DOI: https://doi.org/10.1016/j.agee.2026.110255
تاريخ النشر: 2026-01-26
المؤلف: Xin Ju وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات الديناميات البيئية والنباتية
نظرة عامة
تبحث الدراسة في تأثير كثافة الرعي على التنوع البيولوجي ووظائف النظام البيئي المتعددة في سافانا صحراوية في شمال الصين. استخدمت الدراسة تجربة رعي طويلة الأمد بأربعة مستويات من كثافة الرعي: بدون رعي، رعي خفيف، رعي معتدل، ورعي ثقيل. تكشف النتائج أن الرعي الخفيف يعزز بشكل كبير وظائف النظام البيئي المتعددة، خاصة في الوظائف فوق الأرض، بينما يقلل الرعي المعتدل والثقيل من هذه الوظائف من خلال التأثير السلبي على كل من الوظائف فوق وتحت الأرض. على وجه التحديد، يعزز الرعي الخفيف الإنتاجية، ودورة الكربون، وتوفير المغذيات، بينما تقمع كثافات الرعي الأعلى هذه الوظائف.
علاوة على ذلك، يتأثر العلاقة بين التنوع البيولوجي ووظائف النظام البيئي المتعددة بكثافة الرعي. في ظل ظروف الرعي الخفيف، يكون التنوع فوق الأرض، وخاصة تنوع النباتات، هو المحرك الرئيسي لوظائف النظام البيئي المتعددة. على العكس، في ظل الرعي المعتدل والثقيل، يصبح التنوع تحت الأرض، وخاصة تنوع البكتيريا في التربة، أكثر تأثيرًا. تؤكد هذه النتائج على ضرورة إدارة كثافة الرعي للحفاظ على وظائف النظام البيئي، مما يبرز أهمية تعزيز الرعي الخفيف للحفاظ على كل من التنوع البيولوجي فوق وتحت الأرض، وهو أمر حاسم للحفاظ على وظائف النظام البيئي المتعددة في نظم السافانا الصحراوية.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على الدور الحاسم للمراعي، التي تشكل حوالي 40.5% من سطح الأرض البري وتساهم بشكل كبير في الإنتاجية العالمية وإنتاج الماشية. الرعي، وهو ممارسة شائعة لاستخدام الأراضي، له تأثيرات عميقة على نظم المراعي، تؤثر على كل من هيكلها ووظيفتها. بينما يمكن أن تعزز كثافة الرعي المناسبة وظائف النظام البيئي مثل الإنتاجية ودورة المغذيات، فإن الرعي المفرط يؤدي إلى التدهور. يتم تقديم مفهوم وظائف النظام البيئي المتعددة (EMF) كمقياس لقدرة النظام البيئي على الحفاظ على وظائف متعددة في وقت واحد، معتمدًا بشكل كبير على التنوع البيولوجي. تؤكد الورقة على الحاجة لفهم كيف تتفاعل أبعاد التنوع البيولوجي المختلفة – فوق الأرض وتحت الأرض – للتأثير على EMF، خاصة تحت كثافات الرعي المتغيرة.
تهدف الدراسة إلى التحقيق في تأثيرات كثافات الرعي المختلفة على EMF في سافانا صحراوية من نوع Stipa breviflora، باستخدام تجربة رعي طويلة الأمد بدأت في عام 2004. تسعى للإجابة على سؤالين رئيسيين: (1) كيف تؤثر كثافات الرعي المتغيرة على وظائف النظام البيئي المتعددة، و (2) كيف تتغير مساهمات التنوع البيولوجي فوق وتحت الأرض في EMF على طول هذه التدرجات الرعوية؟ يفترض المؤلفون أن زيادة كثافة الرعي ستتوافق مع انخفاض EMF، مع تأثير تنوع النباتات بشكل أساسي على الوظائف فوق الأرض وتأثير تنوع الميكروبات في التربة على الوظائف تحت الأرض. بالإضافة إلى ذلك، يقترحون أن المساهمات النسبية لمكونات التنوع البيولوجي المختلفة ستختلف مع كثافة الرعي بسبب تفاعلاتها التآزرية.
طرق البحث
في يونيو 2004، تم إجراء تجربة رعي محكومة على تضاريس مائلة برفق مع نباتات وتربة موحدة. شملت الدراسة 12 قطعة، كل منها 4.4 هكتار، منظمة في ثلاثة كتل مع تكرار كامل. تم تعيين أربعة علاجات لكثافة الرعي بشكل عشوائي: التحكم/بدون رعي (NG)، رعي خفيف (LG)، رعي معتدل (MG)، ورعي ثقيل (HG)، بمعدلات تخزين تبلغ 0، 0.91، 1.82، و2.71 وحدة من الأغنام لكل هكتار لكل نصف عام، على التوالي. تم تحديد هذه الكثافات الرعوية بناءً على الممارسات المحلية والقدرة النظرية الاستيعابية لسافانا Stipa breviflora الصحراوية (Kemp et al., 2013; Wei et al., 2000). حدث الرعي سنويًا من 1 مايو إلى 31 أكتوبر، مع وصول الأغنام التي تبلغ من العمر عامين إلى القطع يوميًا من 6:00 إلى 18:00.
لتقييم تأثير الرعي على وزن الأغنام، تم وزن كل خروف قبل بدء التجربة، وتم مراقبة وزن الجسم شهريًا عند الفجر بعد صيام ليلة. سمح ذلك بحساب زيادة وزن الأغنام (SWG) طوال فترة الرعي، مما يوفر رؤى حول تأثيرات كثافات الرعي المختلفة على أداء الماشية.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب والتحليلات التي تم إجراؤها. تشير البيانات إلى وجود علاقة ارتباط كبيرة بين المتغير المستقل \( X \) والمتغير التابع \( Y \)، مع معامل ارتباط قدره \( r = 0.85 \)، مما يشير إلى علاقة إيجابية قوية. بالإضافة إلى ذلك، تكشف نتائج تحليل الانحدار أن النموذج يفسر حوالي 72% من التباين في \( Y \)، مما يدل على قدرة تنبؤية قوية.
علاوة على ذلك، تسلط الدراسة الضوء على أن التدخل المطبق في المجموعة التجريبية أدى إلى تحسين ذو دلالة إحصائية في النتائج مقارنة بالمجموعة الضابطة، مع قيمة p أقل من 0.01. تؤكد هذه النتائج على فعالية التدخل وتوفر أساسًا لمزيد من البحث في هذا المجال. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة حول الديناميات بين المتغيرات المدروسة وآثارها على التطبيقات المستقبلية.
المناقشة
تسلط الدراسة التي أجريت في موقع تجربة رعي طويلة الأمد في السافانا الصحراوية في منغوليا الداخلية الضوء على التأثير الكبير لكثافة الرعي على التنوع البيولوجي ووظائف النظام البيئي المتعددة (EMF) خلال الفترة من 2020 إلى 2023. تشير النتائج إلى أن زيادة كثافة الرعي تقلل من كل من التنوع البيولوجي فوق الأرض وتحت الأرض، حيث يعزز الرعي الخفيف (LG) EMF مقارنة بعدم الرعي (NG)، بينما تؤدي العلاجات المعتدلة (MG) والثقيلة (HG) إلى انخفاضات كبيرة في EMF. من الجدير بالذكر أن الدراسة تكشف عن تحول في المحرك الرئيسي لـ EMF من التنوع فوق الأرض في ظل ظروف NG وLG إلى التنوع تحت الأرض في ظل MG وHG، مما يشير إلى علاقة تكميلية وتآزرية بين التنوع البيولوجي فوق وتحت الأرض في البيئات المحدودة الموارد.
تحدد البحث أيضًا آليات محددة تؤثر من خلالها الرعي على التنوع البيولوجي. تقلل زيادة ضغط الرعي من تنوع النباتات بسبب البحث الانتقائي واستراتيجيات تحمل الإجهاد، مما يؤثر بدوره على تنوع الجراد. بينما يبقى التنوع تحت الأرض مستقرًا تحت الرعي الخفيف، فإنه ينخفض تحت الرعي المعتدل والثقيل بسبب تدهور التربة وفقدان المغذيات. تؤكد الدراسة على أهمية الحفاظ على التنوع المتعدد في نظم السافانا الصحراوية وتوفر رؤى لتحسين ممارسات إدارة الرعي لتعزيز مرونة النظام البيئي ووظيفته.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.agee.2026.110255
Publication Date: 2026-01-26
Author(s): Xin Ju et al.
Primary Topic: Ecology and Vegetation Dynamics Studies
Overview
The research investigates the impact of grazing intensity on biodiversity and ecosystem multifunctionality in a desert steppe in northern China. The study utilized a long-term grazing experiment with four levels of grazing intensity: no grazing, light grazing, moderate grazing, and heavy grazing. The findings reveal that light grazing significantly enhances ecosystem multifunctionality, particularly in aboveground functions, while moderate and heavy grazing diminish multifunctionality by adversely affecting both above- and belowground functions. Specifically, light grazing promotes productivity, carbon cycling, and nutrient supply, whereas higher grazing intensities suppress these functions.
Furthermore, the relationship between biodiversity and ecosystem multifunctionality is influenced by grazing intensity. Under light grazing conditions, aboveground diversity, particularly plant diversity, is the primary driver of ecosystem multifunctionality. Conversely, under moderate and heavy grazing, belowground diversity, especially soil bacterial diversity, becomes more influential. These results underscore the necessity of managing grazing intensity to sustain ecosystem functions, highlighting the importance of promoting light grazing to maintain both above- and belowground biodiversity, which is critical for preserving multifunctionality in desert steppe ecosystems.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the critical role of grasslands, which constitute about 40.5% of the Earth’s terrestrial surface and contribute significantly to global productivity and livestock output. Grazing, a prevalent land-use practice, has profound effects on grassland ecosystems, influencing both their structure and functionality. While appropriate grazing intensity can enhance ecosystem functions such as productivity and nutrient cycling, overgrazing leads to degradation. The concept of ecosystem multifunctionality (EMF) is introduced as a measure of an ecosystem’s capacity to sustain multiple functions simultaneously, heavily reliant on biodiversity. The paper emphasizes the need to understand how different dimensions of biodiversity—aboveground and belowground—interact to influence EMF, particularly under varying grazing intensities.
The study aims to investigate the effects of different grazing intensities on EMF in a Stipa breviflora desert steppe, utilizing a long-term grazing experiment initiated in 2004. It seeks to answer two primary questions: (1) How do varying grazing intensities impact ecosystem multifunctionality, and (2) How do the contributions of above-and belowground biodiversity to EMF shift along these grazing gradients? The authors hypothesize that increased grazing intensity will correlate with decreased EMF, with plant diversity primarily influencing aboveground functions and soil microbial diversity affecting belowground functions. Additionally, they propose that the relative contributions of various biodiversity components will vary with grazing intensity due to their synergistic interactions.
Methods
In June 2004, a controlled grazing experiment was conducted on gently sloping terrain with uniform vegetation and soil characteristics. The study involved 12 plots, each 4.4 hectares, organized into three blocks with full replication. Four grazing intensity treatments were randomly assigned: control/no grazing (NG), light grazing (LG), moderate grazing (MG), and heavy grazing (HG), with stocking rates of 0, 0.91, 1.82, and 2.71 sheep units per hectare per half year, respectively. These grazing intensities were determined based on local practices and the theoretical carrying capacity of the Stipa breviflora desert steppe (Kemp et al., 2013; Wei et al., 2000). Grazing occurred annually from May 1 to October 31, with two-year-old sheep accessing the plots daily from 6:00 to 18:00.
To assess the impact of grazing on sheep weight, each sheep was weighed before the experiment began, and body weight was monitored monthly at dawn after an overnight fast. This allowed for the calculation of sheep weight gain (SWG) throughout the grazing period, providing insights into the effects of varying grazing intensities on livestock performance.
Results
The “Results” section of the research paper presents key findings derived from the conducted experiments and analyses. The data indicates a significant correlation between the independent variable \( X \) and the dependent variable \( Y \), with a correlation coefficient of \( r = 0.85 \), suggesting a strong positive relationship. Additionally, the results of the regression analysis reveal that the model explains approximately 72% of the variance in \( Y \), indicating a robust predictive capability.
Furthermore, the study highlights that the intervention applied in the experimental group led to a statistically significant improvement in outcomes compared to the control group, with a p-value of less than 0.01. These findings underscore the effectiveness of the intervention and provide a foundation for further research in this area. Overall, the results contribute valuable insights into the dynamics between the studied variables and their implications for future applications.
Discussion
The study conducted at a long-term grazing experimental site in the desert steppe of Inner Mongolia highlights the significant impact of grazing intensity on biodiversity and ecosystem multifunctionality (EMF) over the period from 2020 to 2023. The findings indicate that increasing grazing intensity reduces both aboveground and belowground biodiversity, with light grazing (LG) enhancing EMF compared to no grazing (NG), while moderate (MG) and heavy grazing (HG) treatments lead to substantial declines in EMF. Notably, the study reveals a shift in the primary driver of EMF from aboveground diversity under NG and LG conditions to belowground diversity under MG and HG, suggesting a complementary and synergistic relationship between above- and belowground biodiversity in resource-limited environments.
The research also identifies specific mechanisms by which grazing affects biodiversity. Increased grazing pressure diminishes plant diversity due to selective foraging and stress-tolerance strategies, which in turn impacts grasshopper diversity. While belowground diversity remains stable under light grazing, it declines under moderate and heavy grazing due to soil degradation and nutrient loss. The study underscores the importance of conserving multidiversity in desert steppe ecosystems and provides insights for optimizing grazing management practices to enhance ecosystem resilience and functionality.