[科普中国]-灌木入侵怎么破，不妨让它们“火一把”？

作者：王冠

编辑：小柒

灌木，说的是那些没有明显主干的木本植物。它们的植株一般比较矮小（不超过6米），从近地面的地方就开始枝干丛生。你在小区的绿化带中常常会看到它们被修剪成毛茸茸、乖巧可爱的样子。但正是这些可爱“毛球”的众多亲戚们，正在给生活在草原的人和动物带来一场灾难。

灌木入侵的灾难

为什么说灌木会带来灾难呢？

全球约20%的人口居住在超过地球45%的干旱地区，而草原是这些地区最重要的生态系统之一。在过去的150年中，由于全球或区域气候变暖、过度放牧等因素引发的 灌木入侵 ，已经使上亿公顷的 草原退化为灌木带和灌木沙丘 [1] 。

这些“进击的灌木”会给草原带来一大堆麻烦 [1,2] ，例如：

1.灌木会使草所覆盖的地表面积变得稀少，灌木丛之间的空地愈发扩大；

2. 由于灌木的存在，营养物质在土壤里的分布也会趋于不均匀；

3. 很多灌木含有有毒物质因而无法被牲畜食用，放牧活动难以继续。原本栖息在这些地方的野生动物也会因为失去食物而无法生存；

4. 灌木入侵进入中后期，极有可能导致草原水土流失和土地贫瘠，甚至最终退化为沙漠

……

（灌木入侵的四个阶段。 图片来源：王冠从Ravi et al., 2009修改）

对于中国来说，内蒙古的干旱草原——特别是内蒙古草原中东部的锡林河流域地区， 灌木入侵的现象已经十分普遍 。为了维持草原环境的稳定，防止进一步的水土流失和物种减少，我们必须赶在更多草原深陷危机之前行动起来。

（在灌木入侵的草原生态系统中，植被、土壤、风、火的之间的相互作用。若不加以控制，灌木入侵会进一步导致植被减少和土壤退化，并对全球气候产生影响。图片来源：王冠）

让“毛球”们“火一把”

怎么行动呢？科学家们通过在美国西南部草原所进行的试验发现，让这些“毛球”们“火一把”也许是个好办法。

（野外试验中的放火过程。图片来源：王冠）

塔尔萨大学、天普大学及美国地调局的联合项目组在美国新墨西哥州奇瓦瓦沙漠（Chihuahuan Desert）北部做了一组试验 [2] 。他们在灌木入侵所导致的初级草场退化地带设置了两块研究区，一块自然状态（对照组）、一块进行人工放火（试验组），并连续3年进行密集的取样分析。

结果表明，在放火后的一年时间里， 试验组的草场情况得到了改善 ——土壤营养物质分布更为均匀，草所在区域的土壤含水量比对照组显著增加；烧焦后的灌木失去树冠，而烧焦后的草丛有着毛绒绒的纤维一般的结构，使其能够捕捉到更多的营养物质；草的恢复速率大于灌木。

这些结果印证了 放火可以降低草原的退化速率 ，提高草相对于灌木的竞争优势，抑制灌木的入侵，从而在一定程度上控制草原的植被变化和土壤退化。

经过近几年的实地试验和模拟研究，科学家也渐渐摸索出“放火法”对付灌木的一些“诀窍”——把握时机，有的放矢（火）

放火只对灌木入侵初期的草原有效 [3-5] 。因为这些草原虽然灌木的覆盖率已经增加，但单个草丛之间的距离依然较近，使得火能够在风的推动下沿着彼此临近的植物传播，从而清除该范围内大部分的灌木。

（正在经历初期灌木入侵的草原，灌木已经增加，但草仍然占据大部分地表。 图片来源： http://pza.sanbi.org/vegetation/grassland-biome）

而当灌木入侵到达中后期，灌木间隙的草已经非常稀少，单个灌木丛之间的距离又较远，即使闪电或人为点着了火，火也很难继续传播，也就起不到作用了。简单地说就是， 放火要趁早 。

（已经转变为灌木带的草原，地表几乎被灌木占据。 图片来源：Jameson Crumpler）

稳扎稳打，循序渐进

野外试验结果显示 [3-5] ， 对同一区域有规律放火才能达到长远的效果 。灌木的生命力顽强，一次火烧虽然看起来清除了地表大部分的灌木，但实际上它们的根部可能依旧顽强的活着，等待着机会再一次萌芽，开启新一轮与草类争抢资源的进程。而且火烧对新萌芽和年轻的灌木更为有效，等到它们茁壮成长为成熟的灌木丛时，火烧导致的死亡率会明显下降。

放火的频率也不是越高越好 ，因为植物清除会导致表层富有营养的土壤暴露于草原的狂风中，更容易被吹走，从而增加该区域土壤营养物质永久损失的风险。 过于频繁的放火也会对该地区的野生动物带来不利的影响 。火烧之后植被需要时间恢复，这意味着食草动物会暂时“缺粮”。而且，没有遮蔽物的地面也会使这些动物们更加容易暴露在天敌的视线之内。

常观天象，借刀（风）杀人（草）

为了提高放火效果，达到清除更多灌木、促进草的恢复，同时尽可能减少土壤营养物质流失的目的，我们还必须对该地区的 长期气候数 据 加以分析。

对干旱区域的草原来说，在风季开始的时期放火最为明智 [6] 。风力推动火的传播能一次影响到更大的区域；风也能够在火烧之后带动原本聚集在灌木树冠之下的营养物质向着草和裸露的地面移动，利于草类种子的萌芽和生长。

对气温和降雨量的分析也尤为重要。放火需要避开可能的干旱期和极度炎热的时期。水是植物生长所必须的珍贵资源，高温和缺少降雨会导致土壤缺水的情况加重，这对于火烧之后的植被恢复有着致命的影响。

最后，为避免误伤人畜和加快草原恢复，放火前还务必要告知当地居民（尤其在牧区）。

（草原上的放牧活动。 图片来源： J. Stephen Conn /Flicker）

当然，任何方法都不能一概而论， 放火法也需要各个分析、因地制宜 。当一些区域的灌木种类本身具有较高的耐火性，或邻近的外来灌木有很大可能在放火后的“空窗期”趁虚而入时，这一方法就不再适用了。

虽然“火疗”对于阻止灌木入侵草原来说是个省时省力的好办法，但也需把握好天时地利人和，切不可贸然行事，否则也可能适得其反。

作者名片

排版：小爽

题图来源：Pixabay

参考文献：

[1]Schlesinger, W. H., Reynolds,J. F., Cunningham, G. L.,Huenneke, L. F., Jarrell, W. M., Virginia, R. A.,& Whitford, W. G. (1990).Biological feedbacks in globaldesertification. Science, 247(4946),1043-1048.

[2]Wang, G., Li, J., Ravi, S., Dukes, D.,Gonzales, H. B., &Sankey, J. B. (2018). Post-fire Redistribution of SoilCarbon and Nitrogen at aGrassland–Shrubland Ecotone. Ecosystems,1-15.

[3] Field, J. P.,Breshears, D. D., Whicker, J.J., & Zou, C. B. (2011). Interactive effectsof grazing and burning on wind‐andwater‐drivensediment fluxes: Rangelandmanagement implications. EcologicalApplications, 21(1),22-32.

[4] Ravi, S., D’Odorico, P., Wang, L.,White,C. S., Okin, G. S., Macko, S. A., & Collins, S. L. (2009).Post-fireresource redistribution in desert grasslands: a possible negativefeedback onland degradation. Ecosystems, 12(3),434-444.

[5] Sankey, J. B., Ravi, S., Wallace, C.S.,Webb, R. H., & Huxman, T. E. (2012). Quantifying soil surface changeindegraded drylands: Shrub encroachment and effects of fire andvegetationremoval in a desert grassland. Journal of GeophysicalResearch:Biogeosciences, 117(G2).

[6]Killgore, A., Jackson, E., & Whitford, W. G.(2009). Firein Chihuahuan Desert grassland: short-term effects on vegetation,small mammalpopulations, and faunal pedoturbation. Journal of AridEnvironments, 73(11),1029-1034.