我国西南地区喀斯特面积约54万km2,是国际公认的生态脆弱区。岩溶强烈发育,地下河深埋,加上人为因素影响,水土流失和石漠化严重,是我国最严重的生态欠账区,也是国家的重点贫困区,成为全面建设小康社会之难点所在。围绕石漠化综合治理的国家战略需求和落实应对全球气候变化的国家目标,全球气候变化导致区域极端天气频发,已有的喀斯特石漠化林草物种筛选及种植技术必须做出调整,并建立新的技术体系以应对喀斯特地区越发凸显的极端低温和冬季寒流问题。基于植物耐寒抗逆生理生态学理论基础,我们于2014年11月~12月通过控制实验法(人工气候箱)对喀斯特5种林草物种高羊茅(Festuca elata)、菊苣(Cichorium intybus)、刺梨(Rosa roxbunghii)、花椒(Zanthoxylum bungeanum)和构树(Broussonetia papyrifera)幼苗进行不同温度梯度(4℃、6℃和8℃)低温处理,处理时间为0h、24h、48h及72h,对比分析低温胁迫下各个物种生理指标变化特征(叶片含水量、脯氨酸含量、相对电导率、叶绿素含量、光合速率、蒸腾速率、气孔导度及水分利用率),筛选出耐寒抗逆性强的林草物种。并于2012年4月到2014年8月期间,通过野外监测法,每4个月一次对3个示范区(喀斯特高原山地石漠化综合治理示范区;喀斯特高原峡谷石漠化综合治理示范区)不同耐寒抗逆措施下的植被数量指标、群落多样性、土壤理化性质和小气候变化特点进行监测,并对不同处理方式下喀斯特高原盆地石漠化综合治理示范区的植被特征进行监测。对不同耐寒抗逆技术措施进行评价,根据物种生理生态特性建设耐寒抗逆型的群落优化配置模式,并进行试验示范和推广应用。为今后以贵州高原为中心的西南8个省(区、市)同类喀斯特石漠化地区大规模开展石漠化综合治理提供理论支撑、技术体系和示范样板。主要研究结论如下:(1)不同温度梯度(4℃、6℃和8℃)处理下,各林草物种幼苗叶片含水量与CK相比都呈降低趋势;8℃低温胁迫下,随着胁迫时间的延长,高羊茅和刺梨叶片含水量连续下降,菊苣先降后升;6℃和4℃低温胁迫下,随着胁迫时间的延长,高羊茅和刺梨叶片含水量依然表现为连续下降,菊苣无明显变化;整体上,高羊茅和刺梨低温胁迫24h、48h及72h后的叶片含水量与CK相比显著降低(p<0.05),菊苣无明显变化。花椒幼苗低温胁迫48h及72h后,叶片含水量与对照相比显著下降;构树低温胁迫24h、48h及72h后,幼苗叶片含水量与对照相比也显著下降。整体上,随着低温胁迫时间延长,花椒和构树幼苗叶片含水量下降幅度大致相当。8℃及6℃低温胁迫下,高羊茅、菊苣及刺梨随着胁迫时间的延长幼苗叶绿素含量均出现了先降低后升高的变化趋势,规律性不强,说明6-8℃对三种植物的幼苗叶绿素的合成不构成实质性影响。4℃低温胁迫下,随着胁迫时间的延长,3种植物幼苗随着胁迫时间的延长叶绿素含量均呈连续下降趋势,且下降幅度:刺梨>菊苣>高羊茅,耐寒性则反之。低温胁迫48h及72h后,构树幼苗的叶绿素含量与对照相比显著降低(p<0.05),花椒幼苗的叶绿素含量变化规律不明显。(2)8℃低温胁迫下,高羊茅、菊苣和刺梨随着低温胁迫时间的延长幼苗净光合速率都呈显著降低趋势(p<0.05),且下降幅度:高羊茅>菊苣>刺梨;6℃和4℃低温胁迫下,高羊茅、菊苣和刺梨随着低温胁迫时间的延长幼苗净光合速率都呈显著降低趋势,且下降幅度:刺梨>菊苣>高羊茅;随着低温胁迫时间的延长,构树和花椒幼苗净光合速率也呈显著下降趋势,且下降幅度:构树>花椒,表明花椒在4-8℃温度范围内幼苗光合速率受影响较小,耐寒性表现较好。刺梨在各个胁迫时间段(0h、24h、48h、72h)幼苗叶片气孔导度与对照相比均显著降低(p<0.05),高羊茅和刺梨则不显著。花椒和构树幼苗随着低温胁迫时间的延长气孔导度均显著下降,且下降幅度大致相当,说明花椒和构树幼苗叶片气孔导度在4-8℃温度区间内均受到很大程度抑制。不同温度处理下(4℃、6℃、8℃)高羊茅、菊苣和刺梨幼苗蒸腾速率与对照相比均呈显著降低趋势(p<0.05),且随着胁迫时间的延长,3种植物幼苗的蒸腾速率均表现为连续下降趋势,下降幅度为:刺梨>菊苣>高羊茅,说明高羊茅和菊苣相对于刺梨耐寒性表现更好。低温处理下(4℃、6℃、8℃)构树和花椒幼苗叶片蒸腾速率与对照相比也呈显著下降趋势,且随着低温胁迫时间的延长,下降幅度表现为:构树>花椒,说明花椒幼苗叶片的蒸腾速率受低温胁迫影响更大。(3)8℃低温胁迫下,随着胁迫时间的延长,高羊茅、菊苣和刺梨幼苗叶片水分利用率均出现了先降低后升高的变化趋势,变化规律不明显;6℃和4℃低温胁迫下,随着胁迫时间的延长,高羊茅和菊苣叶片水分利用率仍然表现为先降低后升高的变化特点,而刺梨幼苗叶片水分利用率则呈连续下降趋势,到72h时接近于0。说明高羊茅和菊苣相对于刺梨耐寒性较好。不同低温处理下(4℃、6℃、8℃),随着低温胁迫时间的延长,花椒幼苗叶片水分利用率整体上表现为先降低后升高的变化特点,且胁迫72h后的叶片水分利用率显著高于对照(p<0.05),构树幼苗叶片水分利用率变化不显著,整体表现不如花椒。不同低温处理下(4℃、6℃、8℃),高羊茅、菊苣和刺梨幼苗叶片的脯氨酸含量随着胁迫时间的延长均呈连续增加趋势,低温胁迫72h后3种植物幼苗脯氨酸含量与对照相比均显著增加(p<0.05)。整体上,高羊茅和菊苣体内的脯氨酸积累量高于刺梨,表明高羊茅和菊苣对低温的适应性更好。无论是随着胁迫温度降低还是胁迫时间的增加,各物种幼苗叶片相对电导率都呈增加趋势,除高羊茅不同胁迫时间与对照相比电导率值增幅不显著外(p>0.05),刺梨和菊苣低温胁迫72h后的相对电导率都显著高于对照(p<0.05),尤其是刺梨增幅最大。花椒与构树随着温度降低和胁迫时间的延长,幼苗叶片相对电导率增幅均很显著,说明低温胁迫对两种植株幼苗叶片的细胞膜透性有明显影响。(4)施肥处理下喀斯特高原山地石漠化区的群落物种多样性指数和灌木生物量最高,盖草处理下群落的越冬存活率最大。施肥处理对土壤营养元素(氮、磷、钾)的增加促进作用最大,密植处理对增加土壤的总孔隙度作用最显著。说明施肥和密植处理下土壤养分状况和物理结构改善明显,施肥处理还显著增加了群落信息的复杂程度,提高了生物多样性;而盖草处理下越冬期土温增加,植株受寒冻损伤减小,存活率提高;不同处理方式下群落小气候无显著差异。施肥处理下喀斯特高原峡谷石漠化区的群落多样性指数最高,说明施肥处理会显著增加群落包含的信息量及复杂程度。密植处理下群落的均匀度指数最高。可见,对群落物种多样性影响最大的是施肥和密植处理。施肥处理下会显著提高土壤中的全氮含量(p<0.05),四种处理方式均会显著提高土壤中的全钾含量。不同处理方式下群落小气候无显著差异。对喀斯特高原盆地石漠化区植物数量指标促进作用最显著的是密植和保水剂+盖草处理(p<0.05)。施肥处理下群落的平均冠幅和叶绿素含量显著增加,说明施肥对植株的伸展和补充叶绿素合成所需的矿质元素有很大的促进作用。而对针叶纯林生长促进作用最大的是保水剂+盖草和保水剂处理。