揭開非洲草原「仙女圈」之謎研究人員找到了真正的來源:沙白蟻
十多年來,被稱為仙女圈的非洲草原上無數圓形裸露斑塊的起源一直是研究人員討論的話題。在最近的一項研究中,來自漢堡大學的生物學家Norbert Jürgens 教授和土壤學家Alexander Gröngröft 博士證實,白蟻是仙女圈的成因。同時,他們駁斥了生態系統模型學家所提出的解釋的核心論點,即仙女圈是由草的自我調節所造成的。
科學家證實,沙白蟻造成了非洲仙女圈,並透過證明這些仙女圈長期儲水,推翻了草地自我調節的理論。上圖為納米布沙漠中的仙女圈。圖片來源:UHH/MIN/Juergens
早在2013 年,漢堡植物學家諾伯特-於爾根斯(Norbert Jürgens)就發表文章指出,純粹的地下沙白蟻(Psammotermes)屬白蟻造成了裸露的斑塊,並通過消滅沙土中的植物,在降雨不頻繁的情況下實現了長期蓄水。這個解釋發表在《科學》雜誌上,並在隨後的幾年裡得到了南部非洲昆蟲學家(邁克-皮克教授、約翰-亨舍爾博士、凱利-弗利格博士)的證實。
其他研究人員也對這一神秘現象進行了研究,例如哥廷根大學的研究人員利用建模方法進行了研究。研究人員發表文章(Getzin 等人,2015 年,2022 年)指出,裸露斑塊是由草類植物的自組織造成的,草類植物透過根係不均勻地汲取水分,並透過在沙質土壤中的廣泛擴散,從而導致裸露斑塊中的草類植物死亡。
此外,透過測量仙女圈下方20 公分深處的土壤濕度,他們發現了乾燥現象,並將其解釋為周圍的草快速水平吸水所致。
Norbert Jürgens 和Alexander Gröngröft 在《PPEES》發表的文章中駁斥了哥廷根建模者的核心論點: 在他們的研究中,Jürgens 和Gröngröft 證明在納米比亞、安哥拉和南非的1700 多個仙女圈上存在沙白蟻。
Getzin 等人(2022 年)作為自組織假說證據所引用的土壤水分測量結果與Jürgens 2013 年的土壤水分測量結果不謀而合。然而,兩者的解釋不同: 建模者在表土進行測量,並將表土的干燥解釋為周圍的草抽走了水分,而Jürgens 在2013 年通過同時測量四個不同深度(最深90 厘米)的土壤水分錶明,底土中的仙女圈可以長時間儲存水分。
Jürgens說:」更重要的是,我的同事格倫格羅夫特的分析以及在實驗室中對沙漠沙的水文特性進行的測量,使自我調節假設的重要基礎失效。白蟻生活的仙女圈粗粒沙的導水率在大雨時確實很高,大量的水可以透過大孔隙迅速滲走。但是,當沙子把容易流動的水釋放到深處,乾涸到不到土壤體積的8%時,情況就完全不同了。”
這時,水只能儲存在沙粒之間的接觸點上,沒有了連續的水膜,土壤的導水能力降到了很低的水平。這意味著,在仙女圈以下的濕度水平(體積≤5%)下,液態水的短距離傳輸能力非常低”。在潮濕的底土之上,土壤表面直接形成乾燥的沙層,就證明了這一物理現象。
“根據目前的知識,自我調節的代表們所假設的幾天內水平運水數米的情況在物理上是不可能的。因此,關於生物現象對立解釋的爭論竟然是由物理學決定的,這裡指的是土壤物理學,」於爾根斯說。「仙女圈的土壤濕度測量結果和實驗室中發現的沙土水力特性排除了自我調節假說對仙女圈的解釋。因此,仙女圈形成的原因顯而易見–是沙白蟻透過土壤水分儲存獲得了相當大的生存優勢。”