过度放牧的历史遗留问题促使退化的温带草原能够更快地实现自然恢复

《Agriculture, Ecosystems & Environment》：Legacy of heavy grazing triggers faster natural recovery in degraded temperate steppe

内蒙古沙漠草原不同历史放牧强度（无牧、轻、中、重）下草地植被与土壤恢复动态研究。通过四年自然恢复实验发现：重牧区土壤恢复最快（与初始退化水平负相关），但植被与土壤恢复存在时空异步性。历史放牧强度通过塑造初始生态系统状态（如物种丰富度、生产力、土壤理化性质）调控恢复路径，提出差异化恢复策略：重度退化区禁牧、中度退化区适度管理、轻度退化区维持轻牧。研究揭示了初始退化程度与恢复速率的负相关性机制，为荒漠草原精准修复提供理论依据。

　　本研究聚焦于退化草原生态系统的恢复过程，探讨了历史放牧强度对生态恢复路径和速率的深远影响。草原作为全球面积最广的陆地生态系统之一，不仅为牧民提供了重要的生计资源，还在维持生物多样性、保持生态功能以及土壤水分保持等方面发挥着关键作用。然而，高强度放牧导致了草原生态系统的广泛退化，进而引发生态功能的持续下降。在中国，约70%的草原仍处于退化状态，其中近三分之一处于中度或重度退化阶段。面对这一严峻挑战，各国政府正在积极采取措施，以更可持续的方式利用草原资源，同时加强草原保护和退化生态系统的修复工作。在此背景下，研究历史放牧强度如何塑造初始生态系统状态，并进一步影响生态恢复的路径和速率，显得尤为重要。

在草原生态系统中，放牧强度的差异显著影响着生物多样性和生态系统功能。研究指出，高密度放牧通常会降低生物多样性，破坏生态系统的稳定性，而低密度放牧则往往能维持较为接近自然的状态，或仅造成轻微的影响。例如，高密度放牧可能导致植被的显著退化，如优势物种的更替、物种多样性的下降以及植被覆盖度和生产力的降低。与此同时，土壤属性也会随之恶化，如土壤理化性质的变化、养分的流失以及微生物群落的简化。相比之下，低密度或中等强度的放牧则可能减少枯落物的积累，抑制竞争性物种的扩张，从而在一定程度上提升生态系统的功能。当放牧压力被解除或减少时，这些自然过程可能逐步恢复退化草原的生物多样性、生产力及其他生态功能。例如，在长期过度放牧的草甸草原中，临时性放牧限制能够促进物种多样性和植被生产力的快速恢复，尤其是对那些对过度放牧敏感的草本植物而言。此外，在青藏高原的退化高山草甸和草原中，短期放牧限制同样被证明能有效促进地上部分的生长。在内蒙古的喀斯特高山草原中，放牧限制后也观察到了地上生物量和生态系统碳储量的显著增加。

尽管放牧限制在草原修复中展现出一定的潜力，但其恢复效果仍然受到历史放牧强度所形成的初始条件的深刻影响。不同放牧强度下，草原生态系统呈现出不同的初始状态，这些状态不仅决定了生态恢复的方向，也影响了恢复的速度。研究假设，由于历史放牧强度对生态系统状态的深远塑造，重度退化系统（如曾经历高强度放牧的草原）可能在放牧限制后表现出更快的恢复速度。这一假设基于两个关键因素：一是重度放牧可能削弱了植物之间的竞争关系，二是它可能保留了相对较高的资源可用性。因此，通过竞争释放和生态位空缺，重度放牧后的草原可能更快地恢复。然而，如果退化程度超过了生态系统的恢复阈值，那么恢复过程可能会受到阻碍，如土壤养分的枯竭、微生物多样性的降低以及土壤种子库的贫乏。这些因素可能显著限制生态系统的恢复能力，甚至导致其无法恢复到原有的状态。

本研究通过一项为期四年的自然恢复实验，系统评估了不同历史放牧强度下草原植被和土壤属性的恢复动态。实验地点位于中国内蒙古自治区的沙漠草原生态系统，这一区域是当地牧民的重要放牧地，总面积约为3000万公顷，占内蒙古草原面积的约39%。研究者在该地区设置了四个放牧强度处理组：无放牧、轻度放牧、中度放牧和重度放牧，分别对应于2020年的初始条件。通过对比这四个处理组在放牧限制后的恢复过程，研究者发现，尽管重度放牧造成了最严重的初始退化，但其在土壤属性（如土壤水分和养分）的恢复速度上却表现出最快的趋势。这一现象表明，初始退化程度与后续恢复速率之间存在负相关关系。也就是说，初始退化越严重，恢复速度越快，反之亦然。

与此同时，研究还揭示了植被和土壤恢复过程在时间上的异步性。具体而言，植被的恢复往往先于土壤属性的改善，这种时间上的不一致可能源于草本植物在放牧限制后迅速进入生殖成熟阶段，从而在短时间内实现物种多样性和生产力的显著提升。然而，土壤属性的恢复则需要更长时间，因为土壤中的养分循环、微生物群落的重建以及土壤种子库的恢复都涉及复杂的生态过程。这种异步性意味着，在退化草原的恢复过程中，植被和土壤可能无法同步达到预期的恢复目标，而是存在一定的阶段性差异。例如，在放牧限制后的最初几年，植被可能表现出快速的恢复迹象，而土壤属性的改善则相对滞后。因此，研究者认为，生态恢复的路径和速率不仅取决于初始条件，还受到时间因素的深刻影响。

基于这些发现，研究者提出了一个具有现实意义的生态修复策略。首先，在重度退化区域，应采取严格的放牧限制措施，以最大化生态系统的恢复潜力。其次，在中度退化区域，可以实施适度的修复措施，如合理的放牧管理或部分恢复性干预，以促进生态系统的逐步恢复。最后，在轻度退化区域，保持较低的放牧强度可能有助于维持生态系统的功能，同时保障牧民的生计需求。这种分层次的修复策略不仅能够提高修复效率，还能在不同退化程度的草原上实现生态与经济的双赢。

此外，本研究还强调了理解初始条件在生态恢复中的关键作用。不同的历史放牧强度塑造了不同的生态系统状态，而这些状态直接影响了恢复的路径和速率。因此，在评估生态恢复效果时，必须充分考虑初始条件的差异，以避免对恢复过程的误判。同时，研究者指出，生态恢复的成功不仅依赖于放牧限制本身，还受到其他因素的影响，如土壤的养分状况、微生物群落的结构以及气候条件的变化。这些因素可能在不同程度上制约或促进生态系统的恢复能力，因此在制定修复策略时，需要综合考虑这些变量。

本研究的实验设计采用了长期放牧实验的基础，确保了研究结果的可靠性和代表性。通过四年的持续监测，研究者能够观察到草原生态系统在不同初始条件下的恢复动态，从而揭示了历史放牧强度对生态恢复的深远影响。这种长期的实验方法为理解生态恢复的复杂性提供了重要的数据支持，也为未来的草原修复工作提供了科学依据。同时，研究者还通过量化分析，明确了植被和土壤恢复速率之间的关系，进一步丰富了生态恢复理论体系。

在实践层面，本研究的发现为草原生态系统的修复和管理提供了新的思路。首先，对于重度退化区域，应优先考虑严格的放牧限制，以加快土壤属性的恢复。其次，在中度退化区域，可以通过适度的干预措施，如土壤改良、植被重建等，来促进生态系统的恢复。最后，在轻度退化区域，保持较低的放牧强度可能有助于维持生态系统的稳定性，同时满足牧民的生计需求。这种分层次的修复策略不仅能够提高修复效率，还能在不同退化程度的草原上实现生态与经济的平衡发展。

本研究还强调了生态恢复过程中植被与土壤的异步性。植被的恢复往往先于土壤属性的改善，这一现象可能与草本植物的生长周期和生态位空缺有关。草本植物在放牧限制后能够迅速进入生殖成熟阶段，从而在短时间内实现物种多样性和生产力的显著提升。然而，土壤属性的恢复则需要更长时间，因为土壤中的养分循环、微生物群落的重建以及土壤种子库的恢复都涉及复杂的生态过程。这种异步性意味着，在退化草原的恢复过程中，植被和土壤可能无法同步达到预期的恢复目标，而是存在一定的阶段性差异。因此，在制定修复策略时，需要充分考虑植被和土壤的恢复时间差异，以避免在评估恢复效果时出现偏差。

最后，本研究的发现不仅具有重要的理论意义，还对实际的草原管理提供了指导。通过理解历史放牧强度对生态恢复的影响，管理者可以更加科学地制定修复策略，从而提高修复工作的针对性和有效性。此外，研究还揭示了植被和土壤恢复之间的异步性，这为未来的研究提供了新的方向，即如何协调植被和土壤的恢复过程，以实现草原生态系统的整体恢复。这些发现为干旱区草原的精准修复和管理提供了坚实的理论基础和实践框架，有助于推动草原生态系统的可持续发展。