到植被群落的垂直空间结构因素,由动物个体物种到物种集群,系统地展开植被特征与家畜采食之间的相互作用研究。该研究通过分析大型草食动物对植物多样性和生产力的影响,阐明在植物多样性背景下,存在个体差异的大型草食动物种对植被特征的作用效果;分析植物多样性及由其造成的结构差异对大型草食动物的采食行为的影响,揭示不同体尺状态的大型草食动物种的采食选择机制;通过分析植物多样性与大型草食动物多物种采食作用与响应,阐述植物多样性和动物多样性之间的关系。大型草食动物与植被特征互作关系的深入研究,有益于更全面地阐释草地放牧系统稳定性与持久性基础。通过对植物多样性与动物生产性能及生产力的作用分析,还可以为草地管理过程中的植被控制、放牧管理方式提供可靠的、直接的理论依据。本研究采用一系列严格的试验设计,包括动物采食行为实验及植物群落对采食的响应实验,以及大量的试验数据统计与比较分析,获得了以下重要研究成果:(1)动物的体尺特征一直被认为是消费者之间资源分配的最重要的影响因素。从本研究的结果中,我们可以看出食物资源的多样化水平与大型草食动物的体尺特征之间有着密切的联系。对于体型较大的大型草食动物采食性能来说,面对不同的植物多样性水平,大型草食动物的每口采食多度,即口食量起着决定性的作用——随着植物多样性升高,群落的垂直空间结构和功能群组成也发生变化,由此导致口食量降低,进而采食量明显减少;对于体型较小的大型草食动物采食性能来说,面对不同的植物多样性水平,采食口数起着至关重要的作用——随着植物多样性升高,使群落内部优质食物资源的出现频率和功能群组成也发生了变化,由此,最大化地发挥了小体尺草食动物的采食选择能力,刺激了动物的采食,进而采食量明显增加。因此,通过我们的这个研究结果,我们可以反向预测出,全球化的植物物种多样性的消失可能会对小体尺草食动物产生严重的影响。(2)本研究实验结果显示,低植物多样性群落中,大体尺的草食动物提高了植物多样性,而小体尺的草食动物降低了植物群落的多样性;随着群落植物多样性的提高,草食动物对多样性的影响不再明显。低植物多样性条件下,所有动物都明显降低了植被地上生物量;随着多样性的升高,影响皆不明显。体尺特征不同的草食动物食性选择也不相同,对植被高度形成了差异化的影响,大体尺草食动物对植被高度的影响更加依赖于植被多样性水平。小体尺草食动物对高度群落垂直结构造成明显而又不同的影响,在低多样性时,提高群落结构复杂性;高多样性时降低群落结构复杂性。这些结论说明,体尺不同的草食动物可以对植物群落特征产生不同的影响,但是这种影响取决于植被的多样性条件。在长时间尺度的放牧过程中,大体尺草食动物将通过植物多样性的抽样效应反馈提高小体尺草食动物的生产力,但是这种偏利的反馈作用依赖于植物多样性水平。(3)在低植物多样性水平时,由于食物生态位的重叠山羊和牛之间存在偏害的种间关系;由于食物生态位不同,体尺相近,山羊和绵羊之间存在偏利的种间关系。因此,当小体尺的草食动物与其它动物种共同采食的时候,似乎只有分化的食物生态位才能维持彼此共存。在高植物多样性水平时,不同种类草食动物之间没有体现出明显的种间互作。所观察到的这些种间关系的变化说明如果植被资源更加多样化,不同种类的草食动物即使存在体尺差异及食物生态位重叠,也可以在同一区域内很好地共存。自然选择更加倾向于满足竞争物种之间不同的资源需求。尽管有很多研究者认为体尺差异决定了同域动物种之间的资源分配,但是植物多样性在不同体尺大型草食动物之间食物资源的分配模式中可以起到更为关键的作用。(4)本研究结果表明,在低植物多样性水平下,当有大体尺草食动物存在时,动物集群没有显著降低群落中植物物种丰富度;随着群落植物多样性的提高,各种放牧处理对多样性的影响不显著。低植物多样性条件下,有大体尺的草食动物存在的动物集群明显降低了群落地上生物量;随着多样性的升高,当具有相似食物生态位的草食动物共同采食时,植被生产力显著降低。当具有不同的食物生态位的草食动物共同放牧时,植被生产力得以维持或者提高。在高植物多样性条件下,多样化的动物集群可以降低群落结构复杂性。这些结论说明,在植物多样性水平较低的情况下,动物集群中的大体尺草食动物尽管降低了植物群落的生产力,但有利于保持植物多样性。在植物多样性水平较高的情况下,不同食物生态位草食动物种之间的互补效应有利于植被生产力的提高;具有相同食物生态位的草食动物种之间累加效应使植被的垂直空间结构更加同质化,而且不利于植被生产力的提高。基于以上研究结果,本研究获得了对草食动物与植被之间互作过程与机制的深入理解和进一步认识:草食动物的采食行为是决定草地生态过程的关键因素,具有重要的生态意义;大型草食动物的采食行为对草地的作用和响应强烈地依赖于自身体尺特征和草地植物多样性及与之相关联的复杂结构,草地植物的复杂性与多样性是确保不同种类草食动物之间稳定共存的重要基础;本研究分别从动物采食行为和植物多样性的视角进一步证实了草地植物多样性在生态系统中的重要作用以及保护草地植物多样性的重要性。
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