前耕地粗放管理森林草原草地21年演替中生态指示值（EIVs）动态及其与生物多样性、植物区系组成和牧草价值的相互关系：罗马尼亚西部案例研究

《Agriculture》：The Dynamics of Some Ecological Indicator Values and Their Interrelation with Biodiversity, Floristic Composition and Pastoral Value in an Ex-Arable Extensive Forest-Steppe Grassland over 21 Years (Case Study)

　　

森林草原（forest-steppe grasslands）是高度重要的生态系统，因为它们提供从温带森林到开阔草原的过渡。这使其在生物多样性、生态服务、基因库、农业生态系统资源等多个重要角度具有独特性。这些是需要在植被演替或气候韧性记录等主题上开展长期研究的一些主要原因，因为此类研究可服务于参与这些农业生态系统恢复的权威机构和实体。研究目的为分析罗马尼亚西部森林草原地区一个演替性前耕地草地（ex-arable grassland）的草层，该草地以粗放系统管理，采用生态指示值（Ecological Indicator Values, EIVs）并分析其与生物多样性、植物区系组成（floristic composition，含功能群）和牧草价值（pastoral value）的相互作用。数据收集始于土地撂荒后第九年，具体为2003年。本研究结果延长至21年，涵盖2003年至2023年。所考虑的Landolt EIVs为植物物种对土壤反应（soil reaction, R）、养分（nutrients, N）、土壤水分（soil moisture, F）、温度（temperature, T）、光照（light, L）和气候大陆性（climatic continentality, K）的偏好。研究期间植被的演替演化高度复杂，突出表明物种组成变化受时间梯度上生境条件变化影响。这些变化由大多数所分析EIVs的趋势表达，分别为温度（T）、土壤水分（F）、土壤反应（R）和养分（N）。EIVs是一种有用工具，可更详细描述永久草地，表达生境条件的演变。生物多样性受N和K影响，植物区系组成主要受K影响。

森林草原（forest-steppe）是温带森林向开阔草原过渡的高度重要生态系统，在生物多样性、生态服务、基因库和农业生态系统资源等方面具有特殊价值。欧洲森林草原草地长期承受耕作压力，但因坡度、易侵蚀和农业产量下降等因素被撂荒，许多地块经自然演替恢复为草地，并成为放牧家畜的饲料资源和功能性半自然草地生态系统。此类恢复的农业生态系统对缓解生物多样性丧失和气候变化具有重要意义，也是能适应高度可变生态与人为条件物种的基因库。然而，关于此类前耕地草地长期演替、气候韧性以及生物多样性—植物区系组成—牧草价值相互关系的研究仍有限，尤其是使用生态指示值（Ecological Indicator Values, EIVs）的长期案例较少。研究人员因此以罗马尼亚西部森林草原地区一个已知1995年撂荒、以粗放羊放牧管理的演替性前耕地草地（ex-arable grassland）为对象，分析2003—2023年21年间EIVs动态及其与生物多样性、植物区系组成和牧草价值（pastoral value, PV）的关系。该研究意义在于，罗马尼亚及中东欧森林草原生态系统曾受密集耕作，后因退化、易侵蚀、干旱化和生物入侵而撂荒；研究已知撂荒日期的地块，可观察农业景观基质中多年生草本植被的自再生潜力，并为生态恢复、廊道扩展及低地森林与旱生草地保护提供数据。

技术方法概述：研究地点位于罗马尼亚西部Cara?-Severin County的Mezdraia, Tirolului Hills，前耕地在1995年撂荒，海拔127—191 m a.s.l.，平均坡度9.4%，土壤为棕色森林土，多年平均温度11.21 °C，年降雨量890.5 mm。草地以绵羊粗放放牧管理，剩余干草每3—4年秋季覆盖。2003—2023年每年5月、7月和9月监测。植被用Daget–Poissonet线性点样法（Daget–Poissonet linear point-quadrat method）计算具体贡献（specific contribution, CS%）；采用Landolt EIVs 1—5尺度计算群落水平合成指数，考虑T、K、L、F、R、N，以CS%加权。生物多样性以物种丰富度（species richness, S）、Shannon指数（Shannon index, H^′）、Simpson指数（Simpson index, D）和Pielou指数（Pielou index, J^′）评估；植物区系组成按禾草、豆科和杂类草功能群（functional groups）以种数和CS%表示；PV按0—100尺度计算，质量指数（quality index, QI）采用罗马尼亚草地物种0—5尺度。统计使用Excel 2019和JASP 0.98.1，进行描述统计、单因素方差分析（one-way ANOVA）和Pearson相关系数（Pearson r）分析，相关置信区间基于1000次自助法（bootstrapping）重复。

结果部分：
3.1 生态指示值指数分析。21年监测显示，温度（T）EIV总体弱上升，R²=0.25，2011年最低为2.50，2009年最高为3.25；单因素方差分析比较2003—2007、2008—2012、2013—2017、2018—2023时段，无显著差异，但p=0.053接近显著阈值。气候大陆性（K）为2.88—3.51，R²=0.001，无显著变化。光照（L）为3.44—3.91，R²=0.09，草地保持开放，灌木乔木少。土壤水分（F）多数值低于2，2006年最低1.33，2003年最高2.58，R²=0.04，优势种偏好干土。土壤反应（R）2006年最低2.11，2003年最高3.33，R²=0.05。养分（N）呈下降趋势，2004年最高3.75，2003年3.71，2023年最低2.25，R²=0.29，ANOVA p=0.056接近显著。相关分析显示，R与N（r=0.8497***）、F与N（r=0.8246***）、F与R（r=0.7976***）强正相关；T与K正相关（r=0.5077*）；T与N（r=?0.5836**）、T与R（r=?0.4946*）、K与R（r=?0.437*）负相关；L与所分析变量不相关。

3.2 生物多样性与所分析EIVs的相互作用。S平均47.29种（20—92种），H^′平均3.08，D平均0.08，J^′为0.69—0.91、平均0.82，表明高生物多样性和均匀分布。S随时间增加，R²=0.43；H^′的R²=0.40；D的R²=0.59，表明生物多样性增加；J^′趋势不显著。相关分析中，N与D正相关（r=0.4649*），K与S负相关（r=?0.4649*），J^′与EIVs不相关。

3.3 植物区系组成与所分析EIVs的相互作用。禾草平均9.95种、CS%为52.51；豆科平均7.76种、CS%为10.44；杂类草平均29.57种、CS%为37.05。禾草种数随时间增加，R²=0.44，CS%趋势R²=0.07；豆科种数R²=0.44，CS%也呈动态；杂类草种数R²=0.37，CS%的R²=0.04。相关分析表明，K增加与豆科种数（r=?0.4895*）、豆科CS%（r=?0.4366*）和杂类草种数（r=?0.4830*）下降相关；禾草CS%与F（p=0.051）、与N（p=0.079）接近显著。

3.4 牧草价值与所分析EIVs的相互作用。PV平均29.55，范围18.86—43.31，属差至中等质量草地；21年趋势稳定。PV与所分析EIVs无显著相关，K的p=0.058接近显著。

讨论部分：
4.1 EIVs动态。T显示喜温物种CS%略增；K无显著变化；L表明草地大部分开放，近期L下降与耐适度遮阴种出现、灌木和层次增加有关；F显示干土偏好种占优；初期残留养分使高营养需求的一年生作物杂草占优，随后低N需求物种增加；2004—2006年R、F、N急剧下降与该时期特殊气候条件有关，原文描述为严重干旱，并给出降雨1244.80 mm和温度10.43 °C。土壤相关EIVs（F、R、N）正相关，T与R、N负相关，T与K正相关。EIVs有助于分析草地演替。
4.2 生物多样性动态及其与EIVs关系。S平均47.29种并随时间增加，条件多样化利于多年生种建立；H^′平均3.08，表明高生物多样性和均匀群落；H^′增加，讨论指出约45%变异可由时间跨度解释；D和J^′表明均匀、无单一强优势种。Cremene et al.强调演替性前耕地次生草地需维持粗放管理，因其物种丰富，可成为生物多样性热点和濒危植物与无脊椎动物避难所。Sojneková和Chytry发现原生干草地物种在弃耕后数十年逐渐增加，红名录物种也可随自然演替出现。K与S显著负相关，N与D正相关，其他不显著，可能因大量物种对T0、F0、L0、R0或N0不敏感。
4.3 植物区系组成动态与EIVs关系。各功能群种数增加，K增加降低各功能群种数；禾草CS%与F、N接近显著。H?berlin et al.在瑞士455个草地样地2001—2023发现物种丰富度增加、T EIV上升；Midolo et al.发现欧洲植物群落N EIV因富营养化增加，湿生种下降，高山T EIV上升。
4.4 PV动态与EIVs关系。PV平均29.55，属差至中等质量，21年趋势稳定；与EIVs无显著相关，K接近显著。Pittalello et al.发现较高N EIV下PV更高；?arni et al.指出饲料质量主要取决于土壤湿度F EIV。

研究结论翻译：大多数所分析EIVs在21年观察期内的曲折演变，突出了自然物种演替及其对生态因子需求的改变。结果揭示EIVs与生物多样性和植物区系组成均存在显著相关。这表明此类方法可更充分评估和表征演替压力下的次生草地动态植被。因此，EIVs可成为草地研究的有用工具，因为它们能从不同相关视角对分析草层提供综合而实用的表征，并提供沿时间梯度的演化趋势。所得数据可用于设计这些重要农业生态系统的保护、管理和监测策略。在当前气候演变和人为影响条件下，此类工具需求很高，因为它们重视某一时刻草层中的所有物种，从而提供更高的评估精度，并允许对未来管理、保护或监测决策进行更细致和精确的草地状况解释。未来研究需要提供更多数据，以开发和校准高效、精确的评估模型。