原文链接：www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1807354116

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发表时间：2019.01.26

增加植物多样性可以增加自然草地和管理草地的生态系统功能、稳定性和服务功能，但植食动物多样性，特别是牲畜多样性的影响仍未得到充分研究。放牧是世界上最广泛的土地利用方式，而且土地管理者可以随时改变牲畜多样性，本文作者通过实验测试了牲畜多样化(羊、牛或两者)如何影响多样性(植物、昆虫、土壤微生物和线虫多样性)和生态系统的多功能性(包括植物生物量、植物叶片N和P、地上昆虫多度、养分循环、土壤C储量、水分调节、以及植物-微生物共生)。同时还考虑了生态系统多功能性对多样性的潜在依赖性。结果发现，家畜多样性通过增加多营养级多样性大大增加了生态系统多功能性。多营养级多样性与生态系统多功能性之间的联系始终强于单一营养级多样性与功能之间的联系。本文的工作表明多样化的牲畜可以促进多营养级多样性和生态系统多功能性，对多营养级多样性在人工管理的生态系统中保持多功能性的重要性具有一定的参考意义。

背景介绍

家畜放牧是地球上最广泛的土地利用方式，包括在中国北方，这是地球上最大的剩余草原之一(即欧亚草原)，草原主要用于支持牲畜放牧以获得粮食生产。家畜放牧可以改变生物多样性和生态系统功能。例如，家畜放牧可以直接在物理上(例如，通过土壤压实)和化学上(例如，通过动物粪便改变养分循环)影响土壤，从而影响植物生产力和生态系统功能。此外，放牧作为草地生物多样性变化的重要驱动力，不仅对植物多样性产生重要而直接的影响，而且对昆虫、土壤动物等其他地上和地下生物的多样性也产生重要的影响。日益增长的人口和对肉类和动物产品生产的人均需求，对包括中国在内的全球草原生态系统造成了巨大的压力。有一些证据表明，混合放牧可以增加牲畜产量。然而，混合放牧对多营养级多样性(地上和地下生物多样性)和多生态系统功能(多功能性)的更广泛的影响尚未完全探索。评估生物多样性在管理生态系统中调节生态系统功能的重要性，对于预测高度管理世界中陆地生态系统的未来动态具有至关重要的意义。

本文作者采用了一项为期5年的野外放牧实验，包括单一物种(牛或羊)和混合物种(羊和牛)的放牧，以评估多样化牲畜(单一和混合牲畜物种)在调节多营养级多样性方面的作用，包括地上(如植物和昆虫)和地下(如微生物和微型无脊椎动物)生物，以及多功能性，包括与生产力、养分循环、土壤C储量、水调节和植物-微生物共生，并评估多营养级多样性在高度管理的生态系统中调节生态系统多功能性的重要性。

主要成果

图1.放牧牲畜多样性对地上多样性(A)、地下多样性(B)、多营养级多样性(C)和生态系统多功能性(D)的影响。

图2.生态系统多功能性与多营养级多样性(A)、地上多样性(B)、地下多样性(C)之间的关系。

图3.畜牧多样性对多功能性的直接和间接影响。(A)假设模型，(B)放牧牲畜多样性和多营养级多样性对生态系统多功能性影响的结构方程模型，(C)由结构方程模型提取的标准化总效应。

图4.放牧牲畜多样性和多营养级多样性对超过25% (A)、50% (B)、75% (C)和90% (D)不同阈值的多功能性的影响的结构方程模型。

小结

该研究表明多样化的放牧方式可以通过促进多营养级多样性来增加生态系统的多功能性，尤其是地上昆虫和植物的多样性。该研究同时表明，许多营养级类群的物种丧失可能会对这些重要的生态系统的功能产生负面影响，多样化的放牧管理措施有助于促进生物多样性，从而促进高度管理草原的多种生态系统功能。