当前,干旱的频率、强度和持续时间在全球范围内持续加剧。1961年至2024年间,全球干旱区面积累计扩大约1000万平方公里。其中,覆盖地球陆地表面约23%的全球草地生态系统对干旱尤其敏感,这是因为草地植物生长的最关键限制因子是水分。
该综述兼顾植被生态学与社会生态学视角,系统整合跨社会-生态系统组织层次与多时空尺度的概念框架(图1)。干旱效应始于生态系统生产者——植物的生理和器官层面,随后逐级向上级联,影响个体表现、种群动态和群落组成;这些生态响应进一步改变生态系统初级生产力、饲草供应、家畜次级生产力等生态系统功能,并严重影响牧民福祉;最终通过管理和土地利用决策反馈至社会-生态系统。
在植物群落重组机制方面,干旱通过两条性状介导的路径重塑草地植物群落(图2):其一是“物种更替与生态位重构”驱动的种间性状变化,这导致了耐旱物种扩张的同时,水分波动敏感物种衰退;其二是“种内可塑性”,即植物个体通过调整自身性状以适应改变的环境。这两类过程共同改变群落功能组成,并在叶片、茎、种子等地上性状和根系、糵芽等地下性状中均有体现,共同调控草地生态系统功能。
关于草地初级生产力的响应与恢复,生产力在干旱后的恢复存在明确的生态阈值(图3)。超过阈值后,可能出现完全恢复、过度补偿、部分恢复或系统崩溃四种不同路径。前期干旱可能产生生态记忆(导致生态系统对后续干旱的适应)或累积效应(导致生态系统对后续干旱更加脆弱);具体产生哪种效益,取决于干旱的强度与持续时间。值得注意的是,芽密度较高的草地往往表现出更快的干旱后恢复能力和更高的生产力稳定性。目前国际学术界对地下性状的关注仍严重不足。
在社会-生态系统级联效应方面,干旱对植被的影响进一步传导至社会经济系统(图4)。饲草减少导致牲畜体重下降与死亡,进而引发牧民经济损失和植被退化,最终形成社会与生态脆弱性相互强化的循环。传统游牧受到草地私有化等制度安排及经济全球化的系统性约束,因此传统生态知识和管理方式需要进一步的提升,才能适应未来干旱。然而,干旱也会诱发一些适应不良的政策。比如,不恰当的干旱救济政策(如简单的饲料补贴)反而可能鼓励牧民在干旱时期惜售行为,进而保留更多牲畜,加剧放牧压力。因此,干旱可能增加未来救灾的难度,需要研究和设计更加科学的干旱适应政策。
针对上述挑战,该国际研究团队提出了三大未来优先方向:第一,在全球草地开展针对序列性干旱的标准化协调实验,厘清多次干旱的累积效应与适应效应;第二,整合功能性状测量、遥感与过程模型,构建综合监测框架,尤其加强地下性状的观测能力;第三,推动生态学家、社会科学家、政策制定者与牧民的深度协作,共同设计兼顾短期救济与长期恢复能力的干旱适应策略。
该工作得到国家自然科学基金优秀青年科学基金等项目的资助。近日,由我所雒文涛研究员与中国科学院植物研究所李昂副研究员担任共同第一作者、雒文涛研究员担任通讯作者的综述论文“Drought impacts on grassland vegetation: integrating ecological and social-ecological perspectives”于国际生物学经典期刊BioScience正式发表,并被遴选为封面文章。
论文链接:https://doi.org/10.1093/biosci/biag082

图1 干旱影响草地植被的概念性框架(跨组织层次与时间尺度)

图2 干旱重塑草地植物群落的性状介导路径

图3 干旱胁迫下草地生产力响应与干旱后恢复的替代性路径

图4 干旱影响牧民生计与草地生态健康的路径




