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新银合欢是具有抗旱、速生等特点的外来物种,在我国大型水电站施工扰动区中作为良好的先锋物种被广泛应用,然而由于缺乏有效的控制,新银合欢种群会通过入侵其他生态系统,形成新银合欢纯林,对生态工程与环境保护方面带来严重问题。 本研究运用“空间序列代替时间序列法”,选取了四川省向家坝工程扰动区新银合欢演替不同年限的群落,通过对不同年限群落草本层植被进行野外植被调查、土壤理化性质测定、微生物量、biolog-eco土壤微生物代谢功能多样性测定等,分析了物种间竞争关系、土壤发育特点以及土壤微生物功能变化,并在此基础上进行环境因子RDA冗余分析排序。另外,本文还通过室内试验研究了新银合欢叶片水浸提液对3种草本层优势种植物的化感潜力。旨在从种间竞争、土壤环境、土壤微生物以及化感作用这4个方面,揭示新银合欢演替序列下林下植物群落结构变化与演替的因素,为人工生态修复物种选择和基材配置等方面提供理论指导。主要结论如下: (1)无新银合欢群落生态位重叠值总和为97.15,其中大于0.8以上的数量百分比和重叠值百分比分别占到整体的22.22%和34.50%,而随着新银合欢演替序列,生态位重叠值总和、数量百分比和重叠值百分比分别上升至114.45、52.63%和61.55%,在新银合欢演替3-4年达到峰值129.6、64.44%和73.60%。 (2)土壤全磷含量和含水量整体上遵循土壤含水量随着演替序列出现下降的趋势;而有机质与全氮含量均处于较低水平,呈起伏式增加;使得土壤pH值更为碱化。 (3)土壤微生物碳、氮期初最高,而新银合欢演替降低了土壤中土壤微生物碳、氮,且微生物碳随着演替序列出现先上升后回落的分布格局;微生物氮随着演替序列先出现骤降后缓慢上升的趋势。 (4)整体看来,A4(新银合欢3-4年群落)土壤的微生物群落对微平板内31种碳源的利用能力最高,而A1(无新银合欢群落)、A2(新银合欢1年群落)、A3(新银合欢2年群落)次之,A5(新银合欢5-6年群落)较低,A6(新银合欢7-8年群落)最有限。A1、A5群落土壤微生物只对羧酸和氨基酸有较高的利用率;A2群落土壤微生物对糖类、氨基酸、脂肪酸、以及胺氨类均有较好的利用率;A3、A4群落土壤微生物对各种碳源的利用速率都最高;A6群落土壤微生物对各种碳源的利用速率都最低,对羧酸则几乎完全不能利用。主成分分析表明,主成分1、主成分2依次解释变量方差的72.05%、8.70%,主成分1和主成分2基本上能够区分各新银合欢演替群落土壤的微生物群落特征。Shannon-Wiener指数整体呈现稳定在3.14-3.22之间,随着新银合欢演替序列呈现先下降后再反弹,上升达到峰值,最终又平稳的趋势。McIntosh指数呈现逐渐增加至峰值后又稍有下降的趋势。Simpson优势度指数无法区分不同新银合欢演替群落土壤微生物群落利用碳源类型的差异。 (5)浸提液的浓度变化对不同植物以及各生长指标的影响存在差异。化感指数表明:浸提液对新银合欢种子萌发、幼苗生长有促进作用;浸提液对鬼针草种子的萌发有抑制作用,浓度在高于80g/L时,对鬼针草幼苗生长有抑制作用;浸提液浓度在小于40g/L时,对龙葵种子萌发、幼苗生长有促进作用,浸提液浓度在大于80g/L时,新银合欢浸提液对龙葵幼苗生长、幼苗生长存在抑制作用。 (6)选取含水量、有机质、生物量碳、生物量氮、土壤微生物多样性指数以及土壤微生物对六大类碳源利用情况等共计17个环境因子进行RDA冗余分析,表明新银合欢演替序列中全氮、全磷养分的梯度变化是植被群落结构变化主成分1、主成分2的主要非生物环境因素,土壤中活性有机碳所占的比例、微生物对所有31中碳源利用程度以及土壤微生物对特定的羧酸、酚酸利用能力是植被群落结构变化主成分1、主成分2的主要生物环境因素。土壤微生物环境因子中,引起新银合欢演替序列的生物环境因子、土壤理化因子前三分别是:土壤中活性有机碳所占的比例、土壤微生物对糖类碳源的代谢利用能力、土壤微生物群落对31种碳源利用的均一程度;土壤全磷、全氮以及有机质含量。 综上,新银合欢能够在原本演替稳定的群落中取得优势并最终演替成为新银合欢纯林群落主要原因除了物种间竞争下,新银合欢植株本身对林地土壤全氮、全磷、有机碳含量、土壤中活性有机碳所占的比例、土壤微生物对糖类碳源的代谢利用能力、土壤微生物群落对31种碳源利用的均一程度有较强的相适应性外,还在于新银合欢能通过叶片淋溶、挥发的形式向土壤中释放化感物质,改变林下草本的微生境条件,可通过促进自身而抑制草本层其他物种的种子萌发和幼苗生长,从而影响种群植物群落更新和结构组成,这可能是推动新银合欢群落演替的因素之一。