喀斯特石漠化无土或极少土石质生境植物适应机理研究

Carbonate rock outcrop area reached 1.3 million km2 in China, which account for about 13.54% of china's total territory. There are many plants which can grow well in a soil-less or minimal soil rocky habitats (here referred to as rocky habitats, the same below) in karst Rocky desertification area. However, the studies of plant adaptation in such habitat have not been conducted. Study on plant adaptation mechanism in rocky habitats will provide theoretical basis for "soil less culture" in karst area. It also explores a new way for vegetation restoration and the comprehensive management in karst rocky desertification area. In this study,based on the connotation of the rocky habitats and standard samples of rock being selected, space structure and mechanical property of the rock will be studied, basic types will be divided and the characteristics of habitats will be revealed from the angle of Architecture and Rockmass Mechanics. The study of matrix quality indoor and outdoor tests and the evaluation on the ability of habitat to support plant growth will be carried out. On this basis, taking water and nutrient resources as the main line, choosing typical rocky habitat types, plant functional traits, physiological ecology, resistance, community characteristics, water and nutrient migration will be studied, which concluded plant adaptation and strategy, evaluation of the adaptive capacity of the plant. Finally after comprehensive analysis the mechanism of plant adapted to rocky habitats will be revealed.

中国碳酸盐岩出露面积达130万km2，约占国土总面积的13.54%，在喀斯特石漠化区有许多植物能够良好地生长在无土或极少土石质生境（以下简称石质生境）中，然而针对该类生境的植物适应性研究尚未开展。对石质生境开展植物适应机理研究，将为喀斯特“无土栽培”思想提供理论依据，也为喀斯特石漠化区植被恢复及综合治理探索新途径。本研究通过对石质生境内涵的确定并选定标准样岩，从建筑学和岩力学的角度对该类岩石进行空间形态结构与力学性质研究，揭示该生境特征，划分基本类型，并以室内外试验进行基质质量研究，评价生境供给植物生长的能力。在此基础上以水养资源为主线，选择典型石质生境类型，对植物功能性状、生理生态、抗逆性、群落特征、水养运移规律等进行研究，得出植物的适应方式与策略，评价植物的适应能力。最后综合分析揭示出石质生境植物适应机理。

2018年《中国岩溶地区石漠化状况公报》显示：石漠化由2005年12.96万km2变为2016年10.08万km2，成效佳但多数仅转为潜在石漠化、反弹大、局部仍严峻；石漠化好转仍以粗放式造林等为主，基础研究不足。因此对石漠化无土或极少土石质生境植物适应机理研究意义重大。主要内容及成果：.石质生境特征:生境由具有一定空间形态结构的碳酸盐岩体作为骨架，内部由节理、孔裂隙等复杂空间网络构成，且镶嵌一种或多种介质组成的植物所需的基质，介质为土壤、枯落物、碎石等，根系沿有水养赋存的基质及空间网络生长；岩性不同空间形态结构、力学特性也不同，基于3种典型岩性基质、物理参数、空间形态等将生境分为11种类型；按理化性质基质分为4大类19小类，类型不同基质组成、水养、微生物等不同。.植物功能性状、生理生态适应性：根系、叶片等功能性状对石质生境的适应性表现为普适性或选择性。C4植物对石质生境的生理生态适应性高，对钙镁元素适应性表现出多途径特征。植物多样性、蒸腾速率、碳氮含量、水分亏缺等生理生态适应性差异明显，空间网络发达的白云质砂岩和不发达的石灰岩适应性较差，居中的白云岩较好。.水碳循环、养分运移规律：生境空间网络湿度>73.90%，利于根系生长，水分利用效率针叶树、灌木、C4植物高，白云质砂岩生境亦高；C循环、枯落物分解规律与常态地貌一致，但基质无明显垂直特征，不同基质有机碳周转速率差异明显；N、P、K因物种、生境不同循环速率不同，且低于常态地貌和喀斯特次生林。.植物适应机理：适应性系统由石质生境、自然环境、社会环境、植物4个子系统构成，子系统间相互作用；驱动力为植物的水养需求；石质生境为主因，其岩石空间网络为关键因素，决定生境基质、水养含量等；自然社会环境为次因，主要包括降雨、温度、光照、灾害、习俗、经济等共同影响生境，但内部生境质量由空间网络决定；植物对不同生境有不同适应策略，并反作用于外部环境。