隆重推出fwtraits——一个用于获取淡水生物多样性特征信息的R语言包

《Basic and Applied Ecology》：Introducing fwtraits – an R package for obtaining freshwater biodiversity trait information

　　规模化养殖对欧洲温带草地植被和无脊椎动物多样性的空间异质性影响研究。采用GPS定位和无人机遥感技术，分析放牧强度（3个水平）、植被生物量（4个空间尺度）与7类无脊椎动物种群的关系。结果显示：静态放牧强度与植被生物量对无脊椎动物影响有限，但牛群存在显著正向调控作用，空间响应范围达32.5米，时间滞后效应最长达18天。研究证实时间异质性在精准放牧中起关键驱动作用，为平衡经济与生态效益提供技术路径。

　　在现代农业的发展进程中，草原生态系统经历了显著的变化。随着大规模畜牧业的兴起，本地的大型植食性动物（即巨型草食动物）逐渐被家畜所取代，这种转变对草原生态系统的结构和功能产生了深远的影响。特别是在温带欧洲，这种替代尤为明显。巨型草食动物在自然环境中通过其活动维持了草原生态系统的多样性与功能，而家畜则在人为管理下进行放牧，虽然能够满足农业生产的需求，却在生态影响方面存在差异。因此，如何在不影响经济效益的前提下，尽可能模拟自然过程，成为当前草原管理研究中的一个重要议题。

随着遥感技术的不断进步，我们如今拥有更高的时空精度来获取关于草原生态系统的数据。这为我们提供了一个机会，即在农业生产与环境保护之间找到平衡点。本研究旨在评估家畜在草原生态系统中对植被生物量以及多种节肢动物类群数量的影响，探索不同时空尺度下这些影响的具体表现。通过结合精准放牧的理念与现代技术手段，我们希望揭示家畜作为生态系统工程师在草原管理中的潜力。

在本研究中，我们采用了多个方法来收集和分析数据。首先，研究地点位于德国下萨克森州的Solling高地，具体是在哥廷根大学的实验农场Relliehausen。该农场采用了一种持续放牧的模式，通过在达到目标植被高度时引入牛群，并在植被高度下降时移除，以维持一个相对稳定的草原生态系统。这一管理方式为我们提供了研究家畜对草原生态系统影响的背景。

为了量化家畜的活动模式，我们为每个牧场配备了一只GPS追踪设备，这些设备能够记录家畜在空间和时间上的活动情况。通过分析这些数据，我们能够了解家畜在不同时间段内的活动频率和分布情况。同时，我们还利用无人机（UAV）采集了植被生物量的数据，通过RGB传感器获取植被高度信息，并结合地面测量数据建立了一个植被生物量与植被高度之间的线性关系模型。这种方法使得我们能够在不同时间点上估算植被生物量，从而更好地理解家畜活动对植被的影响。

在节肢动物数量的调查方面，我们选择了35个网格单元进行采样，每个网格单元代表了不同的空间尺度。通过使用定制的吸尘采样器，在每个网格单元内采集了四个象限的节肢动物样本，并在实验室中进行了分类和统计。我们对样本进行了七种节肢动物类群的分类，包括甲虫、直翅目昆虫、半翅目昆虫、膜翅目昆虫、双翅目昆虫、同翅目昆虫和蜘蛛。这些数据为我们提供了节肢动物在不同空间尺度下的分布情况，以及它们与植被生物量和家畜活动之间的关系。

通过统计分析，我们发现家畜的放牧强度在田级尺度上对节肢动物数量的预测能力较弱，这表明田级尺度上的放牧强度与小尺度空间异质性之间存在较弱的关联。相比之下，大多数节肢动物类群对家畜的出现表现出更强的响应，且这种响应在所有时空尺度上均为正相关。这一发现表明，家畜的时空分布模式对节肢动物群落的形成和维持具有重要的影响。

在植被生物量与家畜活动的关系上，我们发现随着考虑的植被面积增加，解释植被状态的累积放牧天数也相应增加。这表明，小尺度的空间异质性与田级放牧强度之间的联系较弱。然而，在非常小的空间尺度上，家畜的出现与植被生物量之间存在直接的正相关关系，这可能反映了家畜对植被最佳区域的选择性觅食行为。这种行为不仅有助于维持草原的结构多样性，还可能对节肢动物群落的丰富度和数量产生积极影响。

在节肢动物数量与家畜活动的关系方面，我们发现更多节肢动物类群对家畜的出现表现出显著的响应，而不是对植被生物量的直接依赖。这可能是因为家畜的活动模式涵盖了更广泛的时空尺度，从而能够捕捉到更复杂的生态互动。例如，蚂蚁对家畜出现的响应在最小的空间尺度上最为显著，这与它们对植被生物量的负响应形成对比。这种现象表明，节肢动物对家畜活动的响应可能是由于家畜对植被结构的改变，以及由此带来的资源分布变化所导致的。

此外，我们还注意到，某些节肢动物类群在特定时空尺度上的响应表现出较强的时空自相关性。这可能意味着这些类群对环境变化的适应性较强，或者它们的分布受到特定生态因子的显著影响。这种自相关性的存在提醒我们，在进行精准放牧管理时，需要考虑到这些复杂的生态互动，以确保既能满足农业生产的需求，又能保护草原生态系统的多样性。

本研究的结果对于未来草原管理策略的制定具有重要意义。首先，它强调了家畜活动在维持草原生态系统功能中的作用，尤其是在促进空间异质性方面。这种空间异质性是生态系统多样性的重要驱动力，因此，精准放牧技术的应用不仅可以提高农业生产效率，还能够支持生态系统的可持续发展。其次，研究结果表明，通过结合家畜活动数据和植被生物量信息，可以更有效地评估和管理草原生态系统，从而实现经济与环境利益的平衡。

在实际应用中，精准放牧技术的进一步发展将有助于解决当前面临的挑战。例如，虚拟围栏技术的出现，使得我们能够更灵活地管理家畜的放牧活动，减少传统围栏管理的成本和复杂性。然而，这些技术的应用仍需进一步研究，以确定它们对不同节肢动物类群的具体影响，以及如何优化放牧模式以达到最佳的生态和经济效果。

总之，本研究通过分析家畜活动与植被生物量以及节肢动物数量之间的关系，揭示了精准放牧在草原生态系统管理中的潜力。研究结果不仅为未来的草原管理提供了科学依据，也为实现可持续农业和生态保护之间的平衡提供了新的思路。随着技术的不断进步，精准放牧有望成为一种更加高效和环保的管理方式，为草原生态系统的长期健康和多样性提供保障。