草地退化和放牧时期对牛羊采食行为及采食互作关系的影响

发布时间：2020-09-29 17:43

　　草地生态系统(grassland ecosystem)作为我国重要的陆地生态系统之一,兼具生态保护与生产服务两大重要功能,维持其结构与功能的稳定具有十分重要的意义。目前我国90%草地都处于不同程度的退化状态,而粗放、不合理的放牧利用方式是造成草地大面积退化的主要原因之一。草地作为被管理的生态系统,在如今大面积的草地退化背景下,草地放牧管理(grazing management)也面临着严峻的挑战,我们迫切需要探索出一种科学且精准的草地放牧管理模式来应对日益严峻的草地退化现状。牛羊作为草地最常见的放牧家畜(grazing livestock),具有体积大、能量需求高的特点,其采食行为(foraging behavior)是整个草地生态系统物质循环和能量流动的关键步骤,在维持草地生态系统结构完整与功能正常发挥中起着重要的作用。天然草地在不同退化状态及不同放牧时期下的植物资源数量、质量以及群落结构均存在明显差异,这种差异会通过上行控制效应(bottom-up)影响到牛羊的采食行为,而牛羊的采食行为又会以下行控制效应(top-down)反馈作用于植物群落。由此,本研究以牛、绵羊为对象,系统地研究了在不同退化草地和不同放牧时期下牛羊采食效率、食性选择等重要行为特征的变化规律,揭示了放牧家畜在不同退化草地及不同放牧时期的采食行为策略以及不同家畜种类(牛羊)间的采食互作关系,探讨了不同家畜种类与植被之间的协同进化特征。该研究不仅为未来制定更为精准科学的放牧管理模式提供了重要理论依据,亦有助于提高我们对动物采食理论和草地生态系统稳定性维持机制的认识。主要结论如下:(1)随着草地植被生长的季节变化,牛羊采食行为均发生显著变化,且变化规律存在差异。在7月植物生长盛期,绵羊采食效率(单位游走步数下的采食口数)和采食多样性(食谱构成的多样性)显著低于6月植物生长初期;相反,牛的采食效率在7月显著高于6月,而采食多样性并未发生显著变化。植被数量和质量的季节动态变化决定了牛羊的不同采食响应规律,小体尺动物-绵羊具有更高的食物质量需求,随着生长季的推移,草地植物适口性的降低限制了绵羊的可利用食谱宽度,降低了采食多样性,进而增加了其对高适口性物种的搜索成本,此外,7月植物群落结构复杂性的增加也进一步增加了绵羊的搜索成本,从而降低了采食效率;相反,大体尺动物-牛具有更高的食物数量需求,随着生长季的推移,草地植物生物量的增加将提高其口食量,从而降低游走消耗,提高采食效率。(2)草地斑块化的退化特征对牛羊采食行为均有显著影响。随着草地斑块化退化,绵羊采食效率在6月和7月均显著提高,而牛采食效率只在7月植物生长盛期显著提高,在6月显著降低。不同退化草地植物物种组成和分布特征的差异决定了牛羊的不同采食响应规律。斑块化退化使植物资源在空间上分布更为集中,有助于提高家畜发现喜食植物的概率,从而提高其采食效率;同时,由于牛对食物数量的要求较高,而退化草地在6月由于碱斑的存在导致牛可利用的植物生物量减少,进而降低了家畜采食效率,而绵羊对食物质量的要求较高,退化草地植物资源的聚集分布导致绵羊表现出显著高的采食效率。(3)牛羊采食行为既具有一定差异性,也具有一定相似性。差异性主要体现在采食效率上,研究发现,不论在何种植被条件下,牛的采食效率都显著高于羊,这是牛羊体尺巨大差异所决定的,同时也是牛羊生态位分化最直接的体现;相似性主要体现在采食选择上,牛羊在6月主要采食羊草、芦苇等生长较早的禾本科植物,而在7月将采食主要集中在狗尾草上,这与退化和未退化草地中禾本科植物居多且在7月狗尾草适口性高并呈现出不同大小的斑块化分布模式有关。同时我们研究也发现了在植被生长季盛期时,当牛羊处于植物多样性较高、分布均匀且垂直结构复杂的群落结构下,牛由于其较低的选择性,难以对食物资源做出精细的选择,更偏向于采食最丰富的禾本科植物,包括羊草和狗尾草,采食多样性较低,但其资源利用效率更高,对食物资源的耐受能力更强;而羊虽采食一定的狗尾草,但更偏向于对豆科的杂类草植物的采食,羊采食多样性高,而其资源利用效率低,牛羊在食性选择上出现明显的生态位分化。(4)牛羊互作与植物资源丰富程度和植物群落结构相关。通过比较分析单牧混牧数据发现,牛采食在短期内并未受到羊的影响,而羊在6月受到牛的采食抑制作用,7月并未表现出明显差异,这与放牧初期植物资源较为缺乏以及牛在6月游走步数高采食速率快有关,从而在空间资源利用上对羊形成了采食抑制,因此我们建议牛羊混牧的利用方式宜选择在植物资源丰富的放牧季盛期进行。此外我们的研究还发现牛羊互作效应还与植物群落结构密切相关,在多样性较高、均匀且垂直结构复杂的样地放牧时,羊在牛采食过的样地采食更长时间,表明牛羊之间由于采食生态位分化而可能存在正相互作用。综上,本研究从放牧家畜种类、草地退化状态和不同放牧时期三方面作为切入视角,获得了对野外家畜采食行为更深入的认识。牛羊采食行为应对植被生长季变化有着符合自身生理需求的采食行为规律变化,因此,本研究结果建议在制定科学合理的放牧管理政策时,放牧时期也是一个重要的考虑因素,不同放牧时期牛羊的采食均发生明显改变,这可以为我们判断不同时期草地资源利用状况以及根据动物采食选择来调控草地资源利用提供重要的依据。其次,本研究也反映了对于斑块化退化草地放牧利用应格外注意,斑块化退化草地较适宜绵羊放牧的利用方式,而对于牛放牧利用应注意放牧季节或时期,在植物资源更加丰富的时候较为适宜,若在放牧季初期采取牛放牧的管理方式,一方面牛较低的采食效率不利于其生产性能的提高,另一方面较低的采食效率可能带来对草地过强的践踏效应,从而可能加速草地的退化过程,但无论牛羊放牧利用都应严格控制放牧强度和时间,因为我们的研究结果也预示着草地资源较大尺度上的斑块化分布不利于抵抗家畜的选择性采食,不合理的放牧利用可能造成草地进一步的异质性和多样性的降低,维持草地植物群落结构的完整有助于维持整个放牧生态系统的稳定。最后,本研究体现了牛羊采食行为差异性与相似性并存且与植被条件紧密相关,牛具有更高的采食效率和食物耐受能力,因此我们建议在放牧利用斑块化草地的时候,可采用先羊后牛的混牧模式,而在较为均质,植物多样性较高的草地放牧利用时,可采用先牛后羊或牛羊同时的混牧模式,从而使得草地资源能得到更加有效的利用,并且降低动物过强的选择性采食对草地可能带来的不利影响。
【学位单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S812
【部分图文】：

地理位置,自然概况,松嫩平原

2 研究区域自然概况及研究方法1 研究区域自然概况1.1 地理位置本实验的研究地点位于欧亚大陆草原带东缘地带的松嫩平原地区。松嫩平原置较为特殊，位于大小兴安岭与长白山山脉和松辽分水岭之间的松辽盆地里的域，主要由松花江和嫩江冲积而成，属于冲积平原。由于长期的冲积导致离子积，因此该区域的松嫩草地具有的一个重要特征就是高盐碱度。本实验的开展于吉林西部的松嫩草地，具体位于吉林省长岭县腰井子村种马场的东北师范大草地生态研究站，地处北纬 44°45′，东经 123°45（′图 2-1），属于典型的农牧交错拔高 138-167 m，为微波状平坦地形。

示意图,松嫩平原,海拔,示意图

图 2-2 松嫩平原海拔、气温和降水示意图igure2-2Altitude、temperature and precipitation of the Songnen Plain的草原类型属于以羊草（Leymus chinensis）为优势种的羊，耐寒、耐旱、无性系繁殖能力强等生理特征，使其在高，是主要的优势种。除羊草外，芦苇（Phragmitis austpigeios）、狗尾草（Setaria viridis）等禾本科植物也占据一不合理的利用，导致草地斑块化退化现象十分严重，在十分明显的碱斑，其中，碱蒿（Artemisia anethifolia）和碱碱斑内的主要物种，虎尾草（Chloris virgata）和星星草禾本科植物在其中也占据一定比例。除常见的禾本科和有一定数量和种类的豆科及杂类草。常见的有全叶（Artemisia scoparia）、蒙古蒿（Artemisia mongolica）、委陵菜（Potentilla flagellaris）、罗布麻（Apocynum ven

示意图,退化草地

未退化草地航拍图

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