放牧影响下的鹿-虎食物链稳态转变

作者：王大伟，王天明（通讯作者），Francesco Accatino（通讯作者）

DOI：http://doi.org/10.1016/j.ecolind.2024.111870

2024年3月，北京师范大学东北虎豹生物多样性国家野外科学观测研究站王天明教授在Ecological Indicators发表研究论文“Regime shift in the interaction between domestic livestock and the deer-tiger food chain”。该研究通过构建理论模型，对野生有蹄类动物-东北虎食物链进行建模，并将放牧干扰纳入到了模型中，揭示了放牧强度与野生动物种群稳定性之间的复杂关系。该研究不仅对理解人类干扰活动如何塑造生态系统具有重要意义，也为制定平衡畜牧业与野生动物保护的政策提供了科学依据。

图 1 梅花鹿和东北虎种群的生命周期模型示意图

近几十年来，全球对奶制品和肉类，尤其是牛肉的需求持续增加，导致牛在森林中的放牧也明显增加。牛肉生产已成为全球生物多样性丧失的主要推动因素。研究团队前期研究显示在东北虎豹国家公园，野生动物尤其是大型濒危物种东北虎，也面临过度放牧的威胁（Wang等，2017）。放牧是当地农民主要经济来源之一，过去30年放牧密度持续增加（Wang等，2016）。在整个生长季，牛群与野生食草动物竞争林下食物资源，这在一定程度上，也导致非生长季剩余食物资源短缺。放牧通过改变东北虎所依赖的猎物的丰富度，对整个食物链产生级联效应。这种效应被认为限制了东北虎种群进一步扩散（Feng等，2021a; Feng等，2021b）。本研究通过构建时间动态的年龄结构模型，探究是否存在可导致野生动物种群稳态转变的放牧临界点，并通过模拟分析放牧、关键猎物（梅花鹿）和顶级捕食者（东北虎）之间的关系，评估过度放牧导致的种群稳态转变的威胁。

研究结果表明，当放牧密度增加达到临界点，将导致野生动物种群规模快速且显著变化。在临界点以下，野生动物可以与放牧家畜共存；当放牧密度超过临界点时，将导致野生动物种群趋向灭绝（图2）。且东北虎对梅花鹿的偏好程度越大，灭绝风险越大，当超过临界点也将导致虎种群的灭绝（图3）。在重度放牧的情况下，野生有蹄类种群恢复时长更易受放牧持续时长的影响，而东北虎种群恢复时长更易受放牧密度的影响（图4）。研究结果强调，虽然理论上野生动物保护和畜牧业可以共存，但需要注意控制畜牧业密度在临界点以下，避免引发野生动物种群的稳态转变。长时间的过度放牧对野生动物种群造成的损害可能是不可逆的。因此，政策制定者需要将放牧临界点考虑到政策的制定中，以平衡畜牧业和野生动物保护之间的关系。

图 2 不同放牧密度下梅花鹿（a、c、e）和东北虎（b、d、f）在非生长季种群密度轨迹

图 3 成年梅花鹿（a）和东北虎（b）种群密度与放牧密度和虎对梅花鹿的偏好程度（Dmax）的关系热图

图 4 梅花鹿（a）和东北虎（d）种群恢复时长与重度放牧密度和持续时长的关系热图。 （b）在相同放牧密度不同持续时长梅花鹿密度轨迹。（c）在相同持续时长不同放牧密度下梅花鹿密度轨迹。（e） 在相同放牧密度不同持续时长东北虎密度轨迹。（f）在相同持续时长不同放牧密度下东北虎密度轨迹。

北京师范大学生命科学学院王大伟博士为该论文第一作者，北京师范大学生命科学学院王天明教授和巴黎萨克雷大学Francesco Accatino研究员为共同通讯作者。研究工作得到国家自然科学基金委（31971539）、国家科技基础资源调查专项（2019FY101700）和国家留学基金委（202106040062）资助。

主要参考文献

[1] Wang, T., Feng, L., Mou, P., et al. (2016). Amur tigers and leopards returning to China: Direct evidence and a landscape conservation plan. Landscape Ecology, 31(3), 491–503.

[2] Wang, T., Feng, L., Yang, H., et al. (2017). A science-based approach to guide Amur leopard recovery in China. Biological Conservation, 210, 47–55.

[3] Feng, J., Sun, Y., Li, H., et al. (2021a). Assessing mammal species richness and occupancy in a Northeast Asian temperate forest shared by cattle. Diversity and Distributions, 27(5), 857–872.

[4] Feng, R., Lü, X., Xiao, W., et al. (2021b). Effects of free-ranging livestock on sympatric herbivores at fine spatiotemporal scales. Landscape Ecology, 36(5), 1441–1457.