外来无脊椎动物和植物对极地土壤系统的影响

为什么冰冻土壤的变化很重要

地球的极地看似被冰雪和距离隔离，但它们正面临一场无声的入侵。随着越来越多的人前往并在北极和南极活动，外地的植物和小动物通过靴子、货物和土壤搭便车进入。这篇综述解释了这些新来者如何改变极地土壤的化学性质和生物组成，而这些土壤在变暖背景下决定了多少碳和养分被储存或释放。

偏远寒地中的新来者

外来物种是指被人类带出其自然分布范围的生物。其中少数会成为入侵种，扩散并损害当地生物或生态系统健康。因为极地偏远、环境严酷且人烟稀少，到目前为止收到的入侵者比温暖地区少。然而记录已显示，在高 Arctic 的斯瓦尔巴德已有近一百种外来植物定殖，而较温和的亚南极岛屿上记录了 200 多种外来物种，海洋性南极也有一个较小但不断增长的清单。许多是随游客、研究人员和进口土壤意外带入，常集中在有人活动的定居点和科研站周边，那里的干扰与较高的温度使其更易存活。

隐秘的伙伴：与来客同行的微生物

每一种外来植物或无脊椎动物都会携带其微观伙伴。这些细菌和真菌组成的微生物组能帮助宿主应对胁迫，往往比本地极地物种的微生物更丰富、更具多样性。存在于根系、肠道或体表的微生物可以加速枯死物质的分解并转化关键养分，如氮和磷。在养分匮乏、食物网简单的极地土壤中，这类变化能够在整个系统中引发连锁效应。然而，几乎没有研究直接将进口微生物组与极地土壤化学变化联系起来，这成为亟待填补的知识空白。

变暖的气候打开了门户

气候变化大幅削弱了曾经阻挡大多数新来者的天然屏障。近几十年北极的变暖速度几乎是全球平均的四倍，南极半岛部分地区也出现强烈变暖。海冰、积雪和永久冻土的融化提高了温度和水分供应，促进微生物活性并释放长期封存的二氧化碳和甲烷。更长、更温和的夏季意味着被运入的植物和无脊椎动物可以更快生长、完成生命周期并扩散。然而，近地表土壤温度和湿度的详细测量仍然稀缺，限制了我们预测外来物种何处更易立足以及土壤过程响应速度的能力。

新来者如何改变土壤生物与养分

极地土壤通常氮磷贫乏，大多数生物过程由微生物主导而非大型动物。综述汇集了若干案例，显示外来物种如何改变这一平衡。例如，在瑞典北极地区引入的蚯蚓撕碎植物凋落物并增加了草地可利用的氮。在海洋性南极，引入的蠓 Eretmoptera murphyi 大幅加速苔藓泥炭的分解并将无机氮提高到类似企鹅巢群附近的水平。在亚南极岛屿上，体型较大的外来无脊椎动物如蠓和潮虫加速凋落物周转、提高土壤呼吸，并在变暖条件下与本地弹尾目（春尾）发生相互作用。像细毛雀稗（Poa annua）这样的外来草不仅与本地植物竞争，还带来了能增强抗逆性的真菌伙伴，这些伙伴可能帮助它们重塑土壤养分利用方式。总体来看，这些变化可能有利于更多入侵者或改变哪些本地物种能占优势。

为未来保护脆弱的土壤

作者总结认为，外来植物和无脊椎动物已经在可测范围内推动极地土壤的养分和碳循环，随着气候变暖和人类活动扩大，这些影响可能会加剧。由于极地生态系统物种稀少、食物链简单，即便土壤化学发生小幅变化也可能产生放大效应。综述呼吁深入研究随入侵者迁移的微生物群、开展更精细的土壤气候与化学监测，并建立标准化方法以便跨地点比较结果。加强生物安全措施并在高风险地点——如科研站和游客区域——实施早期检测，对于在变化无法逆转前维持极地土壤健康至关重要。

引用: Brayley, O.D.M., Convey, P., Ullah, S. et al. Impacts of non-native invertebrates and plants on polar soil systems. npj biodivers 5, 18 (2026). https://doi.org/10.1038/s44185-026-00127-8

关键词: 极地土壤, 入侵物种, 北极生态系统, 南极生物学, 养分循环