大气--沙土界面动态过程对沙柳沙障耐蚀性的强化机制

Salix Sand Barrier has significant ecological effects as one of the main sand control engineering measures in northwest China. In addition, a large number of previous studies proved that Salix Sand Barrier can reduce wind speed of the near surface, promote and accelerate the process of vegetation restoration, so as to effectively improve the local micro-environment. Our previous studies indicated that Salix Sand Barrier in laying 3-5 years could produce different degrees of lodging in the field, which led to the ecological benefits were limited. The main reason of lodging is affected by the severe environment in sandy, such as deterioration and corruption phenomenon caused by atmospheric exposure and stable sand bury respectively. It is worth noting that the atmosphere-sand dynamic interface is special, the comprehensive resistance does not change regularity, but it is significantly better than those of atmospheric exposure and stable sand bury. This project aims to analyze the superposition effect of factors leading to deterioration and corruption phenomenon of the atmospheric exposure and stable sand bury, explore the essence of differentiation phenomenon, and put forward the pretreatment methods of Salix Sand Barrier, so as to make the greatest contribution to the desert prevention.

沙柳沙障是我国西北地区主要治沙措施之一，研究证明流动沙丘上铺设沙柳沙障能够有效改善沙丘微环境，促进并加快植被恢复进程。沙柳沙障铺设3-5年后，沙障出现倒伏破损现象，使沙障的防风固沙作用受到影响。研究发现，沙障上部的暴露大气段与下部的稳定沙埋段分别产生严重的劣化和腐化现象，其抗折强度明显降低，但沙障中部的大气--沙土动态界面段表现异常，其抗折强度明显优于上下两部分。本项目通过研究沙柳沙障障体在暴露环境中的劣化作用、沙埋环境下的腐化作用和交替环境条件下多因素叠加的促进或抑制作用过程，揭示沙柳沙障大气--沙土动态界面段的耐蚀强化机理，提出增强沙柳沙障抗蚀性的理论。从而为延长沙柳沙障使用寿命，降低流沙固定成本，可持续性的改善我国西北地区生态环境提供理论支撑。

本项目对内蒙古库布齐沙漠沙柳沙障的障体与周际土壤的作用机制进行了研究，通过野外观测和室内模拟试验的方法，明晰降解过程中障体结构和性能的变化规律；分析影响沙柳沙障降解过程中障体与周际土壤环境间的主要驱动因子，结合真菌群落的物种组成及多样性特征探讨沙柳沙障真菌群落分布格局的微环境作用，并在此基础上对沙柳沙障真菌群落的功能进行了预测。研究结果表明：暴露时间5年和7年是衡量沙柳机械沙障降解、腐朽程度的重要时间节点。暴露大气段沙柳机械沙障的防护性能发生劣化主要受到水分和太阳光中紫外光的共同影响，稳定沙埋段沙柳沙障障体由外向内逐层腐朽，导管及薄壁细胞等组织均发生破碎和变形，导致细胞组织溃缩瓦解。沙柳沙障水分流失、化学成分的损失、化学基团的变化及内部解剖构造的变化导致其结构和性能的改变，引起了周际土壤水分和土壤pH降低，障体降解程度越严重，障体含水率越高，其周际土壤含水率越低；降解过程中沙柳沙障周际土壤的水分和养分变化特征对沙丘坡位均有不同程度的响应，坡位间差异较小。稳定沙埋部沙柳沙障共注释到真菌6门21纲54目110科177属438个OTUs的物种信息，子囊菌门（Ascomycota）、担子菌门（Basidiomycota）为真菌群落优势门；真菌物种数量和群落多样性的分布规律受到沙障障体微环境中众多因子的综合影响，木质素、基本密度和体积干缩率是影响沙柳沙障沙埋部真菌群落分布的主要因子。通过采集受真菌侵染严重的沙埋部障体分离出的五种木腐真菌，经分子生物学鉴定发现对纤维素分解能力最强的是高山被孢霉（Mortierella alpina），木质素分解能力最强的是茄病镰刀菌（Fusarium solani）。沙柳沙障真菌群落包括病理营养型、腐生营养型和共生营养型三大类营养模式。病理-腐生型、病理-腐生-共生型、腐生-共生型、病理-共生型四种混合营养模式，共包括12个单一生态功能群和33个混合生态功能群；不同铺设年限沙柳沙障真菌生态功能差异性较大，坡位变化对沙柳沙障真菌群落生态功能影响较小。