2025年1月10日，河北大学万师强教授团队在国际生态学主流期刊Journal of Applied Ecology (隶属于英国生态学会, IF5Year=6.2)上在线发表了题为Effects of decade-long grazing exclusion and wind erosion reduction on community temporal stability in a semi-arid grassland的论文，揭示了作为生态恢复主要措施的放牧排除以及生态恢复后风蚀作用减少后我国北方温带半干旱草原群落组成稳定性的响应模式及非生物和生物控制机制。
生态恢复是修复退化草原、缓解沙漠化和风蚀问题的重要手段。放牧排除作为一种主要的恢复措施，与风蚀减缓共同作用，可能对草原植物群落的稳定性产生深远影响。然而，相关研究仍然有限，这为制定可持续草原管理政策带来了挑战。
基于一项为期十年(2010-2019)的野外控制实验，旨在探讨放牧排除和风蚀减缓对蒙古高原一处半干旱草地植物群落时间稳定性的影响，并进一步分析驱动稳定性动态的调节机制。在十年实验中，放牧排除通过恢复草原上层物种(>20 cm)盖度，增加了总植被盖度，但同时导致冠层下部(<20 cm)光限制增强，从而显著降低下层物种以及整个群落的物种丰富度。尽管放牧排除导致物种丧失，但物种异步性未受到显著影响。相反，放牧排除提高上层物种的种群稳定性，进而边际性地提高群落时间稳定性。风蚀减缓通过促进上下两层物种盖度，增加总植被盖度，但导致下层物种及整个群落的物种丰富度下降。在风蚀减缓下。下层物种盖度的增加加剧水分胁迫，从而降低群落稳定性。此外，风蚀减缓导致土壤氮浓度增加，通过降低下层物种的时间稳定性进一步削弱群落稳定性。我们的研究结果表明，尽管放牧排除有助于恢复上层优势物种并促进其种群稳定性，但风蚀减缓后的草原群落面临水分短缺和过度氮富集的挑战，导致长期稳定性丧失。此外，放牧排除和风蚀减缓条件下，下层物种的丧失可能破坏草原的营养级联关系，进而影响食物网的稳定性。未来的可持续草原管理策略应考虑实施周期性的放牧或轮牧，以缓解群落下层光限制、促进土壤氮消耗，并降低维持群落稳定性所需的水分需求。
河北大学生命科学学院宋健研究员为该论文第一作者，万师强教授为论文通讯作者。共同作者包括美国佐治亚理工学院蒋林教授、河南师范大学教师郑梦眉以及全球变化实验室成员(冯佳胤研究员、茹靖益副研究员、师资博后张嘉嘉、实验师邱雪丽和博士生王海岛、张青山)。该研究获国家自然科学基金、河北省自然科学基金和白洋淀流域生态保护与京津冀可持续发展协同创新中心及河北大学生命科学与绿色发展研究院的资助和支持。
论文链接：Song, J., M. Zheng, L. Jiang, H. Wang, Q. Zhang, J. Ru, J. Zhang, J. Feng, X. Qiu, and S. Wan*. 2025. Effects of decade-long grazing exclusion and wind erosion reduction on community temporal stability in a semi-arid grassland. Journal of Applied Ecology https://besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/1365-2664.14871.
图 1. 示意图展示了放牧排除和减少风蚀如何通过影响环境变量、群落组成与结构、种群稳定性和物种异步性进而影响半干旱草地群落的时间稳定性。蓝色和红色箭头分别表示正向和负向路径，灰色箭头表示不明确的效应。
图2. 放牧排除(GE)和减少风蚀(WR)引起的光合有效辐射(PAR; a)、土壤水分(b)和土壤总氮浓度(N; c)的绝对变化(± 1标准误)。图(a)中的插图显示了六个冠层层次的平均变化，而图(b)和(c)中的插图显示了10年的平均变化。n = 5 (区组)。Ns: 无显著性; † P < 0.10, * P < 0.05, ** P < 0.01, *** P < 0.001。
图3. 放牧排除(GE)和减少风蚀(WR)引起的群落水平(a, d)和功能组水平 - 包括高草(TAS; b, e)和矮草(SHS; c, f)物种 - 植物盖度(a-c)和物种丰富度(d-f)的绝对变化(± 1标准误)。插图展示了10年的平均变化。n = 5 (区组)。Ns: 无显著性; † P < 0.10, * P < 0.05, ** P < 0.01, *** P < 0.001。
图4. 放牧排除(GE)和减少风蚀(WR)引起的群落和功能组水平的种群稳定性(a)、和物种异步性(b)和植物盖度的时间稳定性(c)的相对变化(± 1标准误)。n = 5 (区组)。灰点代表各个区组的变化。Ns: 无显著性; † P < 0.10, * P < 0.05, ** P < 0.01, *** P < 0.001。
图5. 最优结构方程模型，展示了放牧排除(a)和减少风蚀减少(b)通过何种路径影响半干旱草地群落的时间稳定性。红色和蓝色箭头分别表示显著的负向和正向路径，灰色箭头表示无显著性的路径。箭头旁的数字表示标准化路径系数，显著性水平分别为： † P < 0.10, * P < 0.05, ** P < 0.01, *** P < 0.001。百分比值表示模型解释的方差。TAS 和 SHS 物种分别指高草和矮草物种。0-20 cm PAR为地表三个层次(距地面0、10、20 cm) 光合有效辐射的平均值。PS表示种群稳定性。
