温带沙地植被风蚀沙化斑块的自然修复机理研究

Wind erosion is common and serious in the sandland, resulting from the loose soil matrix and strong wind and in destruction of vegetation. Wind has an effect not only on environmental factors, but also directly on plant species and community in the sandland. This research project, with sandland vegetation as research object, aims to analyze abilities of plants to resist wind erosion, and to deepen understanding of plant adaptation strategy to wind erosion, by studying the effects of wind-induced root exposure and wind mechanical stimulation on plant growth in sandland; to determine vegetation resilience threshold in sandland through monitoring the self-recovery process of wind-eroded desertified patches; and to clarify the vegetation recovery mechanism of the patches in sandland, by studying dynamic of the environmental factors in and effects of different vegetation types on the recovery of the patches. This research project can provide a theoretical basis for the recovery of wind-eroded sandy patches in sandland in China，and it is of important significance for the restoration and management of sandland and the maintenance of the grassland ecosystem.

沙地生态系统因其松散的沙基质和常年的强风条件，特别容易形成风蚀沙化斑块。同时，这些风蚀沙化斑块在一定程度上通过植被生长和/或扩展过程而得到自然修复。研究沙地植被风蚀沙化斑块的自然修复机理具有重要的理论和现实意义。强风环境在对沙地生态系统环境因子产生影响的同时，也对沙地植物种和群落产生直接影响。本研究项目拟通过研究风致根系暴露和机械刺激对沙地重要植物种生长的影响，分析不同植物种抵抗风蚀的能力，进而深入理解沙地植物对风蚀胁迫的适应对策；通过对不同面积大小的沙地植被风蚀沙化斑块自然修复过程进行动态监测，探讨沙地植被自然修复的面积临界点；通过研究沙地植被风蚀沙化斑块内环境条件的动态变化和沙地植被类型对风蚀沙化斑块自然修复过程的影响，探讨沙地植被风蚀沙化斑块自然修复的机理。通过本项目的实施，可为沙地植被风蚀沙化斑块的植被修复提供理论基础，对沙地的恢复与治理以及典型草地生态系统的维持具有重要意义。

强风条件和松散的沙基质，使得沙地植被受到外力干扰后往往发生斑块状退化，形成风蚀沙化斑块。本项目研究了沙地植被风蚀沙化斑块的环境特征，以及物种和群落水平上沙地植物对沙地环境的适应性，探讨了沙地植被风蚀沙化斑块的自然恢复能力，提出了相应的风蚀沙化斑块人工辅助修复技术。主要研究结果有：1) 野外监测结果表明沙地植被风蚀斑块内外非生物环境因子存在明显差异。风蚀沙化斑块内土壤温度日变化和年变化更为剧烈，土壤养分更为缺乏；这种差异受斑块大小和土壤深度影响；2) 野外调查结果表明风蚀沙化斑块内土壤种子库和幼苗库密度显著小于斑块外，其分布格局受主风向和斑块大小影响显著；斑块内多年生植物因幼苗无法忍受冬季恶劣条件而无法正常更新；3)监测结果表明沙地植被风蚀沙化斑块具有一定的自我修复能力，油蒿群落中小的斑块(<1*0.5m)可以自我修复，但更大的斑块需要人工辅助措施进行修复；4) 沙障+补充土壤种子库处理处理2年后，风蚀沙化斑块内植被覆盖度提高40%；结皮覆盖处理的防治风沙效果最好，但一定程度上限制了种子萌发和幼苗生长，不利于植被的快速恢复；5) 野外控制实验结果表明，植物会通过减小自身承载压力（降低株高、减少冠幅、减少生物量、减小叶片长度等）、增加自身抗性（基径增大，根长度增加）或改变自身机械性状来应对风胁迫，但不同植物种(油蒿、中间锦鸡儿，刺沙蓬和沙蓬)在响应风因子时所采取的适应策略存在高度的种间特异性；风蚀造成的根系暴露对油蒿和羊柴的生长产生负面影响，随着根系暴露程度增加影响变大；6)沙地植物群落中的建群种在抵抗强风、维持群落稳定中起到重要作用；不同植物种对沙埋的不同适应能力是沙地植物群落遭遇沙埋后维持稳定的重要原因；沙埋显著影响了植物群落地上和地下植物碳密度的分配，并能促使土壤碳由土壤表层向更深层次的土壤中转移。这些研究结果可为沙地植被风蚀沙化斑块的植被修复提供理论基础，对沙地的恢复与治理具有重要实践意义。