科研动态

西北研究院在揭示影响腾格里沙漠种子二次扩散过程研究取得新进展

  • 包兰铁路穿越腾格里沙漠东南缘的沙坡头段,其建设克服了巨大的工程挑战,不仅彰显了人类与自然和谐共处的智慧,而且为沙漠铁路的建设积累了宝贵的经验和技术。该铁路的成功建成受到了国际社会的广泛关注,并被誉为人类治沙史上的奇迹。在铁路两侧,采用了“以固为主,固阻结合”的治沙策略,通过设置1米×1米的草方格沙障来稳定流动沙丘,并辅以耐旱灌木的种植,结合围封管理,成功构建了高效的人工植被防护体系。

    目前固沙植被的维持对于人工固沙系统的稳定性至关重要,其中,种子扩散起着关键作用。种子经过风力作用后可能不运动、短距离扩散、长距离扩散或被埋藏,目前尚不明确传播体属性、下垫面属性和风速如何影响这些不同的去向。 

    中国科学院西北生态环境资源研究院屈建军研究员带领的科研团队,选取11种植物物种种子作为研究对象,结合野外风洞试验对固定沙丘、半固定沙丘和流动沙丘中的种子二次传播过程进行了探索性研究。科研人员对不同物种的启动风速、二次扩散后种子分布进行了定量分析,并通过混合线性模型评估了传播体属性、下垫面属性以及风速对不同物种种子的启动风速和种子二次扩散后不同去向的相对重要性。

    研究发现,在不同生境中,各物种的启动风速存在差异。柠条锦鸡儿种子(Caragana korshinskii)的启动风速在11种植物中最高,而砂蓝刺头种子(Echinops gmelinii)最低。同时,研究指出,有利于扩散的附属物和下垫面是影响启动风速的显著因素(图1)。在研究区域内,大多数种子要么没有移动,要么被埋藏,或者只进行了短距离的传播(图2)。在流沙区域,种子的传播最为困难;而在固定沙地,种子的远距离传播相对最容易发生;半固定沙地则最容易发现种子被埋藏的现象。

    线性混合模型的分析结果表明,控制传播距离后,较小且性状更圆的种子传播距离更远。种子的形状指数和风速是影响种子埋藏的两个显著影响因素。风速、下垫面属性和种子形态特征对未移动和短距离传播种子分布的解释力远大于对被埋藏和长距离传播的种子,这暗示了埋藏和长距离传播的过程和机制可能更为复杂(图3)。

    该成果以Effects of wind speed,underlying surface,and seed morphological traits on the secondary seed dispersal in the Tengger Desert,China为题,发表于Journal of Arid Land期刊上。西北研究院2020级博士生曲文杰为本文第一作者,西北研究院屈建军研究员为通讯作者。该研究得到宁夏重点研发类项目和宁夏回族自治区自然基金项目资助。

    论文链接:https://doi.org/10.1007/s40333-024-0057-4

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    图1 启动风速影响因素的方差分解。Marginal R2表示固定效应的方差。圆圈代表每个影响因素的R2。黑色线条表示R2值的95%置信区间。

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    图2 不同生境中种子二次扩散过程中种子密度和种子分布。(a和d)固定沙丘,苔藓结皮;(b和e)半固定沙丘,藻结皮;(c和f)流动沙丘。横坐标上,0刻度左侧的点表示未移动的种子;6.5到7.0刻度之间的点表示丢失的种子;7.0到8.0刻度之间的点则表示进行了长距离传播的种子。

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    图3 影响种子启动风速的显著因素方差分解结果

    责编 : 贺静蕾