草原主要分布在木本植物無法廣泛生長(zhǎng)的干旱半干旱地區(qū)。但是近幾十年間，草原上卻出現(xiàn)了許多“不速之木”——灌木。這些“不速之木”日益猖狂，“侵入的灌木”正在逐漸取代著草原中的草本植物，甚至出現(xiàn)了“灌叢化草原”這一新的植被類型，可謂“氣焰囂張”。

圖片來源：作者繪制

目前，世界各地尤其是北半球溫帶干旱半干旱地區(qū)正在面臨著這一困擾，草原灌叢化現(xiàn)象已然成為備受矚目的全球性生態(tài)問題。那么，對(duì)于草原而言，灌木到底是新搬來的“鄰居”？還是“鳩占鵲巢”的“強(qiáng)盜”呢？

出場(chǎng)選手有話說

1.草原

我是世界上分布最廣的植被類型之一，主要以旱生和半旱生的草本植被構(gòu)成。

說到這里，我必須要夸夸自己，防止水土流失、調(diào)節(jié)區(qū)域氣候、阻止土地鹽漬化，這些都是我能做的！

上升一下格局，我還能維持生物多樣性、調(diào)節(jié)全球物質(zhì)循環(huán)等等！

2.灌叢

我是以灌木占優(yōu)勢(shì)的植被類型，我的群落高度通常小于5米，覆蓋度30%以上。

而且我的前輩們說了，我們兄弟姐妹們未來能成“氣候”！變成灌叢化草原！

3.灌叢化草原

灌叢在草原區(qū)大量生長(zhǎng)，將成片的草原分割成大小不同的斑塊，逐漸形成了一種灌木植物和草本植物在干旱半干旱地區(qū)共同出現(xiàn)的一種新的植被類型，也就是我——灌叢化草原！

圖片來源：陳蕾伊，2014，自然雜志

好好的草原，怎么就“灌叢化”了？

通常，我們把草原被灌木入侵的現(xiàn)象被稱為“草原灌叢化”，也可理解為木本植物的擴(kuò)張。目前“草原灌叢化”的發(fā)生原因還沒有明確的結(jié)論，但氣候變化和人類活動(dòng)如過度放牧等可能是主要原因。

經(jīng)研究，灌木可以通過改變土壤結(jié)構(gòu)和濕度等，將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)集中在自己身邊，對(duì)養(yǎng)分的分布和循環(huán)產(chǎn)生影響，形成“沃島效應(yīng)”，即灌木下的土壤往往具有更高的養(yǎng)分含量。

人們首次發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象是在200多年前的干旱半干旱區(qū)，而直至20世紀(jì)80年代，該地區(qū)的灌木依舊保持著持續(xù)擴(kuò)張的狀態(tài)，因此引起了國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者的重視，關(guān)于“灌木入侵”形成機(jī)制以及對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響研究也逐漸增多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球約10%～20%的干旱半干旱區(qū)草原正在經(jīng)歷灌叢化過程，這也是全球草原最主要的變化之一。

草原灌叢化分布及景觀

（圖片來源: Shen et al., 2022, AFM）

灌木入侵草原，究竟是好事還是壞事？

有的人說草原灌叢化是“壞事兒”，它會(huì)把草原分割成斑塊，使草原發(fā)生退化。灌木的增多不僅會(huì)使土壤里的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分布不均勻；而且由于原本連片的草原被分割成不同形狀的斑塊，還會(huì)造成斑塊與斑塊之間的資源損失，嚴(yán)重影響了灌木之間土壤養(yǎng)分含量和微生物的數(shù)量，從而加速草原的荒漠化進(jìn)程。

但也有人說草原灌叢化是“好事兒”，它能夠匯集養(yǎng)分和水分，為植物生存提供有利環(huán)境。隨著灌木的不斷增多，灌叢能夠通過冠層遮蔽太陽光的照射，減少水分蒸發(fā)，加快養(yǎng)分的循環(huán)以及減少土壤侵蝕，讓灌叢周圍形成了一個(gè)較為良好的生存環(huán)境，其周邊的植物也因?yàn)楣鄥驳牡絹碛辛艘粋€(gè)可靠的“庇護(hù)所”。

可見，草原灌叢化與生態(tài)系統(tǒng)的功能和過程的變化緊密相關(guān)。因此，草原灌叢化的發(fā)生過程、機(jī)制以及后果還有待進(jìn)一步探究。

“草原灌叢化”后，會(huì)發(fā)生什么？

“草原灌叢化”不僅會(huì)影響草原生態(tài)系統(tǒng)的植被組成，還可能對(duì)區(qū)域氣候產(chǎn)生一定影響。那么問題來了，溫帶半干旱地區(qū)草原被灌木侵占之后，地表植被和氣候到底會(huì)發(fā)生怎樣的變化呢？

經(jīng)中國(guó)科學(xué)院東北地理所濕地生態(tài)系統(tǒng)管理學(xué)科組研究發(fā)現(xiàn)，在大部分溫帶半干旱地區(qū)，草原灌叢化會(huì)使植被總體覆蓋度降低，地表溫度升高。這是因?yàn)殡S著灌木的入侵，水分和養(yǎng)分都聚集到灌木下面的土壤，出現(xiàn)了“沃島效應(yīng)”。由于灌木搶走了周圍草本植物所需的水分和營(yíng)養(yǎng)，對(duì)草本植物的生長(zhǎng)不利，進(jìn)而導(dǎo)致草原退化，裸露土壤面積增加。土壤在太陽照射下能夠迅速升溫，進(jìn)而使得地表溫度升高。

但上述情況也并不絕對(duì)，草原灌叢化可能在一定程度上導(dǎo)致植被覆蓋度升高，地表溫度降低。例如在相對(duì)濕潤(rùn)的北美西南部地區(qū)，灌木的入侵可能通過聚集更多養(yǎng)分，使得植被覆蓋度增加，裸露土壤面積減少，地表溫度也隨之降低。

此外，盡管草原灌叢化對(duì)植被覆蓋度影響不大，但同樣會(huì)對(duì)地表溫度帶來一定的降溫。這可能是因?yàn)樵跇O度干旱的中亞中部地區(qū)，植被覆蓋度很低，草原灌叢化對(duì)植被覆蓋度及裸地土壤面積沒有顯著影響，但是由于灌木會(huì)大量吸收周圍的水分，使地表更加干燥，反照率增加，更多的太陽輻射被地表反射掉，因此帶來一定的降溫作用。

草原灌叢化示意圖

（圖片來源: Shen et al., 2022, AFM）

綜上所述，在利用氣候模型來準(zhǔn)確模擬北半球溫帶地區(qū)的氣候變化時(shí)，關(guān)于灌木入侵所帶來的影響應(yīng)該被充分考慮。此外，由于灌木入侵對(duì)不同地區(qū)氣候的影響有所不同，因此，在未來研究中，我們應(yīng)該多加注意這些影響差異及其對(duì)區(qū)域植被和生態(tài)系統(tǒng)的反饋。

參考文獻(xiàn):

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[3] 熊小剛, 韓興國(guó). 生態(tài)學(xué)中的新領(lǐng)域——沃島效應(yīng)與草原灌叢化. 植物雜志, 2003，2: 45-46.

[4] Shen X, Liu Y, Liu B, Zhang J, Wang L, Lu X, Jiang M. Effect of shrub encroachment on land surface temperature in semi-arid areas of temperate regions of the Northern Hemisphere. Agricultural and Forest Meteorology, 2022, 320: 108943.

作者單位：馬蓉 張佳琦等（中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所）

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