2025届高考地理二轮专题复习 地理中的68种效应之37 干旱区沃岛效应-2025届高三地理专题复习训练

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【定义】在荒漠生态系统中，灌丛沙堆显著地改变了土壤－植被系统的生态水文过程。灌丛植株冠层截留的降水经枝叶汇流后与茎干截留的降水一起流向灌丛基部形成树干茎流，改变了灌丛区降水的空间分布格局，并汇集附着在枝叶、茎干的干湿沉降物于根区。树干茎流经由根区优先流使水分和养分在灌丛根部富集，从而影响局地微生境水分和养分的运移与分布格局，其对提高干旱区降水的有效利用和改善土壤养分状况具有重要作用，有利于荒漠灌丛的生存繁衍。灌丛沙堆的形成是灌木植物适应贫瘠荒漠环境的主要机制和有效利用养分的主要对策，主要表现为荒漠灌丛通过树干茎流对降水及干湿沉降物向根区汇集所产生的水分、养分和微生物富集区，即“土壤沃岛效应”。而灌丛沙堆“土壤沃岛效应”的形成进一步加剧了资源的异质化和斑块化，最终导致草地荒漠化。灌丛植被的树干茎流和根区优先流与灌丛形态、结构和根系分布密切相关，由树干茎流和根区优先流联结驱动的灌丛植被与土壤水分、养分之间的动态耦合机制，是影响群落组成结构、分布格局与演变过程的重要驱动力。土壤为植物生长提供矿质营养和水分，其含量不仅影响植物的个体发育，更进一步决定植物群落的类型、分布和动态。
【形成机制】灌丛“沃岛”的形成和维持是物理和生物过程共同作用的结果，植物是影响灌丛“沃岛”的关键因素，动物活动也能影响土壤的理化性质，促进“沃岛”的形成。在荒漠草原地区，一般认为灌木植物引起的沃岛效应涉及两种基本机制：第1种是灌木植物作为收集养分的“机器”，从深层土壤和其灌丛周围土壤中吸收养分，首先进入植物体中，随后通过凋落物和树冠层淋洗将养分沉积于树冠层下土壤中(图1a)；第2种是高大的树冠层可以作为大气尘埃的有效的捕捉器，富于养分的尘埃在降水时被冲洗，并滴入树冠层下的土壤中而增强沃岛效应。此外，木本植物树冠也可能成为鸟类栖息地，树冠层下成为哺乳动物寻求遮阴和隐蔽的地点，同时它们的排泄物还能丰富土壤养分，增强局部的养分循环，从而有助于“沃岛”效应的发生(图34)。
草地灌丛化产生的“沃岛”效应可以归结为：
首先，人类干扰活动会破坏草地植被的均一性，致使土壤通透性增强。由于高温和高蒸发的影响，阻止或者延迟了氮的吸收、反硝化以及氨化等一系列过程，使得养分流失。而富含养分的土壤、种子库、枯落物会在风力和降水的作用下聚集到灌木植物树冠下，提高灌丛下土壤水分的入渗和土壤肥力。这些综合效应叠加在一起使灌丛对环境扰动具有更强的抵抗力。
其次，灌木植物作为收集养分的“机器”，通过凋落物和树冠层淋洗将养分沉积于树冠层下土壤中，增加了灌丛的自持能力。
最后，土壤微生物和土壤动物在灌丛下活动较为活跃，进一步促进了养分循环，而草本植物生物量的降低，进一步增加了灌木植物的适居性。这些因素共同作用，形成正反馈，促使灌丛向不断稳定和加强的方向发展，最终形成“沃岛”。
图33 沃岛效应
学术上对于“沃岛”在生态环境中的效应还存在分歧。一些学者认为，受干旱或人为强烈干扰的草地生态系统，灌木下存在土壤资源的局部聚集现象，这种资源的不断聚集导致了灌木分布面积的逐步扩大，灌木的过度扩散又反过来加速了灌木下养分的聚集。这种灌木与土壤间的正反馈效应加速了土地荒漠化的形成过程。如美国奇瓦瓦沙漠的荒漠化与灌丛化密切相关。草地灌丛化会导致生物多样性降低，Okin等通过对北美洲13个草地生态系统的分析，发现随木本植物的入侵，物种丰富度平均下降45%。但是，另一些学者则认为，荒漠灌丛“沃岛”的存在更有利于枯落物的蓄积与分解，加速了土壤养分的循环与积累，促进了植物根系的生长，导致更多的根际沉积；同时，灌丛下土壤微生物代谢活性增强，而根际的活跃又会进一步增加“沃岛”中的资源量。在围栏封育恢复过程中，土壤-植被-土壤生物系统间的相互促进作用改善局部环境，通过植被不断恢复，提高相邻空地土壤的质量，有利于植被的更新和生长，形成良性循环，加速了区域内植被的恢复进程。李新荣研究了沙坡头地区人工固沙植被近50年多年来的演变与区域生态环境的恢复，证明了沙漠缀块状分布的灌木植被在植被恢复过程中的重要作用，这种荒漠化逆转理论范式的成功和实践证明，在排除放牧等干扰的情况下，灌丛“沃岛”的逆行演替可能会成为干旱、半干旱地区荒漠草原生态系统植被自我恢复的一种重要驱动力。但是在荒漠草原地区，此类研究依然较为薄弱。
图34 沃岛效应形成示意图
【配套题目练习】
一、单选题
（2024·四川泸州·三模）在北温带干旱半干旱草原地区，随着灌丛入侵，灌丛下方土壤养分富集，灌丛冠下土壤肥力高于灌丛间空旷地带，从而出现了“肥岛效应”或者“沃岛效应”，下图为“肥岛效应”景观图，完成下面小题。
1．“肥岛效应”的形成原因是因为灌丛（ ）
A．增加了土壤表面温度B．降低了微生物活性
C．减少了土壤的孔隙D．拦截了沙尘和水分
2．推测“肥岛效应”对北温带草原的影响（ ）
A．加速草原退化B．促进牧草生长C．草原变为灌木D．草原变为森林
【答案】1．D 2．A
【解析】1．灌丛可以截留降水，冠下遮阴，可以减少下方土壤中的水分蒸发，因此冠下土壤水分含量高于周边；灌丛能够降低风速，截获沙尘，使得沙尘堆积，有助于向土壤中补充矿物质养分；由于灌丛为生物提供了良好的栖息地，灌丛凋落物及冠下动物排泄物补给表层土壤有机质，土壤肥力较高，D正确。灌丛可以减少到达底部的太阳辐射，会降低土壤表面温度，A错误；灌丛下微生物活性增强，B错误；土壤孔隙不是影响土壤肥力的主要因素，C错误。所以选D。
2．根据材料信息“灌丛冠下土壤肥力高于灌丛间空旷地带”可知，空旷地带的土壤会因为“肥岛效应”的存在而肥力降低，会加速草原退化，A正确；空旷地带肥力降低，不利于牧草生长和植被演化更替，BCD错误。所以选A。
【点睛】灌丛通过其冠层遮挡太阳光，减少土壤水分蒸发和风力侵蚀，同时截留降水并延缓地表径流，从而增加其下方土壤的水分和养分输入。此外，灌丛的凋落物和冠下动物排泄物也为土壤表层补充了有机质，进一步增强了肥岛效应。然而，这种效应并不总是积极的，因为灌丛对水分和养分的富集能力强，过度生长可能会影响其他物种的生存，导致生物多样性的减少。
（23-24高一上·福建宁德·期末）在半干旱草原中，灌木植物通过改变土壤结构、土壤湿度和小气候，在灌丛附近堆积着比周围地表更肥沃的土壤。这种灌木植被聚集土壤养分的现象，被称为“土壤沃岛效应”。据此完成下面小题。
3．导致该地区“土壤沃岛效应”现象产生的关键因素是（ ）
A．土壤B．气候C．水分D．植被
4．灌木植物形成“沃岛”的原因有（ ）
①从深层土壤和周围土壤中吸收养分②为动物提供栖息地获取养分
③吸附尘埃借助雨水冲刷进入土壤④蒸发强烈，盐分向地表积聚
A．①②③B．①②④C．①③④D．②③④
【答案】3．D 4．A
【解析】3．导致该地区"土壤沃岛效应"现象产生的关键因素是植被。因为灌木植物通过改变土壤结构、土壤湿度和小气候，在灌丛附近堆积着比周围地表更肥沃的土壤，与土壤、气候、水分条件关系不大，D正确，ABC错误。故选D。
4．灌木植物形成“沃岛”的原因有：灌木植物根系吸收深层土壤中的养分，促进其生长，①正确；灌木植物为鸟类和其他动物提供栖息场所，它们的排泄物增加了土壤的肥力，②正确；较为高大的树冠捕捉大气尘埃中的养分，随降水滴入树冠下的土壤，③正确；蒸发较弱，盐分不易向地表积聚，④错误，A正确，BCD错误。故选A。
【点睛】灌丛“沃岛”的形成和维持是物理和生物过程共同作用的结果，植物是影响灌丛“沃岛”的关键因素，动物活动也能影响土壤的理化性质，促进“沃岛”的形成。在荒漠草原地区，一般认为灌木植物引起的沃岛效应涉及两种基本机制：第1种是灌木植物作为收集养分的“机器”，从深层土壤和其灌丛周围土壤中吸收养分，首先进入植物体中，随后通过凋落物和树冠层淋洗将养分沉积于树冠层下土壤中；第2种是高大的树冠层可以作为大气尘埃的有效的捕捉器，富于养分的尘埃在降水时被冲洗，并滴入树冠层下的土壤中而增强沃岛效应。此外，木本植物树冠也可能成为鸟类栖息地，树冠层下成为哺乳动物寻求遮阴和隐蔽的地点，同时它们的排泄物还能丰富土壤养分，增强局部的养分循环，从而有助于“沃岛”效应的发生。
二、综合题
5．（2023·湖南岳阳·二模）阅读材料，回答下列问题。
材料一：在半干旱草原系统中，由于气候变化和人类活动影响，特别是长期放牧的双重影响，使得灌木植物在草原分布的密度增加，形成草原灌丛化现象，如下图所示。
材料二：在半干旱草原中，灌木植物通过改变土壤结构、土壤湿度和小气候，在灌丛附近堆积着比周围地表更肥沃的土壤。这种灌木植被聚集土壤养分的现象，被称为“沃岛效应”。由于灌丛化草原和“沃岛效应”的发展，引发了部分草原向沙漠演替的现象，加剧了草原的沙漠化。
(1)试分析草原灌丛化现象过程中灌丛获得竞争优势的原因。
(2)试解释灌丛植物引起沃岛效应的原因。
(3)说明“沃岛效应”与促进草原荒漠化的关系。
【答案】(1)全球气候变暖，气温升高，蒸发加强，土壤表层水分含量下降，导致根系分布较浅的植被（尤其是草本植被）竞争能力下降，灌木侵入扩大；过度放牧可以减少植被覆盖率而增强表面蒸发，土壤表层水分含量下降；土地利用变化（如过度开垦、过度放牧）使地下水位下降，根深植被占优势；放牧牲畜的选择性采食使得部分灌木具有竞争优势。
(2)灌木植物根系吸收深层土壤中的养分，促进其生长；较为高大的树冠捕捉大气尘埃中的养分，随降水滴入树冠下的土壤；灌木植物为鸟类和其他动物提供栖息场所，它们的排泄物增加了土壤的肥力。
(3)加速土壤中水肥的消耗，加速土壤退化；干扰了草原生态系统平衡，减少了生物多样性，进而草原进一步演化为沙漠。
【分析】本大题以半干旱草原的草原灌丛化现象为材料设置试题，涉及自然地理环境的整体性、影响植被的因素等知识点，考查学生对相关知识的掌握程度，获取和解读地理信息、调动和运用地理知识、论证和探讨地理问题的能力，考查区域认知、综合思维等地理学科核心素养。
【详解】（1）半干旱草原的主要植被是草本和灌丛，在草原灌丛化现象中，灌丛获得竞争优势，说明草本植被出现退化，由所学知识可知，半干旱地区，影响植被生长的主要因素是水分；草本植被根系较浅，灌丛植被根系较深。由材料可知，草原灌丛化的主要因素是气候变化和长期放牧等人类活动。全球气候变暖，气温升高，蒸发加强，土壤表层水分含量下降，导致根系分布较浅的植被（尤其是草本植被）竞争能力下降，灌木侵入扩大并逐渐获得优势；过度放牧可以减少植被覆盖率而增强表面蒸发，土壤表层水分含量下降，影响根系分布较浅的草本植被生长，灌木生长受影响小并逐渐获得优势；土地利用变化（如过度开垦、过度放牧）使地下水位下降，根深植被占优势；因灌木叶片较硬，放牧牲畜选择性采食草本植物，使得草本植物数量减少，部分灌木具有竞争优势。
（2）由材料可知，“沃岛效应”主要指的是灌丛植物聚集土壤养分。灌丛植物根系可以吸收深层土壤中的养分，并促进自身的生长；灌木植物生长后，较为高大的树冠可以捕捉大气尘埃中的养分，即通过滞尘作用将尘埃吸附在树冠和叶片中，随降水滴入树冠下的土壤；灌木植物较为高大，地上部分生物量较多，可为鸟类和其他动物提供栖息场所，鸟类和其他动物的排泄物可以增加土壤肥力。
（3）“沃岛效应”促进草原荒漠化，即引发了部分草原向沙漠演替的现象，可由所学自然地理环境的整体性，从水分、土壤肥力变差，生物多样性降低等角度进行分析。“沃岛效应”中，灌木植物增多，会加剧土壤中水肥的消耗，加剧土壤退化；由于草本植物减少，灌木植物增多，干扰了草原生态系统平衡，减少了生物多样性，进而草原进一步演化成沙漠。
6．（22-23高三下·宁夏银川·阶段练习）[地理——选修6：环境保护]
在半干旱草原系统中，由于气候变化和人类活动影响，特别是长期放牧的双重影响，使得灌木植物在草原分布的密度增加，形成草原灌丛化现象。灌木植物通过改变土壤结构、土壤湿度和小气候，在灌丛附近堆积着比周围地表更肥沃的土壤。这种灌木植被聚集土壤养分的现象，被称为“沃岛效应”。由于灌丛化草原和“沃岛效应”的发展，引发了部分草原向沙漠演替的现象，加剧了草原的沙漠化。
试分析草原灌丛化现象过程中灌丛获得竞争优势的原因。
【答案】半干旱地区，植物主要通过对水分的竞争获得生存空间；全球气候变暖，气温升高，蒸发加强，土壤表层水分含量下降，导致根系分布较浅的植被（尤其是草本植被）竞争能力下降，灌木侵入扩大；过度放牧可以减少植被覆盖率而增强表面蒸发，土壤表层水分含量下降；土地利用变化（如过度开垦、过度放牧）使地下水位下降，根深植被占优势；放牧牲畜的选择性采食使得部分灌木具有竞争优势。
【分析】本题以半干旱草原系统为材料，设置试题，涉及土地退化等相关知识点，考查学生获取和解读地理信息、调动和运用地理知识解决问题的能力，体现人地协调观、区域认知、综合思维的学科素养。
【详解】半干旱地区，由于水资源短缺，植物主要通过对水分的竞争获得生存空间；随着全球气候变暖，半干旱草原地区气温升高，土壤表层水分因蒸发加剧，导致水分含量下降，草本植被因根系分布较浅，植被竞争能力下降；根系分布较深的灌木侵入扩大；不合了的人类活动，如长期放牧或过度放牧，是地表植被覆盖率下降，土壤表面蒸发加剧，土壤表层水分含量下降；如过度开垦、过度放牧等人类活动带来土地利用类型发生变化，使地下水位下降，灌木类的根深植被占优势；放牧牲畜的选择性采食使得草本植被减少，部分灌木具有竞争优势等。
7．（23-24高一下·湖北·阶段练习）阅读图文材料，回答下列问题。
荒漠地区的植被以旱生的灌木为主，具有耐长期干旱的形态和结构，例如梭梭依靠嫩枝进行光合作用，当气温过高时，梭梭嫩枝会自动脱落，同时关闭气孔。灌木植物通过改变土壤结构、土壤温度和小气候，将营养物质集中在自己身边，对养分的分布和循环产生影响，称之为“沃岛效应”。下图示意“沃岛效应”现象景观图。
(1)请从适应干旱方面推测灌木植被的典型特征。
(2)试从土壤组成角度，分析灌木植物是如何改良土壤的。
(3)调查发现，随着气候变化，在荒漠地区灌木比草本植物的竞争优势更加明显，请解释其原因。
【答案】(1)疏松的木质部可以储存更多的水；叶片退化，嫩枝会自动脱落，同时关闭气孔，减少蒸 腾；根系发达，能从更深更广的地下吸收水分。
(2)灌丛截留降水，冠下遮阴减少蒸发，土壤水分含量高于周边；降风滞尘，补充土壤矿物质；灌木植物为鸟类和其他动物提供栖息场所，它们的排泄物及 灌丛凋落物增加土壤有机质。
(3)灌木比草本植物高大，在争夺阳光中具有优势；全球气候变暖，蒸发加剧，荒漠地区表 层水分含量下降，灌木根系比草本发达，竞争能力更强；灌木树冠，防风固沙能力更强。
【分析】本题以荒漠草原的旱生灌木特征以及灌木植物的“沃岛效应”为材料设置问题，主要考查植被的特征、自然环境的整体性相关知识，考查学生综合分析地理问题，调取相关知识的能力。
【详解】（1）根据材料，“荒漠地区的植被以旱生的灌木为主，具有耐长期干旱的形态和结构，例如梭梭依靠嫩枝进行光合作用，当气温过高时，梭梭嫩枝会自动脱落，同时关闭气孔。”关闭气孔，减少蒸腾，更加适应干旱。根据图示，疏松的木质可以储存更多的水分。旱生灌木为获取更深更广的水分，根系发育发达，适应干旱的气候特征。
（2）土壤组成，主要有有机物、腐殖质、矿物质、母质、母岩组成。由材料可知，“沃岛效应”主要指的是灌丛植物聚集土壤养分。灌丛植物根系可以吸收深层土壤中的养分，并促进自身的生长；根据图示，灌木植物生长后，有较为高大的树冠，可以捕捉大气尘埃中的养分，即通过滞尘作用将尘埃吸附在树冠和叶片中，随降水滴入树冠下的土壤；灌木植物较为高大，地上部分生物量较多，可为鸟类和其他动物提供栖息场所，鸟类和其他动物的排泄物可以增加土壤有机质。
（3）由所学知识可知，半干旱地区，影响植被生长的主要因素是水分；草本植被根系较浅，灌丛植被根系较深。全球气候变暖，气温升高，蒸发加强，土壤表层水分含量下降，导致根系分布较浅的植被，尤其草本植被竞争能力下降，灌木侵入扩大并逐渐获得优势。根据图示，灌木树冠比草本植物更为茂盛，争夺阳光更有优势，防风固沙能力更强，竞争优势更强。