《Annual Review of Environment and Resources》综述报告：人类世（Anthropocene）下的禾草生态系统

作者与发表信息
本文由Nicola Stevens（牛津大学环境变化研究所）、William Bond（开普敦大学生物科学系）、Angelica Feurdean（歌德大学自然地理系）和Caroline E.R. Lehmann（爱丁堡皇家植物园）合作完成，发表于2022年8月的《Annual Review of Environment and Resources》第47卷。

主题与背景
本文是一篇系统性综述，聚焦于人类世背景下全球禾草生态系统（grassy ecosystems，包括热带稀树草原、温带草原等）的演变、现状与未来挑战。禾草生态系统覆盖地球约40%的陆地面积，支撑着超过10亿人口的生计，但其分布与功能长期受气候、火、草食动物及人类活动的交互影响。然而，当前这些生态系统正面临土地转化、气候变化、二氧化碳（CO₂）浓度上升、火制度改变等多重压力。本文的核心目标是：（1）阐明禾草生态系统在“生态系统不确定空间”（ecosystem uncertain space，即气候适宜森林或草地共存的过渡带）中的动态机制；（2）揭示人类世下这些系统的退化原因与后果；（3）提出保护与恢复的科学依据。

核心观点与论据

1. 禾草生态系统的演化驱动机制
   禾草生态系统的形成是资源控制（如CO₂浓度、气候）与消费者控制（如火、草食动物）共同作用的结果。例如：

   • CO₂的调控作用：低CO₂浓度（<300 ppm）抑制乔木幼苗更新，促进C4禾草（C4 grasses）的扩张（如中新世晚期C4草原的扩散）。
     
   • 火的关键角色：季节性干旱气候下，火通过清除木质植被维持草地开放状态（如非洲稀树草原的炭屑记录显示火活动与C4草扩张同步）。
     
   • 草食动物的影响：大型食草动物（如非洲象）通过采食和践踏抑制乔木 encroachment（侵入），而人类导致的巨型动物灭绝（如北美野牛）则间接促进了火频次增加。
     

2. 人类世的威胁与生态转型

   • CO₂浓度上升：当前CO₂水平（>400 ppm）可能打破C4禾草的优势，促进乔木扩张（如南非长期火实验显示乔木幼苗密度显著增加）。
     
   • 火制度改变：人类活动导致火频次下降（如非洲草原火灾减少25%），但局部过度放牧可能引发火灾风险（如俄罗斯草原焚烧面积因放牧减少而增加7倍）。
     
   • 土地利用转化：全球约28%的草原和23%的稀树草原已转为农田，南美塞拉多（Cerrado）和非洲萨赫勒地区是当前转化热点。
     
   • 错误恢复实践：基于“森林优先”的殖民叙事，大量草原被误认为“退化林地”并遭受植树工程威胁，可能加剧碳损失与生物多样性下降。
     

3. 生态与社会后果

   • 碳循环影响：禾草生态系统储存全球20-30%的土壤碳，其破坏可能释放碳库（如植树工程可能因土壤扰动导致净碳排放）。
     
   • 生物多样性丧失：开放生境的特有物种（如依赖火的光需求植物）因乔木入侵而濒危。
     
   • 社会服务退化：草原为牧业、水资源（如非洲草原是重要集水区）及文化实践（如原住民火管理）提供基础，其退化威胁民生安全。
     

科学价值与实践意义
本文批判性地整合了古生态学、生理生态学和社会科学证据，提出以下创新观点：
- 挑战传统认知：驳斥“草原是退化森林”的殖民叙事，强调其古老性与生态独特性。
- 跨尺度分析：从地质历史（如中新世草原扩张）到当代政策（如植树工程的生态风险），揭示人类世的累积影响。
- 管理建议：呼吁基于“草为中心”（grass-centric）的恢复策略，例如通过调控火与放牧模拟自然干扰机制。

亮点与不足
- 亮点：首次系统量化“生态系统不确定空间”的全球分布（图1），提出CO₂、火、草食动物的交互阈值模型。
- 局限：C3与C4草原对气候变化的响应差异仍需更多实验验证，尤其是CO₂与干旱的复合效应。

本文为理解人类世生态转型提供了关键框架，其多学科视角对政策制定者、生态学家及土地管理者具有重要参考价值。