用于评估地中海灌木对啃食行为生理反应的光谱指数

《Ecological Indicators》：Spectral indices to evaluate the physiological response of Mediterranean shrubs to browsing

本研究分析了两种地中海灌木（Cistus ladanifer和非palatable，Phillyrea angustifolia高palatable）在鹿啃食下的生理和光谱响应。发现高palatable植物Phillyrea在强烈啃食下叶绿素和氮含量增加，而非palatable植物Cistus则显著下降，且光谱指数R750/R800和R740/R800能有效检测啃食压力，不同季节和物种间存在显著差异，证实了光谱指数在生态管理中的应用潜力。

　　植物与动物之间的相互作用是生态系统动态变化的重要驱动力，其中草食动物对植物的摄食行为对植被结构、群落组成和生产力具有深远的影响。在研究这些影响时，科学家们发现大型哺乳动物的啃食可能会引发植物的生理和光谱变化，这些变化可以作为评估草食动物数量过高的生态指标。为了深入理解这种影响，一项研究选择了两种具有不同可食性的地中海灌木：非可食性的*Cistus ladanifer*和高度可食性的*Phillyrea angustifolia*，以探讨它们对近期和长期草食动物啃食的生理和光谱反应。研究采用了遥感技术，通过测量植物叶片的生理变量和光谱特征，分析了不同处理条件下植物的响应。

在研究过程中，科学家们设定了三种处理方式：无啃食（通过围栏保护）、模拟近期啃食（通过剪除30%的枝条）和高强度、长期的自然啃食（由红鹿*Cervus elaphus*引发）。研究发现，对于非可食性的*Cistus ladanifer*，其叶绿素含量在被啃食后显著下降，分别减少了27.7%、26.8%和19.24%。然而，对于高度可食性的*Phillyrea angustifolia*，在这些处理之间未发现显著差异。这表明不同植物种类对草食动物啃食的生理反应存在差异，可能与它们的适应能力和可食性有关。

此外，研究发现光谱指数*R750/R800*和*R740/R800*与叶绿素荧光有关，这些指数在高强度、长期啃食处理下在两种植物中均显著降低。这表明这些光谱指数能够有效检测出由草食动物引起的生理压力。其他光谱指数，如*R690/R600*，仅在不同植物种类之间显示出显著差异。NDPI和SRPI指数，与类胡萝卜素/叶绿素比例相关，表现出季节性变化，春季的值在两种啃食处理下均较高。这些结果表明，某些与叶绿素/类胡萝卜素相关的光谱指数可以检测出草食动物啃食造成的生理压力，但这种检测效果在不同季节和植物种类之间存在关键差异。

研究还探讨了草食动物啃食对植物生理和光谱特征的季节性影响。在冬季，植物的叶绿素、类黄酮和氮平衡指数（NBI）含量均高于春季，这可能与冬季的光照条件和植物的生理适应有关。然而，花青素的含量在春季较高，这可能与春季的光照强度和植物的生理反应有关。这些季节性变化进一步表明，光谱指数在评估草食动物对植物的影响时具有重要的季节依赖性。

对于*Phillyrea angustifolia*，在高强度、长期啃食处理下，其叶绿素和氮含量反而有所增加，这可能反映了该植物对草食动物啃食的适应能力。相比之下，*Cistus ladanifer*在高强度啃食下表现出叶绿素和氮含量的显著下降，这可能与其较低的可食性有关。这些差异表明，不同植物种类在面对草食动物啃食时的生理反应存在显著不同，可能与它们的防御机制和适应策略有关。

研究还发现，光谱指数在评估草食动物啃食对植物的影响时具有潜在的应用价值。例如，R740/R800和R750/R800指数在两种植物中均显示出对高强度啃食的显著反应，这些指数的降低可能与叶绿素荧光的减少有关。这表明，这些光谱指数可以作为草食动物啃食压力的指标，用于生态监测和管理。此外，NDPI和SRPI指数在春季的高强度啃食处理下显示出较高的值，而在冬季的无啃食处理下则较低，这可能与植物在不同季节的生理状态和光谱特征变化有关。

研究还指出，光谱指数在不同植物种类之间的差异可能与它们的可食性和适应性有关。例如，*Phillyrea angustifolia*的光谱特征在不同处理下表现出更高的适应性，而*Cistus ladanifer*则显示出更多的生理压力迹象。这些发现不仅有助于理解植物对草食动物啃食的响应机制，也为生态系统管理和保护提供了重要的科学依据。通过分析这些光谱指数，科学家们能够更有效地评估草食动物对植被的影响，从而为制定合理的生态管理策略提供支持。

在实际应用中，这些光谱指数可以用于监测和评估草食动物对植被的影响，特别是在草食动物密度较高的环境中。例如，通过遥感技术，可以快速识别受草食动物影响的植物种类，从而帮助生态学家和管理者了解植被健康状况，并采取相应的保护措施。此外，这些光谱指数还能够揭示植物在不同季节的生理变化，为季节性管理提供参考。

研究还强调了模拟啃食处理的局限性。尽管模拟近期啃食（剪除30%的枝条）在一定程度上能够反映草食动物啃食的影响，但由于缺乏草食动物唾液中的化学成分，这种处理可能无法完全模拟自然啃食的复杂性。因此，未来的研究应考虑结合化学成分的模拟处理，以更全面地评估草食动物对植物的影响。

总体而言，这项研究揭示了草食动物啃食对植物生理和光谱特征的影响，并指出了某些光谱指数在评估这些影响方面的潜力。通过分析不同植物种类和季节的反应，科学家们能够更好地理解植物对草食动物啃食的适应机制，从而为生态管理和保护提供科学支持。这些发现不仅对学术研究具有重要意义，也为实际的生态保护和管理提供了新的工具和方法。