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生物土壤结皮——抵御外来植物入侵的“沙漠卫士”
作者: 沙坡头站 更新时间: 2017-10-17

      生物入侵已成为全球最严重的环境问题之一,它能够破坏原有生态系统的结构与功能,给当地生态环境乃至经济发展造成巨大损失。

      外来生物入侵是指,人类活动有意或无意的将一个生态系统的物种引入另外一个生态系统,而这些外来物种在新的生态系统中获得足够的资源且失去天敌的制约,其种群开始无限制的扩张,对本地物种多样性产生严重威胁,甚至导致一些本土优势物种趋于灭绝。

一说到生物入侵,很多人都能想到动物入侵,例如小龙虾入侵中国,不过,对于植物入侵却没有切实体会。其实,植物入侵对生态系统造成的危害一点也不小。今天我们就聊聊荒漠地区如何防范、治理植物入侵。

 

      为何荒漠地区遭遇植物入侵更危险?

      很多人说,荒漠地区不适合植物生长呀,为什么还要担心遭遇植物入侵呢?

      确实,针对外来植物入侵的研究表明,外来植物入侵主要发生在气候适宜、资源丰富的生态系统中,而自然环境恶劣、交通不便、人类干扰较少的干旱、半干旱荒漠和沙区生态系统的植物入侵威胁相对较小。

      但是,随着经济的发展以及沙区资源的开发利用,加强了不同生态系统间的物质交换与流动,为外来植物入侵荒漠生态系统创造了条件。干旱区生态系统抗干扰能力弱,一旦被外来物种成功入侵,将会更容易遭受破坏,难以恢复。

在美国,入侵植物已成为一个存在多年的问题。例如可快速生长的日本野葛以及原本分布于欧亚大陆和地中海地区的到处丛生的雀麦草。前者主要生长在美国南部,且覆盖面积超过300万公顷。后者则在美国西部的土地上肆虐,并将其他草类挤出,在诸如内华达州等地引发了更大的火灾。

       国内也有入侵植物,近四年苏州河直管水域每年都要打捞至少2500吨水葫芦,打捞高峰的2015年,累计打捞出3.44万吨。水葫芦其实是原产巴西的入侵物种,20世纪50年代作为猪饲料推广后大量逸生,逐渐在上海等长江流域及其以南地区水面作威作福。


 

        荒漠地区如何预防植物入侵?

        生物土壤结皮(Biological soil crust, BSCs)作为沙地生态系统的“沙漠卫士”,可以有效地阻止外来物种的定居和生长,进而保护沙地生态系统不被外来入侵植物所破坏。

       生物土壤结皮是由隐花植物如蓝藻、绿藻、地衣、苔藓类和土壤微生物以及相关的其他生物通过菌丝体、假根和分泌物等与表土层颗粒“胶结”而形成的具有独特结构和复杂生物体,其地表盖度能达到活体生物覆盖的40%以上,是荒漠系统地表景观的重要组成部分,被生态学家誉为“荒漠生态系统工程师”。


 

        那么,这位“沙漠卫士”是怎么来抵御外来植物入侵的呢?

        首先,生物土壤结皮在地表形成一层完整的结皮层,使外来植物种子传播到沙地生态系统后无法进入本地的土壤种子库,从而降低了种子的萌发率;此外,即使种子能够在土壤表面萌发,其幼根也难以扎进生物土壤结皮表层而导致幼苗死亡。



由于生物土壤结皮比维管束植物具有更强的对贫瘠资源的竞争能力 

        最后,生物土壤结皮通过其特殊的生物(固碳、固氮)、物理(抗风蚀水蚀)、化学(增加有机质与养分含量)属性可以改善沙漠生态系统环境,增加本地物种多样性。物种多样性的增加导致了外来植物可利用的资源减少,从而进一步阻碍了外来植物的入侵。

       BSC可以增加土壤稳定性,起到抵抗风蚀的作用。同时,对荒漠土壤的形成也具有重要作用。它能够减少水土流失,尤其是减少了直接关系到人类生存环境的沙尘暴的危害;能够大量捕获大气降尘,为系统输入养分,促进沙区土壤成土过程,有效改变荒漠系统非生物因素的胁迫,为土壤生物繁衍创造生境。而且,不论是在温带还是在极地荒漠,BSC的存在都可使土壤表面温度升高,可进一步影响植物种子的萌发、生长和植物对养分的吸收率。更重要的是,BSC对干旱区, 特别是年降水<200mm的沙区生态与水文过程的重要影响在于促使了沙地土壤有效水分含量的浅层化,这一影响深刻地改变了沙地原来的水循环,影响了沙地植被的组成和格局。

       最后,BSC中的生物体通过光合作用、呼吸、分解和矿化作用对荒漠系统的碳循环起着直接或间接的作用, 是干旱、半干旱地区荒漠系统碳的主要贡献者。由于它们调节了分解和矿化率, 进而调节着养分的有效性和初级生产力。

可以说,在干旱区,生物土壤结皮的存在为荒漠生态系统阻碍外来植物的入侵增加了一道天然的屏障,对维持沙地生态系统的稳定性具有重要作用,对维护沙地生态系统健康具有重要科学意义。

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