长期放牧下高寒草原优势种通过性状调控维持种群生物量的机制研究

针对高寒草原退化导致的生产力下降问题，研究人员以优势种Agropyron cristatum（A. cristatum）和Stipa purpurea（S. purpurea）为对象，通过20年定位试验揭示了长期季节性放牧通过调控植株高度、冠幅和密度等性状平衡生物量的机制，为退化草地恢复提供了基于种群性状管理的科学依据。

　　

论文解读

青藏高原高寒草原占全球陆地面积的25%，承载着重要的生态和生产功能。然而，过去半个世纪以来，长期过度放牧导致草地退化，最显著的表现是生产力持续下降。尽管植物性状对气候和放牧的响应已有研究，但关于群落优势种在多因素（如放牧管理、气候、土壤）综合影响下如何通过性状调控维持生物量的机制仍不清楚。这一问题对于理解高寒草原退化机理和制定恢复策略至关重要。

兰州大学的研究团队在祁连山典型高寒草原建立了长达20年的放牧实验平台，以群落优势种A. cristatum和S. purpurea为研究对象，通过不同季节（冷季/暖季）和放牧强度梯度（距离牧场入口0-1.5 km）的定位采样，结合气候、土壤数据，系统分析了植物生长性状（株高、冠幅、密度）与生物量的关系。研究采用冗余分析（RDA）和结构方程模型（SEM）解析了多因素交互作用对性状和生物量的调控路径。

主要技术方法
研究基于祁连山典型高寒草原的长期放牧实验平台，通过空间替代时间法设定放牧强度梯度（0-1.5 km），采集优势种A. cristatum和S. purpurea的性状数据（株高、冠幅、密度、生物量），结合20年气候数据和土壤有效养分（速效氮、磷）测定，采用RDA分析性状与环境因子的关系，SEM量化多因素对生物量的贡献率。

研究结果

放牧对植物性状的影响
长期适度放牧使A. cristatum和S. purpurea种群密度先增后降，暖季放牧显著促进A. cristatum密度（+37%）。高强度放牧导致A. cristatum生物量降低且株型扁平化，而S. purpurea生物量保持稳定且冠幅增大（冷季牧场+22%）。

环境因子对性状的调控
气候和土壤有效养分是影响性状的主控因素。冷季牧场中，两物种生长性状与气候（温度、降水）显著相关（R²>0.6），而暖季放牧削弱了这种关联。SEM显示，A. cristatum生物量主要受密度（β=0.53）和土壤速效磷（β=0.41）驱动，S. purpurea则依赖冠幅（β=0.48）和降水（β=0.32）。

讨论与结论
该研究首次揭示了高寒草原优势种通过性状分异适应放牧的机制：A. cristatum采取"密度优先"策略，通过增加分蘖数补偿生物量损失；S. purpurea则通过扩大冠幅（冠层宽度）增强抗干扰能力。暖季轻牧促进A. cristatum密度积累，而冷季放牧对S. purpurea无显著影响。这一发现为制定季节性轮牧（如暖季轻牧+冷季休牧）提供了理论依据，建议根据优势种性状特征匹配放牧时序，以协同实现退化草地恢复和生产力维持。论文发表于《Agriculture, Ecosystems & Environment》，为全球气候变化敏感区草地管理提供了范式参考。