塔克拉玛干沙漠柽柳灌丛沙堆的形成机理及生态学意义研究

"Tamarix package" is a special ecological landscape of Taklamakan desert in Xinjiang. It is impossible to distinguish main stem and lateral branch from Tamarix cone formed year after year, which results in the measurement of Tamarix plant age remaining unresolved. So in this project, we will take Tamarix plant in the lower reaches of Tarim river as research object, determine its age by sediment numbers of Tamarix cone and explore its biological process and formation mechanism. Research works are as follows: By discussing the relationship between climate factors and the main pollen types and pollen assemblages in aeolian sediment of Tamarix cone, climate and environment evolution characteristics will be inverted and environment changes in recent years can be revealed preliminarily, which are good at providing the theoretical basis and reference materials for predicting their influences on Tamarix cone. Through quantitative analysis of the correlation between crystallization degree of assimilation branches, annual ring characteristics, physiological and ecological characteristics and appearance features of nebkhas, stable carbon isotope, we will reveal the coupling between Tamarix cone layers and age and answer whether the crystallization degree of Tamarix stem can be used to judge its age; Soil degradation degree and evolution trend of the region will be explored by research on feedback effects between Tamarisk shrub and Tamarisk nebkhas, including soil nutrients, soil microorganism and AM fungal diversity analysis. It helps to further explore the physiological and ecological mechanism of Tamarix cone layers.

“柽柳包”是新疆塔克拉玛干沙漠特殊的生态景观，无法从其年复一年形成的灌丛沙堆分辨主茎和侧枝，导致测量该流域柽柳植株年龄的问题悬而未决。因此该项目拟通过柽柳灌丛沙堆的沉积层数等来判断柽柳植株的年龄，并探究其形成的生物学过程和形成机理。探讨柽柳沙包剖面风积物中的主要孢粉类型和孢粉组合及其与气候因子的关系，反演塔里木河下游地区的气候、环境演化特征，初步揭示该区域近年来环境变化状况，为认识该区域过去环境变化与未来环境演化对柽柳灌丛成层的影响提供理论基础和参考资料；定量分析柽柳灌丛主茎木材结晶度、年轮生长特征、生理生态特征和灌丛沙堆表观特征、稳定碳同位素之间的相关性，综合分析柽柳灌丛沙堆成层与灌丛年龄的耦合关系，验证柽柳灌丛主茎或者同化枝的结晶程度是否可以作为判断柽柳年龄的佐证；通过柽柳灌丛与灌丛沙堆间的反馈效应研究，揭示塔里木河下游土壤退化程度以及演化趋势，探究柽柳灌丛沙堆形成的生理生态学机制。

柽柳是我国西北干旱区荒漠生态系统主要的优势植物。在柽柳生长的环境中，风沙受到柽柳灌丛的阻挡形成沙堆，反过来沙堆又会促进柽柳生长，经过长期风沙与柽柳的相互作用，最终形成柽柳沙堆，柽柳沙堆中特有的由于风沙与柽柳凋落物所形成的层次构造，称为“柽柳沙堆年层”。 作为研究干旱区环境变化的重要对象之一，柽柳沙堆年层包含了丰富的环境要素。本项目以塔里木河两岸主要建群种之一的柽柳及其沙堆为研究对象，通过对柽柳和柽柳沙堆的物理形态、柽柳沙堆凋落物稳定同位素碳、阳离子、生态化学计量特征以及孢粉与之间的相关分析，结合气象站的气象数据资料，揭示该区域近年来环境变化状况，预测未来环境演化趋势。通过柽柳灌丛与灌丛沙堆间的反馈效应研究，揭示塔里木河下游土壤退化程度以及演化趋势，探究柽柳灌丛沙堆形成的生理生态学机制；为认识该区域过去环境变化、未来环境演化对柽柳灌丛成层的影响提供理论基础和参考资料。本研究发现：1.柽柳沙堆纹层最多为10层，年限为2006年至2015年共计10年。随着柽柳沙堆年层的增加，年层中凋落物δ13C含量呈逐渐下降趋势，且δ13C与碳含量之间呈现负相关关系；柽柳灌丛长轴、短轴、高度、空间占有率以及柽柳沙堆的高度、长度、宽度及空间占有率均呈增大趋势。柽柳灌丛和沙堆的形态参数存在明显相关性，柽柳沙堆能够促进柽柳灌丛的生长，反过来柽柳灌丛的生长也能影响沙堆的扩大，两者之间呈互馈效应。2.四种柽柳沙堆凋落物阳离子含量变化与气温变化之间呈现正相关关系，可以将柽柳沙堆凋落物阳离子含量变化作为气温变化的指示标志之一，用于研究区气温变化。柽柳沙堆凋落物阳离子与地下水之间也存在一定联系。其含量的变化可以反映采样区土壤水质、地下水水位的变化。3.柽柳沙堆凋落物中TOC与TN成正相关的线性关系、C/N与N/P之间呈现高度负相关的线性；柳沙堆凋落物中TOC与TN含量下降， C/N比值升高，反映出环境温度的增加。TOC与TN的含量与温度成负相关的关系，C/N比与温度成正相关的关系。