三峡库区消落带先锋植物根系的时空结构及其固土护坡的生态作用机制

三峡库区消落带植被及其固土护坡效应的恢复关系到库区的水土保持和库岸稳定。本项目拟以秋华柳（Salix variegate）和狗牙根（Cynodon dactylon）等消落带先锋植物根系及其所形成的土壤-根系系统为研究对象，通过野外调查与控制实验，研究先锋植物根系的时空结构特性及其固土护坡效应的生态作用机制。其中根系时空结构特性研究先锋植物根系的生物量、根长和根系分叉数等在垂直与水平方向的分布及其对因库区水位消涨节律变化所带来的消落带生态环境变化的响应。根系固土护坡效应则研究先锋物种根系的抗拉强度、各土壤-根系系统抗剪、抗侵蚀和抗冲刷性能以及土壤理化性质的变化，通过与对照实验的比较，分析先锋植物根系的固土护坡效应。结合根系结构的时空动态与其固土护坡效应的相关性分析，揭示先锋植物根系固土护坡的生态作用机制。为消落带植被生态恢复与重建时的物种选择、空间配置及植物生长调控提供科学依据。

植物与植物群落在消落带土壤的保护与岸坡稳固方面具有十分关键的作用。三峡工程在对库区消落带的出露季节和时间产生显著影响的同时，也使得消落带植物群落的组成与结构发生退化。揭示消落带植物根系的固土护坡机制对于消落带植被的生态恢复有着十分重要的意义。本项目以三峡库区香溪河消落带为野外实验地，通过野外调查和室内控制实验，对消落带先锋植物根系的时空结构特性及其固土护坡效应的生态作用机制进行了研究。项目在对消落带植物群落的组成概况、土壤特性和水位消涨规律进行调查的基础上，对狗牙根（Cynodon dactylon）等先锋植物根系的生物量、根长和根系分叉数等在垂直与水平方向的分布及其随时间变化的特性开展了调查研究。发现植物根系的时空结构受到库区水位消涨节律的显著影响，根系的结构随着海拔梯度的上升而逐渐复杂化。植物根系的时空结构与植物的出露时间密切相关。项目还着重研究了消落带主要先锋植物根系的抗拉力特性、先锋植物群落土壤-根系系统抗剪性能、抗冲刷与抗侵蚀的特性，分析评价了先锋植物根系的固土护坡效应。结果显示，先锋植物根系对消落带土壤具有良好的稳固效应，但不同植物之间其根系固土护坡效能存在较大差异，同一物种的固土护坡效能随着海拔梯度的下降而降低。土壤-根系系统的固土护坡效能与植物根系的空间结构存在显著相关性，消落带水位消涨节律对植物根系结构的影响会进一步影响到根系的固土护坡效能。项目通过分析根系结构的时空动态与土壤-根系系统固土护坡效应的关系，数量性地揭示了先锋植物根系固土护坡的生态作用机制。项目还结合实际应用需要，探讨了消落带先锋植物耐淹和抗旱生理，同时还对植被混凝土技术在消落带生态治理中的相关应用基础开展了研究，为消落带植被生态恢复与重建时的物种选择、空间配置及应用提供了科学依据。.项目实施期间组织召开国际研讨会议1次，邀请William H.McDowell（新罕布什尔大学自然资源和环境系教授, 新罕布什尔大学水资源研究中心主任）于2011年9月来校讲学1次，题目“Biochemistry of suburban basins: putting people into the landscape”。参加国际会议3次，国内学术会议2次。发表论文 13 篇，其中 SCI 论文 2篇，ISTP 论文2篇，EI论文8篇，国内核心1篇。培养研究生 7名。