王天明教授通过东北虎豹国家公园粪便添加实验揭示野生有蹄类动物与家畜对温带森林凋落物分解有不同影响

作者：胡永春，冯佳伟（通讯作者），王红芳，葛剑平，王天明（通讯作者）

DOI：https://doi.org/10.1002/ece3.70529

2024年11月，北京师范大学虎豹团队王天明教授在《Ecology and Evolution》发表研究论文“Wild ungulates and cattle have different effects on litter decomposition as revealed by fecal addition in a Northeast Asian temperate forest”。该研究利用凋落物分解袋实验法（在凋落物袋中放置梅花鹿粪便和牛粪便），发现森林中野生大型食草动物和家养大型食草动物的粪便沉积对凋落物分解的影响可能是不同的。这些影响可能进一步改变温带森林生态系统的养分循环，对生态系统产生深远影响，值得密切关注。

森林生态系统是最大的营养物质循环库，凋落物是森林生态系统生物量的重要组成物质，凋落物分解是养分循环和能量流动的重要途径。大型食草动物，无论是野生的还是家养的，都是森林生态系统的关键物种，对生态功能具有长期和大规模的影响。大型食草动物通过三种常见机制对凋落物分解产生重要影响：植被啃食、土壤踩踏和排泄物。但野生有蹄类动物和牲畜具有不同的蹄压和啃食偏好，这会影响凋落物的破碎和分解率。

本研究以粪便模拟动物存在，通过控制实验探究梅花鹿、牛对凋落物分解和养分循环的影响（图1）。

图1 东北虎豹国家公园的梅花鹿（A）和牛（B）以及野外凋落物分解袋的放置图（C和D）

研究表明：

（1）添加梅鹿花粪便显著降低了凋落物的分解，而添加牛粪则大大增加了凋落物的分解（图2和图3）；

图2 添加牛粪便、梅花鹿粪便、叶凋落物质量损失率的时间变化

图3 添加牛粪便、梅花鹿粪便、叶凋落物分解速率的时间变化

（2）牛、梅鹿花粪便的存在显著加速了凋落物分解1年后碳的释放，与对照组（叶凋落物）相比，添加牛粪便和梅花鹿粪便使碳释放率分别增加了37.45%和22.69%（图4）；

（3）粪便添加增加了氮的释放，然而，对于三个处理组，氮的最大富集量发生在凋落物分解的中期，这可能与叶片的初始化学质量、积雪融化以及东北虎豹国家公园的营养限制有关；与对照组相比，添加牛粪便中磷释放率增加4.35%，添加梅花鹿粪便磷释放率减少27.55%（图4）。

图4 添加牛粪便、梅花鹿粪便、叶凋落物养分释放的时间变化

北京师范大学生命科学学院博士研究生胡永春为论文的第一作者，王天明教授与冯佳伟博士后为通讯作者，葛剑平教授和王红芳副教授参与了该研究。该研究工作得到了国家科技基础资源调查专项（2019FY101700、2021FY100702）和中国博士后科学基金（2022M720476）资助。