[00115795]衰败梭梭林下土壤结皮发育对黄花补血草种子萌发和种群发育的影响研究

1.项目来源与背景 项目“衰败梭梭林下土壤结皮发育对黄花补血草种子萌发和种群发育的影响研究”是国家自然科学基金委2016年下达的国家地区基金项目,项目编号：31660124,承担单位：甘肃省治沙研究所,执行期限：2017.01-2020.12。 2.研究目的与意义 由于民勤荒漠地区人工梭梭林的衰败,导致防风固沙林结构简化、林下植被退化、沙地活化等一系列现象,是防沙治沙领域的难点问题之一。但在梭梭林下土壤结皮发育区域黄花补血草种群呈现逐年扩散的势态,并与土壤结皮的发育具有较高的关联性,对梭梭林下植被生态修复和防沙治沙具有重要的利用价值,但土壤结皮发育对其土壤种子萌发和种群发育的影响机理尚不清楚。 本项目以民勤衰败梭梭林下土壤结皮发育的关键阶段（无结皮发育的沙地、土壤物理结皮发育的沙地、土壤生物结皮发育的沙地）的黄花补血草种群为研究对象,通过野外调查、定位实验观测和控制实验,研究土壤结皮发育对土壤水分动态、降水入渗、土壤种子萌发、种群发育、土壤结皮捕获种子能力及土壤种子库特征,揭示梭梭林下土壤结皮发育与黄花补血草种群发育的相互作用机理,探索种群人工促进技术和灌、草（梭梭+黄花补血草）结合防风固沙模式,为干旱荒漠区衰败梭梭林植被生态修复和防沙治沙提供科学依据。 3.主要论点与论据 （1）梭梭林下土壤结皮的发育对降水的截留作用和蓄积作用逐渐增强（土壤结皮层最大含水率分别为2.3%,3.8%,7.8%）,同时限制了降水在深层土壤中的入渗率,但在限制深层土壤水分蒸发方面具有积极的作用。 （2）梭梭林下土壤结皮的发育改善了土壤结皮层水土条件和地表稳定性,并增加了土壤种子基数,有利于黄花补血草土壤种子萌发（土壤种子萌发密度分别为0.28,3.66,6.91株/m2）,而模拟降水可有效改善浅层土壤水分条件,为土壤种子萌发提供了有利条件（土壤种子萌发密度分别为（5.81,90.13,33.12株/m2）。 （3）土壤结皮的发育对黄花补血草种群密度具有显著的促进作用（分别为0.94,11.07,8.00株/m2）,对个体发育具有显著抑制作用,植株小型化发育,但对种群发育具有显著的促进作用（种群盖度分别为13.33%,23.26%,19.57%）,通过增加种群密度提高群体效应,弥补了个体小型化发育的缺陷。 （4）随着土壤结皮的发育,黄花补血草资源配置在个体水平上有利于根系的发育,提高植株生存能力（根系占总资源的17-20%）,在种群水平上利用群体效应增加种群的生殖资源配置（花占总资源的25%）。个体和种群在生殖对策和生存对策上互相补充,是适应土壤结皮发育所导致的土壤干旱的主要机理之一。其生殖枝既是营养组织又是生殖组织,是一种高效的资源配置模式（生殖枝占总资源的50%）,根系和花之间在权衡关系。 （5）土壤结皮发育过程中种群分布格局均为集群分布,集群程度呈现逐渐增强（分别为3.45,16.53,37.60）。土壤结皮的发育促进了黄花补血草种群的定居和分布,种群密度大,且相对稳定。 4.创见与创新 1）揭示民勤荒漠区衰败梭梭林下了土壤结皮的发育与黄花补血草种群发育之间的相互作用机理。 2)探索衰败梭梭林下黄花补血草种群人工促进技术,提出灌、草（梭梭+黄花补血草）结合的防沙治沙模式。 5.社会经济效益和存在的问题 项目属于基础理论研究,其价值主要体现在生态领域,在改善林分结构、防风固沙效能、植被生态修复方面具有重要的利用价值。但也存在以下问题： （1）黄花补血草属于浅根性物种,通过利用天然降水就能完成土壤种子萌发和种群更新,但在荒漠地区植被生态修复方面没有引起足够的重视,建议在梭梭生物治沙工程中,配套采用黄花补血草进行地被植被建设,形成稳定的灌、草相结合的治沙模式加以推广。 （2）黄花补血草种群仅属于狭域性种群,野生种质资源储存量极其有限,通过种群的自然扩散达到荒漠草地生态修复效果是极其漫长的过程。因此建议加强种质资源库建设,通过人工培育获得大量优质种质资源,通过撒播种子加速荒漠草地灌、草结合模式的植被建设进程,提高时效性和规模化。 6.历年获奖情况 无 7.成果简介 通过衰败梭梭林下土壤结皮的发育对降水入渗、土壤水分动态、土壤种子萌发、种群发育格局、种群分布格局、资源配置等影响的研究,掌握了土壤结皮发育对黄花补血草土壤种子萌发和种群发育的作用机理。梭梭林下土壤结皮的发育提高了黄花补血草土壤种子库的丰富度,限制了降水的深层入渗,但有效改善土壤结皮层土壤水分和地表稳定性,为土壤种子萌发提供了物质基础和环境条件。而土壤结皮的发育对深层土壤水分的减持作用逐渐加强,显著影响了种群发育的数量特征,在个体水平上植株小型化发育,但在种群水平上通过种群密度和种群盖度逐渐增大,弥补个提升至资源配置减少的缺陷。个体和种群在生存和生殖对策方面相互补充,从而形成稳定的灌、草（梭梭+黄花补血草）结合的防沙治沙模式。该研究成果在干旱荒漠区梭梭林分结构改良和荒漠草地生态修复方面具有重要的指导意义。