天然草地上,一些菌物、细菌和病毒等病原微生物,通过侵染寄主植物,导致植物偏离了正常的生长状态,出现所谓“病害”。类似人类罹患疾病,病害也能破坏草地的结构和功能,是引起草地退化的重要因素。
事实上,在人类认识天然草地病害的早期,即20世纪70年代,科学家就发现病原微生物与天然草地植物之间通过长期进化演替,会形成稳定的物种共存关系,并且在调节生物多样性、维持生态系统功能及稳定性方面发挥积极作用。
研究发现,病原微生物和天然草地植物能和谐相处,是由于群落中各种非寄主植物形成了物理隔离的屏障,并对感病寄主密度进行稀释调节,阻止了病原微生物大范围扩散传播。类似人类通过戴口罩和保持社交距离预防新型冠状病毒的传播。另外,近缘植物还能通过物种之间频繁的基因交流,维持稳定的寄主群体抗病性。
20世纪90年代,在美国和欧洲等国家的天然放牧草地上发生了一些严重危害牲畜健康,并对草种生产造成影响的麦角病、黑粉病等种子病害,以及锈病等叶部气传病害,人们才真正体会到病害的威力。
随后科学家研究发现,在天然草地植物上发生非常普遍、号称“植物癌症”的锈病,对降雨、温度等气象条件的响应非常强烈,且病原载荷高度依赖寄主的密度。这预示着气候变化和人类生产活动,可能为病原微生物的生存繁殖创造更有利的条件,打破了天然草地生态系统内物种稳定共存的关系。近10年的最新研究已证实,增温、长期施肥和放牧条件下,高寒草地等脆弱生态系统植物病害的流行风险正在逐渐增大,成为加速草地退化的重要因素之一。
目前,全世界已发现了4000余种草地植物病害,但仅占预计总数的10%。而且相较作物病害,人类对天然草地病害的认知和防控能力仍严重不足。
华北地区是我国生态保护的主战场,天然草地是该地区主要的土地类型,占总面积的42%,在拱卫京津冀生态安全方面发挥重要作用。自2018年以来,山西农业大学生态草牧业团队调查了该地区天然草地主要建群植物,共发现了赖草和羊草的病害20余种。其中一些叶斑病和锈病的发病率高达100%,造成植物叶片枯黄、凋落,严重时导致草地早衰,成为该地区尤其是盐碱化、荒漠化草地加速退化的因素之一。鉴于此,团队正在开展重要病害的演替与灾变规律,以及与气候变化、生态修复和放牧干预之间关系的研究,为构建病害预警和防治技术提供科学依据。
(作者系山西农业大学草业学院副教授)