高寒退化草地主要毒杂草更新特征与机理研究

毒杂草的过度繁衍使西北牧区37.7%的高寒草地发生了"毒杂草型"退化，已经成为影响高寒牧区畜牧业生产和草地生态系统水源涵养功能的生态灾难，治理"毒杂草型"高寒退化草地是当务之急。毒杂草的扩散特征与更新研究是毒杂草控制和退化草地生态系统修复的科学基础。本项目拟以石羊河上游高寒草地为对象，采用室内外实验和模型分析方法，研究不同群落环境中毒杂草的种子雨散布特征、种子库分布格局和持续萌发能力，明晰高寒退化草地毒杂草避免同胞竞争和萌发异型的种子雨散布机制，以及种子库分布格局和萌发安全位机制；通过定位观测，探明生境梯度上毒杂草种群规模、资源配置、幼苗分布格局的变化规律；设置人为干扰实验，结合已有资料探讨毒杂草种群应对放牧干扰和干旱气候节律的种群增长模式和更新机制，阐明毒杂草更新与环境演变、人类干扰的协同性；发现毒杂草种群更新的薄弱环节，为"毒杂草型"高寒退化草地生态系统修复提供理论依据和技术支撑。

毒杂草的过度繁衍使西北牧区37.7%的高寒草地发生了“毒杂草型”退化，已经成为影响高寒牧区畜牧业生产和草地生态系统水源涵养功能的生态灾难，治理“毒杂草型”高寒退化草地是当务之急。毒杂草的扩散特征与更新研究是毒杂草控制和退化草地生态系统修复的科学基础。在野外调查和室内分析的基础上，研究了高寒退化草地狼毒群落种子雨和土壤种子库分布格局及其机理、狼毒种子散布格局及萌发习性、狼毒种群的繁殖分配与繁殖对策、狼毒种群空间格局及种群增长模式、放牧干扰对狼毒群落物种空间格局的影响、甘肃臭草土壤水分及其对种群分布格局的影响等内容。结果表明：①狼毒种子雨散布密度随距离有明显变化，母株基部0.5m区段内种子数量占总数的98%，种子主要以重力散落作用为主；狼毒种子较适宜的萌发温度为30℃恒温或10-30℃变温，萌发率介于11.6-67.2%之间，硬实性是影响其萌发的主要因素。②狼毒群落土壤种子库物种数及其密度均呈现0-5cm>10-15cm>5-10cm土层的分布规律。③高海拔地区，狼毒通过减小个体大小来降低资源消耗，把获取的有限资源分配到繁殖部分，从而达到种群成功繁殖与扩散。④狼毒个体间相互庇护促使狼毒个体数量增加，并通过种内竞争使斑块不断扩张，从而实现了种群扩散，增长的非线性规律符合Logistic模型。⑤狼毒种内、种间合作与竞争机制的相互转变是种群扩散的决定因素，草地退化过程中，狼毒通过同步提升种内、种间竞争强度，优化了草地群落的种群关系。⑥甘肃臭草斑块以“同心圆”的模式向周围土壤水分较高的空间扩散，斑块半径大小由0.5 m扩大至1.5 m。⑦甘肃臭草具有明显的可塑性和较强的环境适应能力，种群对土壤水分具有适应性和反作用的特征，从而实现了对土壤水分资源最大限度的利用，提高了种群在干旱生境中的适应能力和竞争力。研究成果明晰了毒杂草狼毒种群种子散布格局、种子萌发安全机制、主要毒杂草空间格局与扩散途径，以及长期过度放牧状态下毒杂草种群的建植模式，对于进一步探讨退化草地植物应对干扰的适应性策略具有重要意义，可为“毒杂草型”高寒退化草地生态系统修复提供理论依据和技术支撑。在项目资助下，完成论文45篇（刊出42篇），出版专著1部；形成5个代表性成果；申报发明专利3项，授权1项；形成行业标准规范2项，目前正在申报；培养硕士研究生14人；成功申报“甘肃省湿地资源保护与产业开发工程研究中心”。