《Journal of Zoological and Botanical Gardens》：Beyond Barren Land: Establishing Gypsum Botanical Gardens as a Successful Tool for Conservation and Ecosystem Restoration
Juan Francisco Mota,
Francisco López-de-Haro,
Fabián Martínez-Hernández,
Esteban Salmerón-Sánchez,
Antonio Jesús Mendoza-Fernández,
Francisco Javier Pérez-García,
Federico Carlos Escudero-Clares,
Paula Mota-Merlo,
María Jesús Fernández-Cobo and
Encarna Merlo
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本文介绍并评估了一种仿生协议，用于在西班牙东南部伊比利亚半岛建立两个石膏植物园（一个在大学园区，一个在采矿特许区），以履行保护、研究、教育和展示四大功能。其设计仿生了自然石膏区的植物群落（Gypsophiletalia灌丛）和土壤特性，并创新性地将石膏采矿的研磨废弃物（fines）用作主要基质来创建人工石膏土（Gypsisols）。研究表明，该策略成功复制了自然石膏土的关键化学特性，并证明这种“双模型”（学术/工业）是保护石膏生物多样性、提升社会对这类极端生态系统价值的有效且高度可见的策略。
1. 引言
现代植物园是保护、研究、教育和娱乐的重要场所。然而，重建具有极端土壤条件的栖息地，例如伊比利亚石膏草原（欧盟优先栖息地1520），因石膏土（Gypsisols）严苛的物理化学限制而面临巨大挑战。石膏植被是“嗜土性”（edaphism）的典型代表，石膏嗜好性（gypsophily）是植物与含石膏土壤紧密联系的体现。最主要的植被类型是Gypsophiletalia灌丛。尽管其保护地位在欧盟被认为“不利-不足”，但这类生态系统是全球生物多样性的重要庇护所。公众受“亲水性”和“亲植性”偏见影响，常低估这些看似荒芜的栖息地，因此亟需通过教育策略提升公众认知。
本研究旨在提出一种创建植物园的协议，在欧洲最干旱的地区——西班牙东南部伊比利亚半岛，重建典型的石膏露头植被，并整合到两种不同的社会背景中：学术的（阿尔梅里亚大学，UAL）和工业的（Los Yesares采矿特许区）。研究采用仿生方法，重点关注石膏生态系统中优势维管植物的特征及其土壤特性。与此主目标相关联的次要目标，是展示石膏植物园的建立如何服务于四大基本功能：科学研究、保护、教育和社会/娱乐。
2. 材料与方法
两个花园的建立特别关注其地理位置，以确保研究人员和公众的可达性，同时保证重建栖息地的代表性。阿尔梅里亚大学（UAL）石膏花园建于2016年，位于校园内，占地605平方米。Los Yesares花园建于2021年，位于欧洲最大、可能是全球产量最高的石膏矿入口处，面积超过3240平方米，可被视为一处原位植物园。
2.1. 研究区域
两个花园参考了阿尔梅里亚省东、西两个石膏露头复合体。两者均位于极端干旱的东南伊比利亚半岛，具有明确的花卉和生物地理特征。优势土壤是普通石膏土（haplic gypsisols），具有高钙含量、高盐基浓度和偏碱性pH值（7.5–7.9）。干旱是植被最关键的决定因素。
2.2. 石膏土或石膏土
创建石膏花园的一个关键方面是地面的准备和这类土壤的复制。为了实现这一目标，研究重复利用了石膏采矿的废弃物，特别是研磨碎屑（fines，几乎为纯石膏），作为主要基质来创建人工石膏土。研究人员从每个花园采集了五个表层土壤样本（0-15厘米深度），分析了pH值、电导率（EC）、总有机碳（TOC）、总氮（N）、碳酸盐、石膏百分比以及关键元素（Ca, K, Mg, Na, P, S, Sr）含量。结果与自然石膏土文献数据及团队之前的样本进行了比较。
2.3. 植物区系与植被组成
花园旨在复制的两个石膏露头复合体的主要植物物种已有详细记载。石膏地区由植被镶嵌体组成，但最广泛的植被类型无疑是石膏灌丛，以小型灌木如Gypsophila struthium和Helianthemum squamatum为优势种。由于这些露头特征鲜明且植被多样，它们被欧盟视为优先栖息地。
2.4. 石膏植物区系与石膏嗜好性
创建重现石膏生态系统的植物园并非易事，不仅需要选择应被代表的物种，还需要复制能够承载它们的土壤类型及其基本理化特性。这方面的信息，尤其是后者，非常稀缺。
2.5. 统计分析
为检验UAL花园（UAL_G）、Los Yesares花园（LY_G）土壤与自然石膏灌丛土壤（GYPSO等）在特性上是否存在显著差异，研究进行了单因素方差分析（ANOVA）等统计检验，并使用Games-Howell事后检验进行多重比较，同时计算了效应量（ω2）。
3. 结果与讨论
3.1. UAL花园描述
UAL石膏花园占地605平方米，设计包含了阿尔梅里亚省东、西两个生物地理区的典型灌丛。为了重现植物生长的基质，需要降低校园土壤的盐分条件，因为真正的石膏植物不耐高盐度。研究通过在区域上铺撒不同质地的石膏研磨废弃物碎屑来打破土壤毛细管作用，并区分了东、西两个生物地理环境。土壤分析显示，UAL_G的石膏平均含量最高（接近60%），显著高于LY_G和自然灌丛土壤（GYPSO）。其pH值与GYPSO有显著差异，但其他组间无显著区别。在电导率、总有机碳和碳氮比（C/N）上，人工花园和采石场土壤（LY_G, UAL_G, Q）与未受干扰的灌丛土壤（M_GS, GYPSO）形成鲜明对比，后者值更高。碳含量也存在类似区分。磷（P）被确定为石膏植物生长的最关键限制元素，灌丛土壤的磷含量显著高于人工环境。UAL_G的钙（Ca）和硫（S）含量显著低于其他组，而镁（Mg）含量在GYPSO中最高。钠（Na）在所有组中均质。尽管存在差异，主成分分析（PCA）显示，即使UAL_G的变异也仍在Gypsophiletalia灌丛土壤的整体变异范围内。
3.2. Los Yesares花园描述
Los Yesares花园位于世界上最主要的石膏露头之一——索尔巴斯石膏喀斯特自然公园内。与UAL花园不同，其原始土壤条件更有利。为了复现当地石膏土的特性（包括颜色），原始土壤也被石膏碎屑覆盖。花园设计呈椭圆形，保留了既有的橄榄树，并以此为中心布置了同心圆种植带。花园内设有物种解说面板。种植使用了一年生幼苗，并配备了简易滴灌系统。分析表明，LY_G土壤在大多数参数上与自然石膏土难以区分，其复制策略更为成功。
关于植物园的四大功能，保护功能显而易见：两个花园都维持了受威胁物种的种群，这些物种开花结果，其种子已被用于补充GERMHUAL种子库。Los Yesares花园还成功实施了受威胁物种Narcissus tortifolius鳞茎的迁地保护。研究功能通过物种移植实验、植物寿命观察以及生物土壤结皮（BSC）和内生微生物（endoliths）的研究得到体现，后者还可作为火星环境的陆地类比。在教育和公众意识方面，两个花园都通过科学周、导游参观、国际研讨会接待等活动，有效提升了对石膏生态系统的认知和评价。作为展示中心，花园展示了典型的石膏维管植物、BSC，并计划展示内生微生物。在保护方面，花园不仅提供了种子资源，在极端干旱年份更为重要，还能帮助控制种子捕食者，提高稀有物种（如Ononis tridentata）的种子产量。
4. 结论与未来展望
人工花园土壤与自然石膏灌丛土壤的比较分析表明，土壤复制策略部分成功，基本复制了矿物地球化学特征，但未能复制土壤成熟度相关的参数，如有机碳和总磷。然而，即使未受干扰的石膏土这些参数值也非常低。最佳策略是在非限制性土壤上覆盖石膏碎屑（如Los Yesares花园），这能生成与典型石膏土难以区分的基质。该协议还将采矿废弃物转化为有用的基质。
然而，这些实验花园的有限规模（特别是UAL花园约600平方米）使它们面临严重的生态脆弱性，如强烈的边缘效应和对干扰的高度敏感性。这突显了从微型样地向大规模修复区过渡、并获得长期稳定资金支持的必要性。
试验表明，这两个石膏植物园成功履行了四大经典功能，并增加了第五项功能：在气候危机时期为生态修复供应种子。因此，它们是协调资源开采与生物多样性保护的有效工具。花园内受威胁的石膏物种种群在十年间大多保持存活，仅管理不善导致部分种群减少。
尽管关于生物土壤结皮（BSC）和内生微生物的迁地保护研究尚处早期，但这些空间为创新实验提供了良机。特别是内生微生物，作为这些生态系统的“第三层”生物组分，在生态修复和天体生物学中具有重要意义，但长期被忽视。
这些空间也是开展公众宣传和教育活动的宝贵机会。未来工作包括引入更多一年生物种、优化BSC移植策略、将内生微生物纳入展示和公众科学活动，以及加强与教育机构和旅游实体的合作，将花园访问整合到课程和旅游项目中。
尽管前路漫长，但这些花园代表了一个成功的模式，应在其他拥有高地生物多样性的石膏矿区推广。它们传递了一个强有力的信息：正如古代花园象征战胜干旱，这些石膏花园旨在唤醒现代社会——干旱环境中蕴藏着非凡的生物多样性价值，值得保护。
