專題討論 放牧與草原生態系 指導老師：王裕文 老師 報告學生：簡青紅

大綱： 前言 現存兩大放牧生態系統介紹與比較 放牧生態系統的能量轉換 放牧生態系統的特性與優點 食草動物如何調節地面上植物的產量 人類對放牧生態系統所造成的衝擊 結論

生態系統(ecosystems) 陸地生態系 水域生態系 海洋生態系 森林生態系 淡水生態系 草原生態系 沙漠生態系 構成的生物群體與自然環境之不同 陸地生態系 水域生態系 海洋生態系 淡水生態系 森林生態系 草原生態系 沙漠生態系 太陽 能量來源

食物網 (food web)

當我們於施行放牧(grazing)的同時，是否會因食草動物的取食 導致地表植物生產量(aboveground production)降低 1914年，草原生態系已經成為世界的 糧倉和牧場的所在地(張東銘，1991) 當我們於施行放牧(grazing)的同時，是否會因食草動物的取食 導致地表植物生產量(aboveground production)降低 ？ 食草動物的產量受抑制

Douglas A. Frank(1998) Samuel J. McNaughton(1984, 1990, 1998) Benjamin F. Tracy(1998) …等人 適宜的放牧對於草原的地表生產量 有正面增加的趨勢 對於能量的轉換有著更高的效果

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非洲東部的Serengeti生態系統 美國北部的Yellowstone National Park(簡稱YNP)

食草動物會隨著季節的變化而有不同的遷徙方向 關於Serengeti 近赤道，位於非洲東部坦尚尼亞(Tanzanial)境內 屬於稀樹草原(savanna) 明顯的乾季和濕季之分，氣溫整年均高，很少低於21℃ 降雨主要出現於最炎熱的月份 食草動物會隨著季節的變化而有不同的遷徙方向

關於YNP 離赤道較Serengeti遠，位於美國北部懷俄明州(Wyoming)境內 屬溫帶草原 具有氣溫隨季節變化而急遽變化的特點 具有食草動物遷徙的行為

表1.Serengeti生態系統與Yellowstone National Park(YNP)間性質的比較 Serengeti與YNP之比較 . 表1.Serengeti生態系統與Yellowstone National Park(YNP)間性質的比較 Property Serengeti YNP Size(km2) 26000 9018 Ungulate species 31 8 Ungulate number 2137000 40600 Vegetation Savanna and grassland Coniferous forest shrub-grassland Photosynthetic C4 C3

為氣候上不相同的放牧生態系統 功能特性上 有極高的相似性 圖2.Serengeti生態系統與YNP的 氣候地理比較圖.

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放牧生態系統較其它陸棲棲地能養育較多的食草動物生物量 McNaughton等人發表於1991的研究報告 與其它的陸棲生態系(Terrestrial ecosystems)比較時，藉由地表的生產量(此指淨草產量(net foliage production簡稱NFP))與食草動物所造成的消耗量(consumption)之間的關係 發現 放牧生態系統較其它陸棲棲地能養育較多的食草動物生物量

去除遷徙的食草動物等放牧群會明顯地影響草原上能量的運輸轉換 圖3.各種陸棲生態系統中，食草動物消耗量(C)與淨草產量(NFP)的關係圖. 平均而言，食草動物於Serengeti與YNP等放牧生態系統中，所消耗NFP(淨草產量)約為57%，然而於其它的陸棲生態系統中，卻只消耗NFP(淨草產量)約為9% 去除遷徙的食草動物等放牧群會明顯地影響草原上能量的運輸轉換 圖3.各種陸棲生態系統中，食草動物消耗量(C)與淨草產量(NFP)的關係圖.

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食草動物為了要解決時間與空間上牧草數量與品質上的急遽變化，對於草原上能量與營養需求所造成的衝擊與問題時，有蹄動物會表現出有計畫的食草策略 McNaughton於1989年的研究報告 食草動物為了要解決時間與空間上牧草數量與品質上的急遽變化，對於草原上能量與營養需求所造成的衝擊與問題時，有蹄動物會表現出有計畫的食草策略 每一秒中吃植物的 某部位或某物種 每小時中放牧於 草原上的哪塊草地 每個季節中會 遷徙去那塊區域

圖4.Serengeti上有蹄動物的遷徙模式圖. 牧草的分佈區域與生長時間上的變化，最主要是由此生態系統的降雨量(precipitation)所決定。 圖4.Serengeti上有蹄動物的遷徙模式圖.

食草動物可藉由遷徙到Serengeti平原區域(plains)以避免黏性泥濘的土壤與捕食者的捕食外，也有非常豐富的牧草生質量可以取食。 McNaughton於1979所進行的空間觀察 與“green wave”是同時發生的 食草動物可藉由遷徙到Serengeti平原區域(plains)以避免黏性泥濘的土壤與捕食者的捕食外，也有非常豐富的牧草生質量可以取食。

McNaughton於1990年的報告 食草動物季節性的遷徙也與 草中所含礦物質的含量有關

相較於旱季，多雨季節時的牧草含有9種豐富的礦物質元素(B、Ca、Co、Cu、Fe、Mg、N、Na及P) 表2.Serengeti的有蹄動物於不同季節的遷徙範圍內所測得的牧草葉身含有元素的平均濃度. 相較於旱季，多雨季節時的牧草含有9種豐富的礦物質元素(B、Ca、Co、Cu、Fe、Mg、N、Na及P)

YNP上的遷徙模式 有蹄動物是沿著山脈海拔的變化(elevational gradient)來遷徙 圖5.YNP上有蹄動物的遷徙模式圖.

Meagher於1973年與Houson於1982年 提出 糜鹿(elk)與野牛(bison)等YNP所存有的有蹄動物，會在雪融化後的一至二個月正值植物生質量較高的期間集中於此處吃草，而後隨著溫度漸升高，向著更高海拔區域前進以取食更年輕的植被為糧。至秋季時，有蹄動物轉為反方向遷徙，會再度回到較少雪層堆積的溪谷底部，此處正是YNP生態系統，在冬季可提供牧草豐富產量的區域。

在融雪後的一月中，N、P、Na有最高含量，在一、二月中，K有最高含量 表3.YNP內於融雪後的數個月所測得牧草的平均礦物質濃度(μg/g)與元素比例. 在融雪後的一月中，N、P、Na有最高含量，在一、二月中，K有最高含量

Frank與McNaughton於1992年的研究 分別估算了Serengeti與YNP的食草動物季節性遷徙的範圍內植物生質量濃度 食草動物消耗牧草的效率(grazing efficiency)對於遷徙性的食草動物是非常重要的 Frank與McNaughton於1992年的研究 分別估算了Serengeti與YNP的食草動物季節性遷徙的範圍內植物生質量濃度

於Serengeti的多雨季節時所發生的最大植物生質量濃度之處即為食草動物群集密度最高之處(平均=4.3mg/cm3) 發現 於Serengeti的多雨季節時所發生的最大植物生質量濃度之處即為食草動物群集密度最高之處(平均=4.3mg/cm3) 而YNP草原的早期生長期間，其最大的植物生質量也發生於食草動物群集之處

顯示出放牧生態系統中所存有的季節性遷徙行為，可使得食草動物在取食牧草的同時，也增加了牧草中的礦物質含量與牧草生質量 。 圖6.放牧草原與無放牧草原間牧草濃度的關係圖.(a)Serengeti(b)YNP. 顯示出放牧生態系統中所存有的季節性遷徙行為，可使得食草動物在取食牧草的同時，也增加了牧草中的礦物質含量與牧草生質量 。

大綱： 前言 現存兩大放牧生態系統介紹與比較 放牧生態系統的能量轉換 放牧生態系統的特性與優點 食草動物如何調節地面上植物的產量 人類對放牧生態系統所造成的衝擊 結論

Caldwell等人於1981年 McNaughton於1984年 McNauthton於1985年 Holland等人於1992年 提出放牧可使得在脫去較老、生產力較低的組織同時，可藉由較年輕、光合作用能力較強的組織的新生代謝而增加光的吸收 Caldwell等人於1981年 McNaughton於1984年 McNauthton於1985年 Holland等人於1992年 牧草收穫效應(defoliation)，可促進新芽與新莖的生長進而增加植物生質量 更提出放牧可以改善土壤濕度的狀態與植物水分利用效率 提出放牧可減少微生物的固氮作用，造成更高比率的淨氮素被mineralization以及植物對氮素的利用性增加

食草動物的存在可增加Serengeti草原及YNP中的草原地表產量各為102%及43% 有蹄動物在刺激新莖與新芽生長的同時，也增加了牧草植群對光的利用效率、提高土壤的水分以及氮素的有效性 食草動物的存在可增加Serengeti草原及YNP中的草原地表產量各為102%及43% 有蹄動物扮演的角色 是非常重要 圖7.放牧地與無放牧地間地表產量的比較圖.

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Graetz於1994年提出 世界上有近20%的草原棲地大都轉為牧場經營 以支持被馴養的有蹄動物所食用 藉由獸醫師的照料、掠食者(次級消費者)的控制以及水分、礦物質養分、飼料的充分供給等管理上的措施，以增加有蹄動物的產量 藉風車取水裝置的創造與有刺鐵絲網的柵欄 ，也造成了更多不遷徙及高密度的動物量。 牧場上的有蹄動物生質量會 較放牧系統中的有蹄動物生質量為高

兩系統間的差異，顯示出提高牧場的飼養密度以增加更多被馴養的有蹄動物的同時，雖可大幅增加其上的動物生質量，但相反的，對於 牧草的品質與保存卻有著負面的影響。

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因此，當我們在進行許多現代化的開發同時，應顧及到有關生態系的平衡問題，以使其可保存下去。 放牧生態系統中的野生有蹄動物在此生態系統中的能量與養分的循環扮演了極重要的角色。但現存的放牧草原生態系正面臨許多重大的威脅，當人類為求生存而逐漸將其範圍縮小的同時，對於野生動物的自然遷徙移動行為與保護也就更加限制了。 因此，當我們在進行許多現代化的開發同時，應顧及到有關生態系的平衡問題，以使其可保存下去。

謝謝大家