黑河中游不同土地利用/覆被下地下生态过程对水文环境变化的响应

在干旱区内陆河流域，地表水文过程与地下生态过程的相互作用决定着绿洲化/荒漠化的进程，但至今尚缺乏对地表水文过程和地下生态过程的耦合研究。本项目以黑河流域中游荒漠绿洲区代表性土地利用/覆被景观类型（天然荒漠草地、天然湿地、人工梭梭灌木林、杨树林、人工草地和灌溉农田）为研究对象，综合应用野外观测、受控实验、微生物分子生态学检测和模拟分析等方法和手段，围绕人类活动导致的土地利用/覆被变化对地表水文-地下生态过程的影响这一核心问题，重点研究不同土地利用/覆被下地表水文环境的演变特征、土壤生物群落及关键功能群组成与多样性对水文环境变化的响应及其演替规律、不同土地利用/覆被类型的碳汇潜力及其变化特征。阐释不同人类活动干扰方式及影响强度下地表水文-地下生态过程的协同演变机理，揭示水分调控下干旱区荒漠化/绿洲化过程的地上地下耦合驱动机制，为荒漠绿洲生态系统的功能、稳定性和健康评价及生态恢复管理提供新思路。

围绕“荒漠绿洲土地利用方式转变对土壤水文过程和地下生态过程的耦合影响及驱动机制”这一核心科学问题，本项目选择黑河中游几种代表性土地利用类型为研究对象，重点开展了以下几方面的研究：⑴不同土地利用方式下土壤水文和理化环境要素的演变特征；⑵不同土地利用方式下地面/土壤节肢动物和土壤微生物群落的演变特征；⑶植被盖度、灌溉和施肥管理对地面/土壤节肢动物群落结构演变的相对贡献；⑷不同生态水文环境因子对地面/土壤节肢动物群落结构演变的相对贡献。项目按计划完成了预定的研究内容，并在以下几方面取得了重要进展，主要包括：⑴将人工绿洲边缘的天然灌丛荒漠草地转变为雨养（无灌溉）人工梭梭灌木林21a后，并未引起土壤水文和理化环境条件及地面/土壤节肢动物和土壤微生物群落组成、数量和多样性的显著变化，表明在干旱荒漠环境下，在无灌溉措施的情况下，单纯改变地表覆被类型并不会对土壤生态水文过程和生物群落过程产生显著影响；相反，将人工绿洲边缘天然灌丛荒漠草地转变为实施灌溉的农田和人工林27–33a后，导致了土壤水文和理化环境条件及地面/土壤节肢动物和土壤微生物群落组成、数量和多样性的显著变化，表明地表覆被变化与灌溉管理相互作用通过改变生境条件驱动了地面/土壤节肢动物和土壤微生物群落的演变。⑵植被盖度、灌溉和施肥管理对地面/土壤节肢动物群落变化的相对贡献不同，灌溉的贡献最大，其次是施肥，植被盖度的贡献最小。这提供了水分是驱动荒漠绿洲地下生态系统过程演变的关键因子的证据，同时建议应该构建以水分管理为导向的绿洲生态系统管理体系。⑶不同生态水文环境因子在地面/土壤节肢动物群落演变过程中的作用不同，地面温度、凋落物量和土壤质地是决定地面节肢动物群落分布的关键因子，而土壤温度、土壤水分和有机质含量是决定土壤节肢动物群落分布的关键因子。⑷地面节肢动物甲虫和蜘蛛、土壤节肢动物甲螨和跳虫、土壤微生物氨氧化细菌和氨氧化古生菌等类群对土地利用变化和土地管理的反应极为敏感，可作为土地利用变化驱动的荒漠绿洲环境变化的指示生物。上述研究成果对于深入认识我国荒漠绿洲生态系统地下生态–水文过程的相互关系及其耦合机制，以及绿洲生态系统的管理有重要的科学意义。在该项目资助下，发表论文9篇，其中SCI收录5篇；培养博士生3名，博士后1名。