黄土丘陵沟壑区植物间正相互作用对坡面植被格局的影响

The vegetation pattern on hillslope is an important factor that affects soil erosion. It forms due to both effects of plant interactions and soil erosion. However, in the hill-gully Loess Plateau region, there is lack of study on the positive plant interactions and how do they affect vegetation restoration and formation of vegetation pattern. In this program, the representative communities will be used as study target and methodology belonging to soil erosion, vegetation ecology, geostatistics will be used to accomplish the filed survey, sample collection and data analysis. A range of plots distributed along the precipitation gradient and microenvironment gradient caused by landform will be selected and studied. Then, species co-occurrence index, relative interaction index, interaction importance index will be analyzed to reveal the plant-plant interaction characteristics at different environmental stress gradient. The approach of positive plant interaction will be revealed based on the research on the soil characteristics, microclimate, soil seed bank and seedling dynamics under facilitation plant canopy and in the compared open area. The relative coordinate of each plant in the plot will be record in order to analyze vegetation pattern. Then based on the correlation analysis, regression analysis, relationship among the plant interaction (intensity and impotence) and species composition, species diversity, spatial pattern will be studied to reveal the influence of plant interaction on the vegetation pattern. This study will provide theoretical foundation for the prediction of community palatial pattern formation and development tendency during the abandoned slopeland vegetation succession, and for the application of plant positive interaction in vegetation restoration practice.

坡面植被格局是影响土壤侵蚀的重要因素，其形成受到植物间相互作用及土壤侵蚀干扰的共同作用。关于黄土丘陵沟壑区半干旱侵蚀环境下植物间正相互作用特征及其对植被格局形成的影响还缺乏深入研究。本项目以退耕地典型群落为研究对象，运用土壤侵蚀、植被生态、地统计学等学科的理论与方法，通过系列样地植被调查，应用物种共存指数、物种相互作用强度指数、相互作用重要性指数，探明不同环境胁迫梯度上植物间的相互作用关系；通过冠层下与裸地斑块的微生境、土壤种子库、幼苗建植特征的调查，揭示侵蚀环境下植物间正相互作用的主要作用途径；通过样方内每株植物相对坐标的调查，应用地统计学方法，分析植被格局；通过相关分析、回归分析等，探讨植物间正相互作用与群落物种多样性和植被格局的关系。本研究为预测退耕地植物演替进程中不同生境植被空间格局形成过程与发展趋势，以及实践中如何应用植物间正相互作用促进植被恢复提供理论依据。

坡面植被格局是影响土壤侵蚀的重要因素，其形成受到植物间相互作用及土壤侵蚀干扰的共同作用。目前，大多研究关注于植被格局对坡面侵蚀过程的影响，但是，关于侵蚀环境下植被格局的形成和维持机制还缺乏深入的研究。本研究以延河流域不同生境典型群落：狼牙刺群落、白羊草群落和铁杆蒿群落，为研究对象，从南到北依据降雨梯度选取了3个小流域，并在其中选择代表性样地，通过群落地上植被样带调查，结合共存指数C-score分析，明确植物相互作用关系；灌草丛斑块和裸地斑块微生境、植物组成、地上生物量、土壤种子库、幼苗库等调查、采样，从灌草丛斑块对微生境改善、土壤种子库保存、幼苗更新、物种多样性、地上生物量等方面揭示植物间正相互作用的作用途径、作用强度及对植被斑块化格局的影响。研究结果显示，以优势物种为中心的灌草丛斑块能够显著提高土壤有机碳，土壤全氮，土壤铵态氮、硝态氮含量及土壤酶活性，增加水稳性团聚体含量，降低土壤容重，改善了微环境。同时，灌草丛斑块能够增加土壤种子库的物种丰富度与密度。通过幼苗调查发现，灌草丛斑块中幼苗密度和物种丰富度及多样性均高于裸地斑块，灌草丛斑块使有效种子库保存和有利微生境结合，促进了幼苗更新与存活。结合Null模型对物种共存指数C-score分析，发现研究区各群落物种间均表现出积极的相互作用。研究区降雨梯度变化不大，通过不同微生境物种数量、生物量的交互作用指数（RⅡ），重要性指数（Iimp）分析可以看出在物种数量方面不同梯度上均表层出较低的交互作用指数值，而在生物量方面在表现出随降水量减少，交互作用指数，重要性指数均有降低的趋势。本研究结果表明研究区植物间的正相互作用在坡面植被斑块化格局维持与发展中起到重要作用，对评估植被格局发展及其水土保持效应具有重要意义。同时，认识植物相互作用随环境梯度的变化，对全面评估气候变化背景下植物相互作用对生物多样性以及群落生产力与稳定性的影响等方面具有重要科学意义。