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成。灌叢是以灌木占優(yōu)勢的植被類型，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，木本植物通常無法廣泛生長，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。然而長時間以來，草原上逐漸出現(xiàn)了許多灌木，且數(shù)量不斷增加，持續(xù)保持擴張趨勢，從而導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（圖片來自網(wǎng)絡）
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題，也是生態(tài)學家研究的熱點問題。目前關于“草原灌叢化”的原因還沒有明確的結論，但氣候變化和人類活動如過度放牧等被認為可能是導致草原灌叢化的主要原因。
國內外眾多學者對“草原灌叢化”開展了研究，他們發(fā)現(xiàn)灌木可以通過改變土壤結構和濕度等，將營養(yǎng)物質集中在自己身邊，對養(yǎng)分的分布和循環(huán)產(chǎn)生影響，形成“沃島效應”，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土壤侵蝕流失等形式損失，導致灌木之間土壤養(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程。
另一方面，灌叢通過冠層遮蔽太陽光的照射，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較為良好的生存環(huán)境，為其周邊植物的生存提供了一個有利的環(huán)境，起到一個庇護的作用。
灌木入侵不僅能夠對資源進行再分配，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)勢的現(xiàn)狀，為其他生物提供一個良好的居住環(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)問題。有的人說草原灌叢化是“壞事兒”，它會把草原分割成斑塊，使草原發(fā)生退化。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。草原灌叢化不僅影響草原生態(tài)系統(tǒng)植被組成，還可能通過影響生物地球化學和物理過程對區(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發(fā)生怎樣的變化呢？
草原灌叢化分布及景觀（圖片來源: Shen et al., 2022, AFM）
其實，在大部分溫帶半干旱地區(qū)，草原灌叢化會使植被總體覆蓋度降低，地表溫度升高。這是因為隨著灌木的入侵，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”。
由于灌木搶走了周圍草本植物所需的水分和營養(yǎng)，對草本植物的生長不利，進而導致草原退化，裸露土壤面積增加。由于土壤的比熱容較小，太陽照射下能夠迅速升溫，進而使得地表溫度升高。
但上述情況也并不絕對，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致植被覆蓋度升高，地表溫度降低。這是因為在相對濕潤的地區(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，在中亞中部地區(qū)，盡管草原灌叢化對植被覆蓋度影響不大，但同樣會對地表溫度帶來一定的降溫。這可能是因為在極度干旱的中亞中部地區(qū)，植被覆蓋度很低，草原灌叢化對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）
參考文獻:
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
來源：中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所