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让科学家们困惑了近50年的纳米比亚“仙女圈”之谜终于解开

近50年来,研究人员一直对纳米比亚的仙女圈的起源感到疑惑。它归结为两个主要假设:要么是白蚁负责,要么是植物以某种方式设法组织起来。现在,哥廷根大学的研究人员表明,仙女圈内的草在纳米布沙漠的降雨后不久就枯萎了,但白蚁活动并没有导致裸露的斑块。相反,对土壤湿度的连续观察显示,仙人圈周围的草强烈地消耗了它们内部的水分,这很可能促成了仙人圈内草的死亡。

根据哥廷根大学的研究,莫名其妙的圆圈是由供给植物的水的自然压力造成的,而不是白蚁啃坏的。这些发现最近发表在《植物生态学、进化和系统学展望》杂志上。

在纳米布地区,距离海岸线80至140公里的地方可能会发现数百万个仙女圈。草原上的这些圆洞每个都有几米宽,它们共同形成了一个可识别的图案,在周围几英里内都可以看到。研究人员研究了众多沙漠地区的零星降雨事件,并分析了草,它们的根和芽,以及潜在的白蚁根部损害。

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一名研究人员在纳米布地区卡姆贝格附近的一块地里调查仙女圈内的草的死亡情况。该记录是在降雨后约一个星期进行的(2020年3月)。资料来源:哥廷根大学

白蚁是生活在世界各地的大群小昆虫,它们经常被指责为草死亡的罪魁祸首。研究人员谨慎地调查了仙人圈内枯萎的草的情况。此外,他们在仙人圈内和周围安装了土壤水分传感器,从2020年的旱季开始到2022年的雨季结束,每隔30分钟记录一次土壤水分含量。

这使研究人员能够准确地记录仙人圈周围新出现的草的生长如何影响仙人圈内和周围的土壤水分。他们调查了整个纳米布地区十个地区的圈内和圈外的水渗透的差异。

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研究人员在纳米布的几个地区调查了仙女圈内草的死亡情况。仙女圈内的淡黄色死草的根部与仙女圈外生机勃勃的绿草的根部一样长,一样没被破坏。没有白蚁活动的迹象。资料来源:Stephan Getzin博士

数据显示,降雨后大约十天,圈内的草已经开始死亡,而圈内的大部分区域根本没有草发芽。降雨后20天,圈内挣扎的小草已经完全死亡,颜色发黄,而周围的小草却生机勃勃,绿意盎然。

当研究人员检查圈内草的根部并与圈外的绿色草进行比较时,他们发现圈内的根部与圈外的根部一样长,甚至更长。这表明,这些草正在努力生长根部以寻找水。然而,研究人员没有发现白蚁以根部为食的证据。直到降雨后50至60天,死草上的根部损伤才变得更加明显。

哥廷根大学生态系统建模系的Stephan Getzin博士解释说。”圈内大部分地区突然没有草,这不能用白蚁的活动来解释,因为没有生物量供这些昆虫取食。但更重要的是,我们可以证明白蚁不应该负责,因为草在降雨后立即死亡,没有任何生物在根部取食的迹象”。

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合著者Sönke Holch于2021年2月在纳米布下载数据记录器的数据,当时草的生物量达到高峰。

当研究人员分析关于土壤水分波动的数据时,他们发现在最初的降雨后,当草还没有建立起来时,圈内和圈外的土壤水分下降非常缓慢。然而,当周围的草已经很成熟时,所有地区的土壤水分在降雨后的下降速度都非常快,尽管圈内几乎没有草来取水。

Getzin解释说。”在纳米比亚的强热环境下,草是长期处于蒸腾和失水状态下。因此,它们的根部周围形成了土壤水分真空,水被吸引到它们身上。我们的结果与研究人员的研究结果非常一致,他们表明土壤中的水在这些沙地中迅速地水平扩散,甚至超过7米的距离。通过形成均匀分布的仙女圈的明显图案的景观,这些草作为生态系统工程师,直接从植被间隙提供的水资源中受益。事实上,我们从世界上其他各种严酷的旱地了解到相关的自组织植被结构,在所有这些情况下,植物除了正好生长在这样的几何形态中,没有其他生存机会。”

这项研究对于理解类似的生态系统具有意义,特别是在气候变化方面,因为植物的自组织可以缓冲日益干旱化所引起的负面影响。

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