高原鼠兔活动对高寒草地生态系统碳氮储量的影响评估与生态阈值研究

本研究针对高原鼠兔(Ochotona curzoniae)活动对高寒草地生态系统碳(C)氮(N)储量的量化影响不明确的问题，通过2018-2023年多尺度野外调查与航拍监测，揭示了中等密度下鼠兔活动仅造成生态系统C、N储量0.12–0.28%和0.08–0.20%的轻微减少，为青藏高原生物扰动者的生态管理提供了重要科学依据。

青藏高原作为地球第三极，拥有世界上面积最大的高寒草地生态系统，不仅是重要的碳氮储存库（储存约7.4–33.5 Pg C和2.94±1.32 Pg N），还在全球碳氮循环中扮演着关键角色。然而，这片脆弱的生态系统正面临气候变化和人类活动的双重压力，草地退化及其伴随的碳氮流失问题日益凸显。在众多生态因子中，小型生物扰动草食动物——特别是高原鼠兔（Ochotona curzoniae）——的活动对生态系统碳氮循环的影响长期被低估。作为青藏高原高寒草地的特有物种和关键生态系统工程师，高原鼠兔通过觅食、掘洞和排泄行为显著改变草地景观，但其活动对生态系统碳氮储量的量化影响仍存在争议，既有研究报道从中性到负面的不同结论。

为解决这一科学问题，研究人员在2018、2020和2023年对祁连山黑河源区的19个样点开展了系统研究，涵盖高寒沼泽草甸、高寒草甸、高寒草原草甸和高寒草原四种草地类型。研究采用航空摄影（使用大疆Mavic 2 Zoom无人机进行FragMAP fragmentation monitoring and analysis with aerial photography技术）和野外调查相结合的方法，通过卷积神经网络(CNN)算法识别鼠洞分布，并运用 Proposal-Classifier 和 Pixel-Classifier 软件提取地表类型面积比例。同时，通过样方采样分析了土壤（0–40 cm分层）和植被的碳氮含量，采用 Walkley-Black 重铬酸盐氧化法测定碳浓度，微凯氏定氮法测定氮浓度，并基于地表类型面积比例将 SOC、TN、植被碳氮上推到样地尺度。

研究首先揭示了鼠兔密度与地表类型的年际变化规律。2018–2023年间，鼠兔密度呈现先升后降的趋势，总体处于中等水平（6.85–44.65只/公顷）。原生植被面积在多数草地中增加，而裸露斑块面积减少，新旧鼠兔土丘面积占比始终低于1.2%。这表明鼠兔活动并未直接导致裸露斑块的扩张。

在生态系统碳氮储量方面，研究发现四种草地类型的土壤和植被碳氮储量在三年间无显著变化。样地尺度的 SOC 和 TN 储量分别为45.11–54.87 T/ha和7.00–8.71 T/ha，植被碳氮储量则因草地类型而异：高寒沼泽草甸为15–18 T/ha和1.3–1.6 T/ha，高寒草甸为9–10 T/ha和0.7–0.9 T/ha，高寒草原草甸和草原为3.9–5 T/ha和0.3–0.5 T/ha。生态系统总碳氮储量范围分别为56.01–64.06 T/ha和7.76–9.93 T/ha。

通过量化鼠兔活动的三种主要影响途径，研究得出了突破性结论：

1）觅食活动的影响：鼠兔每年消耗约8.06 kg干草，但仅导致生态系统碳氮减少不足0.17%和0.10%，这主要因为地上生物量在生态系统碳氮库中占比最低，且适度觅食可能促进植被补偿性生长；

2）掘洞活动的影响：掘洞造成的植被碳氮损失更小（低于0.05%和0.03%），原因是鼠丘面积占比小，且掘洞通过改善周围土壤理化性质可能促进植被生长；

3）鼠丘侵蚀的影响：新风蚀鼠丘导致的SOC和TN损失分别为0.02–0.06%和0.02–0.07%，这虽然单点侵蚀显著（38–70%），但整体影响有限。

综合三种途径，鼠兔活动在中等密度下仅造成生态系统碳氮储量0.12–0.28%和0.08–0.20%的减少，这一影响远低于此前预期。

研究结论强调，高原鼠兔作为青藏高原的生态系统工程师和关键种，在中等密度下对生态系统碳氮储量的影响较小，且这种影响高度依赖于其活动强度。这一发现挑战了传统认为鼠兔主要起负面作用的观点，为高原草地管理提供了科学依据：政策制定者和监管机构应将鼠兔密度调控在合理范围内，而非盲目倡导根除。研究还指出，未来需要更多样点和长期监测来准确评估鼠兔活动的生态效应，特别是要考虑土壤细颗粒物的再沉积过程对碳氮损失的补偿作用。

该研究发表于《Global Ecology and Conservation》，不仅深化了对小型生物扰动者生态功能的理解，也为高寒生态系统的保护与恢复提供了重要参考。