藏北高寒草地土壤种子库与植物多样性的关联及对草地恢复的作用机制

Soil seed bank is an ecological legancy after either natural or human disturbances. The size of soil seed bank and seed compostion of divers species in this bank closely relate with the restoration of degraded or destroyed grassland communities. However, the specific role and the relative importance of climatic variables and soil properties as well as land use change remain unclear for soil seed bank of alpine grasslands on the northern Tibetan Plateau. In this project, we plan to carry out field surveys at 18 grazing vs. fencing paired sites which are across alpine meadow, steppe, desert-steppe on the northern Tibetan Platea where are evidient climatic gradents and varing stocking rates. In this study, we will focues on (1) the difference in seed bank between grazing and fenced sites, (2) the realtionship between seed bank composition and aboveground plant diversity across alpine grassland types and land use along environmental gradients, (3) the mechanisms underlying the relative contribution of seed bank to the restoring evolution of degraded alpine grasslands by fencing. To conclude, we expect to support policy-making on ecological restoration and sustainable management for alpine grasslands on the Tibetan Plateau.

西藏高寒草地生态系统退化形势严峻。土壤种子库是影响地上植被恢复限制或决定性因子。然而，气候条件、土壤性质以及土地利用方式对藏北高寒草地土壤种子库的相对影响和作用机制仍缺乏深入的研究。本项目依托藏北高寒草地样带，以涵盖高寒草甸、高寒草原、和荒漠草原等3大地带性草地类型区的18对围栏封育-自由放牧配对样地为基地，通过围栏封育内外样地地上物种多样性与地下种子库及其组成的对比监测，从土壤种子库与地上植物多样性耦合关联性的角度揭示退化高寒草地恢复演替对围栏封育的响应过程和空间格局；辨识和评估气候、土壤、草地管理（放牧vs.围封）对地上物种多样性、地下种子库组成多样性及其两者耦合关系的相对影响，为理解和掌握高寒退化草地恢复进程中，土壤种子库对生物和非生物驱动力及其对地上植被恢复演替的作用机理，最终为藏北高寒草地生态恢复和适应性管理提供决策依据。

在西藏高寒牧区普遍推行退牧还草工程及天然草原保护奖励政策的背景下，对围栏禁牧生态效益的评估，从繁殖更新角度，特别是土壤种子库及其影响因素等方面开展相关研究，是高寒草地科学管理的重要组成部分。为此，本研究在藏北样带尺度上，针对高寒草甸、高寒草原、高寒荒漠草原等主要高寒草地类型，研究土壤种子库的物种组成、种子数量以及与相应植被的关联特征，进一步辨识区域气候、土壤立地条件、放牧与禁牧等要素及其交互作用对土壤种子库规模的影响。研究发现：在藏北样带尺度上，高寒草甸、高寒草原和高寒荒漠草原均存在一定规模的种子库。关于物种构成，整个藏北样带种子库的总物种数约55种，主要集中于禾本科、豆科、菊科、蔷薇科、藜科、龙胆科等科属，其中杂草类占60%以上；具体而言，高寒草原物种数约12个，高寒草甸物种数约8个，高寒荒漠草原物种数约5个。关于种子密度，整个藏北样带种子密度的范围为每平米1500-15000粒，其中，高寒草原种子密度的范围为每平米9000-15000粒，高寒草甸种子密度的范围为每平米4500-6000粒，高寒荒漠草原种子密度的范围为每平米1500-3000粒。在影响因素方面，Spearman相关分析显示，生长季降水量和平均温度、植被物种丰富度和香农多样性指数以及pH、总磷、速效磷、铵态氮、速效钾等与高寒草地的种子库规模显著相关。其中，种子库规模在较大尺度上主要受到水热等气候条件及由水热主导的植被类型等因素驱动。另外，基于物种重要值的群落差异性分析及DCA排序结果显示，围栏禁牧在一定程度上减少了高寒草甸和高寒荒漠草原之间种子库群落构成的差异性；同时，围栏禁牧提高了高寒草甸、高寒草原和高寒荒漠草原的种子密度，其中高寒草甸的提高幅度约15-20%，高寒草原和高寒荒漠草原的提高幅度约30-50%。