牲畜放牧和茂密的柳树遮荫对河流中的植物生长产生了负面影响

《River Research and Applications》：Livestock Grazing and Dense Willow Shading Negatively Impact Instream Plant Growth

放牧和柳树入侵对澳大利亚东南部河流环境中水生植物的生长有显著负面影响，导致植物生物量减少和部分物种死亡。通过模拟放牧和遮荫实验发现，放牧单独或与高遮荫结合会抑制植物生长，其中芦苇（Juncus usitatus）在高遮荫和放牧条件下死亡，而香蒲（Schoenoplectus tabernaemontani）和狐尾藻（Vallisneria australis）的恢复能力较弱。研究支持通过排除放牧和移除柳树来恢复河流生态系统。

　　在人类活动日益加剧的背景下，河流生态系统面临着诸多挑战。特别是在南澳大利亚的东南地区，牲畜放牧和外来物种如柳属植物（*Salix* spp.）的扩散对河流环境造成了显著影响。这些影响不仅改变了河流生态系统的结构，还对其中的水生植物产生了复杂而深远的后果。水生植物，无论是沉水植物还是挺水植物，在河流生态系统中都扮演着关键角色，它们为水生生物提供食物和栖息地，同时对水质、营养循环和河流结构起到调节作用。然而，随着人类活动的扩展，这些植物的生长状况受到了干扰，导致其多样性和分布范围的下降。

本研究通过在温室中进行实验，评估了两种沉水植物和两种挺水植物对不同水平和组合的模拟放牧与遮荫的反应。实验中，选择了四种具有不同水文生境的本土植物物种：*Cycnogeton procerum*（水带）、*Juncus usitatus*（普通芦苇）、*Schoenoplectus tabernaemontani*（河芦苇）和*Vallisneria australis*（水草）。这些植物被放置在不同遮荫条件的水箱中，部分水箱中还进行了模拟放牧的剪枝处理。实验持续了14周，期间测量了植物的长度、地上和地下生物量以及植被产出的变化。研究旨在探讨牲畜放牧和柳属植物遮荫对水生植物的综合影响，并为河流管理提供科学依据。

研究结果显示，大多数植物在剪枝后恢复了长度，但*V. australis*植物则没有显著恢复。遮荫对植物长度的影响则较为复杂，某些情况下甚至导致植物长度增加。例如，在高遮荫条件下，*S. tabernaemontani*植物的长度显著增加，而在低遮荫条件下，*J. usitatus*植物的长度也有所增长。然而，这些变化并不意味着植物完全不受影响，因为遮荫通常会减少植物的地上和地下生物量，特别是在高遮荫条件下，所有植物的地下生物量均出现下降。此外，剪枝和高遮荫的组合对某些植物造成了毁灭性影响，例如*J. usitatus*植物在高遮荫条件下未能存活，而*S. tabernaemontani*和*V. australis*植物在剪枝或高遮荫条件下也表现出显著的生长抑制。

从植物的生理机制来看，剪枝会直接减少植物的光合作用面积，进而影响其获取氧气和碳水化合物的能力。这种影响可能会导致植物的生长受限，尤其是在长期暴露于高遮荫和剪枝的条件下。然而，某些植物通过形态适应，如增加叶片或茎的长度，以应对光照不足的情况，从而提高光捕获效率。这种适应策略被称为“觅食行为”，即植物通过延长叶片或茎的长度来获取更多的光，同时减少地下部分的生长，以降低呼吸成本。然而，这种策略并非适用于所有植物，特别是像*V. australis*这样的植物，其地下生物量的减少更为明显，表明其对遮荫的耐受性较差。

实验还揭示了植物对不同管理措施的响应存在显著的物种差异。例如，*C. procerum*和*S. tabernaemontani*植物在剪枝后表现出较强的恢复能力，而*J. usitatus*和*V. australis*则较为脆弱。这种差异可能与植物的生长形态、生理特性以及它们对资源储存的适应能力有关。例如，*C. procerum*和*S. tabernaemontani*植物具有专门的地下储存器官（如块茎和根茎），这使得它们在遭受剪枝后能够迅速调动这些储存资源以支持新的生长。而*V. australis*植物缺乏类似的储存结构，因此其对剪枝的反应更为消极，且无法有效恢复。

遮荫的影响也因植物种类而异。对于*V. australis*而言，其生长在较深的水体中，能够适应低光环境，因此遮荫对其长度影响不大。然而，其他三种植物在遮荫条件下表现出不同程度的生长抑制，尤其是在高遮荫情况下，其地下生物量显著减少。这种现象表明，尽管某些植物可以通过延长叶片或茎来适应遮荫，但这种适应策略可能会导致植物整体生长能力的下降，进而影响其生存和繁殖。

实验中还观察到，剪枝和遮荫的组合对植物的生长产生了更为严重的负面效应。对于*J. usitatus*植物而言，这种组合不仅导致其长度大幅减少，还直接导致其死亡。而对于*S. tabernaemontani*和*V. australis*植物，这种组合也显著抑制了它们的生长能力。这些结果表明，河流生态系统中的植物对牲畜放牧和柳属植物遮荫的耐受性存在显著差异，且这些影响在长期暴露的情况下可能更加严重。

研究的发现对河流管理具有重要的指导意义。首先，牲畜放牧对水生植物的负面影响是普遍存在的，尤其是在长期或高强度的放牧条件下，植物的地上和地下生物量都会受到显著影响。因此，减少牲畜放牧或完全排除牲畜进入河流区域可能是恢复水生植物种群的有效手段。其次，柳属植物的遮荫作用在高密度情况下会对水生植物造成严重影响，特别是当其与放牧同时发生时，植物的恢复能力被进一步削弱。因此，移除柳属植物或控制其扩散可能是保护水生植物的重要措施。

此外，研究还指出，水生植物对不同管理措施的反应可能受到多种因素的影响，包括水文条件、光照强度、温度变化以及土壤质量等。这些因素可能在不同季节或不同区域中表现出不同的作用。例如，实验是在南半球的冬季进行的，此时的光照时间较短，可能影响了植物的生长速度和恢复能力。因此，未来的研究可以考虑在不同的季节或更长的时间跨度内进行，以全面评估植物对这些管理措施的长期反应。

总体而言，本研究揭示了牲畜放牧和柳属植物遮荫对水生植物的综合影响。尽管某些植物可能在短期内表现出一定的恢复能力，但长期暴露于这些压力源可能导致其生长受限甚至死亡。因此，对于南澳大利亚的河流生态系统而言，采取有效的管理措施，如排除牲畜和移除柳属植物，对于恢复水生植物种群和维持河流生态健康至关重要。这些措施不仅有助于保护植物种群，还能促进水生生物的多样性和河流生态系统的整体功能。