三峡库区消落带狗牙根根系功能性状对土壤团聚体稳定性的影响研究

Building the ecological function in drawdown zone would be based on the stability of soil aggregates. Considering water level fluctuation of the Three Gorges Reservoir(TGR), soil environment undergoes cyclic wetting and drying，and soil erosion appears in the drawdown zone due to structure degradation. The key to maintain the stability of soil aggregates is to promote the aggregation of soil particles through the puncture and tangles of the root. Nevertheless, with respect to the special hydrology cycle and the spatial-temporal heterogeneity of soil physical and chemical environment, it is difficult to represent the relationship of plants, the aggregate structure and the stabilization of soil aggregates in the drawdown zone. In this project, we use the root function traits of the constructive species to connect the above-ground plant and under-ground function of soil structure. The mechanism of how root growth characteristics of Cynodon dactylon affect soil aggregates stability in different planting density and submergence periods will be studied by combination of mesocosm plant experiment and in-site experiment. Moreover, population distribution characteristics and the effect of root growth characteristics of Cynodon dactylon population on soil aggregates stability in drawdown zone will be invested in condition of mutual effect of meteorological and hydrological conditions. This project provide theory and application support for the effect of vegetation in side slope to ecosystem function, vegetation construction and the control of soil erosion in WFLZ of TGR.

稳定的土壤团聚体是构建和维持消落带生态功能的基础。三峡水库水位脉动造成消落带土壤经历周期性的干湿交替，使土壤结构体退化，水土流失加剧，消落带植被通过根系的穿插和缠结促进土粒团聚是土壤结构稳定性的关键。三峡水库消落区具有较强的水文周期以及土壤物理化学环境时空异质性，使得“消落带植被-团聚体结构-土壤稳定性”关系不易表征，本项目通过消落带建群种植物根系功能性状将地上植被和地下土壤结构功能相联系，采用实验室控制和原位控制的方法模拟狗牙根根系在不同种群密度和不同水淹周期后对土壤团聚体稳定性的影响机制。基于此，通过三峡水库消落带野外调查，结合统计分析方法，探索气象水文和土壤条件等环境因子交互作用下，狗牙根种群分布特点和根系生长特性，及其对土壤团聚体稳定性的影响。本研究预期能为三峡库区边坡植被对生态系统功能的作用机制、库区消落带植被构建以及和库区水土流失治理提供理论和应用支持。

三峡水库“冬蓄夏排”的运行模式促使消落带土壤经历周期性的干湿交替，其周期性的水位脉动规律以及较强的水淹胁迫异质性，使消落带植物-根系-土壤结构之间的相互关系未得到充分阐明，并且三者间关系在水淹胁迫梯度下的变化过程和机理尚需探索。因此，本研究立足于三峡库区消落带，采用野外观测和控制实验相结合的方法，选取典型支流消落带-白家溪消落带为研究对象，综合利用统计学建模手段，构建在水淹梯度干扰下土壤团聚体稳定性与土壤理化性质、植物群落结构组成和根系特征的定量关系；阐明水位脉动下先锋植物狗牙根群落物种多样性和功能性状对土壤团聚体稳定性的影响；研究根据消落带原位调查结果，设置不同多样性梯度下的狗牙根植物群落控制实验，解析狗牙根及其群落对土壤团聚体稳定性的影响机制。结果表明：（1）消落带植物优势物种分布和群落结构组成沿水位高程变化呈现出明显的成带现象。其中多年生克隆植物狗牙根为其先锋物种，在165 m高程以下成带状分布特点。（2）白家溪消落带不同高程土壤团聚体研究结果显示，团聚体稳定性受周期性水位波动影响强烈，随水位高程增加呈现出不断增加的趋势。（3）野外数据的结构方程模型证实了消落带植物对土壤团聚体稳定性的水淹驱动机制。通过剥离水淹对土壤团聚体结构的直接物理效应，发现水淹影响消落带不同高程优势种群的分布，植物群落物种多样性的增加引起植物根系性状与土壤胶结质分布的改变，能够促进水稳性大团聚体（>2 mm）含量的增加，从而提高土壤团聚体结构的稳定性。（4）通过消落带优势物种的控制实验，进一步揭示狗牙根群落主要通过不同物种之间的生态位互补作用来促进土壤团聚体的稳定。结合消落带强水淹胁迫区优势物种的质量比效应，再次证实了在抗水淹胁迫下先锋植物对土壤结构稳定的突出贡献。研究结果有助于认清消落带植被演替过程中群落结构组成对生态系统功能的影响，对三峡库区水土流失治理和生态系统稳定具有重要的科学意义。