AEE|内蒙古农业大学韩国栋团队发表关于荒漠草原放牧强度驱动多样性与功能变化

         本文内容速览：

         1. 1. 提出科学问题

         2. 2. 文章的主要结论

         3. 3. 分析过程和方法

         4. 4. 研究的局限性

          1. 提出科学问题

          1.1 研究领域现状

       草地生态系统支撑着全球主要的初级生产力和畜牧业输出。作为最主要的土地利用方式，_放牧_对草地的结构与功能具有深远影响。当前研究已广泛证实生物多样性是维持_生态系统多功能性（EMF）_的关键。然而，以往研究多集中于单一层面的多样性，对于地上与地下生物类群构成的_多维生物多样性_如何共同调节EMF，尤其是在不同放牧强度梯度下的响应机制，仍缺乏系统深入的理解。

         1.2 本文要解决的关键科学问题

       问题 1: 不同放牧强度如何改变荒漠草原的地上生物多样性（植物、蝗虫）与地下生物多样性（线虫、细菌）及其EMF？

       问题 2: 随着放牧梯度的上升，驱动EMF的核心生物类群是否会发生从地上到地下的_驱动力位移_？

         1.3 研究的理论/现实意义

       本研究通过在内蒙古四子王旗进行的长期（17年）放牧实验，揭示了生物多样性与功能之间关系的_强度与性质_受放牧强度的动态调节。这为制定干旱半干旱区草原的可持续放牧管理策略提供了理论支撑，证明了轻度放牧是兼顾生产功能与生态稳定性的有效手段。

         2. 文章的主要结论

       本研究发现放牧强度显著改变了荒漠草原多样性对功能的驱动模式。

        结论 1: _轻度放牧（LG）_显著提升了生态系统多功能性，尤其是地上功能（如生产力）；而_中度和重度放牧（MG/HG）_显著抑制了碳循环、养分供应及整体EMF。

       结论 2: 驱动力发生位移。在无牧和轻度放牧下，EMF主要受_地上植物多样性_驱动；而在中度和重度放牧压力下，由于地上植被退化，_地下细菌多样性_转变为维持多功能性的主导力量。

         3. 分析过程和方法

       作者依托内蒙古四子王旗建立的长期放牧实验平台，设置了四个放牧强度梯度：不放牧（NG）、轻度放牧（LG）、中度放牧（MG）和重度放牧（HG）。研究的核心逻辑在于通过多维数据的整合，解析“干扰强度-多样性组分-功能权衡”的复杂链条。

       首先，在生物多样性量化方面，作者涵盖了地上与地下四个营养级。地上部分采用传统的样方调查法获取植物物种组成，并利用扫网法收集蝗虫数据；地下部分则提取土壤DNA，通过16S rRNA高通量测序分析细菌多样性，并利用形态学鉴定结合测序技术评估土壤线虫多样性。所有类群均统一使用_Shannon-Wiener指数_计算α多样性。

       其次，在生态系统多功能性（EMF）的测算上，作者选取了生产力、碳循环和养分供应三个维度的17个关键指标。为了消除不同功能指标量纲的影响，作者采用了科研界主流的_Z-score标准化方法_。具体操作是将每个功能指标减去其平均值再除以标准差，转换后的数值具有可比性，最后通过平均法计算EMF指数。此外，为了保证结果的稳健性，作者还引入了_阈值法（Threshold approach）_进行交叉验证，分析在达到不同功能目标比例（如最大值的20%、40%等）时，生物多样性的贡献差异。

Figure 1. 不同放牧强度对多维生物多样性的影响

       在统计分析思维上，文章采取了循序渐进的策略。第一步利用_线性混合效应模型（LMM）_分析放牧强度对各多样性指标和单一功能的影响，其中放牧强度作为固定效应，样地分区（Block）作为随机效应。第二步，通过线性回归探索不同梯度下，地上/地下多样性与EMF的关联强度（图3）。这一步是整篇文章的转折点，它直观展示了回归斜率在不同放牧强度下的变化。

Figure 2. 不同放牧强度对生态系统多功能性的影响

Figure 3. 生态系统多功能性与多样性的回归关系

       第三步是文章的核心贡献：解释度分析。作者利用基于LMM的_变额分解（Marginal R2 decomposition）_技术，量化了植物、蝗虫、线虫和细菌对EMF变异的具体贡献率（图4）。这种方法能够有效处理预测变量间的共线性问题，清晰地识别出在NG/LG环境下，植物多样性解释了约60%的功能变异，而在MG/HG环境下，细菌多样性的解释贡献上升至首位。

Figure 4. 地上与地下各组分对EMF贡献率的位移

       最后，作者构建了_分段结构方程模型（Piecewise SEM）_。这一方法的好处在于可以将复杂的直接影响（如放牧对EMF的负向压迫）与间接影响（如放牧通过改变植物多样性进而影响EMF）进行路径拆解。SEM结果最终证实，轻度放牧维持了地上与地下的协同互补，而重度放牧割裂了这种联系，迫使生态系统功能依赖于地下微生物的残余调节。

Figure 5. 结构方程模型解析放牧强度调节功能驱动的路径机制

         4. 研究的局限性

       文章指出，研究结果受到_降水年际波动_的显著影响。在荒漠草原这一水分受限的环境中，干旱年份可能会掩盖放牧对地下微生物的驱动作用。此外，尽管本研究考虑了多个分类群，但对于更高营养级的捕食者（如土壤节肢动物）以及大型草食动物的取食行为差异对养分循环的细微影响仍需更长尺度的连续监测来进一步精确量化。