[01155377]艾比湖流域植物-土壤分布格局及耦合关系

内陆干旱区湖泊流域植物和土壤组成及格局作为干旱区生态学领域的核心问题之一,是直接决定流域生物多样性功能和稳定的基础。植被与土壤分别作为生物圈和岩石圈的核心要素,开展内陆干旱区湖泊流域植物与土壤相互作用关系与耦合机理研究,可揭示陆地表面系统中植物、土壤关键要素变化过程及生物作用机制,为科学解释内陆干旱区湖泊流域地表变化过程与机理提供科学依据。前人在开展研究时对植物与土壤的相互作用及耦合关系研究不足,项目团队经过10余年探索,利用大范围和长时期样方调查数据,开展土壤-植物格局和种群特征分析,同时筛选典型植物进行生理研究,利用数值模拟探究了流域内人类活动通过影响植被和土壤过程改变流域水文的影响程度。主要发现点为： 1. 研究证实了艾比湖流域内建群种胡杨、梭梭存在水分再分配的现象;发现地下水是大部分植物的主要补给水源,深根系植物主要利用地下水和河水,而浅根系植物主要利用土壤水;冠下植物物种丰富度、丰度与胡杨树冠面积均呈现显著对数相关性,植物与土壤通过水分再分配耦合,显著改善冠层下浅层土壤,为维持流域群落物种多样性提供了水分来源。发现环境梯度上水盐的协同变化是引起白刺光合和叶功能性状变化的主要原因。该项成果在SCI论文PLOS ONE和国内15篇核心期刊上发表。 2. 发现在1965-1996年期间,人类活动是减少径流的主要因素,贡献为88.9%,而气候变化仅占11.1%;而在1997-2012年期间,气候变化的影响从11.1%增加到47.5%,流域的水资源变化过程中,且人类活动负影响效果大于气候变化正影响的效果。发现艾比湖流域内水汽通量春季水汽收支表现为“亏损”,冬季为“盈余”。该项成果在SCI论文Water Resources和Journal of Mountain Science上被重点介绍。 3. 揭示了流域土壤有机碳空间分布特征,流域内0-80 cm 土壤有机质高含量区域与低含量区域斑块化分布呈现孔穴特征,但在80-120 cm 土壤有机质含量变化较为连续。发现根据植被和土壤水盐耦合,通过聚类可将植被群落划分为胡杨-白刺-芦苇群落、梭梭-琵琶柴-猪毛菜群落、梭梭-木碱蓬-对节刺群落共三种群落类型,土壤C、N、P元素对多样性的影响沿三种群落类型依次降低。植被平均C：N、C：P和N：P总体高于同类地区,研究区植物普遍缺N和P,且在水分限制强烈的生境下,营养元素P的限制更加突出。土壤水分在7.0-7.5%、C：P在26.1-30.2之间以及盐分低于1.0%时能维持植物群落较高的多样性。该项成果在生态学报、土壤通报、中国沙漠等多篇国内权威核心上发表。 4. 研究发现流域土壤呼吸在空间分布上存在着高度的空间自相关性,土壤有机碳是影响土壤呼吸空间分布的主要因子。总体上,流域土壤呼吸呈现东南、西北方向高,中部低的特点,流域生态系统均在冬季具有较高的Q10值,水分-温度模型能较好的模拟冬季土壤呼吸速率。在土壤盐分较高情况下,N沉降显著降低了土壤呼吸速率。流域内荒漠草地和胡杨林地均是甲烷的吸收汇,水分-温度模型能较好的解释甲烷变化规律,同时,构建了适用于研究区的碳通量数据质量控制与评价体系。该项成果在2篇SCI论文和国内9篇核心期刊上得到发表。 5. 利用同位素技术明确了C3和C4植物种类和数量,发现流域内乔灌木存在不同空间尺度下的聚集或随机分布特征,种群在小尺度范围内主要为聚集分布;植物种间的正、负关联性以及生态种组的划分主要由植物对水分和盐分生境因素的适应性决定,植物群落总体呈正关联。流域内植物群落处于退化状态,群落内植物种以草本、灌木为主,灌木对草本层的生存产生有利的影响,小斑块多呈灌-草结构。该项成果在20余篇国内生态类核心期刊上发表。 依托项目共发表学术论文71篇,其中SCI论文5篇,EI论文2篇,中文核心论文64篇。8篇代表性论文被引用179次,其中他引168次,SCI总引16次,单篇最高他引51次,2篇代表性SCI论文分别荣获第十四届自治区自然科学优秀论文二、三等奖。美国PLOS ONE 匿名编辑对艾比湖流域胡杨、梭梭水利提升研究论文评价：“本研究利用氧同位素和植物多样性及生长的测量结果,推断胡杨树向上的水力再分配正在发生,而这些树木的下层从水力提升中获益……,结果是令人信服的”。美国PLOS ONE 编辑Stephanie Wheeler对荒漠生态系统模拟氮沉降及对土壤呼吸影响研究论文评价：“本研究旨在探讨氮沉降对荒漠生态系统土壤呼吸作用的影响……..,我对研究内容非常感兴趣”。 该项目对干旱区内陆河流域植物-土壤分布格局及耦合关系的研究在一定程度上弥补了干旱区湖泊流域相关研究的不足,为如何开展干旱区脆弱生态系统保护工作提供了重要数据保障和理论支撑。