刈割调控氮富集对草地昆虫食草作用的增强效应

本研究针对氮富集如何影响草地昆虫食草作用这一生态学问题，通过8年野外实验探讨了刈割管理的调节机制。结果表明，氮添加使群落水平食草率从2.55%增至9.36%，而刈割则将其从9.49%降至2.42%，二者存在显著交互作用。研究揭示了植物C:N比和昆虫丰度的双重调控路径，为评估富营养化对植物-昆虫营养能量传递的生态效应提供了管理实践依据。

　　

在全球氮沉降加剧的背景下，草地生态系统正面临前所未有的富营养化压力。昆虫食草作用作为连接植物与消费者的关键生态过程，不仅影响植物生长繁殖和群落结构，更调控着生态系统的物质循环和能量流动。然而，氮富集对昆虫食草作用的影响存在巨大争议——既有研究报道过促进、抑制甚至中性效应，这种分歧可能源于对草地管理实践（如刈割）调节作用的忽视。更关键的是，现有研究多聚焦单一组织水平（物种或群落），缺乏整合多层次的机制解析。

针对这些科学盲区，中国科学院的研究团队在内蒙古温带草甸草原开展了为期8年的野外控制实验。通过设置氮添加（10 g N m^-2
yr^-1
）与刈割（每年8月留茬5 cm）的交互处理，系统测定了12种植物在物种和群落水平的食草率，并结合植物功能性状（C:N比、SLA等）和昆虫群落动态揭示了调控机制。相关成果发表于《Journal of Environmental Management》，为全球变化背景下草地生态系统的适应性管理提供了理论支撑。

研究采用多尺度采样策略，在50×50 m实验样地中设置5×5 m小区（n=6），通过标准化叶损评估法量化食草率，同步测定植物叶片化学计量特征（元素分析仪）和昆虫群落组成（吸虫器法）。利用混合效应模型解析处理效应，并通过结构方程模型（SEM）阐明驱动路径。

研究结果

1. 物种与群落水平食草率响应
   12种植物平均相对食草率为4.36%，豆科植物Vicia sepium最高（7.74%），禾本科Stipa baicalensis最低（0%）。氮添加显著提升群落水平食草率（2.55%→9.36%），而刈割产生相反效应（9.49%→2.42%）。二者交互作用显著，刈割使氮添加的促进效应降低63%。

2. 植物-昆虫特征调控机制
   SEM分析显示，氮添加通过降低植物C:N比（-18%）和增加昆虫丰度（+137%）双重途径促进食草；刈割则通过提高C:N比（+12%）和减少昆虫丰度（-65%）抑制食草。植物群落组成变化（如禾本科优势度提升）进一步强化了这些效应。

3. 管理实践的时间效应
   长期（≥5年）氮添加下，刈割维持了更高的植物多样性（Shannon指数+22%），缓解了氮富集导致的单优群落形成，这种缓冲作用与食草率变化呈显著负相关。

结论与意义
该研究首次证实刈割管理能有效缓解氮富集对草地昆虫食草作用的增强效应。从机制上看，刈割通过逆转氮添加对植物营养质量（C:N比）和昆虫种群的双重影响，构建了"自上而下"与"自下而上"相结合的调控网络。实践层面，研究建议将刈割纳入草地富营养化缓解措施，因其不仅能维持生物多样性，还可调控植物-昆虫互作网络的稳定性。理论层面，研究为资源可利用性假说（RAH）和生长-防御权衡理论（GDB）在管理干扰情境下的适用性提供了实证支持，强调全球变化生态学研究必须考虑人类管理活动的调节作用。

特别值得注意的是，Yu Ning团队发现物种水平食草率变异是解释群落水平格局的关键，这为理解生态系统功能的多尺度响应提供了新视角。研究结果对预测氮沉降背景下草地生态系统服务功能变化具有重要价值，也为"基于自然的解决方案"（NbS）在草地管理中的应用提供了科学依据。