阿根廷干旱查科地区植物功能群分布与连续放牧及动物水源距离的关系

《Rangeland Ecology & Management》：Distribution of Plant Functional Groups in Relation to Continuous Grazing and Distance to Water Sources for Livestock in the Arid Chaco, Argentina

干旱查科草原中永久水源影响牲畜放牧强度梯度，导致不同地貌单元植物群落组成和功能差异。研究定义五类功能群组（一年生非饲料草本、多年生非饲料草本、饲料灌木、饲料草本、非饲料灌木），发现饲料草本和非饲料灌木受放牧影响显著。距离水源1250米（冲积平原）和1900米（丘陵）外牧草生长显著提升，为水源规划提供依据。

　　在干旱的查科草原生态系统中，牲畜的饮水来源直接影响了放牧的空间分布模式，从而形成了放牧强度的梯度。这种梯度不仅影响植物群落的组成，还对整个生态系统的功能产生深远的影响。植物种类的特性决定了它们对环境刺激的具体反应，这些特性可以将物种划分为不同的功能性植物群组，进而影响不同干扰因素对生态系统功能的作用方式。在这一背景下，我们的研究提出了一个假设：与永久性水源相关联的持续放牧会形成累积的牲畜压力，这种压力会在不同的地貌单元中创造不同的生态条件。基于这一假设，我们做出了两个预测：1）水源的分布会直接和间接地影响功能性植物群组的空间分布；2）放牧资源质量的变化与某些功能性植物群组的分布密切相关。我们定义了五个功能性植物群组，包括一年生非饲料草本植物、多年生非饲料草本植物、饲料木本植物、饲料草本植物以及非饲料木本植物。研究发现，对植物功能性群组产生显著影响的主要是饲料草本植物和非饲料木本植物。在所研究的地貌单元中，植物功能性群组的贡献与植物群落的饲料质量之间呈现出正相关和负相关的关系。在所有uvial平原和山麓地区，距离水源超过1250米和1900米的地方，饲料植物的生长显著增加。这一发现可以作为规划牲畜饮水源分布的参考，尤其是在半干旱平原等类似生态系统中。

草地生态系统对放牧的响应具有多样性和复杂性（Munkhzul等，2021）。在干旱环境中，高强度的放牧会对所有植被变量产生不利影响，这表明存在气候和放牧压力的综合效应，使得这些生态系统对过度放牧和气候变化表现出较高的敏感性（Munkhzul等，2021）。在畜牧业系统中，管理实践通常旨在维持生态系统处于稳定状态，以持续提供所需的生态产品和服务（Haines-Young和Potschin，2012）。这些服务与生态系统中的植物种类密切相关（Haines-Young和Potschin，2012）。植物种类的特性构成了生态系统服务的基础，并且它们对环境刺激和干扰具有特定的反应（Imbert等，2021）。具有相似特性的植物种类往往形成功能性群组，这些群组决定了不同干扰对生态系统功能的影响。功能性群组可以根据其作用和反应方式进行分类。反应特性包括那些对生物和非生物环境或干扰模式作出相似反应的物种。生态系统的主要过程，如初级生产力、养分循环和营养传递，以及反应特性则是指物种在特定环境条件下的特征（如盐度、干旱、放牧等）（Córdova-Tapia和Zambrano，2015）。鉴于每个功能性群组在生态系统中扮演特定角色，它们相对比例的变化可能会改变生态系统的功能和状态（Biggs等，2020）。特别是在干旱环境中，由于功能性冗余有限，生态系统的功能对物种损失非常敏感（Liu等，2013）。

功能性植物群组的退化可能意味着生态系统功能特征的丧失，或者导致整个生态系统功能的丧失，从而增加生态系统的脆弱性，并使其更容易转变为不期望的状态（Elmqvist等，2003）。对于退化生态系统的稳定性，另一种观点强调了生态系统用户对产品和服务的需求对于维持生态系统的重要性。如果生态系统恢复所需的时间超过了用户的容忍度，通常为几年到十几年，那么退化状态在实践中可能被认为是持久的。因此，生态系统服务的“持续下降”并不总是与临界阈值或生态系统状态的改变有关。缓慢的恢复过程如果仍处于相同稳定范围内，也可能导致服务的持续下降（Merdas等，2021）。

评估放牧影响的一种方法是将当前的功能性植物群组视为放牧历史的结果（Dyksterhuis，1949），并利用间接指标如水源的接近程度（Landsberg等，2003）和牲畜设施的距离（Ward，2016）来制定管理措施。这种知识通常为选择无法等待长期放牧试验结果的管理选项提供了相关信息（Cingolani等，2008）。在区域草地生态系统中，观察到的动态和植被模式主要受到气候因素的影响，尤其是降雨量（数量和周期性）、温度和湿度（Arana等，2021）。在干旱和半干旱地区，最有限的资源是水，而地貌的影响则归因于其对水分平衡的作用（Acebes等，2010）。这些水分可用性的变化导致了土壤物理和化学性质的差异，进而产生了不同地貌单元的植物群落组成差异（Holtmeier和Broll，2012）。

干旱的查科草原覆盖了超过1000万公顷，其中畜牧业依赖于雨水收集结构来提供牲畜饮用水，而持续放牧是主要的生产系统（Magliano等，2023）。干旱查科地区已被用于畜牧业、选择性砍伐以及其他低附加值产品（Karlin等，2013；Rueda等，2013）。这些活动由欧洲文明实施，并在近几个世纪中显著改变了生态系统的形态（Adamoli等，2011；Karlin等，2013）。使用雨水收集技术为牲畜提供饮用水，使得这些地区的畜牧业与典型的草地生产系统有所不同。牲畜的踩踏行为从水源向外延伸，会在牧场中留下足迹，并向生态系统引入两个关键元素：踩踏区域和路径（Magliano等，2023）。足迹分析用于衡量放牧干扰在植被和土壤上的径向衰减影响（Chillo和Ojeda，2014）。

研究区域是阿根廷圣胡安省Valle Fértil地区，总面积约为1000平方公里。该区域位于南纬30°50′至30°29′和西经67°27′至67°12′之间，处于Sierras de Valle Fértil-La Huerta山脉的东侧，东部与La Rioja省接壤。根据K?ppen-Geiger气候分类系统，该区域被归类为沙漠气候（Peel等，2007）。该地区的平均年温度和降水模式对研究区域的生态特性有重要影响。由于地理位置的特殊性，该地区面临着水资源短缺的问题，这使得牲畜放牧活动对植被和土壤的影响更加显著。研究区域内的牲畜密度是该省最高的，主要集中在基础设施较少的畜牧场所，这些场所缺乏围栏和水源，给可持续管理和生产带来了挑战（CNA，2018）。

本研究评估了持续牲畜放牧如何影响半干旱查科草原生态系统中两个地貌单元的牧草植物群落分布。研究的主要目标是增进对生态条件和本地饲料资源质量的理解，并为半干旱牧草系统中的可持续牲畜管理提供标准。我们的研究提出了一个假设，即与永久水源相关联的持续放牧会形成累积的牲畜压力，这种压力会决定不同地貌单元中植物群落的生态条件。基于这一假设，我们做出了两个预测：1）水源的分布会直接和间接地影响功能性植物群组的空间分布；2）饲料资源质量的变化与某些功能性植物群组的分布存在关联。

在研究区域，我们观察到不同功能性植物群组对放牧干扰的反应各不相同。通过分析这些反应，我们能够识别出哪些植物群组最易受到放牧压力的影响。同时，通过研究每个功能性群组的特征，我们能够更深入地理解它们如何影响生态系统的功能。研究发现，饲料草本植物和非饲料木本植物的功能性群组受到最显著的影响。这种影响不仅体现在植物种类的分布上，还反映在生态系统整体功能的变化中。例如，饲料草本植物的增加可能意味着该地区能够提供更多的高质量饲料资源，而非饲料木本植物的减少可能表明生态系统在应对放牧压力时出现了功能性的退化。

在所研究的地貌单元中，植物功能性群组的贡献与植物群落的饲料质量之间呈现出正相关和负相关的关系。具体来说，饲料草本植物的增加与饲料质量的提升相关，而非饲料木本植物的减少则与饲料质量的下降有关。这种关系可能受到多种因素的影响，包括水源的分布、土壤的水分状况以及牲畜的活动模式。在距离水源超过一定距离的区域，饲料植物的生长显著增加，这可能与这些区域的水分条件改善有关。同时，牲畜的踩踏行为和路径的形成可能对植被的分布产生重要影响，特别是在水源附近的区域。

本研究的结果表明，功能性植物群组的分布和变化是评估放牧影响的重要指标。通过分析这些群组的响应，我们能够更准确地预测放牧压力对生态系统功能的影响，并为制定可持续的管理措施提供依据。此外，研究还强调了水源在放牧系统中的关键作用，特别是在半干旱地区，水源的分布可能决定着植物群落的组成和生态功能的稳定性。因此，在规划和管理放牧活动时，应充分考虑水源的分布和利用方式，以确保生态系统的健康和可持续性。

在实际应用中，这些发现可以为半干旱地区的牲畜管理提供重要的参考。例如，通过合理规划水源的分布，可以减少牲畜对特定区域的过度放牧，从而保护那些对生态系统功能至关重要的植物群组。此外，研究还表明，饲料资源的质量可能与某些功能性植物群组的分布存在密切关系，因此在评估放牧对生态系统的影响时，应综合考虑植物群落的组成和饲料资源的特性。这些信息对于制定更加科学和有效的管理策略具有重要意义，有助于在保障畜牧业生产的同时，减少对生态环境的破坏。

在研究过程中，我们还注意到，不同地貌单元的植物群落可能存在显著的差异。例如，所有uvial平原和山麓地区的植物群落组成可能受到水源分布和土壤条件的影响，而这些因素又与牲畜的放牧行为密切相关。因此，在制定管理措施时，应考虑到不同地貌单元的生态特性，采取差异化的管理策略。例如，在水源较远的区域，可能需要采取更严格的放牧控制措施，以防止过度放牧对植物群落的破坏。而在水源附近的区域，由于植物生长条件较好，可能需要更注重饲料资源的可持续利用，以避免资源的过度消耗。

总之，本研究揭示了持续放牧与水源分布之间的复杂关系，以及这种关系如何影响植物群落的组成和生态系统的功能。通过分析不同功能性植物群组的响应，我们能够更全面地理解放牧对生态系统的长期影响，并为制定可持续的管理措施提供科学依据。这些发现不仅有助于保护半干旱地区的生态环境，还能够提高畜牧业的生产效率和可持续性，为未来的生态管理和政策制定提供重要的参考。