鄂尔多斯高原灌丛化草地恢复过程与机制

Ordos plateau is one of the main desertified areas in China. With aim to clarify the argument whether grassland encroached seriously by shrub could be restored naturally, ecological processes of soil and plant communities during the restoring process of grassland encroached by Artemisia shrub was analyzed, based on field observation on soil water, nutrient and mechanical component, plant communities component and structure, above and under ground biomass, ecophysiological characteristics, as well as analysis on relationship among precipitation, soil water, soil mechanical property, micro-landform and shrub encroachment in 20 years closed sample site and some sites of abandoned cropland within 5-10 years in Ordos plateau. By control experiment of soil water, soil mechanical property, shrub removal, the driving mechanism for dynamic of grassland encroached by Artemisia shrub is going to be analyzed. The competition between Artemisia and Stippa species is going to be studied by greenhouse experiment. Finally, we intended to clarify occurring and restoring process of grassland encroached by Artemesia shrub, to clarify the mechanism that Artemisia species replaced by Stippa species, and to clarify whether grassland encroached by Artemisia shrub could restore naturally, and in which kind of environmental conditions it could be restored.Therefore, to help pursuit sustainable development of huge grassland in China.

鄂尔多斯高原是我国土地荒漠化发生中心之一。针对国际上关于严重灌丛化草地能否自然恢复的争论，以我们在鄂尔多斯高原油蒿灌丛草地20年的围封观察样地及5-10年弃耕地观察样地为基础，通过野外不同层次土壤水分、养分、质地，植物群落组成与结构、地上与地下生物量、群落生理生态特征的连续观察，以及区域降水、土壤水分、土壤物理特征、微地貌特征与草地灌丛化关系的分析，研究油蒿灌丛草地恢复过程中土壤与植物群落的生态过程。通过控制土壤水分、改变土质、去除灌木等野外实验，研究油蒿灌丛草地动态的驱动机理。通过油蒿与本氏针茅竞争的室内控制实验，研究油蒿与本氏针茅的竞争格局与消长动态。最终阐明油蒿灌丛草地发生与恢复的生态过程，以及油蒿与本氏针茅的替代机制，澄清油蒿灌丛草地能否恢复，以及在哪种生境条件下可以恢复的问题，为实现我国草地资源的可持续利用奠定重要的科学基础。

草地过牧后导致灌丛化是全球干旱、半干旱区草地退化的普遍现象。鄂尔多斯高原为典型的灌丛化草地，停止干扰后灌丛化草地能否自然恢复尚不明确，因此，以鄂尔多斯高原为研究对象，有助于阐明草地灌丛化的过程和机理。. 主要研究内容包括：1）油蒿灌丛化草地恢复的土壤—植物相互作用；2）油蒿灌丛化草地动态驱动机理的实验研究；3）油蒿与本氏针茅的竞争格局与消长动态；4）水分、土壤物理特征区域分异规律、区域环境变化及人类活动与油蒿灌丛化草地动态关系的研究。. 通过研究获得以下主要进展和科学数据：1）发现灌草植物更新方式是决定灌丛化草地动态的关键因子。沙米、籽蒿、油蒿种子萌发不需要光照，本氏针茅在光照下才能较好萌发。因而随着由流动沙地到固定沙地草地灌丛化程度的逐渐降低，沙埋产生黑暗环境的可能性降低，植被逐渐由以沙米占优势的流动沙地、以籽蒿占优势的半流动沙地、以油蒿为主的固定沙地向以本氏针茅为主的固定沙地演替。2）阐明了土壤和植物相互作用对灌丛化草地动态的影响。在停止或大幅度降低人为干扰后，由于冬春季大风天气以及植物对风沙的阻挡作用，黏粒物质在灌丛周围积累，土壤表层黏粒物质增加，使得降雨分配土壤表层化，表层土壤水分增加，中层和深层水分降低，有利于浅根系的本氏针茅群落构建；植被组成发生显著变化，油蒿等半灌木和灌木生物量逐渐降低，本氏针茅生物量逐渐增加，油蒿灌丛化草地逐渐恢复为以本氏针茅为主的草地。这些认识有利于更加准确理解灌丛化草地土壤与植物的相互作用，为灌丛化草地能否恢复提供了新的认识。取得鄂尔多斯高原灌丛化草地野外观察等关键数据，收集了系统的油蒿灌丛化草地围封后的植被、土壤、气象等长期观察数据、不同弃耕年限硬梁和软梁弃耕农田的植被和土壤观察数据、本氏针茅向油蒿群落过渡自然梯度下的植被和土壤观察数据，为研究鄂尔多斯高原及类似地区植被与土壤互馈机制，更好理解草地灌丛化的过程和机制提供了重要资料。