研究表明如何提高塞拉多恢复计划的成功率

2024 年 1 月提供的统计数据显示，虽然亚马逊地区的森林砍伐量在 2023 年减少了一半，但巴西稀树草原塞拉多的森林砍伐量却增加了 43%。巴西坎皮纳斯州立大学生物研究所 (IB-UNICAMP) 的一个致力于塞拉多生态研究的研究小组已经强调了对抗生物群落破坏的紧迫性。然而，仅仅捍卫剩下的东西是不够的：还需要恢复。

恢复工作面临着许多挑战，例如外来草类的不断重新入侵。一旦它们被引入牧场，它们就会迅速蔓延，消灭本地物种，并破坏草本层，而草本层是塞拉多的生物多样性保护区及其生态系统服务的支柱。

即使牧场被废弃，它们也很难根除。所讨论的主要植物是热带饲草尿草属、小花草草和异花草草。

为了验证对抗外来草类入侵或再次入侵的方法，IB-UNICAMP 小组在巴西中西部戈亚斯州的 Chapada dos Veadeiros 国家公园进行了一项开创性研究。生物学家 Guilherme Mazzochini 及其合作者的研究发表在《应用生态学杂志》上。

该研究是主题项目“恢复新热带干旱生态系统——植物功能组成是成功的关键吗?”的一部分。该项目的主要研究者是 IB-UNICAMP 教授 Rafael Oliveira。他也是这篇文章的最后一位作者。倒数第二位作者是英国埃克塞特大学教授露西·罗兰(Lucy Rowland)。

“许多正在进行的恢复项目旨在在相关地区快速实现植物覆盖，但在我们的研究中，我们表明这并不总是最好的策略。这些项目中有很大一部分缺乏一致的科学依据，并且不成功，因为它们无法创造能够抵御干旱、生物入侵和火灾等事件的生物多样性生态系统。”

“任何恢复举措都必须基于对要恢复的生态系统的深刻理解。不幸的是，情况通常并非如此，”奥利维拉说。他指导了马佐奇尼的博士后研究。

奥利维拉表示，生物多样性在增强对外来草类入侵的抵抗力方面发挥着关键作用。“我们的研究结果表明，更高的多样性减少了入侵，这可能是由于塞拉多营养贫乏、酸性土壤中的资源竞争，”他说。

在传统的恢复项目中，在种植本地物种之前消除外来草的典型管理策略包括控制燃烧，然后在旱季频繁犁地，以除去外来草的匍匐茎(地上匍匐茎)和根，并除去外来草的根。杀死刚刚发芽的幼苗。

然而，由于地下存在大量种子以及来自周围环境的种子不断涌入，外来物种在几年内重新定居并统治了恢复的地区。

“几十年来，生态学家观察到，物种丰富的当地群落比物种贫乏的群落更能抵抗入侵。在温带气候地区进行的生物多样性和生态系统功能实验证实了这些观察结果。”

“在我们的实验中，对不同物种数量的植物群落进行了测试，以了解生物多样性如何影响生产力、养分循环和抵抗入侵等。我们的研究是第一个在塞拉多进行涉及生物多样性的实验，也是其中之一只有少数在热带地区进行过，”马佐奇尼说。

涉及温带生态系统的研究表明，多样性较高的群落往往拥有较低水平的可用资源，这可能是由于具有不同生态策略的物种对资源的互补利用。这减少了外来物种的入侵，外来物种通常需要大量资源来维持快速生长。

“任何环境中的植物都通过一系列与其叶、茎和根的解剖和形态相关的生态策略来生存和生长。这些特征被称为功能属性，”马佐奇尼解释道。

“根据功能属性，植物物种可以从保守型到贪婪型进行分类。最贪婪的物种生长迅速，具有更轻、更嫩的营养器官，需要更多资源。这些物种，包括外来草，被认为更具竞争力。 ”。

“另一方面，保守物种生长速度更慢，结构更坚固，叶子、茎和根更密集，因此它们可以承受严重干旱和营养物质利用率低等不利条件。”

他解释说，功能属性的变化用于沿保守轴对物种进行分类，而生态学家最近引入了“协作”标签来识别适应性。该概念以比根长度 (SRL) 为中心，定义为资源获取(绝对根长度)除以资源投资(质量)。

“SRL 和根直径之间存在直接相关性。较细的根可以更自主、更有效地吸收养分。较粗的根通常依赖于与菌根真菌的共生，菌根真菌与根建立互利关系，获得植物无法获得的养分，通常是磷，作为回报，接收光合作用产生的碳。”

“这是一个令人着迷的例子，说明植物如何与其他生物体相互关联，以便在许多不同的环境中繁荣发展，”他说。

该研究考虑了保守和协作这两个轴，其中涉及在 Chapada dos Veados 国家公园接管的废弃牧场地区进行的生物多样性实验。“我们设置了 302 个 2 m x 2 m 的方形地块，播种了 0 到 8 种本土草种，密度为每平方米 1,000 颗种子，”他说。

这八种本地物种是 Axonopus aureus、Axonopus siccus、Andropogon fastigiatus、Aristida flaccida、Aristida riparia、Loudetiopsis chrysothrix、Schizachyrium sanguineum 和 Trachypogon sicatus。

正如预期的那样，出现了一波外来草类的重新入侵，反映出该地区曾长期被用作牧场。入侵者是 A. gayanus、M. minutiflora 和三种尾草属植物。为了评估每个地块的入侵，研究人员去除了外来物种并测量了它们的生物量。

与温带生态系统生物多样性实验的结果一致，他们发现物种丰富度相对较高的群落具有较少的外来生物量。仅播种一种本地物种的地块的外来生物量是播种八种物种的地块的 3.6 倍。这一发现提出了一个重要的问题：在物种丰富的群落中，赋予对入侵物种更强的抵抗力的机制是什么?

“我们的结果表明，植物高度和 SRL 方面的更多功能多样性与外来物种入侵的减少有关。高度多样性与本地物种的地上生物量有关，似乎会形成多层植被，限制了外来物种的入侵。到达入侵物种的阳光量。”

“正如我们发现的，SRL 多样性是一个关键因素，这表明更多样化的根系策略和地上原生生物量提供的遮荫可有效减少入侵。具体来说，单一栽培地块的外来生物量平均比普通地块多 4.7 倍具有更多的 SRL 功能多样性，”Mazzochini 说。

这一发现尤其重要，因为塞拉多的许多草本群落没有大量的地上生物量，营养贫乏的酸性土壤限制了生产力。大部分生物质储存在地下根部和地下结构中。

“我们还比较了单一种植地和未播种地块上外来物种的生物量，看看本地物种的存在是否单独促进了入侵或与入侵物种竞争。这项分析表明，不同本地物种的影响各不相同。”

“一些本土物种促进了外来物种的建立，而另一些则减少了入侵，即使是在单一栽培地块的情况下也是如此。我们惊讶地发现，生长最快的一年生本地物种，A. fastigiatus，促进了外来物种的建立，单一栽培的外来生物量是未播种地块的 2.9 倍，”Mazzochini 说。

这一发现可能会导致对塞拉多地区采用的恢复策略进行重大修改，因为长斑毛蝽在恢复项目中被大量使用。鉴于它的快速生长，研究人员预计它能够更快地覆盖地面并防止外来物种入侵，但由于它是一年生物种，它在旱季很早就死亡，其生物量会分解并给土壤施肥，有利于其建立在随后的几年中快速生长的外来物种。

“令我们惊讶的是，入侵减少最多的两个物种在功能上差异最大。S. sanguineum 是最小的，具有最长的 SRL 和最长的总根长度。A. siccus 是最高的，具有最短的 SRL 和最长的总根长度。总根长度最短。其中其中一个物种为单一栽培的地块的生物量分别比未播种的地块少 73% 和 92%。

“这些发现与单一本地物种可以高密度播种以防止入侵的观点相矛盾。相反，结果表明在出于恢复目的播种本地物种时使用多种生态策略的重要性，”Mazzochini 说。

对于奥利维拉来说，生物多样性是关键。“生物多样性越大，击败外来物种的可能性就越大。结果还表明，修改使用快速生长的一年生或二年生物种的管理和恢复实践的重要性。与普遍看法相反，这些物种可以促进入侵者的建立多年来，”他说。