灌木“步步入侵”，草原“何去何从”
2022/6/17 7:00:00 科学大院
草原主要分布在木本植物无法广泛生长的干旱半干旱地区。但是近几十年间，草原上却出现了许多“不速之木”——灌木。这些“不速之木”日益猖狂，“侵入的灌木”正在逐渐取代着草原中的草本植物，甚至出现了“灌丛化草原”这一新的植被类型，可谓“气焰嚣张”。
图片来源：作者绘制
目前，世界各地尤其是北半球温带干旱半干旱地区正在面临着这一困扰，草原灌丛化现象已然成为备受瞩目的全球性生态问题。那么，对于草原而言，灌木到底是新搬来的“邻居”？还是“鸠占鹊巢”的“强盗”呢？
出场选手有话说
1.草原
我是世界上分布最广的植被类型之一，主要以旱生和半旱生的草本植被构成。
说到这里，我必须要夸夸自己，防止水土流失、调节区域气候、阻止土地盐渍化，这些都是我能做的!
上升一下格局，我还能维持生物多样性、调节全球物质循环等等!
图片来源：veer图库
2.灌丛
我是以灌木占优势的植被类型，我的群落高度通常小于5米，覆盖度30%以上。
而且我的前辈们说了，我们兄弟姐妹们未来能成“气候”!变成灌丛化草原!
图片来源：veer图库
3.灌丛化草原
灌丛在草原区大量生长，将成片的草原分割成大小不同的斑块，逐渐形成了一种灌木植物和草本植物在干旱半干旱地区共同出现的一种新的植被类型，也就是我——灌丛化草原!
图片来源：陈蕾伊，2014，自然杂志
好好的草原，怎么就“灌丛化”了？
通常，我们把草原被灌木入侵的现象被称为“草原灌丛化”，也可理解为木本植物的扩张。目前“草原灌丛化”的发生原因还没有明确的结论，但气候变化和人类活动如过度放牧等可能是主要原因。
经研究，灌木可以通过改变土壤结构和湿度等，将营养物质集中在自己身边，对养分的分布和循环产生影响，形成“沃岛效应”，即灌木下的土壤往往具有更高的养分含量。
人们首次发现这种现象是在200多年前的干旱半干旱区，而直至20世纪80年代，该地区的灌木依旧保持着持续扩张的状态，因此引起了国内外众多学者的重视，关于“灌木入侵”形成机制以及对生态系统的影响研究也逐渐增多。据统计，目前全球约10%～20%的干旱半干旱区草原正在经历灌丛化过程，这也是全球草原最主要的变化之一。
草原灌丛化分布及景观
(图片来源: Shen et al., 2022, AFM)
灌木入侵草原，究竟是好事还是坏事？
有的人说草原灌丛化是“坏事儿”，它会把草原分割成斑块，使草原发生退化。灌木的增多不仅会使土壤里的营养物质分布不均匀；而且由于原本连片的草原被分割成不同形状的斑块，还会造成斑块与斑块之间的资源损失，严重影响了灌木之间土壤养分含量和微生物的数量，从而加速草原的荒漠化进程。
但也有人说草原灌丛化是“好事儿”，它能够汇集养分和水分，为植物生存提供有利环境。随着灌木的不断增多，灌丛能够通过冠层遮蔽太阳光的照射，减少水分蒸发，加快养分的循环以及减少土壤侵蚀，让灌丛周围形成了一个较为良好的生存环境，其周边的植物也因为灌丛的到来有了一个可靠的“庇护所”。
可见，草原灌丛化与生态系统的功能和过程的变化紧密相关。因此，草原灌丛化的发生过程、机制以及后果还有待进一步探究。
“草原灌丛化”后，会发生什么？
“草原灌丛化”不仅会影响草原生态系统的植被组成，还可能对区域气候产生一定影响。那么问题来了，温带半干旱地区草原被灌木侵占之后，地表植被和气候到底会发生怎样的变化呢？
经中国科学院东北地理所湿地生态系统管理学科组研究发现，在大部分温带半干旱地区，草原灌丛化会使植被总体覆盖度降低，地表温度升高。这是因为随着灌木的入侵，水分和养分都聚集到灌木下面的土壤，出现了“沃岛效应”。由于灌木抢走了周围草本植物所需的水分和营养，对草本植物的生长不利，进而导致草原退化，裸露土壤面积增加。土壤在太阳照射下能够迅速升温，进而使得地表温度升高。
但上述情况也并不绝对，草原灌丛化可能在一定程度上导致植被覆盖度升高，地表温度降低。例如在相对湿润的北美西南部地区，灌木的入侵可能通过聚集更多养分，使得植被覆盖度增加，裸露土壤面积减少，地表温度也随之降低。
此外，尽管草原灌丛化对植被覆盖度影响不大，但同样会对地表温度带来一定的降温。这可能是因为在极度干旱的中亚中部地区，植被覆盖度很低，草原灌丛化对植被覆盖度及裸地土壤面积没有显著影响，但是由于灌木会大量吸收周围的水分，使地表更加干燥，反照率增加，更多的太阳辐射被地表反射掉，因此带来一定的降温作用。
草原灌丛化示意图
(图片来源: Shen et al., 2022, AFM)
综上所述，在利用气候模型来准确模拟北半球温带地区的气候变化时，关于灌木入侵所带来的影响应该被充分考虑。此外，由于灌木入侵对不同地区气候的影响有所不同，因此，在未来研究中，我们应该多加注意这些影响差异及其对区域植被和生态系统的反馈。
参考文献:
[1] 陈蕾伊, 沈海花, 方精云. 灌丛化草原: 一种新的植被景观. 自然杂志, 2014, 36: 391-396.
[2] 高琼, 刘婷. 干旱半干旱区草原灌丛化的原因及影响-争议与进展. 干旱区地理, 2015, 38: 1202-1212.
[3] 熊小刚, 韩兴国. 生态学中的新领域——沃岛效应与草原灌丛化. 植物杂志, 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.
作者单位：中国科学院东北地理与农业生态研究所
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