枯落灌木改善中国北方干旱沙地土壤质量并促进草本植物幼苗定居的生态机制研究

为解决干旱沙地植被恢复中灌木死亡后对土壤微环境及草本定居的影响问题，研究人员以毛乌素沙地为研究对象，通过对比裸沙地(BSD)、活体灌木(SLS)及不同腐烂年限(3-12年)枯落灌木覆盖下的土壤温度、水分、酶活性、理化性质及草本参数，发现枯落灌木显著降低土壤温度、提升水分储存，并通过改善土壤理化性质提高土壤质量指数(SQI)，进而促进草本幼苗定居。该研究为干旱生态系统可持续恢复提供了新思路。

　　

在中国北方广袤的沙地上，一场与荒漠化的持久战已持续半个多世纪。毛乌素沙地作为典型干旱生态系统，长期面临土壤干旱、养分流失和植被退化的严峻挑战。尽管通过种植耐旱灌木如花棒(Hedysarum scoparium)等进行固沙取得一定成效，但高密度种植导致土壤水分超载，引发灌木死亡的现象日益普遍。这些枯落的灌木枝干横亘沙地，看似生态系统的"伤疤"，却可能隐藏着促进沙地恢复的密码——它们是否会像森林中的倒木一样，通过改善微环境成为"生态工程师"？

为解答这一科学问题，中国科学院水利部水土保持研究所的研究团队开展了一项创新性研究。通过对比裸沙地(BSD)、活体灌木(SLS)及3-12年不同腐烂阶段枯落灌木覆盖下的土壤特性，研究人员发现枯落灌木能显著降低0-5 cm土层温度达3.14-9.22°C，提升土壤储水量(SWS)1.61-1.83倍。这种温湿度调节作用随腐烂年限增加而增强，11-12年腐烂灌木(FS11)覆盖下的土壤质量指数(SQI)达到0.93，是裸沙地的2.8倍。

研究采用多指标综合评价方法，通过主成分分析(PCA)筛选出包含有机质(SOM)、全磷(TP)、水解氮(AN)等8项关键指标的最小数据集(MDS)。结果揭示：枯落灌木通过降低pH值、提升纤维素酶(CL)和碱性磷酸酶(ALP)活性，促进养分循环；同时增加>5 mm大团聚体比例和平均重量直径(MWD)，改善土壤结构。结构方程模型(SEM)显示，0-5 cm土层草本定居主要受化学性质驱动，而5-10 cm土层则依赖物理性质，土壤温度对两个土层均呈直接负效应。

关键发现包括：1) 枯落灌木形成"生态遮阳伞"，减少蒸发并促进微生物活动；2) 腐烂11年的灌木使表层土壤有机质提升3.2倍，有效磷(AP)增加2.1倍；3) 草本幼苗高度、密度与SQI显著正相关(R²=0.72-0.85)。这些发现颠覆了传统认知——枯落灌木对生态恢复的贡献甚至超过活体灌木。

该研究发表于土壤学顶级期刊《Geoderma》，其重要意义在于：首次系统阐明枯落灌木在沙地生态系统中的多重功能，为"以枯养活"的生态恢复模式提供理论支撑。实践中可优化沙地管理策略，如保留适量枯落物、控制灌木密度等，这对实现碳中和背景下干旱区生态-水文平衡具有重要指导价值。未来研究可进一步量化枯落物分解速率与碳氮磷释放的定量关系，为精准生态修复提供依据。