本文以毛乌素沙地柳湾林为研究对象,通过野外调查和室内实验,应用数量生态学、统计学与地统计学等方法分析,揭示了柳湾林植物区系特征、群落类型特征、群落动态演替机制。为毛乌素丘间地保护和利用提供依据。主要研究结果如下:1.毛乌素沙地柳湾林植物区系特征(1)经调查,共记录到维管植物126个种(含种下单位),隶属于84个属,34个科;其中禾本科Gramineae所含物种数最多,其次为菊科Compositae、豆科Leguminosae,三个科共占该地区植物总数的42.4%;在属级水平上,蒿属Artemisia L.含种数最多,其次为苔草属Carex L.和灯芯草属Juncus L.。(2)植物生活型谱中以多年生草本为主,占57.2%;一、二年生草本次之,占33.9%;灌木和半灌木分别为7.3%、1.6%。水分生态类型谱中以中生植物为主,占58.9%,其次为旱生植物,占22.6%,第三为湿生植物,占16.9%,占比例最小的是水生植物,占1.6%。(3)植物区系地理组成以温带成分为主,占64.1%,其次为东亚成分和世界成分,各占13.6%,位居第三的是古地中海成分,仅占8.7%。2.毛乌素沙地柳湾林群落类型按照群落-外貌分类原则,将柳湾林划分为10个群系、27个群丛组、94个群丛,其中分布在丘间地上的有38个群丛,分布在沙丘上的有56个群丛。这充分体现了柳湾林群落类型的复杂、多样,同时也反映出柳湾林系统中沙丘坡面与丘间地生境的差异性。3.柳湾林丘间地群落动态演替(1)毛乌素柳湾林丘间地群落演替经历了定居、发展、成熟、衰退四个阶段,主要特征为:(1)种子定居条件的选择和先锋群居特征北沙柳(Salix psammophila)早春先叶开花、种子成熟期及散播期早于乌柳(Salix cheilophila),种子小而轻,较沙棘(Hippophae rhamnoides subsp.sinensis)种子易于风力和水力进行传播,另外,其种子无休眠特性,且结实量高,在适宜生境中发芽率高且萌发时间短,这些生物、生态学特性是北沙柳成为柳湾林群落先锋物种的基本条件。北沙柳种子定居主要选择淡水或微碱性湖泊水陆交界处湿润裸沙地带。土壤质地粗糙,粗细砂比8:5,其土壤饱和电导率(EC)变化在29-40μs/cm之间,pH值变化在8.7-9.0之间,土壤碳氮比(C/N)变化在6.2-8.6之间。先锋群居除建群种北沙柳外,亚优势种和伴生种以中生、湿生的杂类草、莎草类及灯芯草类植物为主,无旱生植物。(2)群落发展期与定居期群落比较,北沙柳高度、丛幅明显增加,密度、盖度降低,草本层片仍以中生、湿生的杂类草、莎草类及灯芯草类植物为主,无旱生植物;土壤质地由粗变细,粗细砂比3:2,其表层土壤含水量、EC、C/N逐渐增加。(3)群落成熟期群落盖度、高度明显增加,灌木层片中乌柳、沙棘数量明显增加,局部可成为优势种,林下草本层以旱生、中生的轴根型杂类草、根茎型禾草为主;土壤质地进一步变细,粗细砂比1:2,其表层土壤含水量、EC、pH值、C/N进一步增加。(4)群落衰退期群落盖度、高度明显降低,灌木层片以乌柳为主,北沙柳、沙棘数量降低,林下草本层以旱生、中生的轴根型杂类草、根茎型禾草为主,旱生植物明显增加,也出现耐盐植物,如糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)、黑沙蒿(Artemisia ordosica)、鹤甫碱茅(Puccinellia hauptiana)、海韭菜(Triglochin maritima)等;群落生境向两个极端方向发展,即沙化和盐沼化。(2)在沙丘复合生态系统中柳湾林群落维持机制及与相邻群落的关系(1)柳湾林群落维持机制随着丘间地群落的发展,因水位降低而被移动沙丘吞噬,在老的迎风坡底部形成新的风蚀坑和湿润的环境,形成新的柳湾林定居环境并重新开始循环演替,而老的柳湾林丘间地群落随着沙丘的移动,逐渐成为背风坡上的主要建群种,在相对干燥的沙生环境,原来丘间地的湿生草本和多年生、中生草本逐渐被多年生、旱生草本或一年生草本替代成为背风坡林下主要草本;而原来背风坡上的群落成为新的迎风坡植物群落,由于迎风坡土壤硬度大且更加干燥,植被更加稀疏。柳湾林丘间地衰退期群落,由于沙丘流动性变小,丘间地由于降水的汇集,导致被盐化草甸或沼泽替代,但随着沙丘的活化,最终仍然会被风沙吞噬,形成新的柳湾林定居条件。(2)不同发育阶段柳湾林与相邻群落的特征比较柳湾林主要发育在通透性较好、相对湿润的沙丘复合生态系统中,土壤质地以粗砂、细砂为主,粉粒在不同发育阶段所占比例均较低,所以初期阶段的群落环境和种类组成特征与中性的歧序翦股颖(Agrostis divaricatissima)、假苇拂子茅(Calamagrostis pseudophragmite)群落相近;在群落发展的后期,随着土壤细砂、粉粒,盐分等的增加,与一些耐盐、耐旱的如鹤甫碱茅、芨芨草(Achnatherum splendens)、马蔺(Iris lactea var.chinensis)、黑沙蒿群落在种类组成和生境特征上具有相似性。它们之间随着群落的自身发展、环境变化或外界的干扰在空间分布上可以发生相互替代。4.柳湾林的保护柳湾林是毛乌素沙地特有的生态系统,它的健康发展是毛乌素沙地健康的重要指示,是毛乌素沙地流动沙丘向固定沙丘演变的重要过程。同时,柳湾林的生物多样性、生产力、土壤养分较高于相邻群落,所以其在防风固沙、改良土壤、维持区域高的生物多样性等方面起着不可替代的作用。