沙障作用下植被空间格局及其形成机制

Spatial pattern of vegetation is the result of combined interaction of its own biological characteristics and environmental factors, which is one of the main hotspots of ecology research. Study of the spatial pattern of vegetation under the action of sand barriers could help to reveal the mechanism of vegetation restoration in the sand barriers. The traditional Salix Mongolica barriers and new type of biodegradable fiber sandbags barriers will be selected as the research materials, and the vegetation, propagule, wind-sand activity and soil will be selected as the objects of study. Taking migratory dune as control, through the combination of field investigation, wind tunnel simulation and laboratory analysis, the spatial pattern of vegetation growth and seed distribution and the environmental variation characteristics of wind-sand activity and soil chemical and physical properties under the action of sand barriers of different materials, different display years and different display positions will be studied. Analyze the coupling relationship between the spatial pattern of vegetation and quicksand environmental variation to determine the main factors that significantly affect the vegetation restoration in the sand barriers and to reveal the influence and mechanism of sand barriers on the spatial pattern of vegetation. Compare the mechanism difference of the sand barriers of 2 different materials. All the research work mentioned above will help to provide theoretical basis for quicksand environment improvement and vegetation restoration, which will also help to provide scientific theory reference for the selection of sand barrier materials, display position of sand barriers, the selection of vegetation species and configuration from the point of reasonably intervene and accelerate the process of vegetation restoration.

植被空间格局是植物生物学特性与环境因素相互作用的结果，是生态学研究的主要热点之一。研究沙障作用下的植被空间格局，有助于揭示沙障内植被恢复的形成机理。本研究以内蒙古鄂尔多斯库布齐沙漠设置的传统沙柳沙障及新型可降解纤维沙袋沙障为研究材料，以沙障内的植物、植物繁殖体、风沙活动、土壤为研究对象，通过野外观测、风洞模拟及室内分析测定相结合的方法，以流动沙丘为对照，研究2种材料、不同年限、不同部位沙障设置后植物生长、种子分布的植被空间格局特征及沙障条件下导致的风沙活动、土壤理化特性等环境变异特征，定量分析植被空间格局与流沙环境变异的耦合关系，探明显著影响障内植被恢复的主要因子，揭示沙障对植被空间格局的影响及机制，比较2种材料沙障的作用机制差异，以期为沙丘流沙环境改良与植被恢复提供理论依据，并从加速、合理干预调控植被恢复的角度，为沙障的设置类型、部位及防风固沙植物种的选择、配置等提供科学理论参考。

植被空间格局是植物生物学特性与环境因素相互作用的结果。研究沙障作用下的植被空间格局及形成机制，有助于揭示沙障内植被恢复机理。本研究以沙柳沙障及生物降解聚乳酸（PLA）沙袋沙障为研究对象，系统研究了不同类型沙障作用下植被空间格局特征与风沙活动、土壤理化特性等环境变异特征及影响机制。结果表明：（1）沙障的设置能够显著促进沙区植被恢复，且迎风坡下部及中部的植被恢复效果（植被密度、覆盖度、多样性）优于上部；设障初期，PLA沙障优于沙柳沙障；障内植被生长对障体有明显依附作用，PLA沙障集中于障内下风向的迎风及顺风边障体，沙柳沙障则集中于上风向的迎风边及下风向的顺风边；障格中心不利于植被生长；PLA沙障内植被空间格局在小尺度表现为聚集分布，随尺度增大逐渐转变为均匀分布至随机分布；沙柳沙障一直表现为随机分布；（2）2种沙障均能显著改变风速流场及地表蚀积状况、影响土壤微环境，但在设障初期及障内各点位的作用规律有所差异。风速在两种沙障内均具有2个增加区和2个减弱区，但分布位置不同；沙柳沙障地表蚀积呈现中心点风蚀、四周边角积沙的特点；PLA沙障内部能够形成稳定光滑的凹曲面，贴地性好、不易发生掏蚀，防护时效长；蚀积强度随设障规格变化差异较大，但基本呈现障体四周边角积沙的特点；2种沙障均增加0-10cm土层含水量、土壤硬度，改变土壤温度分布，提高土壤中沙、粗沙与极细沙含量、有机质、全氮、磷、钾等养分含量及土壤酶活性、土壤细菌丰富度与多样性，但降低了碱解氮含量，且PLA沙障土壤pH值不同于沙柳沙障，表现为逐年减少；（3）因子分析显示，风力及其作用下的流场分布、土壤蚀积状况、土壤硬度、0-10cm及0-20cm土壤水分是促进土壤障内植被恢复的关键因素，原因在于2种障体材料自身特性及障体断面形状与结构的不同导致防风固沙作用机制不同进而影响植被空间格局形成。研究成果将为流沙治理沙障类型、适宜区域、部位的合理选择与运用，人工造林种草加速植被快速恢复提供科学参考。