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峰丛洼地生态系统是岩溶区最贫困、人地矛盾最尖锐、石漠化最严重的脆弱生态系统,恢复和重建峰丛洼地可持续生态系统任务艰巨。植被恢复是重建该生态系统的首要任务,遵循恢复生态学原理和植被的演替规律,采用自然恢复与人工诱导恢复相结合是恢复和重建该退化生态系统的有效技术方法。系统研究峰丛洼地植物群落的恢复演替在岩溶生态系统恢复研究和实践中具有重要的地位和作用。本文运用岩溶学、野外生态学方法,在多次野外调查的基础上,应用植物分类学、数量生态学、微生物学等方法,从植物区系、种群、群落生态学、土壤学、微生物学、恢复生态学和系统生态学等角度,对弄拉峰丛洼地恢复演替过程中植物群落进行了较为系统、全面的研究,包括群落的物种组成、空间结构、数量分类与排序、物种多样性、群落关系、土壤微生物等,同时对群落环境进行了细致调查并首次采用PCA分析环境主导因子,目的在于研究南亚热带峰丛洼地恢复演替植物群落本身的特征及其与环境的生态关系,结合峰丛洼地各项研究结果,综合分析了南亚热带峰丛洼地恢复演替的特征和趋势,旨在为岩溶区退化生态系统的植被恢复与系统重建提供科学的理论依据。
研究要点如下:
1.野外调查20个样方,经鉴定共有398个物种,运用TWINSPAN 9次划分,得到11个组,结合群落特点归为10个群丛。通过主成分分析(PCA)将20个样方的10个环境因子归为恢复条件因子,人地干扰因子,地形因子,坡石因子4个反映样方环境情况的综合环境因子。DCA排序、DCCA排序结果与TWINSPAN分类结果较一致,DCA二维排序图、DCCA二维排序图结果较吻合,CCA排序和DCCA排序都反映了恢复条件、人地干扰是影响群落分布的主要因子,地形、坡石因子次之。结合PCA分析,恢复时间、人为干扰、岩性、坡位四个环境因子对群落分布影响大于露石率、坡度、坡向等。DCCA排序空间能够较好地反映群落在主要环境梯度上的分布和恢复演替序列,是最合适峰丛洼地植被的排序方法。TWINSPAN分类,环境因子的PCA,植被的DCA,CCA,DCCA三种排序相结合,能很好地反映峰丛洼地环境梯度的变化与植被数量特征的响应和相互关系。
2.结合恢复条件和数量生态学研究结果将弄拉峰丛洼地植物群落划分成恢复前期、恢复前中期、恢复中期、恢复中后期和恢复后期5个阶段。乔木层多样性随恢复进行基本成线形变化,灌、草两层多样性呈现复杂的非线性变化,Pa、Ga和H变化趋势一致,在恢复前期到中后期大体表现为:灌木层>草本层>乔木层,灌草两层差异不大,随恢复进行,乔木层与灌草两层差异减小。后期草层物种锐减,呈现灌木层>乔木层>草本层。南亚热带峰丛洼地植物群落随恢复的进行物种数目和个体数量持续增加,但到乔木层发育时林下植物有一个先发展后消退的过程。5个多样性测度指标的相关分析表明:Pa与Ga,H与Pa,H与Ga,Jsw与H极显著相关,Pa与Jsw显著相关。对群落总体多样性的研究显示Pa、Ga、H和 Jsw 有相似的变化趋势,D与其他4个指数变化不同。在恢复过程中对群落多样性影响最大的环境因子是恢复时间、人为干扰强度,其次为岩性、露石率和坡度等地形、坡石因子。群落生物多样性是研究群落恢复演替理想的定量指标。
3. 在峰丛洼地生态系统中,土层中细菌占绝对优势,放线菌次之,真菌最少。土壤微生物总数基本呈现出上层>中层>下层的特点。植被改善土壤环境从而影响土壤微生物区系,不同群落恢复演替阶段土壤微生物种类和数量差异较大。微生物总数在上层表现为顶级林>灌丛>乔幼林>灌草丛>草丛,在中层则表现为灌丛>乔幼林>顶级林>灌草丛>草丛,下层表现为灌丛>顶级林>乔幼林 。土壤环境决定着土壤微生物的种类和数量。不同土壤微生物种类和数量与土壤有机碳、有效N、土壤空隙度存在明显的正相关,与土壤pH值、MgO、Al2O等成负相关。长期的演替,使得土壤微生物逐渐适应岩溶生态系统富钙偏碱的土壤环境,并表现出一定的耐碱性。
4峰丛洼地存在结构受损和景观受损两种受损类型。次生进展演替和人工经营是弄拉最主要的两大类恢复方式,根据植被和环境可细分为裸岩、裸地、草丛、次生灌草丛、次生灌丛、次生乔幼林、次生顶极林、人工林、农耕地、弃耕地10种类型。根据自然恢复人工经营情况和具体的地貌景观特点,总结了弄拉峰丛洼地恢复演替趋势,综合过去的研究结果,归纳出峰丛洼地群落自然恢复演替的一般特征并以图的形式表示弄拉峰丛洼地自然恢复演替中各植物群落间的关系。峰丛洼地恢复演替的盛行顶极群落是一种典型的气候—地形—土壤演替顶极,群落植物种类带有岩溶区特点,是植物和岩溶环境长期适应的结果。