牧场之家：孔扎金沙城线路检测中心生物站致力于保护北美最严重的生态系统之一
斯蒂芬妮·雅克
美洲野牛吃的草可以长得比大多数人都高, 石灰岩布满的地形上，彩虹般的野花在微风中翩翩起舞, 新的生命使春天的炭山焕发生机. 这幅马赛克景观是金沙城线路检测中心弗林特山, 全国最严重的生态系统所在地.
今天的高草草原大约只有原来辉煌的 4% 到 5%. 它以前的大部分范围——从加拿大到德克萨斯州，从金沙城线路检测中心州东部到印第安纳州——现在都是农田, 城市发展或林地. 现存最大的原生草原位于金沙城线路检测中心州和俄克拉荷马州的弗林特山，因为岩石土地使定居者难以耕种.
“我们都喜欢吃, 我们吃了很多食物, 所以那些以前的草原对我们的农田很重要,”约翰·布里格斯说, 孔扎草原生物站站长, 一个 8,占地 600 英亩的原生高草草原研究站，位于金沙城线路检测中心草原剩余地区的北缘. “另一方面, 这里完整的高草草原是世界上生产力最高的草原之一，支撑着金沙城线路检测中心州价值数十亿美元的养牛业.”
孔扎草原的研究人员, 由金沙城线路检测中心和大自然保护协会共同拥有, 一直在促进长期的生态研究, 教育和草原保护超过 45 年. Konza 数十年的数据让生态学家和土地管理者了解了丰富的生态系统受到的多重影响，并表明草原生态系统如何在人类影响最小的受控环境中运作.
“Konza 是一个重要的参考网站，非常独特，因为长期研究使我们有机会看到多年来的变化,”布赖恩·奥伯迈耶说, 大自然保护协会金沙城线路检测中心景观项目经理. “很多事情你无法在两年或三年的研究中弄清楚. 需要很长时间才能真正了解草原的运作方式，并且可能需要数十年才能获得确凿的数据.”
孔扎草原的生态研究与草原本身一样多样化和广泛, 超过 150 个活跃的研究项目在景观上进行合作和重合. 由金沙城线路检测中心生物系管理, 该网站提供了有关气候和降雨模式的历史数据; 牛和野牛对草原多样性的影响; 草原大火对于控制树木入侵的价值; 植物, 昆虫, 鸟类和哺乳动物种群; 氮循环; 土壤碳; 以及高草过滤水的质量和数量.
“孔扎的研究和生态理论的进步可以帮助人们理解为什么我们需要金沙城线路检测中心, 失去它们的危险以及保存甚至恢复它们的技术,”布里格斯说, 他也是生物学教授.
燃烧和放牧的道路
康扎金沙城线路检测中心（故意点燃干草的地方）是 250 至 300 头美洲野牛和 215 对牛/小牛的家园. 康扎数据表明，火灾和放牧对于高草金沙城线路检测中心管理和影响金沙城线路检测中心生态都很重要. Konza 分为 50 多个研究单位，称为分水岭, 各自采用不同的实验方法.
每个流域都有指定的燃烧季节 - 冬季, 秋天, 夏季或传统的春季燃烧 — 以及一年内的火灾频率, 两年, 放牧和未放牧金沙城线路检测中心流域的四年或二十年燃烧方案.
“有效管理金沙城线路检测中心的关键是火灾和放牧的相互作用 - 而不仅仅是其中之一,”托尼·乔恩说, 大学杰出生物学教授，研究金沙城线路检测中心生态学以及昆虫和植物群落的相互作用.
孔扎的一些流域栖息着野牛，可以作为本地食草动物如何影响金沙城线路检测中心生态的历史参考. 其他流域有牛, 当今金沙城线路检测中心上最常见的食草动物. 未放牧的流域提供了与该地区许多金沙城线路检测中心保护区的放牧动物和模拟条件的比较.
“如果土地管理者饲养任何种类的食草动物——牛, 野牛，甚至割草——在一年一度的烧毁地点, 它增加了植物多样性，因为牛和野牛吃主要的草类, 这使得称为福布斯的次优势植物得以生长, 或开花植物, 增加,”布里格斯说.
如果不通过放牧来控制, 高耸的高草——像大须芒草, 高草金沙城线路检测中心的标志性草，高度可达 6 至 8 英尺，根系大小几乎是该草的两倍 - 可能会遮盖开花植物并减少植物多样性.
“火灾和放牧共同作用，打开树冠，让矮小的野花接触到关键资源, 增加植物多样性,”乔恩说. “金沙城线路检测中心上的植物种类越多, 那么动物的多样性就会越多, 包括更多传粉媒介. 生态多样性始于植物, 影响各个层面的多样性.”
未放牧金沙城线路检测中心上近 20 年的蝗虫收集与放牧金沙城线路检测中心上 10 年的蝗虫收集相比表明，适度放牧的流域节肢动物数量多出 32%, 某些地区的昆虫数量增加了 50%. 根据乔恩的说法, 昆虫的增加将会增加捕食它们的动物.
超越对高草的青睐, 火还控制树木和灌木的入侵和扩张, 称为木质侵占, 布里格斯说. 在孔扎, 一年一度烧毁的流域和20年烧毁的流域之间存在视觉对比, 树木和灌木较多，但草和杂草较少.
“如果你让金沙城线路检测中心没有被烧毁超过八到十年, 植物多样性开始减少——尤其是金沙城线路检测中心植物——一些占主导地位的木本植物, 如雪松, 山茱萸和漆树, 将接管,”布里格斯说.
由于缺乏火而导致的木本植被的侵占威胁着高草金沙城线路检测中心生态系统的剩余区域. 根据布里格斯的说法, 树木覆盖率的增加不仅改变了传统金沙城线路检测中心的面貌，还破坏了大金沙城线路检测中心鸡等金沙城线路检测中心动物的野生动物栖息地.
“金沙城线路检测中心是一个苗圃,”布里格斯说. “那是幼鸟出生和长大的地方. 如果他们有受限的金沙城线路检测中心地点, 你不会让鸟类以以前的速度繁殖，这是一个令人担忧的问题.”
研究人员通过在野牛身上使用追踪项圈，进一步明确了火灾与食草动物之间的关系，以促进金沙城线路检测中心健康. 记录表明，野牛会跟随火势，带着最新、最有营养的草到达分水岭.
“野牛和牛被吸引到最近被烧毁的地区,”乔恩说. “如果你有一个区域几乎没有放牧，然后你就把它烧掉, 食草动物基本上在那里度过夏天. 他们去年夏天放牧的地区大部分都没有受到影响，并为下一次燃烧积累燃料.”
乔恩说，放火相互作用在金沙城线路检测中心上的时间和空间上移动，形成一个循环. 这个周期的后果只有经过多年才能有效衡量.
“Konza 表明长期研究至关重要,”乔恩说. “历史上, 研究人员认为每四年燃烧一次可以控制木本植被. 基于孔扎流域数据的积累, 我们发现情况可能不再是这样了. 我们认为至少每三年燃烧一次是管理该周期的最有效方法.”
根据约翰·布莱尔的说法, 孔扎金沙城线路检测中心长期生态研究项目主任, 由美国国家科学基金会资助, 需要长期研究来了解金沙城线路检测中心对火灾频率减少的反应.
“有时金沙城线路检测中心会对环境变化做出突然的反应, 表明金沙城线路检测中心可能存在稳定阈值，在该阈值中它能够适应变化，直到超过临界点,”布莱尔说. “当我们观察金沙城线路检测中心对火灾频率降低的反应时，情况似乎就是这样.”
布莱尔说，金沙城线路检测中心因缺乏火而发生的变化一开始是缓慢的, 但一旦木本植物长成, 从以草为主的金沙城线路检测中心转变为灌木丛或林地可以很快发生. 变化很快，因为树木和灌木减少了草. 草的减少减少了使燎原之火成为可能的燃料. 这使得金沙城线路检测中心很难恢复到原来的状态. 研究人员在一些树木繁茂的流域中发现了这种情况，这些流域过去每 20 年燃烧一次，最近改为每年燃烧一次.
“可能需要几十年的时间才能看到这些类型的阈值变化,”布莱尔说. “我们长期研究的真正价值在于能够进行足够长的实验，以将短期反应与长期反应区分开来，而长期反应可能只有在进行十年或更长时间的实验后才开始显现出来.”
利润与金沙城线路检测中心健康
康扎金沙城线路检测中心的斑块燃烧研究是一项长期研究，旨在确定每年燃烧三分之一的金沙城线路检测中心将如何影响生态性能和牛的性能, 例如体重增加和生育能力. 建立了两个斑块烧伤分水岭, 每部分分为三部分, 每年烧毁一段. 牛可以在整个空间自由漫步.
根据金沙城线路检测中心州农业部经济学家的说法, 畜牧业负责 21 美元.90 亿直接收入, 支持67,金沙城线路检测中心州 832 个职位. 弗林特山放牧的牛, 收入的一部分, 依赖经常燃烧的高草草原, 根据 KC 奥尔森的说法, 动物科学和工业教授，正在与 Joern 合作进行这项研究.
“火对于牧场健康绝对重要, 长期和短期,”奥尔森说. “这是牲畜生产性能的主要决定因素. 如果我们长期排除火灾, 我们发生了不良的成分变化, 对牲畜的生产性能产生负面影响.”
奥尔森说，如果牛在当年没有被烧毁的金沙城线路检测中心上吃草，每只动物平均会损失约 30 磅的增重或生长. 增长减少意味着牛产量下降, 对牧场主的经济打击. 相比之下, 对孔扎每年燃烧的流域进行的研究表明，每年燃烧都会减少植物多样性. 因此, 斑块烧伤研究为金沙城线路检测中心部分地区提供了远离火灾的机会，同时也允许牛进入新烧毁的部分.
“在补丁刻录系统中, 牛群移动的可预测性令人难以置信,”奥尔森说. “正常湿润年份, 牛大约 75% 到 85% 的时间都花在当年被烧毁的土地上.”
牛在烧焦部分花费的时间是奥尔森每年进行牛生产力测量的原因, 2010 年以来, 尚未显示出斑块烧伤区域的牛与每年烧伤对照区域的牛之间的性能差异. 奥尔森注意到这两个区域之间的一个差异.
“2011 年, 2012 年和 2013 年, 当干旱条件相当严重时，我们减少了每年被烧毁的牧场的库存, 我们不需要在烧伤牧场做任何事情,”奥尔森说. “未烧毁的地区有大量残留草料，这是我们在每年烧毁的牧场上没有的干旱保险.”
与斑片烧伤流域的牛生产性能研究相一致, 沃尔特·多兹, 大学杰出生物学教授, 正在从 Kings Creek 采集水样, 孔扎的水源, 这是一个 U.S. 地质调查局基准地点，因为其大约三分之二的源头仅限于孔扎未受污染的条件. 他使用孔扎超过 25 年的水质和排放数据来比较牛和野牛的影响，以及孔扎的水质与高草金沙城线路检测中心其他地区的比较.
“我们发现牛对水质的影响比野牛更大, 主要是氨含量增加,”多兹说. “但我们发现的一件事是，弗林特山目前的放牧方式保护了这一濒临灭绝的生态系统，并且相对于耕地地区保持了良好的水质.”
金沙城线路检测中心美景唯土深
康扎金沙城线路检测中心的绝大多数地区可作为其他高草金沙城线路检测中心地区的参考地点，因为它从未被犁过. 但是研究人员发现了孔扎入口和总部沿线的少数已被犁过的区域的用途：它们为研究人员提供了尝试重建金沙城线路检测中心的机会.
“农民能够将金沙城线路检测中心土壤中储存了数十万年的养分转化为养活我们的农作物,”布里格斯说. “这是生长的好土壤, 但随着养活更多人的需求增加，金沙城线路检测中心被外来植物消耗, 维护高草金沙城线路检测中心正变得越来越成为一项保护挑战.”
布里格斯说U.S. 农业部保护储备计划, 为农民提供经济激励，让他们在 10-15 年内将生产力较低的农田改造成金沙城线路检测中心, 帮助保护工作, 但生态系统可能在 100 年内都无法恢复到地下未耕种的状态.
“致不经意的观察者, 恢复后的金沙城线路检测中心看起来很漂亮，但如果您真正深入了解细节, 缺乏多样性, 尤其是在土壤中,”布里格斯说. “这里有很多非常高的草，它们像 300 百磅重的大猩猩一样主宰着金沙城线路检测中心，将一切都挡在了田野之外. 有很多植物缺失, 尤其是开花植物和非草类——它们在春天提供所有的色彩.”
Konza 研究人员参与了多个项目，评估影响金沙城线路检测中心恢复成功的生态和人文因素, 例如通过在土壤下添加岩石来模仿弗林特山的丘陵地形来操纵土壤资源，或者添加锯末和食糖作为碳源以增加土壤微生物数量并减少氮的可用性.
作为孔扎长期生态研究计划的一部分，一些项目测量了恢复的金沙城线路检测中心随时间的变化, NSF 在全国最初的六个资助的长期项目之一.
根据布莱尔的说法, 金沙城线路检测中心恢复的一个常见问题是，即使最初种植了多种植物, 多样性随着时间的推移而减少. 布莱尔和他的同事开始了第一个金沙城线路检测中心恢复研究, 称为环境异质性假说项目, 1998 年在孔扎. 它基于这样一种理论：增加土壤资源的异质性将有助于增加恢复金沙城线路检测中心的植物多样性.
“它建立在从孔扎收集的数据的基础上，该数据表明土壤氮的可用性和土壤深度, 或可用水量, 是影响原生金沙城线路检测中心多样性的一些关键因素,”布莱尔说. “我们想知道是否可以利用这些信息来引导金沙城线路检测中心的恢复.”
另一个项目是正在进行的顺序恢复实验. 20多年, 研究人员将每两年使用相同种类的种子混合物、时间和种植技术恢复 65 平方英尺的农田，以了解气候和降水变化如何影响金沙城线路检测中心恢复.
“我们有一些部分是在一个非常好的春天开始的，所有的植物都发芽并生长, 以及其他我们在杂草丛生的条件下开始的, 以及其他在干旱条件下开始的,”布莱尔说. “我们想了解, 随着时间的推移, 如果确定性管理因素占据主导地位.”
时间顺序和恢复基准研究, 研究人员正在使用完整金沙城线路检测中心的土壤作为 20 世纪 80 年代初改造的孔扎附近农田的参考. 这有助于布莱尔等研究人员了解时间如何影响金沙城线路检测中心恢复.
“从康扎景观的原生金沙城线路检测中心收集的数据提供了基本基准，弗林特山的其他金沙城线路检测中心恢复项目可以以此为目标，以充分发挥金沙城线路检测中心的潜力,”布莱尔说.
恢复项目只是 Konza 的一些计划和项目，旨在帮助进一步发展高草金沙城线路检测中心生态系统和全球的生态理论并改善金沙城线路检测中心管理. 布里格斯说，教育下一代对于实现这一目标非常重要.
“教育是 Konza 使命的重要组成部分, 特别是因为我们是一所研究型大学,”布里格斯说. “本科生和研究生的培训和实践经验对于未来至关重要. 我们承担了从K-12向公众提供教育的额外任务, 我们希望所有这些方面都能促进人们对高草金沙城线路检测中心的欣赏和理解，以确保这一濒临灭绝的生态系统受到保护.”
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计算 30 年来每年被烧毁的灌木, 四年烧毁和二十年烧毁的分水岭康扎的研究人员有确凿的数据表明，高草金沙城线路检测中心在没有火灾的情况下有一个临界点. 康扎金沙城线路检测中心的研究单位（称为分水岭，因为它们的边界是根据降雨和水流的方式确定的）以不同的频率燃烧. 在每年燃烧的流域, 灌木和树木的数量很少 - 每五年清点一次植物 - 但没有火, 灌木扩展到金沙城线路检测中心景观，树木可能有更好的机会扎根. 上面的三个分水岭 - 顶部每年都会燃烧的分水岭, 中间的分水岭每四年燃烧一次，底部的分水岭每 20 年燃烧一次 - 以黄色显示木本植物生命在 30 年的植物计数中的增加. |
