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研究人员为探究杂类草多样性变化，在 6 大洲开展实验，发现养分富集降低其多样性，大型哺乳动物放牧可抵消部分影响。
草原 “野花” 保卫战：探索杂类草多样性变化之谜
在广袤无垠的草原上，杂类草（forbs，即 “野花”）宛如灵动的精灵，它们可不只是草原上的点缀。杂类草属于非禾本科草本被子植物，在维持草原生物多样性、生态结构和功能方面，发挥着不可或缺的作用。它们为众多传粉者提供食物，是草原生态系统食物网的重要一环；同时，在养分循环等生态过程中，也有着关键贡献。
然而，如今草原杂类草正面临着重重危机。随着人类活动的加剧，一系列人为因素成为了它们生存的巨大挑战。养分富集现象日益严重，大量的氮、磷等营养物质进入草原生态系统；大型哺乳动物数量的改变，如本土大型兽类的减少和家畜数量的增加；以及气候变化导致的干旱等问题，都在威胁着杂类草的生存。
过去，多数相关研究存在局限性，往往只针对单个地点或者单一的影响因素进行研究。但实际上，这些因素相互交织、共同作用，对杂类草产生影响。所以，为了全面了解杂类草多样性变化的机制，来自全球各地研究机构的研究人员展开了深入探究，相关成果发表在《Communications Biology》上。
研究方法：全球布阵，多管齐下
研究人员从全球范围内的 “养分网络”（Nutrient Network）中选取了 6 大洲的 94 个草原站点。在每个站点，都设置了 5×5 m 的实验地块，进行了养分添加和食草动物排除的实验。养分添加包括氮（N）、磷（P）、钾（K）和微量元素（Kμ）的不同组合，同时设置了不添加养分的对照地块；通过设置围栏，将大型哺乳动物（体重超过 50 g，如兔子、有袋类动物等）排除在外，以此来模拟不同的生态环境。
在植被采样方面，研究人员遵循标准化的采样协议。每年在植物生长旺季，对实验地块进行非破坏性采样，利用 1×1 m 的样方估算每种植物的地上植被覆盖度；同时，在每个地块选取两条 10×100 cm 的样带，测量地上活体生物量。采集后的植被样本在 60°C 烘干至恒重后称重。
统计分析上，研究人员使用 R 软件，运用线性混合效应模型，将全球变化处理（如养分添加、围栏设置、食草动物强度和潜在蒸散量等）作为固定效应，同时考虑了实验地块的随机效应和时间自相关性，以此来分析各因素对杂类草和禾草相关指标（如物种丰富度、群落盖度等）的影响。
研究结果：养分与放牧，对杂类草影响几何？
- 养分的影响：研究发现，施肥（NPKμ处理）导致杂类草物种丰富度下降了 27%，科丰富度下降 19%，覆盖度下降 13%；而禾草物种丰富度虽有小幅度下降（8%），但总覆盖度却增加了 22%。进一步分析不同养分的作用，发现氮对杂类草丰富度和覆盖度下降的贡献最大。例如，氮添加使杂类草物种丰富度下降 14%，而磷和钾及微量元素分别使其下降 6%。不同杂类草科对养分添加的响应各异，菊科（Asteraceae）物种丰富度对氮的响应更为敏感，豆科（Fabaceae）覆盖度在氮添加时下降，在磷和钾及微量元素添加时增加；牻牛儿苗科（Gerianaceae）物种丰富度在磷添加时下降，伞形科（Apiaceae）对氮添加无明显响应，蓼科（Polygonaceae）覆盖度在氮添加时增加。
- 食草动物的影响：大型哺乳动物的排除会导致杂类草在施肥和高食草动物强度条件下数量下降。不过，高食草动物强度能够缓解 NPKμ施肥对杂类草物种丰富度的抑制作用。在高食草动物强度的地点，食草行为减轻了施肥对杂类草覆盖度的抑制。不同杂类草科对食草动物的响应也不同，菊科丰富度和覆盖度在高食草动物强度下最高，但在施肥且移除食草动物的高强度地点受到强烈抑制；豆科和伞形科的丰富度和覆盖度不受食草动物排除和强度的影响；牻牛儿苗科覆盖度受食草动物排除和施肥的交互作用影响，蓼科丰富度与食草动物强度呈正相关，但受施肥和围栏交互作用的抑制。
- 干旱的影响：潜在蒸散量（PET，衡量干旱程度的指标）与食草动物排除和养分富集之间没有相互作用来改变杂类草或禾草的丰富度和覆盖度。随着 PET 增加，杂类草物种和科丰富度均下降，但对杂类草覆盖度、禾草丰富度和覆盖度无显著影响。
研究结论与意义：守护草原杂类草，刻不容缓
这项研究通过全球范围内多地点的实验，揭示了养分富集、大型哺乳动物食草作用和干旱对草原杂类草多样性的影响。研究表明，养分富集，尤其是氮添加，是草原杂类草多样性的主要威胁，它会使草原生态系统从以杂类草为主导的多样化群落，转变为以禾草为主导、杂类草较少的系统，进而影响生态系统服务功能，如传粉、食物安全和药用植物供应等。
而大型哺乳动物的食草行为在一定程度上可以抵消养分富集对杂类草的负面影响，维持杂类草的多样性。此外，研究还发现干旱普遍对杂类草多样性有负面影响，且不同杂类草科对养分和食草动物的响应存在差异，这为理解草原生态系统的复杂性提供了重要依据。
该研究成果为草原生态系统的保护和管理提供了关键的科学指导。在未来的草原生态恢复工作中，可以考虑减少养分输入，尤其是控制氮的排放；同时，合理保护和利用大型哺乳动物的食草作用，维持草原生态系统的平衡。这对于保护草原生物多样性、保障生态系统服务功能具有重要的意义，也为后续进一步研究草原生态系统应对全球变化的机制和策略奠定了基础。
