放牧强度与季节性通过凋落物和排泄物调控热带豆禾混播草地氮循环

为探究热带豆禾混播草地在不同放牧强度下的氮循环机制，研究人员在巴西进行了为期两年的田间试验。结果表明，适度放牧（留茬15厘米）可降低凋落物C/N比，增加粪便氮排泄比例，有助于减少氮损失并提升养分循环效率，为可持续草场管理提供了科学依据。

在热带和亚热带地区，豆科牧草与禾本科牧草的混合种植被认为是一种减少氮肥施用、提升牧场生产力的有效策略。氮是植物生长不可或缺的宏量元素，其利用效率和循环过程直接关系到草地的长期可持续性。然而，混合草地的效益并非固定不变，它高度依赖于一个关键但复杂的因素——放牧管理。不同的放牧强度如何影响植物凋落物的积累与分解？牲畜的排泄物在氮归还中扮演何种角色？不同的季节（雨季与旱季）又会如何调控这些过程？目前，尽管放牧强度或豆科植物引入对草地氮循环的单一影响已有研究，但对于放牧强度与混播草地相结合的协同效应，尤其是在热带系统中的作用机制，我们的认识仍然存在空白。这就如同一个精密的生态系统“收支账本”，我们需要精确量化不同管理模式下氮素的“收入”（如凋落物沉积、生物固氮）和“支出”（如动物采食、氮素损失），以评估其整体平衡。为了回答这些问题，一支研究团队在巴西进行了一项为期两年的深入研究，其成果发表在《Nutrient Cycling in Agroecosystems》期刊上。

为开展这项研究，作者在巴西拉夫拉斯联邦大学实验农场建立了一个由俯仰臂形草（Urochloa brizantha）和花生（Arachis pintoi）组成的混播草地。研究设置了三种放牧强度：重度（留茬10厘米）、中度（留茬15厘米）和轻度（留茬20厘米），采用轮牧系统。关键研究内容与评估指标包括：放牧前后的牧草生物量（区分禾本科与豆科成分）、凋落物动态（包括现有凋落物与沉积凋落物的数量、植物来源、碳¹³C同位素丰度、氮浓度及碳氮比^C/N），以及氮的摄入与排泄（使用二氧化钛TiO₂作为外源标记物估测粪便产量，并结合内源指示剂iNDF估算采食量与氮摄入，通过肌酐估测尿液体积并计算尿氮排泄）。所有数据均按雨季和旱季进行分析，以评估季节性的影响。

研究结果揭示了放牧强度和季节对氮循环路径的显著调控作用。

牧草特性：中度放牧下的预放牧豆科植物生物量比轻度放牧低785 kg ha^-1，但轻度放牧下的放牧后豆科植物生物量比中度和重度放牧的平均值高出57%。这表明不同放牧强度显著改变了草地的物种组成结构。

凋落物动态：适度放牧下的现有凋落物总量比轻度和重度放牧的平均值低243 kg ha^-1，但凋落物中豆科植物的比例（13.4%）高于重度放牧（7.8%）。更重要的是，中度放牧导致现有凋落物和沉积凋落物的C/N比均显著低于轻度和重度放牧。在分解速率方面，旱季时，轻度放牧下的凋落物分解最快；而雨季时，三种放牧强度下的分解速率则无显著差异。从凋落物途径循环的氮量也表现出显著的交互作用：旱季时，轻度放牧下的氮循环量最高；而雨季时，重度放牧下的氮循环量达到峰值，比中度和轻度放牧平均高出41 kg ha^-1season^-1。

氮摄入与排泄：尽管个体动物的氮摄入和排泄未受放牧强度显著影响，但单位面积的氮摄入和总氮排泄因载畜率的不同而存在差异。重度放牧因其更高的载畜率，导致单位面积的总氮摄入和总氮排泄（粪便+尿液）均显著高于轻度和中度放牧，其中总氮排泄高出43.5 kg ha^-1season^-1。值得注意的是，在不同处理中，通过尿液排泄的氮比例有所不同，中度放牧下尿氮比例最低，仅为36%，而轻度和重度放牧分别为57%和53%，这可能与动物摄入更多富含单宁的花生有关，因为单宁能结合蛋白质，将更多氮分流至粪便中，形成更稳定的有机氮。

综合氮循环：综合凋落物和牲畜排泄物两条路径，总氮循环量表现出放牧强度与季节的显著交互效应。旱季时，轻度放牧的氮循环量最高；雨季时，则转变为重度放牧的氮循环量最高。这表明，氮循环的主导路径随季节和放牧压力而动态变化。

在结论与讨论部分，作者证实了其研究假设：增加放牧强度会通过增加牲畜排泄物来促进氮循环，并减少凋落物沉积，但这一效应仅在雨季成立。研究强调了适度放牧（留茬高度约15厘米）在热带豆禾混播草地管理中的多重优势。与轻度和重度放牧相比，适度放牧虽然降低了凋落物的总量和沉积速率，但显著改善了凋落物质量（更低的C/N比），并可能通过增加豆科植物采食比例，改变氮排泄形态（增加粪便氮比例），从而潜在地减少氮素以氨挥发等形式损失。这种模式促进了系统内部更平衡和高效的氮素再循环，而非单纯追求最大的氮周转量。最终，作者建议将俯仰臂形草/花生混播草地的预放牧高度控制在24–30厘米，留茬高度维持在15厘米左右。这种管理策略有望优化氮循环路径，提升养分利用效率，对于实现热带牧场生产的可持续性具有重要的实践指导意义。