石羊河下游荒漠-绿洲过渡带固沙植被退化与土壤演变的数量关系研究

荒漠-绿洲过渡带作为干旱区的重要生态保护屏障，在保障绿洲生态安全和维持绿洲内部稳定中发挥着重要作用。然而，荒漠-绿洲过渡带也是干旱区最脆弱的区域之一，在人为干扰下极易发生植被退化和土地沙漠化，因而成为我国干旱区生态保护与建设的关键区域。本项目以石羊河下游外围荒漠区与尾闾端青土湖为对照，通过对该区域荒漠－绿洲过渡带沙漠化过程固沙植被与土壤特征的统计和空间变异性分析，摸清人为严重干扰下固沙植被、沙地土壤的空间变异及其演变特征，揭示地下水补给与雨养条件下固沙植被与沙地土壤的相互作用关系。基于植物群落格局与土壤特性关系的数量分析，确定影响固沙植被退化过程中群落物种分布的主要土壤环境因子，建立固沙植被群落、物种分布格局与土壤因子的数量关系模型，为内陆河下游人工固沙植被建设以及石羊河流域综合治理国家工程提供理论依据。

根据本项目申请书和计划任务书的要求，完成了规定的石羊河下游荒漠-绿洲过渡带固沙植被的退化演替特征、土壤的演变特征和固沙植被退化与土壤演变的数量关系分析等主要计划内容，同时增加了人工梭梭林和天然白刺灌丛植被演替过程土壤呼吸、土壤种子库特征，人工花棒林退化及油蒿植被恢复过程碳储量变化、土壤种子库特征等研究内容，实现了各项预期目标。研究表明石羊河下游荒漠-绿洲过渡带植被可分为11个植被群丛，其中人工梭梭林、天然白刺灌丛为石羊河下游民勤地区的主要固沙植被，分别占到人工固沙林的82%和天然固沙林的62%，在荒漠-绿洲过渡带区域均出现不同程度退化；人工花棒+油蒿固沙植被空间异质性强于地带性植被，且随演替过程呈现先增强后减弱的趋势。典型固沙植被不同演变阶段间主要土壤环境因子差异显著，其中人工梭梭林40年演替过程中，土壤水分先降低后增大，土壤容重持续降低，土壤粘粒、粉粒、有机质、全氮持续增大；白刺灌丛植被从初始发育、稳定、衰退和严重衰退演替过程中，土壤水分、粘粒与粉粒、有机质和全氮表现为先增大后降低；花棒+油蒿植被演替过程中，土壤容重、沙粒逐渐降低，土壤粉粒、粘粒、孔隙度、有机质、全氮逐渐提高。但是，干旱沙区土壤的形成是相对缓慢的过程，至少需要200年的时间，物理性质恢复比化学性质需要更长的时间。石羊河下游固沙植被土壤种子库以草本植物为主体，与地上植被具有很高的相似性，其中白刺灌丛土壤种子库主要分布于灌丛沙堆。固沙植被恢复过程中，群落内的小环境条件有一定的改善，地面粗糙度增加，植被内近地面风速降低，土壤剪切力增大，输沙量减少，碳固存能力显著提高。白刺灌丛植被土壤呼吸表现为：稳定阶段＞初期发育阶段＞衰退阶段＞严重衰退阶段，迎风坡＞背风坡＞丘间地；梭梭林生长季土壤呼吸表现为：40年>30年>10年>MS>5年。石羊河下游固沙植被与土壤因子之间具有密切的对应关系，其中土壤水分与粒度组成是影响固沙植被物种分布的主要土壤因子，土壤变化既是植被对土壤作用的结果，又反馈于植被的演变。本项目研究摸清人为干扰下固沙植被、土壤的空间变异及其演变特征，揭示了固沙植被与土壤的相互作用关系，确定了影响固沙植被物种分布的主要土壤环境因子，为内陆河下游人工固沙植被建设以及石羊河流域综合治理国家工程提供理论依据；取得甘肃省科技进步二等奖1项；发表论文12篇，申请专利1项，培养硕士4名，培养青年领军人才1人。