宁夏白芨滩自然保护区天然柠条荒漠灌丛种群更新机制研究

Natural desert shrubs dominanted by constructive species of Caragana spp., distributed in central core area of Baijitan National Nature Reserve, is the maximum area of central endemic type in China. In this project, we will focus on natural desert shrubs of Caragana spp. to investigate the ecological process of population regeneration and their cooperative relation among regeneration steps by using classical methods of seed viability determination, analysis of species diversity and modern ecological technologis of seed rain, soil seed bank and analysis on the strategy of reproductive strategy, growth regulation of sprouting, tracing of seed fates, cost-benefit analysis on physiological integration of colonal remats. The spatio-temporal patterns of insect infestation in different levels, effect of seed predation and removal / hoarding by rodents on the composition and diversity of soil seed bank, the habitat preference of seed germination and seedling growth, the sprouting and colonal integration capacity of Caragana shrubs and the nurse effect of their "fertility island effect" on the seedling recruitment will be expounded. Also, we will reveal possible "bottleneck" step of population regeneration of natural desert Caragana shrubs and ecological mechanism to break this regenration "bottleneck". It has important significance for the theoretical research of restoration of degraded vegetation in arid and semi-arid desert steppe area, and has great utilization value for restoration of degraded natural desert steppe of Caragana and afforestation practice of Caragana plantation.

白芨滩国家级自然保护区中部核心区分布的以柠条(Caragana spp.)为建群种的天然柠条荒漠灌丛是全国面积最大和最为集中的特有类型。本项目以天然柠条荒漠灌丛为研究对象，采用种子活力鉴定和物种多样性分析等经典手段和种子雨、种子库及生殖配置策略分析、萌生的生长调控、种子命运跟踪、克隆整合的耗-益分析等现代生态学技术，研究天然柠条荒漠灌丛种群更新的生态学过程和更新环节间的协同关系；阐明不同等级水平上昆虫对种子取食的时空模式、啮齿动物取食和搬运对土壤种子库成分及其多样性的影响、种子萌发和幼苗生长的生境选择、萌生和克隆整合能力及其"沃岛"效应对幼苗增补的"保育"作用，揭示天然柠条荒漠灌丛种群更新过程中可能的"瓶颈"环节和突破这一"瓶颈"的生态学机制。本项目的开展不仅对干旱和半干旱荒漠草原区退化植被恢复的理论研究具有重要意义，而且对退化柠条荒漠草原植被的恢复和人工柠条林的营林实践具重大应用价值。

宁夏白芨滩自然保护区以柠条为建群种的天然柠条荒漠灌丛是全国面积最大和最为集中的特有类型，本项目研究了天然柠条荒漠灌丛种群更新及各环节间的权衡。结果表明：柠条灌丛种群幼龄个体增补困难，存在明显的更新瓶颈，属于衰退型种群。柠条不同类型种子百分比在植株、分株和荚果水平上均差异显著(P<0.05)；随着种子的发育，植株生物量生殖分配均显著低于茎叶生物量分配(P<0.01)。不同生境和沙埋处理对柠条种子成苗率和留存率均影响显著(P<0.05)，沙埋种子在沙蒿灌丛的最终成苗率最高。温度和PEG胁迫及二者的交互作用对柠条种子的萌发率(GP)、萌发速率系数(CGR)、萌发指数(GI)和萌发值(VI)均影响显著(P<0.01)，15℃下种子萌发对PEG耐受性最强。种子萌发对光强表现出一定程度的依赖，GP、GR、GI和GV均在18.9% NS最大；光照促进柠条幼苗的生长反映了柠条对自然分布区充足光照资源的适应，柠条幼苗在不同光强下具有较大形态学可塑性。柠条种子的出苗率在沙丘底部显著大于沙丘顶部(P<0.01)，幼苗株高、基径、主根长、根茎比和总干质量均在沙丘底部最大，根冠比在沙丘顶部最大；种子出苗率在距柠条灌丛基部1.5 m处最大，灌丛间沙地最小；幼苗主根长、根茎比和根冠比均随距灌丛距离的增大而增大，总干质量随灌丛距离的增大而减小。氮添加量为10 g N•m-2•a-1时，柠条种子萌发率和出苗率较高，萌发参数和幼苗生物量最大。叶片损伤和刈割处理抑制柠条幼苗的补偿生长，降低生物量积累，但刈割促进幼苗萌条的萌生；强光促进柠条幼苗刈割后的补偿生长，强光下幼苗刈割后主要依赖于光合作用新合成的光合产物而实现补偿生长和生物量积累，而弱光下主要依赖于根系和残留树桩中贮藏的营养物质；火烧显著降低柠条幼苗的存活率，但幼苗的萌条数和根冠比显著增大，重度火烧对幼苗存活与生长的影响更大；覆土保护可提高幼苗遭受火烧后的存活率，促进幼苗补偿生长和生物量积累。本研究的结果对干旱和半干旱荒漠草原区退化植被恢复方面的理论研究具有重要意义，而且对退化天然柠条荒漠灌丛的恢复和西北地区大面积人工柠条林的营林实践具重要应用价值。