极旱荒漠区土基材料辅助裸果木保护、繁育及风沙防控机理研究

Gansu Anxi Extra-Arid Desert National Nature Reserve is the only comprehensive nature reserve to protect the extremely arid desert ecosystem and its biodiversity in China. As the rare, endangered and national protected plant, the number of Gymnocarpos przewalskii has been drastically reduced by natural factors and human activities. Therefore, the objective of this study is modification and preparation soil-based materials, based on biomass materials, environment-friendly polymer and so on in the vicinity of National Nature Reserve, for adapt to the local environment by using weak interaction and multilocus polycondensation, which has the capability of sand-fixation, impoundment, water retention, provide nutrients for plants, etc. Take advantage of soil-based materials screen the method of application and technology of sand-fixation, which can assist the protection and breeding of Gymnocarpos przewalskii. The method of this research is exploring the action mechanism of soil-based materials in protection, breeding and sand-fixation of Gymnocarpos przewalskii by observing the physicochemical characteristics of the soil, the plant breeding and other indicators in the habitat of Gymnocarpos przewalskii. A new theoretical support and technical measure for the protection and breeding of Gymnocarpos przewalskii will be build in the arid desert area of Anxi. In addition, this will be provides a new theoretical basis for the construction of ecological security shelter in the desert area of northern of Subei county, Gansu province.

甘肃安西极旱荒漠国家级自然保护区是我国唯一以保护极旱荒漠生态系统及其生物多样性为主的多功能综合性自然保护区。由于极度干旱、风沙流动等自然因素和人为干扰导致珍稀濒危国家1级保护植物裸果木数量锐减。因此，本课题拟以保护区附近的生物质材料、环境友好高分子等为原材料，通过弱相互作用和多位点缩聚，改良制备适用于当地环境，具有固沙、集水、保水，能够为植物提供营养和降低沙面温度变幅的绿色复合固沙土基材料；以土基材料为基础，筛选适用于极旱荒漠区的辅助裸果木保护繁育的施用方法和固沙技术；通过观测土基材料对极旱荒漠区裸果木生境土壤理化特性及其植物繁育等指标的响应，探索土基材料在极旱荒漠区辅助裸果木保护繁育、风沙流动防控的作用机理，构建安西极旱荒漠区裸果木保护繁育新的理论支撑和技术途径，进而为甘肃肃北北部荒漠区生态安全屏障建设提供新的理论依据。

甘肃安西极旱荒漠国家级自然保护区是我国唯一以保护极旱荒漠生态系统及其生物多样性为主的多功能综合性自然保护区。由于极度干旱、风沙流动等自然因素和人为干扰导致珍稀濒危国家1级保护植物裸果木数量锐减。因此，本项目以季节性洪水淤积的淤土、环境友好高分子（氧化淀粉、羧甲基纤维素钠、羟丙基纤维素钠、海藻酸钠和瓜尔胶等）为原料，淤土含有许多金属离子和羟基等反应位点，高分子含有大量羟基和羧基等功能基团，它们之间通过弱相互作用、多位点缩聚及高分子缠绕，按以不同比例配置制备了一系列的土基材料，并对土基材料的性能进行评价优化。通过土基材料使用方法等研究表明：土基材料和组合沙障、季节性水份的补给配施显著的促进了土结皮的形成，改变了极旱荒漠区的风蚀、沙地表面温度可降低3.6-6.8℃、田间持水量提高了1.68-4.58倍，毛管持水量降低0.77倍，饱和含水量提高1.07倍，容重和总孔隙度均降低0.92倍；能够有效保水，蒸发量可降低15-30%，减少年水分损失471.1-942.2mm，相当于年增加了10-20倍的降雨量；3年后，地表土壤组分显著变化，pH 向中性过渡（9.02降至8.79），有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾分别提高2.04倍、1.51倍、1.32倍、1.44倍，1.07倍，3.31倍，1.99倍。通过土壤理化性质的变化显著改善了土壤肥力，显著促进裸果木的保护、繁育。特别是4月上旬的裸果木叶片萌动期，土基材料和粗造度比较大（直径为1m的环形沙障）配施进行水分补给裸果木年平均株高提高1.27倍，年平均盖度提高1.07倍；裸果木新生幼苗可提高11%；亦有驼绒藜（Ceratoides latens）、中亚紫苑木（Asterothamnus centralias）、白沙蒿（Artemisia sphaerocephala）和碱蓬（Suaeda glauca）幼苗生长，其平密度依次为0.20株/m2、0.53株/m2、1.33株/m2和0.27株/m2，明确了土基材料在极旱荒漠区辅助裸果木保护繁育、风沙流动防控的作用机理，构建了安西极旱荒漠区裸果木保护繁育新的理论支撑和技术途径，为甘肃肃北北部荒漠区生态安全屏障建设提供新的理论依据。