水蝕風蝕交錯區生態環境脆弱，是我國重要生態屏障和三北工程建設的核心區。植被恢復對土壤生態功能的影響是生態效應評價的核心，也是恢復措施選取和優化配置的依據。西北農林科技大學魏孝榮團隊以該區 15 年長期植被恢復觀測樣地為對象，分析了天然草地、人工草地和人工灌木對表層土壤生態功能的影響，為該區植被恢復措施的選取和管理提供科學依據。

我國北方水蝕風蝕交錯區位于黃土高原生態屏障和三北工程的核心地帶，是全球水土流失與荒漠化復合風險最嚴重區域之一。土壤生態功能的提升是該區生態修復的關鍵和重要目標。植被恢復是水蝕風蝕交錯區生態修復的主要措施，其對土壤生態功能的影響是生態效應評價的核心，也是恢復措施選取和優化配置的依據。但是，目前這一區域內土壤生態功能的研究主要集中在土壤理化性質和養分變化方面，對于養分轉化以及與之有關的微生物過程涉及較少。另外，目前研究植被恢復措施的環境效應時，多采用空間替代時間的方法。該方法難以消除不同處理之間在恢復前土地利用方式、立地條件、恢復年限、土壤質地等因素造成的差異，研究結果不確定性較大。在相同初始條件下建立長期觀測樣地，可以提供較為準確的處理間比較。

本研究以水蝕風蝕交錯區15年長期植被恢復觀測樣地為對象，比較了天然草地（長芒草）、人工草地（苜蓿）和人工灌木（檸條）三種典型植被恢復措施對表層土壤性質、微生物群落和生態功能的影響，辨識了植被恢復條件下土壤生態功能的驅動因素，評估了不同措施對水蝕風蝕交錯區土壤生態功能的恢復效果。本研究將水蝕風蝕交錯區植被恢復效應拓展至土壤微生物群落、碳氮代謝和功能基因方面，為脆弱生態區土壤生態功能評價提供了新的視角。

研究發現，植被恢復顯著提高了地上凋落物和地下根系生物量、表層土壤有機碳和全氮等養分含量。同時，植被恢復顯著提升土壤微生物碳利用效率。人工草地和人工灌木的碳氮積累速率較天然草地提升30%~200%。植被恢復顯著增加了土壤微生物群落alpha多樣性、網絡復雜性和穩定性。植被恢復后土壤微生物群落從k-策略向r-策略轉變，從寡營養型向富營養型轉變。本研究從土壤微生物群落和代謝角度，證明了植被恢復除了通過增加凋落物/根系碳輸入外，還通過改變微生物群落組成和提高微生物碳利用效率來增強固碳，并提升土壤生態功能，表明水蝕風蝕交錯區植被恢復后土壤生態功能的變化是土壤環境因子和微生物過程共同作用的結果。

研究結果還表明，人工草地和人工灌木對表層土壤生態功能的提升效果大于天然草地。但是，由于人工植被根系深，耗水量大，易導致深層土壤干旱，影響生態系統功能的持續性。此外，本研究中人工植被顯著增加了土壤固氮

nifH

nirS

nirK

norB

nosZ

圖1 植被恢復對土壤碳氮代謝功能的影響及驅動因素

圖2 植被恢復對土壤細菌群落的影響

圖3 植被恢復對土壤生態功能綜合指標的影響及驅動因素

該項目得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、中國科學院戰略性先導科技專項、國家資助博士后研究人員計劃、中國博士后科學基金等項目資助。

轉載、投稿請留言

| 關注科學通報 | 了解科學前沿