不同强度长期放牧对美国俄勒冈东南部山艾树草原草本生物量的影响：一项为期18年的研究

本研究针对山艾树草原火灾后长期不同强度放牧对草本生产影响的信息缺乏问题，通过18年的野外实验，系统评估了牛群放牧强度对草本生物量和年净初级生产力（ANPP）的影响。研究发现，在延迟轮牧系统下，轻度和中度放牧强度并未降低ANPP，而高强度放牧虽降低了立枯量（HSC），但ANPP未受影响，且草本生产主要受年度气候事件驱动。该研究为半干旱草原生态系统的可持续放牧管理提供了重要科学依据，对火灾后植被恢复和生物多样性保护具有指导意义。

　　

在美国西部广袤的山艾树（Artemisia tridentata）草原生态系统中，野火和外来一年生禾草的扩散已成为两大主要威胁。这些生态系统不仅为畜牧业提供重要的放牧资源，还是许多野生动物（如 sage-grouse）的关键栖息地。然而，火灾后如何通过合理的放牧管理来促进植被恢复、增强群落抵抗力和恢复力，并最小化外来物种入侵的风险，一直是土地管理者和研究者关注的焦点。尽管适度放牧已被证明与山艾树草原植物群落的维持相容，但关于长期不同强度放牧对火灾后草本生产影响的信息仍然缺乏，尤其是基于重复实验的长期研究。

为了填补这一知识空白，Jonathan D. Bates及其团队在《Rangeland Ecology 》上发表了一项为期18年（2007–2024）的深入研究，探讨了不同强度牛群放牧对美国俄勒冈州东南部烧过的怀俄明 big sagebrush（Artemisia tridentata ssp. wyomingensis）草原草本生物量的影响。该研究不仅延续了之前6年的短期研究，还扩展了时间尺度，以评估长期放牧的生态效应。

研究人员采用随机完全区组设计，设置了五个处理：未放牧的烧过地块（nonuse）、未烧过的对照（control）、以及轻（low）、中（moderate）、高（high）强度的放牧处理。所有放牧处理均采用延迟轮牧系统，即每3年一次在生长季（5月中旬至6月初）放牧，随后2年在夏季草本休眠期（7月、8月或9月）放牧。通过测量立枯量（standing crop）和年净初级生产力（ANPP），并按草本功能组（如早季丛生禾草、高大多年生丛生禾草、多年生杂类草、 cheatgrass（Bromus tectorum）和一年生杂类草）进行分类，团队使用重复测量分析评估了长期放牧的影响。

关键方法包括：在每年放牧前通过 clipping 1-m² 框架估算立枯量，以确定 stocking rate；放牧后再次测量以确定利用率；在生长高峰期的6月采集样本，按功能组分离当前年度生长（ANPP）和残留生物量；使用 SAS PROC MIXED 进行重复测量统计分析，以检验年际、处理和交互效应。样本来源于 Northern Great Basin Experimental Range 的固定地块，该地区土壤为 Durixerolls，年平均降水约280 mm，研究期间多数年份低于平均水平。

草本生物量

总立枯量和ANPP受年际×处理交互作用显著影响（P < 0.05）。立枯量在放牧应用年份中，未放牧处理通常高于中度和高强度处理，但放牧休息2年后，中高强度处理的立枯量恢复至与轻度和未放牧处理无差异。ANPP在研究初期（2007）和末期（2024）在放牧和未放牧处理中均高于对照，其他年份无一致差异。这表明放牧强度虽短期降低立枯量，但ANPP在长期未受负面影响。

高大多年生丛生禾草

丛生禾草立枯量和ANPP也显示显著的年际×处理交互作用。立枯量在放牧年份中，未放牧处理高于中高强度处理，但2年休息后恢复。ANPP仅在2007和2024年高于对照，其他年份无差异。这支持了假设：轻中度放牧不影响ANPP，而高强度放牧虽降低立枯量，但ANPP未受影响。

Sandberg bluegrass

该早季禾草的立枯量和ANPP无显著处理差异，表明其对放牧强度不敏感，可能由于其较早的生长物候期。

多年生杂类草

多年生杂类草ANPP仅受年际效应影响（P < 0.001），处理间无差异。将其分为高大多年生杂类草和垫状多年生杂类草后，仍无显著处理或交互效应，表明放牧强度不影响其生产，而气候波动是主要驱动因子。

一年生杂类草和 cheatgrass

一年生杂类草ANPP仅受年际效应影响，处理间无差异。cheatgrass ANPP受处理效应影响（P = 0.007），在放牧和未放牧处理中通常高于对照，且随时间有增加趋势。非本地一年生杂类草（如 pale alyssum）在近年占比升高，可能与多年生植物密度下降有关，但2024年多年生ANPP回升至80%，表明气候事件的主导作用。

研究结论强调，在延迟轮牧系统下，从轻度到高强度的放牧均未长期降低草本ANPP，表明山艾树草原群落具有高度恢复力。立枯量受放牧强度影响，但可通过休息恢复。ANPP的动态主要受年度气候事件驱动，而非放牧处理，这与 Carpenter et al. (2024) 的结论一致，即放牧影响相对于气候和土壤较小。此外，烧过处理（放牧和未放牧）的草本生产通常高于未烧对照， due to lower sagebrush cover and greater resource availability, though this was not consistently significant over time.

讨论部分指出，高强度放牧可降低立枯量，从而减少细燃料负荷，有助于缓解火灾行为（如 Orr et al. 2023 所示），但可能影响野生动物栖息地（如 sage-grouse 的隐蔽覆盖）。因此，尽管高强度放牧在生态上可行，但大规模应用需谨慎，以避免对生物多样性的潜在负面影响。总体而言，这项研究为半干旱草原的可持续放牧管理提供了实证支持，表明在 proper deferred rotation 系统下，多种放牧强度均可兼容于生态系统健康，而气候 variability 仍是植被生产的主要决定因子。