先锋物种通常是第一个在贫瘠的生态系统中殖民的物种。这些顽强的植物和微生物物种也是第一批返回被野火和森林砍伐等事件破坏的环境的物种。一旦它们到达,先锋物种开始恢复生态系统,使其更适合后来的物种。这通常是通过土壤稳定、养分富集、减少光照有效性和风暴露以及调节温度来实现的。
为了在这些条件下生存,先锋物种通常会:
•耐寒足以承受恶劣环境
•光合作用,由于缺乏土壤养分
•能够生产大量的种子,具有高散布率
•风授粉,由于缺少昆虫
•能够在长时间的休眠中存活
•早熟,依赖无性繁殖的
随着美国西部森林火灾频率的增加,以及全球范围内森林砍伐地区的扩大,了解先锋物种是什么以及它们在生态系统恢复和增长中的作用比以往任何时候都更加重要。
先锋物种与生态演替
生态演替描述了一个生态系统在一段时间内所经历的物种结构的变化。这是一个渐进的过程,可以发生在以前贫瘠的环境中(如初级演替),也可以发生在由于严重干扰而被清除的地区(如次级演替)。先锋物种在这些过程中发挥着不可或缺的作用,为新的或最近被破坏的生态系统提供了更复杂的群落。
原生演替
初级演替发生在没有现有植物、动物、昆虫、种子或土壤的地区——通常是没有先前群落的地方。然而,从技术上讲,这种类型的演替甚至可以发生在以前的群落被干扰或移除的情况下,但不可能有任何现存的有机物符合初级演替的条件。
真菌和地衣是初级演替中最常见的先驱物种,因为它们有能力分解矿物质形成土壤,进而发展出有机质。一旦先锋物种在该地区定居并开始建立土壤,其他物种如草类就会开始迁入。新群落的复杂性随着更多的新物种的到来而增加,包括小灌木和最终的树木。
次生演替
与初级演替相反,次生演替发生在现有群落被自然或人为力量干扰或完全移除之后。在这种情况下,植被被移除,但土壤保留。这意味着二次演替的先锋物种可以从残馀土壤中的根系和种子开始。另外,种子也可以由风或从邻近社区来的动物携带。草、桤木、桦树和松树都是开始次生演替的植物。
群落在扰动后的行为取决于许多因素,但主要取决于扰动前生态系统的性质。也就是说,因为次级演替开始于原始群落的一些残余,变化通常比初级演替发生得快得多。桤木、桦树和草是这些环境中常见的先锋物种,因为它们在阳光充足的条件下茁壮成长。
次生演替过程中影响群落发展的因素包括:
土壤条件: 扰动后土壤的整体质量对次生演替有很大影响。这可能包括从土壤pH值到密度和土壤组成的一切。
残余有机质: 同样,扰动后残留在土壤中的有机质量影响演替的速度和先锋物种的类型。土壤中有机质越多,可能发生次生演替的速度越快。
现有种子库: 根据社区受到的干扰程度,种子可能会留在土壤中。这也受到该地区与外部种子来源的距离的影响,并可能导致某些先锋物种的更高丰度。
残留的生物体: 如果根系和其他地下植物结构在干扰中幸存下来,二次演替将更快地发生,并以一种更接近于反映原始生态系统的方式发生。
先锋物种的例子
地衣、真菌、细菌、杂草、草、桤木和柳树都是先锋物种的例子。这里有一些常见的情况,先锋物种帮助了演替。
冰川冰
与次级演替相比,对初级演替的研究较少,也不详细。然而,原始演替最基本的例子之一发生在黄石公园的派恩代尔冰川盛期之后,当时该地区被冰川冰覆盖。在冰从环境中带走土壤和植被之后,在冰川期结束之后。该地区被先锋物种重新移植,它们破坏了基岩,形成土壤,供其他植物移植。
熔岩流
1980年圣海伦斯火山爆发后,周围地区变得贫瘠,灰蒙蒙的,几乎没有幸存的动植物。即便如此,一些地下动物存活了下来,一些植物的地下根系,如柳树和黑杨树也存活了下来。在这场破坏的早期后果中,这些幸存的根系,以及桤木和杉木,能够在原始的滑坡碎片和熔岩流中定居。
洪水
1995年,谢南多厄国家公园内的摩尔曼河和拉皮丹河泛滥,导致动植物遭到广泛破坏,其中大部分被砾石和巨石所取代。从那时起,植物和野生动物群落开始通过次生演替进行重建。
野火
1947年阿卡迪亚国家公园发生野火后,也发生了次生火灾,烧毁了超过1万英亩的公园。火灾发生后,一些以前树木繁茂的地区被砍伐,用于木材打捞和清理,一些原木被留下,以促进森林生态系统的再生。通过二次演替,森林在现有的根系、树桩芽和种子的帮助下重新生长。
像桦树和白杨这样以前没有生长在该地区的树木利用了新的阳光条件,在早期就生长得很茂盛。一旦这些落叶树形成了树冠,原本在该地区茁壮成长的云杉和冷杉就能够回归,从而形成了今天的落叶树和常绿树的混合。
农业
农业,尤其是刀耕火种式的农业,会对自然环境造成毁灭性的影响。在紧随农业使用之后的休耕期,当剩下的种子、根系、杂草和其他先锋物种开始重新在土地上定居时,就会发生二次演替。这一过程与伐木和其他森林砍伐后发生的过程类似。