干旱沙区固沙灌木对生物土壤结皮形成和发育的影响

Biological soil crusts (BSCs), an ecosystem engineer for linking biotic and abiotic factors, is one of the most important landscapes and surface living coverage of desert ecosystem. The vegetation landscape in the water-limited desert is charactered by mosaic distributions of vascular plants and BSCs. There is a close relationship between BSCs and vascular plants, which have an direct and indirect effect on the formation and development of BSCs by themselves and changed microhabitat. Therefore, more deep studies are needed to quantify the direct and indirect effects of vascular plants, particularly sand-fixed shrubs, on the formation and development of BSCs. It is essential to fully understand the pattern and process of desert ecosystem. In this project, we will continually investigate the dynamics of shrubs growth, process of formation and development of BSCs and changes of microhabitat conditions (i.e. soil physical and chemical properties, microclimate characteristics and canopy interception of dustfall and rainfall by sand-fixed shrubs) since the early stage of sand-sixed shrubs in a new site established in 2010 and an older site established in 1990 with samilar vegetation types and arrangements, aiming to quantify the direct and indirect effects of sand-fixed plants on the formation and development of BSCs and explore the mechanism of vascular vegetation influence on the formation and development of BSCs. The results will provide scientific evidence for the mangement, protection and restoration of desert ecosytem.

生物土壤结皮（BSCs）作为联系生物与非生物因素之间的“生态系统工程师”，是荒漠生态系统的重要组成和地表活体覆盖。维管束植被和BSCs的镶嵌分布是水分受限荒漠植被景观的显著特征。维管束植物不但直接影响到BSCs，而且通过改变微生境间接影响BSCs的形成和发育。然而，定量评估固沙灌木对BSCs形成、发育直接和间接影响的研究仍然不足。量化并解释固沙灌木对BSCs形成和发育的直接和间接贡献，是全面理解荒漠生态系统格局和过程的重要前提。本项目将在2010年建立的固沙植被区，连续定位监测灌木和BSCs的生长动态及微生境特征（土壤环境、微气候和降尘、降水截留），结合对老固沙区（1990年建立）相同类型样地灌木、BSCs及微生境的研究，量化固沙灌木对BSCs形成和发育的直接和间接贡献，探讨固沙灌木对BSCs形成和发育的影响机理。研究结果将为荒漠生态系统管理、保护和恢复提供科学依据。

生物土壤结皮（BSCs）作为联系生物与非生物因素之间的“生态系统工程师”，是荒漠生态系统的重要组成和地表活体覆盖。维管束植被和BSCs的镶嵌分布是水分受限荒漠植被景观的显著特征。维管束植物不但直接影响到BSCs，而且通过改变微生境间接影响BSCs的形成和发育。然而，定量评估固沙灌木对BSCs形成、发育直接和间接影响的研究仍然缺乏。.2013-2018年，在沙坡头国家站2010年建立固沙区的点状油蒿、带状油蒿、点状柠条、带状柠条、点状混林、带状混林以及未栽植灌木的样地开展研究。每块样地分别监测BSCs盖度和类型、灌木属性和微环境（包括穿透雨、降尘截留、风蚀强度、土壤水分和土壤理化属性）。研究结果表明，带状油蒿和带状柠条样地藻类结皮拓殖速度最快，2016年盖度超过了65.0%，2017年盖度超过80.0%。点状格局植被样地中藻类结皮拓殖较缓慢，但是经过6年的拓殖，其盖度与带状植被格局中藻类结皮的盖度差异未达到显著水平。株高、新枝长、冠幅、体积和投影面积等灌木属性以及风蚀强度和土壤含水量微生境属性显著影响BSCs拓殖。逐步回归分析结果表明，株高解释了25.4%的变异，增加土壤含水量变量解释度增加至35.4%，增加盖度变量解释度增加至41.4%，增加冠幅变量解释度增加至46.6%，增加穿透雨变量解释度增加至50.5%。株高、盖度和冠幅对BSCs盖度的贡献率分别为49.9%、11.9%和10.3%；土壤含水量和穿透雨对BSC盖度的贡献率分别为19.9%和7.8%。固沙灌木和微生境对BSCs盖度的累积贡献率分别为72.3%和27.7%。本研究结果启发我们，在BSCs恢复实践中，优先选择带状方式种植植物；同时，对BSCs的管理应以调控生物因素为主。本项目对固沙灌木属性和微生境属性对BSCs拓殖贡献的量化，不仅是干旱区生态学和恢复生态学研究内容的重要补充，同时也为荒漠生态系统中BSCs的保护、恢复和管理提供重要科学依据。