典型喀斯特石漠化地区植被恢复模式及其特征研究

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我国喀斯特石漠化地区气候差异较大,局部小生境丰富,喀斯特植被恢复途径多样。因此,研究各典型喀斯特石漠化地区植被恢复模式及植被演替各阶段的特征,揭示不同模式植被的生态学规律及土壤理化性质的变化规律,能为喀斯特石漠化治理提供重要的理论依据。本文主要研究广西壮族自治区凌云县封山育林不同演替阶段、麻竹纯林、竹阔混交林、任豆纯林、南酸枣纯林和农林复合经营模式,贵州省普定县封山育林、冰脆李纯林和滇柏纯林不同演替阶段和农林复合经营模式、云南省富源县封山育林和华山松纯林不同演替阶段和针阔混交林模式的生态学规律和土壤理化性质。主要结论如下:(1)在封山育林顶级群落阶段,群落中各生活型均为中性和耐荫物种。三个研究地点封山育林不同演替阶段物种组成差异较大,桂西地区进入次生乔林阶段以后物种组成以常绿阔叶树种为主,黔中地区既有常绿树种,也有落叶树种,滇东则主要是壳斗科物种。人工林乔木层物种单调,种类取决于造林时采用的树种;灌木层和草本层物种受人为干扰程度和造林密度影响较大。(2)三个典型喀斯特区封山育林群落不同生活型多样性变化趋势不一致,各地区各生活型都有各自的演替规律。桂西地区封山育林草本层物种多样性在草丛阶段最大,随时间推移而下降,草灌阶段到次生乔林阶段各指数变化不大,达到顶级群落阶段则大幅度降低;黔中地区草本层多样性随时间推移先上升后下降,物种丰富度在草灌阶段达到最大,Simpson指数和Shannon指数的峰值出现在藤刺灌丛阶段;滇东地区封山育林草本层多样性指数随时间推移表现为波浪式前进趋势。桂西地区和黔中地区封山育林灌木层、乔木层和群落总体多样性的变化规律比较一致,均先上升到次生乔林阶段达到最大,然后下降。滇东地区封山育林灌木层和乔木层多样性均表现为波浪式前进趋势,群落总体的多样性先上升后下降,但各测度指数出现峰值的时段不一致。喀斯特石漠化地区封山育林伊始,草本层物种多样性大于灌木层。随封育时间加长,灌木层多样性上升接近并最终超过草本层,但不同喀斯特区灌木层多样性超过草本层多样性的时段不一致,桂西地区出现在藤刺灌丛阶段,黔中和滇东地区均出现在次生乔林阶段。当乔木出现以后,物种多样性表现为灌木层>草本层>乔木层。(3)黔中冰脆李模式物种多样性受人为干扰的影响较大,在干扰程度最大的始果阶段群落不同生活型及群落总体的多样性最低,当发展到盛果阶段以后,多样性上升,衰退阶段达到最大。黔中滇柏纯林模式随时间推移草本层多样性上升到始材阶段达到最大,而灌木层多样性在此阶段最低,群落总体的多样性随演替进行不断降低,在成熟林阶段达到最低。滇东华山松纯林模式各生活型及群落总体多样性都随演替进行上升到始材阶段达到最大,然后下降,其中灌木层和群落总体的多样性在成熟林阶段降到最低。与落叶阔叶林相比,麻竹纯林多样性较差,采用竹阔混交模式可以明显提高乔木层和群落总体的物种多样性,但草本层和灌木层物种的生长和多样性同时受到抑制。(4)封山育林对提高群落物种多样性的效果最好,而用材林最差。喀斯特石漠化地区各种治理模式初期物种组成及多样性取决于治理前的土地利用方式。退耕还林类型治理初期群落以一年生草本为主,物种多样性高;荒山造林类型治理初期群落以多年生草本和先锋性灌木树种为主,优势种明显,物种多样性不高。当群落演替到中期以后,也即是封山育林进入藤刺灌丛阶段,用材林进入始材阶段,经果林进入盛果阶段以后,各治理模式多样性的差异开始体现,封山育林模式各生活型及群落总体的物种多样性一直到顶级群落阶段都是各治理模式中最高的。用材林中期的灌木层和群落总体的多样性都比经果林高,草本层的多样性则相反,农林复合经营模式各生活型多样性最低。进入后期,用材林各生活型及群落总体物种多样性下降,成为多样性最差的模式;经果林各生活型多样性上升,成为多样性最高的人工林模式。(5)封山育林能明显改善土壤的理化性质。封山育林初期土壤会在短期内出现板结,进入草灌阶段以后,土壤物理性质不断改善,土壤容重不断降低,孔隙度上升。在植被演替过程中,土壤pH值不断降低,由弱碱性向弱酸性转化,滇东地区除外。土壤中有机质、氮的含量在植被演替过程中的变化规律一致,均在草灌阶段出现最低值,然后上升,桂西和滇东地区在顶级群落阶段达到最大,黔中地区在次生乔林阶段达到最大。植被恢复过程中磷和钾含量的变化规律在各地区不一致。桂西地区土壤磷的含量从治理初期到中期大幅度降低,之后略有反弹;速钾含量变化不大,全钾含量则在演替早期不断降低,中期以后趋于稳定。黔中地区磷含量在草灌阶段最低,之后逐渐上升;速钾含量在演替过程中不断上升,全钾含量则正好相反。滇东地区磷和速钾含量均在草灌阶段最低,之后逐渐上升,全钾含量在演替过程中的波动较大。三个实验点封山育林土壤中有机质和氮含量变化一致,而磷和钾的变化规律差异很大。(6)冰脆李模式对土壤容重和孔隙度的改善不明显,在冰脆李生长过程中,土壤逐渐由弱酸性向弱碱性转化。从幼树阶段到盛果阶段的过程中,冰脆李对土壤中有机质、氮和磷的需求不断加大,进入衰退期以后则逐渐降低。在整个生长过程中,冰脆李对钾的需求较少,土壤中的钾得以不断累积。钙、镁和铁的累积大于淋洗。滇柏纯林模式在始材阶段以前土壤容重和孔隙度变化不大,进入始材阶段以后,容重降低,孔隙度上升。与封山育林一样,滇柏模式土壤随演替进行由弱碱性向弱酸性转化。在始材阶段以前,滇柏的生长消耗土壤中大量有机质、氮和磷,累积较少。始材阶段以后,土壤中有机质、氮和磷的累积大于消耗,含量上升。滇柏生长对土壤中钾的消耗小,土壤中钾得以不断累积。土壤中钙和镁的淋洗强烈。华山松纯林模式不利于土壤理化性质改良。华山松纯林在始材阶段土壤容重最低,孔隙度、有机质和氮的含量最高,之后土壤进一步板结,有机质和氮含量由于补充不足而逐渐降低。土壤中磷和钾的含量由于消耗少,在华山松生长过程中不断累积。钙、镁含量均在成熟林阶段达到最大。在桂西喀斯特区,落叶阔叶林土壤理化性质最好,其次是农林复合经营模式,竹子纯林最差,采用竹阔混交模式可以明显改善土壤性质,但仍不及落叶阔叶林。
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