喀斯特山地不同类型人工林群落特征与稳定性综合评价

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人工植被恢复是贵州喀斯特山地退化生态系统恢复与重建的重要措施之一。由于该地区土壤贫瘠人工幼龄林生长缓慢、造林保存率低、自然更新困难且群落稳定性差等问题,导致人工林生态系统服务功能降低和不可持续性。研究人工林群落的组成结构和生物量特征,揭示影响其群落稳定性的关键因素,可为选择合理的造林树种和方式,增强人工林群落可持续性提供理论依据。本文以贵州喀斯特地区滇柏(Cupressus duclouxiana Hichel)纯林、刺槐(Robinia pseu doacacia Linn.Linn.)纯林和滇柏刺槐(Cupressus duclouxiana Hichel-Robinia pseudoa cacia Linn.)混交林3种人工林为研究对象,研究了3种人工林的林下物种组成及植物多样性,分析了植物枯落物及林下土壤的水分特征,探讨了土壤养分特征与土壤酶活性的关系。根据林下植物多样性、水分特征、土壤特征等指标,选择合适的群落稳定性评价因子,对3种人工林进行群落稳定性评价,采用2种评价方法进行评价,以期找到适合评价贵州喀斯特地区人工林群落稳定性的方法,为定量研究人工植被群落稳定性提供参考。本文主要结果如下:1.贵州喀斯特地区3种人工林林下物种较为丰富,在滇柏纯林中发现林下有植物28科42属44种,刺槐纯林的林下有植物28科42属45种,滇柏刺槐混交林的林下有植物30科53属56种,丰富度最高,未造林地有植物10科13属13种,其中齿叶冬青、小果蔷薇是3个人工林林地灌木层共有的优势种类;而青绿薹草则是3个人工林林地草本层共有的优势种类。2.人工造林能显著提高林下植物多样性和地上部分植物生物量,3种人工林的灌木层和草本层的植物组成和植物多样性均明显高于未造林地,3种人工林灌木层的地上部分植物生物量均高于草本层,而未造林地灌木层的地上部分植物生物量则小于草本层。且混交林和纯林的地上部生物量与植物多样性的关系存在差异。例如:在滇柏纯林中,灌木层和草本层的地上部分植物生物量与其Margalef丰富度指数(R)均无显著相关性;在刺槐纯林中,灌木层的地上部生物量和地上部总生物量与草本层的R指数均呈显著正相关;在滇柏刺槐混交林中,草本层的地上部生物量与灌木层的R指数呈显著负相关。3.人工造林能提高林地水土保持能力。造林后,3种人工林枯落物层的蓄积量具有明显的提高,枯落物持水量也有显著提高。且3种人工林枯落物持水量与浸水时间呈正相关关系,凋落物在浸水的前两个小时,持水量迅速增加,在8 h时基本达到饱和,在24 h持水量达到最大值。土壤容重随着造林活动进行明显降低,造林活动改变了土壤孔隙度,从而使土壤含水量得到提高。对比几种类型的林下枯落物持水量后可以发现,滇柏刺槐混交林的林分,最大持水量较高。在土壤层,刺槐纯林的最大持水量最大,未造林地的最小。林分的总持水量表现为滇柏刺槐混交林最大,其次为刺槐纯林、滇柏纯林和未造林地。4.人工造林对土壤的肥力水平和养分含量产生影响。有机质在造林后得到显著增加,在3种人工林中滇柏刺槐混交林的有机质含量最高。全氮和碱解氮表现为滇柏刺槐混交林最高。全磷和有效磷含量表现为滇柏刺槐混交林最高,其次为滇柏纯林,未造林地最低。3种人工林中滇柏刺槐混交林全磷和有效磷含量显著大于滇柏纯林和刺槐纯林,且3种人工林全磷含量均显著大于未造林地,这说明通过造林能显著提高土壤磷含量。全钾含量表现为未造林地的含量最高,为7.54 mg·kg-1,其次是刺槐纯林、滇柏刺槐混交林,滇柏纯林的全钾含量最低,为5.80 mg·kg-1。人工造林能显著提高土壤酶活性,3种人工林的土壤酶活性均大于未造林地,且3种人工林之间的酶活性具有显著差异,与纯林相比,滇柏刺槐混交林的土壤酶活性(除蔗糖酶活性)均较高。5.3种人工林中滇柏刺槐混交林的群落稳定性较好,其次是刺槐纯林和滇柏纯林,分别采用隶属函数法和主成分分析法2种方法,研究了贵州喀斯特地区不同人工林群落的稳定性。研究结果表明这2种方法的评价结果一致性较好。影响贵州喀斯特地区人工林群落稳定性的主要因素为林下植物多样性、草本层植物生物量、土壤全氮和碱解氮含量、土壤水分和枯落物水分特性。综上所述,在喀斯特退化山地人工植被恢复中,可选择针阔混交林种植方式,从而提高植被恢复的生态效能和群落稳定性。
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