STOTEN: 沙坡头站研究团队在生物土壤结皮调节旱地人工生态系统植物群落方面取得新进展

作者：沙坡头站  更新时间：2022-07-12

 

生物土壤结皮是干旱半干旱生态系统的重要组成部分，在水分平衡、元素循环、能量分配与土壤侵蚀等方面发挥着重要作用。已有研究提出生物土壤结皮可能是旱地植物群落物种组成及植物生长状况的关键影响因子，然而，生物土壤结皮如何调节植物群落组成与生长状况，其机制在很大程度上仍不清楚，且缺乏长期的实验证据。为此，中国科学院西北生态环境资源研究院沙坡头沙漠研究试验站研究团队以腾格里沙漠东南缘人工生态系统为研究对象，探究了生物土壤结皮对来自相邻荒漠草原不同生活型植物种子的萌发、幼苗生长及存活等定居过程的影响，揭示人工生态系统中生物土壤结皮对植物群落物种组成及生长状况的影响机制。

图1干旱区生态系统退化与恢复概念图

研究发现，生物土壤结皮对不同生活型植物种子萌发和存活的影响显著不同。适应性强的狗尾草(S. viridis)生存受到了促进，而适应性弱的多年生草本沙生针茅(S. glareosa)和亚灌木驼绒藜(C. latens)则被生物土壤结皮生态过滤。虽然强干扰和降雨的增加缓解了生物土壤结皮对沙生针茅和驼绒藜的抑制作用，种子萌发率显著提高，死亡率相应降低，但强干扰与降雨只能促进这两种植物在人工生态系统暂时的生存。从生物多样性角度来看，对生物土壤结皮的干扰，尤其是强干扰可以暂时地增加侵入物种定居的机率，对人工生态系统生物多样性的增加有一定的贡献。但对生物土壤结皮的长期干扰却会引起土壤养分的丧失，表层土壤水分含量降低，地表风蚀等，不利于植物的生长和生存，甚至对整个人工生态系统的稳定造成威胁。而降雨减少情况下，即使存在合适的空间生态位，沙生针茅与驼绒藜的死亡率依然显著增加，甚至全部死亡。但是已经定居的狗尾草在降雨减少的情况下仍然会有一部分幼苗在藓类结皮上完成生活史(图2)。该研究加深了对生物土壤结皮的理解，证实了在人工植被系统演替中生物土壤结皮作为关键的生物因子，对植物物种侵入及定居过程起着生态过滤作用。揭示了生物土壤结皮在维持人工生态系统健康与稳定方面的重要意义，为人工生态系统的构建与管理提供了理论依据。

图2 干扰强度与水分梯度对不同生活型植物种子萌发率和死亡率的影响

以上研究以Biocrusts mediate the plant community composition of dryland restoration ecosystems为题在国际环境类TOP刊物Science of the Total Environment上发表。助理研究员宋光为论文第一作者，李新荣研究员为论文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金创新群体项目(41621001)和青年基金项目(41901064)等项目的资助。

全文链接：http://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.157135