贵州石漠化功能灌木群繁殖行为与种群自组织更新响应机制

Function shrub community is irreplaceable plant populations in re-vegetation of degraded ecosystems, and the behavioral performance of plant-environment response is important aspects of self-restoring ecosystems and maintaining ecosystems stability. The research object is function shrub populations and corresponding degraded ecosystems of rocky desertification in rocky desertification area of Guizhou. The key of the research was soil seed bank, water use efficiency of seed, seed types, niche resource spectrum of seed diffusion and settle, seeding bank by field investigation, the fixed-point observation and experimental research methods, and its aim was to clarify the contribution functional shrub community sexual reproduction to population regeneration and its environmental fitness. The other key of the research was clonal architecture，clonal pattern and foraging behavior by control experiments, and its aim was to clarify the occupy the strategy of asexual reproduction on homogeneous, heterogeneous habitats.Based on the above, the research was to comprehensively study on cooperativity of functional shrub community reproductive strategies and rocky desertification, reveal the mechanism of the shrub populations self-organization in response to rocky desertification. It will provide a scientific basis for vegetation conservation and rocky desertification control in rocky desertification region.

功能灌木群是石漠化生态系统植被恢复中不可替代的植物群，其对环境响应表现的行为性，是退化生态系统自我恢复、保持系统稳定的重要方面。项目以贵州典型石漠化地区分布的特征功能灌木群及相应石漠化生态系统为对象，采取野外调查、定点观测和试验研究等方法研究土壤种子库、种子水分利用效率、种子类型的生态位资源谱及种子苗库特征，阐明灌木群有性繁殖对种群更新的贡献及其种群的拓展潜力；采用控制实验与模拟研究无性繁殖体的克隆生长构型、克隆格局和其对异质性资源的觅食行为，阐明灌木群无性繁殖对石漠化均质、异质生境的利用和占据策略；综合分析石漠化功能灌木群繁殖行为响应石漠化强度的协同性，揭示其更新响应的自组织机制，为石漠化地区植被恢复与治理提供科学依据。

项目在全面考察贵州典型石漠化区灌木群的基础上，通过系统调查石漠化特征灌木群有性繁殖、石漠化生境土壤种子库、无性繁殖体等繁殖特征研究，结合控制实验，探讨了石漠化特征灌木群繁殖行为响应石漠化环境的协同性，揭示其更新响应的自组织机制。主要研究成果：石漠化过程中灌木物种的组成变化表现出共性灌木群和小生境特性灌木组成的特点。土壤种子库中种子数量较多，草本居多，集中分布在15cm的表层土壤内，且与石漠化程度和地上植被相关；石漠化区灌木果实高峰出现在雨季末和旱季早期(9–11月)，果实特征适合相关动物传播（以食果鸟兽共同扩散的核果、坚果和荚果种类最多）；研究区 41种灌木中，火棘、坡柳、川榛、白刺花、刺槐等34 种具有无性繁殖的萌生现象，易形成较大丛状分布种群的小果蔷薇、火棘、红叶木姜子、紫茎泽兰等可能具有克隆繁殖特征；这表明石漠化区特征灌木果实类型与种子扩散及营养繁殖行为具较强的石漠化生境协同性。通过控制实验分析了白刺花、胡枝子、刺槐、马桑、火棘等特征灌木种子萌发过程对水分利用效率的响应：刺槐和胡枝子属于水分敏感性植物，种子萌发在相对较短的时间内完成，对喀斯特石漠化地区植物稳定具有重要作用；白刺花、火棘和马桑属于水分迟钝性植物，种子不会为了响应一次降雨条件而全部萌发；通过PEG干旱胁迫模拟，对白刺花、胡枝子、刺槐、马桑和火棘种子萌发过程中SOD、POD、CAT和GR进行分析，说明5种植物在种子萌发过程中可以通过抗氧化酶系统的调控表达来抵御或减少干旱环境所造成的伤害；这表明了石漠化特征灌木种子萌发行为在适应生存环境中水分因子的自组织性。在石漠化环境中，因为降雨冲刷和水土的移动性，种子时常处于土埋和暴漏的异质环境中，对白刺花、胡枝子、刺槐、马桑和火棘种子埋藏实验表明石漠化特征灌木种子萌发在适应生存环境中土壤生境的协同性。从整个研究结果表明石漠化特征灌木群生活史对策具有适应石漠化生存环境的自组织性。