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学院植物生态团队研究取得突破成果

作者:    发布:2022-12-27 10:08    点击量:

近日,我院植物生态团队在国际著名学术期刊《Land Degradation & Development》(中科院1区,影响因子4.377)发表题为“Buffering effects of soil seed bank on annual plant community composition after wetland drying”的研究论文,揭示较高的种子库多样性和植被与种子库之间组成相似性可能为湿地植被群落抵御持续水分变化的影响提供了潜在的重要功能缓冲。在不断变化的环境中,休眠的生活史阶段可能是种子库多样性的重要来源。长江大学任爱天讲师为第一作者,袁龙义教授为通讯作者,长江大学为第一署名单位。

通常植物群落的反应往往滞后于环境变化,植物群落对长期定向环境变化的这种缓慢反应与土壤种子库有关。通过维持物种丰富度和对群落组成的影响,种子库很可能能够缓冲环境变化。相反,土壤种子库也可能受到它们缓冲的环境变化负面影响。土壤水分状况(如干燥)和湿地退化通过对地上植物群落的种子投入和种子产量的影响,进而降低不同湿地类型种子库的种子密度和物种组成,也间接通过土壤化学性质(如土壤氮、磷和pH)和水分状况的变化而发生。

我们研究结果发现植被群落组成随水分梯度变化显著,而种子库物种组成随水分梯度变化不大。土壤水分对地上物种丰富度、种子库密度和种子库物种丰富度没有直接影响,但通过影响土壤pH值间接影响这些变量。植被对种子库的丰富度和密度有直接影响。随着土壤含水量的增加,种子库与植物群落的相似性指数呈下降趋势。此外,一年生植物种子库在土壤水分梯度上的组成变化趋势弱于地上植被。研究表明,在亚高山泥炭湿地中,种子库在湿度变化过程中发生了较弱的改变。虽然种子库对湿地植被群落的再生潜力随着土壤湿度的增加而降低,但在相对干燥的亚高山湿地仍存在功能种子库。但在恢复水文条件下,种子库对湿地干扰后植被多样性的恢复仍是不可忽视的因素。因此,更好地了解种子库在环境变化下的缓冲作用,将大大提高我们对湿地一年生植物群落未来分布和持久性的预测。

论文链接:https://doi.org/10.1002/ldr.4556

   20221223日,我院任爱天讲师在环境科学与生态学著名期刊《Resources, Conservation & Recycling》(中科院1区,影响因子13.716)发表了题为“Reduced plastic film mulching under zero tillage boosts water use efficiency and soil health in semiarid rainfed maize field”的研究论文,任爱天为第一作者,长江大学为合作单位。

目前,我国地膜覆盖面积达到2.61亿亩,使用量超135.7万吨,远超其他国家和地区。在黄土高原半干旱区,如何实现地膜减量不减产、同时提高水分利用效率和土壤健康是重大实践需求,也是新形势下黄河流域高质量发展和生态保护的重大课题。全膜垄沟覆盖栽培技术具有抑制土壤水分蒸发、提高生长前期土壤温度、并能防治杂草和病虫害等诸多优点。过去二十多年,全膜垄沟覆盖栽培技术达到大面积推广和应用,为国家粮食安全和脱贫攻坚做出了巨大贡献。但长期全膜覆盖带来了新的挑战,包括残膜、塑化剂和微塑料等在土壤剖面出现累积性残留。因此,地膜覆盖减量是目前急需解决的重大问题。

该研究的主要目标是在地膜减量背景下,既保留部分抑蒸和其他功能,又通过改善当值生长季降雨入渗和利用的办法,改善作物根区土壤水分条件和地气交换过程,从而促进作物生长和水分利用,达到地上和地下部分良性互动,提升土壤质量。在本研究中,创新性采用隔沟半膜覆盖和免耕相结合方法,增加降雨入渗的同时从时间和空间尺度实现地膜减量最大至1/3。作为一种新的地膜覆盖栽培技术,通过连续两个生长季部分覆盖,实现地膜投入量减少1/21/3

由于在生长季尺度上土壤水分有效性提高,土壤AM真菌丰度显著提高,并有效地促进土壤养分循环(C/N/P)和作物吸收利用。该研究首次揭示了地膜减量不减产的关键影响因素和根土系统调控机理。因此,隔沟覆膜结合免耕技术在降低地膜用量的同时可以提高雨水入渗,提高水分利用效率。通过提高菌根真菌丰度和土壤有机碳含量,进而提高土壤质量,有望成为提高水资源利用效率和稳定作物生产的一种有前景解决方案。该方案能为旱地雨养农业区作物高产稳产和土壤可持续管理提供新的科学依据。

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2022.106851