黄土丘陵沟壑区脆弱生境土壤-植被协同恢复效应与机理

Soil-vegetation collaborative recovery was the basic approach for realize sustainable recovery and self-sustaining under fragile environment. This project as soil-vegetation the research object and soil-vegetation-microbial collaborative recovery as perspective, using RS & GIS, DCA analysis, quantitative classification and ordination and high throughput sequencing method, launching systematic study of collaborative recovery and mechanism among soil, vegetation and microbial. Through three different vegetation construction partition function for the space surveillance area under MU US desert (sand fixation), loess gully region(soil and water conservation) and Huang Longshan area(water conservation), as Yulin, Ansai, Ziwuling Mountains, analysis soil environmental factors, soil microbial, vegetation ecological physiological characteristics in the regional space, the change of ecological succession and their mutual feedback relation. The purpose was to reveal vegetation restoration and soil quality improvement of synergy and coupling mechanism, and set up the quantitative evaluation under soil-vegetation collaborative recovery mode. It is important to improve the rehabilitation and reconstruction of ecological environment efficiency and provide technical and scientific basis under fragile environment in Loess Hilly-Gully Region and similar region.

土壤–植被协同恢复是脆弱生态环境快速实现自我维持与可持续恢复的根本。本项目拟以土壤–植被系统为研究对象，以“土壤–植被–微生物”协同恢复为视角，整合遥感与GIS、除趋势对应分析 (DCA)、数量分类与排序、高通量测序等技术，系统开展黄土丘陵沟壑区脆弱生境土壤–植被协同恢复效应与机理研究。通过以北部毛乌素沙地沟壑区（防风固沙）、东部黄土丘陵区（水土保持）及南部黄龙山林区（涵养水源）3个不同植被功能建设分区为空间监测区，以榆林、安塞、子午岭3地为不同土壤–植被协同恢复演替的定位观测点，分析不同土壤–植被协同恢复模式下土壤因子、土壤微生物群落及植被生态生理特征在区域空间和生态演替上的变化效应与互馈关系，以揭示植被恢复与土壤质量提升的协同效应与耦合机制，并研究建立土壤-植被协同恢复模式生态效应的量化评价体系，以期为提高黄土丘陵沟壑区脆弱生境及全国类似区域生态环境的修复与重建效率提供技术与科学依据。

在植被恢复过程中，研究植被与土壤的协同恢复是理解脆弱生态系统自我维持能力的根本。鉴于此，本项目以“植被-土壤-微生物”的协同恢复为视角，整合遥感与GIS以及高通量测序等技术，系统开展黄土丘陵沟壑区脆弱生境土壤–植被协同恢复效应与机理研究。通过以榆林、安塞、子午岭为不同土壤–植被协同恢复演替的定位观测点，分析不同土壤–植被协同恢复模式下土壤因子、土壤微生物群落及植被生态生理特征在区域空间和生态演替上的变化效应与互馈关系，以揭示植被恢复与土壤质量提升的协同效应与耦合机制，取得如下结果：.（1）三个区域人工刺槐有56种植物共2548株/从，而油松有62种植物共1281株/从，从子午岭向榆阳区过渡，人工刺槐和油松林下群落物种种类和数量逐渐减少，而其稳定性随降雨量的减少呈先增加后降低的趋势。.（2）植被恢复显著增加了地表植被覆盖、枯落物归还和物种多样性，并促进了土壤有机碳、全氮和全磷等养分积累，酶活性增加，微生物量增加和物理状况改善；此外，与耕地相比植被恢复地显著减少了地表径流量和侵蚀量。.（3）植被恢复后植被-土壤C、N、P含量明显增加，其对应的C:N、C:P和N:P化学计量比在不同植被类型和恢复年限上也表现不同，尤其是N:P比指示植被恢复后土壤元素限制状况。.（4）从榆林沙地区到富县次生林区，土壤微生物alpha多样性显著增加，且在三个地区之间微生物beta多样性差异显著。另外，在区域尺度上，细菌群落中的Proteobacteria、Actinobacteria、Nitrospirae、Bacteroidetes以及真菌群落中的Ascomycota、Basidiomycota差异显著，揭示土壤微生物群落的地理分布格局。.(5) 植被恢复后土壤微生物丰度和多样性显著提高，群落组成和能量代谢在不同植被类型和恢复年限间存在差异，并且与植被-土壤C:N:P化学计量比值密切相关，尤其是N:P比和C:P比。.以上研究成果从区域空间及植被演替时间序列上，研究黄土丘陵沟壑区脆弱生境土壤-植被协同恢复的效应与机制，以期为修复和重建区域脆弱生态环境的土壤-植被协同恢复配置模式选择和优化提供科学依据。