基于成土碳酸钙研究植物群落的稳定性机制

为了从成土碳酸钙积累的角度探讨植物群落的稳定性机制，本研究选择干旱、半干旱区沙地油蒿群落为研究对象，在前期研究的基础上，测定油蒿群落中植物体内碳酸钙生物矿化，分析碳酸钙植物矿化与成土碳酸钙之间的关系；测定油蒿群落中成土碳酸钙含量的变化，分析地上部植物成分与成土碳酸钙之间的关系；测定油蒿植物体内和土壤中钙的分布和转移，模拟沙丘固定过程中成土碳酸钙的积累；结合野外油蒿地段土壤呼吸的测定、群落的调查以及成土碳酸钙累积过程的模拟，检验假设：油蒿种群替代的条件是土壤基质发生变化- - 成土碳酸钙的大量积累。通过研究，从土壤的钙质化方面来认识油蒿群落的稳定性，探讨植物群落的稳定性，认识生态学过程的一些机理，以促进油蒿植被的恢复和保护、完善植物群落的稳定性机制。

为了从成土碳酸钙积累的角度探讨植物群落的稳定性机制，本项基金从油蒿群落演替系列土壤碳酸钙的形成机制、油蒿群落建群植物的钙组分特征、不同土壤碳酸钙含量下油蒿和籽蒿幼苗的表型可塑性和土壤碳酸钙对油蒿群落稳定性的影响四个方面展开了研究，取得了以下研究成果：.（1）油蒿群落演替系列土壤碳酸钙的形成与土壤有机质有关，土壤成土碳酸钙的形成是一个生物过程。在腾格里沙漠油蒿+冷蒿演替群落、半固定风沙土上的油蒿群落和淡棕钙土上的猫头刺群落中，土壤碳酸钙的含量和空间异质性均随土壤有机质的含量和空间异质性的增加而增加。这表明油蒿群落演替系列土壤有机质参与了成土碳酸钙的形成，成土碳酸钙的形成包括生物过程，我们的研究结果补充了土壤碳酸钙的形成机制。.（2）植物钙组分特征分化明显，植物体内合成无定形碳酸钙。多年生草本植物体内具有较多的钙离子，干旱荒漠生境的灌木和半灌木或盐渍化生境的落叶乔灌木体内具有较多的草酸钙。油蒿局地群生境条件越好油蒿体内钙离子含量越高，生境条件越差油蒿体内草酸钙含量越高。经过反复实验，我们找到了测定植物体内无定形碳酸钙的化学分析方法。.（3）土壤碳酸钙对油蒿生长是一种胁迫因子。土壤碳酸钙对油蒿幼苗株高和全株生物量的相对生长率有显著影响，在土壤碳酸钙低含量时，施加碳酸钙的油蒿幼苗株高和全株生物量的相对生长率显著小于不施加碳酸钙的，但施加碳酸钙各处理梯度之间没有显著差异；在土壤碳酸钙高含量时，随土壤碳酸钙含量增大油蒿幼苗株高生长率和全株生物量的相对生长率均显著降低。随土壤碳酸钙含量增多，油蒿生长率降低，油蒿体内RNA含量逐渐减少。.（4）土壤碳酸钙影响油蒿群落的稳定性。土壤碳酸钙通过对土壤有效磷的吸附和固持影响油蒿群落植物的密度，并进而影响油蒿群落的稳定性。当土壤钙磷比量级相同且小于2.5时，随土壤钙磷比的增加，半干旱区油蒿密度逐渐增大而干旱区油蒿密度则逐渐减少。在半干旱区，当土壤钙磷比量级不变、土壤碳酸钙增幅大于有效磷增幅时，随土壤钙磷比的增加油蒿密度也逐渐增大。在干旱区，当土壤钙磷比量级增大、土壤碳酸钙显著增加而有效磷显著减少时，随土壤钙磷比的增加油蒿密度逐渐增大。.本项基金验证了申请书中所提出“油蒿种群替代的条件是土壤基质发生变化——成土碳酸钙的大量积累”的假设，发表论文9篇，较好地完成了申请书中的目标和任务。