草原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。灌叢是以灌木占優(yōu)勢(shì)的植被類型，群落高度通常小于5m，覆蓋度30%以上。
在干旱和半干旱地區(qū)，由于土壤層較薄，降水量較少，木本植物通常無(wú)法廣泛生長(zhǎng)，相比之下草本植物受到的影響比較小，因此逐漸形成了草原。然而長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，草原上逐漸出現(xiàn)了許多灌木，且數(shù)量不斷增加，持續(xù)保持?jǐn)U張趨勢(shì)，從而導(dǎo)致灌叢化草原這一新的植被類型的出現(xiàn)。
干旱和半干旱地區(qū)新的植被類型-灌叢化草原（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）
草原被灌木入侵的現(xiàn)象被稱為“草原灌叢化”，草原灌叢化目前已成為全球性問(wèn)題，也是生態(tài)學(xué)家研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。目前關(guān)于“草原灌叢化”的原因還沒(méi)有明確的結(jié)論，但氣候變化和人類活動(dòng)如過(guò)度放牧等被認(rèn)為可能是導(dǎo)致草原灌叢化的主要原因。
國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)“草原灌叢化”開(kāi)展了研究，他們發(fā)現(xiàn)灌木可以通過(guò)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)”，即灌木下土壤具有更高的土壤養(yǎng)分含量。
一方面，隨著灌木的不斷增多，連片的草原被分割成不同形狀的斑塊，斑塊與斑塊之間的土壤資源通過(guò)土壤侵蝕流失等形式損失，導(dǎo)致灌木之間土壤養(yǎng)分含量和微生物數(shù)量的減少，從而加速草原的荒漠化進(jìn)程。
另一方面，灌叢通過(guò)冠層遮蔽太陽(yáng)光的照射，減少水分蒸發(fā)和土壤侵蝕，加快養(yǎng)分的循環(huán)，讓其周圍形成了一個(gè)較為良好的生存環(huán)境，為其周邊植物的生存提供了一個(gè)有利的環(huán)境，起到一個(gè)庇護(hù)的作用。
灌木入侵不僅能夠?qū)Y源進(jìn)行再分配，還能夠影響物種多樣性和生物多樣性。灌木入侵改變了草本植物占優(yōu)勢(shì)的現(xiàn)狀，為其他生物提供一個(gè)良好的居住環(huán)境，可能增加物種多樣性，但也有可能影響別的生物的生存，減少生物多樣性。
在過(guò)去的幾十年，草原灌叢化已成為全球許多地區(qū)尤其北半球溫帶干旱半干旱地區(qū)所面臨的一大生態(tài)問(wèn)題。有的人說(shuō)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。但也有人說(shuō)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。草原灌叢化不僅影響草原生態(tài)系統(tǒng)植被組成，還可能通過(guò)影響生物地球化學(xué)和物理過(guò)程對(duì)區(qū)域氣候產(chǎn)生一定影響。
那么溫帶半干旱地區(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？
草原灌叢化分布及景觀（圖片來(lái)源: Shen et al., 2022, AFM）
其實(shí)，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。由于土壤的比熱容較小，太陽(yáng)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)，例如在北美西南部地區(qū)，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。這是因?yàn)樵谙鄬?duì)濕潤(rùn)的地區(qū)，灌木的入侵可能通過(guò)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，在中亞中部地區(qū)，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(lái)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(méi)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(yáng)輻射被地表反射掉，因此帶來(lái)一定的降溫作用。
草原灌叢化示意圖（圖片來(lái)源: Shen et al., 2022, AFM）
參考文獻(xiàn):
1. Shen Xiangjin, Liu Yiwen, Liu Binhui, Zhang Jiaqi, Wang Lei, Lu Xianguo, Jiang Ming. Effect of shrub encroachment on land surface temperature in semi-arid areas of temperate regions of the Northern Hemisphere. Agricultural and Forest Meteorology, 2022, doi: 10.1016/j.agrformet.2022.108943
作者：張佳琦、馬蓉、吳麗媛、神祥金
來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所