重庆金佛山喀斯特森林不同林型木本植物种子雨、土壤种子库与幼苗更新

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喀斯特地区植被长期遭受干旱、土层瘠薄、土壤及养分流失严重等环境的胁迫,该区域森林与常态地貌发育的地带性植被有所不同,其稳定性较差,植被破坏后难以恢复。保证森林木本植物的天然更新是遏制喀斯特地区森林持续退化的有效途径。种子和幼苗作为植物生长过程中关键且脆弱的阶段,最易受到外界的干扰,而不同林型间因其光照、土壤水分、枯落物厚度等环境因子的差异,会对种子和幼苗等产生不同程度的影响,进而影响森林更新及演替。因此,研究不同林型木本植物种子雨和种子库的物种组成、数量、质量、时间动态变化及幼苗萌发情况,能够揭示喀斯特森林发生及发展的内在机制,探讨喀斯特森林的更新潜力与未来发展方向,为喀斯特森林的管理提供理论依据。本研究在重庆金佛山选取原生性较强的3种不同类型喀斯特森林(落叶阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、常绿阔叶林,以下简称落叶林、混交林、常绿林)作为研究样地,在3种林型内均设置群落调查、种子雨、土壤种子库、幼苗样方。主要研究结果如下:(1)对木本植物群落特征统计分析得到,混交林木本植物共计15科22属26种,乔木层共计13科20属24种,灌木层共计11科18属22种;落叶林共计17科26属30种,乔木层共计12科17属20种,灌木层共计17科26属30种;常绿林共计13科21属25种,乔木层共计11科19属22种,灌木层共计10科17属21种。不同类型森林群落中乔木层、灌木层的优势种及物种多样性均存在差异,就乔木层而言,混交林总体物种多样性水平最高,落叶林最低,而在灌木层中,落叶林物种多样性水平最高,混交林最低;在混交林、常绿林中,乔木层的多样性高于灌木层,在落叶林中,乔木层的多样性低于灌木层。海拔、凋落物厚度、土壤温度、空气湿度、坡度等因素会显著影响群落的物种组成。(2)对木本植物种子雨统计分析得到,3种林型种子雨下落持续时间及高峰期出现时间基本一致,均从8月下旬开始下落,在10月中旬达到峰值,11月中下旬结束。混交林种子雨所收种子共计12科15属17种,落叶林共计10科12属12种,常绿林共计13科17属19种。林型间种子雨强度差异显著,常绿林最大,可达1453.00颗·m-2,其次为落叶林(486.11颗·m-2),混交林(152.22颗·m-2)最小。活性种子数量在3种林型内有显著差异,具体表现为常绿林(786.11颗·m-2)>落叶林(207.00颗·m-2)>混交林(69.33颗·m-2),分别占各自林型种子雨总量的55.41%、44.44%、47.41%,而虫蛀、残缺及霉腐种子占比在3种林型内均为混交林>常绿林>落叶林。3种林型散布的种子雨在空间分布上均呈聚集分布,聚集程度为常绿林>落叶林>混交林。(3)对木本植物土壤种子库统计分析得到,在种子雨下落前,混交林土壤种子库种子共计9科10属10种,落叶林共计7科7属7种,常绿林共计6科7属8种;在种子雨下落后,混交林共计10科11属11种,落叶林共计8科10属10种,常绿林共计10科12属12种。种子雨下落前、后,3种林型地上木本植物物种数均高于土壤种子库物种数,且两者间的物种相似性较低,相似性系数大小关系为混交林>常绿林>落叶林。种子雨下落前、后,土壤种子库总储量均为常绿林>混交林>落叶林。在水平分布上,3种林型土壤种子库均呈聚集分布,在种子雨下落前,混交林种子库聚集程度最高,常绿林次之,落叶林最小;在种子雨下落后,聚集程度表现为混交林>落叶林>常绿林。在垂直分布上,种子雨下落前,3种林型的种子分布情况均为0-2 cm土层>2-5 cm土层>枯落物层;在种子雨下落后,混交林和常绿林为0-2 cm土层>枯落物层>2-5 cm土层,而落叶林为枯落物层>0-2 cm土层>2-5 cm土层。(4)对木本植物幼苗统计分析得到,混交林幼苗共计13科19属20种,落叶林共计12科17属17种,常绿林共计11科14属15种。3种林型的幼苗萌发数量差异显著,落叶林幼苗密度最大,其次是混交林,最后是常绿林。混交林单位面积萌发幼苗的种类数量最多,其次是落叶林,常绿林最少。不同林型间幼苗物种组成的相似性为混交林-落叶林(0.85)>混交林-常绿林(0.67)>落叶林-常绿林(0.60)。种子雨-种子库的物种组成相似性系数在常绿林中最高,在落叶林中最低;种子雨-幼苗的相似性系数在落叶林中最高,在常绿林中最低;种子库-幼苗的相似性系数在3种林型内均很低。幼苗密度与枯落物厚度、土壤湿度、空气湿度呈极显著正相关,而与郁闭度、土壤温度、空气温度、坡度、海拔呈极显著负相关。综上所述,重庆金佛山喀斯特森林木本植物的种子雨强度及土壤种子库储量均较大,且种子活性较高,该地区森林群落有着较强的更新基础与潜力。但种子雨和种子库的物种组成、数量、时间动态变化以及幼苗萌发情况在不同林型间差异显著,说明生境的影响至关重要。在本研究中,木本植物幼苗萌发数量在落叶林生境下最多,而在种源最充足的常绿林下最少,说明该生境(郁闭度高、土壤含水量低等)不利于幼苗更新。因此,在金佛山喀斯特森林管理过程中,需重视林型差异对幼苗更新的影响,合理规划林分结构,因地制宜地采取适当抚育措施,如通过调控林窗大小和分布以改善林下光照、水分等条件,降低种子损耗,为木本植物种子萌发、幼苗建立提供良好条件,从而促进喀斯特森林的天然更新与恢复。
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