东北草原退化生态系统恢复过程的自组织机理研究

在东北天然羊草草甸放牧退化生态系统的天然恢复演替系列和人工模拟恢复演替系列，以生态系统组分中的植物为主要研究对象，开展植物个体、种群、群落和土壤动物、微生物等多生物层次与环境关系的综合研究。包括从逆境酶生理及表观遗传学来研究优良耐盐碱牧草的抗逆性及对环境变化的生理适应机理；恢复过程中主要组分植物与植物之间、植物与土壤动物和微生物之间诸种群和功能群的时空动态；随着演替进程和环境变化植物种内种间的有性繁殖和营养繁殖策略；不同植物种群在环境变化过程中的数量调节机理和协同消长规律；恢复过程中优势植物种群的生产力、繁殖力及生长与物质分配策略；恢复过程中群落物种的优势度、生态结构及其多样性格局的变化；恢复演替系列种子库、种子流、芽库芽流动态；恢复过程中各生物层次界面整合作用的定量刻画等。开辟恢复生态学与复杂性科学交叉与综合性研究的新途径，补充恢复生态学基础理论，创建自组织生态系统定量分析的新方法。

东北和内蒙古东部草原退化所带来的负生态效应，严重地威胁着当地的农牧业生产和人民的生活，已成为亟待解决的区域性环境问题和农牧业持续发展问题。以退化草原为研究对象开展恢复生态学基础理论研究，既是重要的生态学问题，也可为退化草地的恢复和重建提供科学依据。本项目在东北天然羊草草甸放牧退化生态系统的天然恢复演替系列和人工模拟恢复演替系列，开展植物个体、种群、群落和土壤微生物等多生物层次与环境关系的综合研究。包括恢复过程中主要组分植物与植物之间的时空动态；植物种内种间的有性繁殖和营养繁殖策略调节；不同植物种群在环境变化过程中的协同消长规律；恢复过程中优势植物种群的生产力、繁殖力及生长与物质分配策略；恢复过程中群落物种多样性格局的变化；恢复演替系列种子库、芽库动态及其定量刻画等。获得主要成就如下：揭示了在东北退化草地自然恢复演替过程中全叶马兰和羊草种群的相互消长规律，提出了演替中羊草种群具有以根茎繁殖和生长季初期冬性分株生长优势而最终取胜的生物学特性，以及全叶马兰优势种群被羊草种群替代后，将长期维持其在群落的伴生种地位等重要结论，首次将统计模型用于演替过程种群替代和共存的解释，丰富了恢复演替理论与研究方法。揭示了随着生境破碎化，由羊草群落向盐生植物群落退化过程中,有70%以上的种类消失；在演替系列中，群落物种丰富度越高,受生境破碎化的影响越大。提出并验证了以生长型适应指数作为生态幅的衡量指标, 以最小斑块距离来反映植物的扩散和定居过程。不仅提供了小尺度上物种多度–分布正相关的证据, 也提供了一个新的研究思路。揭示了在东北天然盐碱化羊草草甸分离出AM真菌4属11种。提出了土壤pH是抑制羊草群落AM 真菌的物种丰富度主要因子。发现了AM真菌可以显著降低羊草幼苗的盐胁迫效应。揭示了羊草芽库存量均以恢复演替系列1明显小于系列2和3，但均具有相同的增长型年龄结构。恢复演替系列土壤种子库共有24种植物，隶属于10科20属。各月份羊草群落种子库多样性的Shannon-Wiener指数始终大于全叶马兰群落。发表相关论文37篇。其中，7篇被SCI收录。获得了1项发明专利“一种修复退化草地的方法”。本项目研究中培养13名研究生，4人已获得博士学位，9人已获得硕士学位。