基于系统发育与功能性状的受损富磷山地植被恢复过程研究及群落配置优化

The largest geological phosphorus-rich mountains in the world located in southwest China. Therein, human activities such as mining have resulted in serious vegetation and soil degradation. However, the existing recovery strategies are not ideal, lack of quantitative methods and forecasting approaches. Understanding the natural law of succession, discussing the corresponding vegetation and soil restoration strategy, and then establishing regarding restoration model, has become the important demand of regional ecological security. Firstly this project is based on the theory of plant function and phylogeny, and combined with the infrared spectrum detection technology developed by ourselves, to study the vegetation restoration dynamics and community assembly in phosphate mining wasteland and nearby damaged phosphorus-rich mountain in Dianchi basin, Yunnan province, China. Secondly we improve regarding functional trait model, focusing on the restoration of functional diversity and soil quality (Structure, moisture, nutrients, and microorganisms), to address the questions: what types of plants are suitable for growth in damaged phosphorus-rich mountains? And what are the restorative effects of different plant groups? This project will provide the basis for ecological restoration of phosphorus-rich mountain system, and extend the knowledge on plant functional traits and phylogeny research.

全球一半以上的磷矿石出自中国西南，露天开采等人类活动导致了严重的植被和土壤退化，威胁区域生态安全。磷素过量势必“烧苗”，影响到当地的植被恢复。目前对于"富磷—植被"的响应关系还不清楚，传统方法更是缺乏有效的预测和量化手段。本项目基于系统发育和植物功能性状理论，以滇中磷矿开采废弃地及周边受损富磷山地为研究对象，结合实地调查和20余年的前期基础，借助大数据的手段，研究土壤富磷胁迫对于群落动态和自然恢复的影响，聚焦于功能多样性和土壤质量（结构、水分、养分、微生物）的改善，结合自行开发的光谱技术，利用目前流行的最大熵模型（Traitspace）探讨以下问题：受损富磷山地适合生长什么植物？不同的植物类群，有怎样的恢复效应？进而用于植被恢复方案的优化。本项目将为富磷山地系统生态恢复提供依据，也是植物功能性状和系统发育相关研究的重要扩充。

世界上面积最大的地质富磷山地分布在中国西南，剧烈的人类活动导致了严重的植被和土壤退化，威胁到区域生态安全。本项目基于系统发育和植物功能性状理论，调查了退化富磷山地植物群落的恢复过程和演替动态，分析了根际微生物的组成及其功能群变化，研究了恢复过程中植物功能性状和系统发育特征及其与复垦模式和立地环境因子的响应关系。结果表明：（1）退化富磷山地土壤碳氮缺乏，总磷含量高且变异大（mean=13.39g/kg，CV=107.6%）。（2）水稳定性团聚体与土壤碳氮正相关，与土壤磷、土壤镉和土壤氟显著负相关;土壤抗侵蚀系数K，随着自然恢复时间的推进而显著增加，但是在人工恢复群落，后期恢复效果并不理想。（3）土壤理化性质、恢复模式和恢复时间可以解释富磷山地自然恢复群落结构38.5%的变化，可以解释其84.3%的功能多样性变化；土壤特征变化对于植物系统发育多样性的影响较弱，恢复恢复模式和恢复时间是关键驱动因子（56.8%）。（4）系统发育信号方面，随着土壤碳氮的增加，系统发育信号呈现收敛趋势，但当土壤氮高于一定阈值后，其随机化效应反而出现增强；功能性状也存在类似的单峰趋势。（5）根际细菌和真菌的优势属为Rehsiella (14.2%)和根腐菌(13.2%)，随着恢复模式和用地类型的变化际微生物组成将发生显著改变；土壤含水率和土层厚度与微生物丰富度正相关，但土壤磷含量与微生物结构功能之间关系并不显著。（6）土壤碳氮及其养分比例对于植物性状特征及系统发育信号的影响最大，伴随着上述指标的变化，叶片干物质量、叶片水势、植株高度、叶片钾含量、叶片磷含量和比根长等性状参数显著变化。（7）基于情景分析，选择复垦植物种时，在恢复早期，应适当增加植物的高度，增加叶片干物质量，降低叶片水势；在恢复后期，需要配置叶片干物质量相对较低、水势较高、株高稍矮、比根长较大的植物，此类配置将有助于碳氮在退化富磷山地系统中的积累。本研究为理解退化地质富磷山地群落特征及其组配原理丰富了知识，有助于露天磷矿废弃地的复垦实践。