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喀斯特石漠化治理最有效地生态修复途径是恢复石漠化地区的植被,如何能在尽可能少的时间快速提高植被速率,加速植被的演替效率,这需要更好理解植被的演替规律。为了阐明不同等级石漠化地区植物群落的演替规律及其驱动因素,探究物种多样性、建群种叶片功能性状、群落物种空间格局随石漠化的演替规律。根据物种多样性演替理论、叶经济谱理论和生态位分化理论为依据,2017-2019年,在代表中国南方喀斯特不同地貌类型和石漠化等级总体结构的贵州高原生态环境,选择高原山地潜在-轻度石漠化的毕节撒拉溪、高原峡谷中-强度石漠化的关岭-贞丰花江、山地峡谷无-潜在石漠化施秉喀斯特为研究区,对研究区38个野外样地进行定位观测,以研究区不同石漠化演替阶段的38个植物群落和建群种进行采集和样品测定,采用单因素方差分析、冗余分析、线性回归分析、结构方程模型和主成分分析等方法,对不同等级石漠化地区物种多样性与气候和土壤的关系,建群种叶片功能性状与气候、叶片碳氮磷、土壤和植物生长型的关系,群落物种空间格局与地形的关系进行分析,通过研究不同等级石漠化演替过程中植物物种多样性、植物群落中建群种叶片功能性状和植物群落的空间格局与种间相关研究,阐明石漠化梯度上物种多样性、建群种功能性状以及植物群落的空间格局与种间关系的演替规律,揭示影响其变化的因素和驱动机制,提出植物群落优化技术,集成植物群落优化调控技术并进行应用示范与验证,为提高石漠化治理植被生态效率提供科技参考。(1)物种多样性总体随着石漠化的加剧呈下降的趋势。喀斯特高原山地研究区,岩石裸露率(percentage of exposured rock,PER)和全钾(total potassium,TK)对乔木层物种多样性的影响最大;有效钾(available potassium,AK)对灌木层多样性的影响最大;草本层多样性受有效氮(available nitrogen,AN)和pH影响最大。气候和土壤分别解释了9.4%和65.9%的差异。喀斯特高原峡谷研究区,PER和AN对乔木层多样性的影响最大;有效磷(available phosphorus,AP)和年均温(manual average temperature,MAT)对灌木层多样性的影响最大;草本层多样性受年均降水量(manual average precipitation,MAP)影响最大。气候和土壤分别解释了14%和73%的差异。喀斯特山地峡谷研究区,MAT对乔木层多样性的影响最大;MAP对灌木层多样性的影响最大;草本层多样性受AN和全磷(total phosphorus,TP)影响最大。气候和土壤分别解释了23%和7.6%的差异。研究发现研究区物种多样性均受到N和P的影响,未来要更多侧重于N和P与石漠化的耦合关系。研究结果可为石漠化地区植被恢复提供理论参考依据。(2)喀斯特高原山地研究区,随着石漠化的加剧,比叶面积(specific leaf area,SLA)、净光合速率(net photosynthetic rate,Pn)和水分利用效率(water use efficiency,WUE)呈升高的趋势,而叶厚度(leaf thickness,LT)呈下降的趋势。叶面积(leaf area,LA)和叶干物质含量(leaf dry matter content,LDMC)随着石漠化的加剧呈先升后降的趋势;喀斯特高原峡谷研究区,随着石漠化的加剧,SLA呈升高的趋势,而LT和LA呈下降的趋势。Pn和WUE随着石漠化的加剧呈先升后降的趋势,而蒸腾速率(transpiration rate,Tr)随着石漠化的加剧呈先降低后升高的趋势;喀斯特山地峡谷研究区,LT和LDMC随着石漠化的加剧呈先升高后降低的趋势,而SLA、Pn和Tr随着石漠化的加剧呈先降后升的趋势。总的来看,强度石漠化地区植物具有较高SLA值和较低LDMC,无石漠化地区具有较低的SLA和较高的LDMC和LT,研究表明,随着石漠化的正向演替,植物由演替早期的开拓性策略演变为演替后期的保守型策略。(3)对研究区建群种叶片功能性状与气候、叶片碳氮磷、土壤和植物生长型进行RDA,分析表明叶片磷含量(leaf phosphorus content,LPC)和pH对WUE影响最大,AN对Pn和SLA影响最大,MAT对Tr负相关影响最大,LDMC受LC:P影响最大,植物生长型(growth form,GF)对LT影响最大。气候、叶片碳氮磷、土壤和植物生长型等四组解释了叶片功能性状29.4%的变化,其中,单独的气候、叶片碳氮磷、土壤以及生长型分别解释了6.8%、6.2%、10.8%和0.4%的差异。结构方程模型表明LPC、LC:P以及土壤因子中pH、AN直接影响SLA、Pn、Tr和WUE,而气候因子中MAP和MAT主要是通过影响LPC、pH和AN的变化,从而间接产生影响SLA、Pn、Tr和WUE。研究结果有助于揭示石漠化地区功能性状的驱动因素。(4)利用点格局g(r)函数对喀斯特高原山地、高原峡谷和山地峡谷研究区的植物群落和优势种的空间格局分析发现,高原山地和山地峡谷研究区的植物群落和优势种的空间格局以随机分布为主,而高原峡谷研究区的植物群落和优势种主要以聚集分布为主。高原山地研究区华山松与白栎种群在观测尺度内无关联,老鼠矢与华山松和白栎种群在研究尺度内为无或正相关;高原峡谷研究区翅荚香槐与构树种群为无或正相关,黄栌与构树种群为无或负相关;山地峡谷研究区马尾松、柏木和杉木种群之间表现为无或正相关。研究表明,由中强度石漠化的高原峡谷研究区到潜在-轻度的高原山地和山地峡谷研究区,群落空间格局由聚集转为随机分布,种间关系由负相关和无相关转变为正相关和无相关,说明种间关系随着石漠化的正向演替得到改善。CCA分析显示坡向、坡度和PER影响物种空间格局的分布。(5)利用改进的植物群落结构经营迫切性指标体系对研究区大样地植物群落结构进行评价,评价表明喀斯特高原山地和山地峡谷研究区的植物群落密集度较高,林分混交度较低,建群种受N元素的限制;喀斯特高原峡谷研究区植物群落林分空间分布需要优化,将聚集分布优化为随机分布,同样群落建群种也存在N元素的限制问题。研究结果揭示了石漠化植物群落结构现存的一些共性问题,并且提出了优化措施与技术。针对群落存在的不足,结合建群种生态策略研究,对研究区不同等级石漠化地区进行结构化经营。利用群落结构化经营技术对研究区进行示范,目前,喀斯特高原山地、高原峡谷和山地峡谷研究区已示范面积分别12.35 hm~2、10.37 hm~2和18.63 hm~2,示范后群落物种多样性指数和植被覆盖度较示范前有小幅度提升。研究可为石漠化地区人工林群落经营、生态效益提高和物种多样性的恢复提供可行性技术参考依据。