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由于喀斯特具有环境脆弱性高,山高坡陡、基岩裸露率高,成土速度慢,季节性长期干旱和短时干旱失水迅速等特点,使中国西南喀斯特地区地质环境脆弱性大、敏感度高、灾变承受能力低,加上人口超载和经济落后的双重压力,致使生态受损严重,出现大面积基岩裸露的喀斯特石漠化问题。本研究系统的研究了广西喀斯特地区土壤理化性质及其地上植被的特征,从不同演替阶段、不同坡向、不同小生境三方面对比了植物群落结构及土壤理化性质及土壤微生物特征,再结合喀斯特生境不同生活型植物的叶片解剖结构及气孔特性,自然干旱和人工模拟干旱对植物的影响、以及旱、雨两季植物养分分配格局的比较,得到主要结论如下:
1、木论喀斯特次生林灌草丛退化严重,原生林优势明显:
原生林的林分成熟度高,各群落物种多样性较高,随着群落逆向演替,物种多样性有所下降。在三个林型中的优势种中落叶树种占2/3,但常绿树种个体数在原生林占优。各林型植被群落落叶树种胸断高面积都显著高于常绿树种。以上结果表明:常绿树种在群落中的比例与群落演替阶段相关,落叶树种在广西喀斯特次生林占主导,这不仅是植物适应喀斯特地区特殊生境的选择方式,也是该地区土壤营养回归的主要方式。
2、木论喀斯特土壤养分含量充足:
中国喀斯特地区土壤养分较充足,表层0-5cm土壤有极高的营养累积,原生林缓坡石土面土壤养分最高,洼地营养成分最低,但仍能保持较好水平。土壤呈酸性的各林型各地形土面土是由于土层较厚,人类耕作施用化肥所致,由于喀斯特地形特征为双层地貌特征,地下暗河和洞穴较多,导致洼地土壤含水量高(最高可达28.4%±2.90),而因为灌草丛的低矮藤本及草本较多,使土壤水分得以保存,使灌草丛水分含量多于原生林、次生林。生物源养分出现的各林型石土面均高于土面现象,原生林缓坡石土面土壤SOC可达200.5gkg-1,洼地营养成分较低,但仍能保持在42.7gkg-1的水平。这不仅与成土机制有关,也与石土面上植被覆盖根系相关;而洼地在各地形中最低则与其水分含量高,地下暗河上涌导致土壤长期处于水蚀状态,营养不易保存相关。母质源养分规律为缓坡高于陡坡、洼地,其原因是由于所处地形良好,其上植被能够更好地进行营养回归;另外全钾(Tκ)及交换性钾(Aκ)所出现的不同于其他母质源养分的现象则与其元素性质相关。
在缓坡石土面,营养回归与植被类型的相关性极显著,表现为碳氮比(表征植物群落生产力>灌草丛>次生林>原生林,这与其植被组成多为藤本、草本有关;而氮磷比(与群落演替阶段相关)也表现出了相似性:原生林>次生林>灌草丛。
洼地由于土壤营养含量和水含量都较低,其土壤微生物的生物量也就相应的较低;而藤本、草本居多的灌草丛,其微生物的组成多样性较高是由于其植被组成特征导致;G-/G+以及mono/sat均出现石土面>土面的现象,因为此两项指标均表征微生物所处环境的营养状况,这与土壤养分结果相似。
3、木论喀斯特植物叶片对待水分胁迫的形态特征和营养分配方式多样:
五种不同形态特征的植物叶片解剖结构和气孔特征均呈现各异的形态特点,其叶片上或覆盖表皮毛(石上莲、红背山麻杆)、或覆盖角质层(桂花、竹叶椒)、或有蜡质(单枝竹)来抵御喀斯特的长、短期干旱,结合气孔特征分析发现:五种植物的对待干旱方式各异,红背山麻杆——避旱,其余四种植物:桂花、石上莲、竹叶椒及单枝竹均为耐旱。
对比常绿植物桂花、落叶植物红背山麻杆在自然干旱和PEG模拟干旱情况下,光合作用各指标的响应,结合旱雨季生理指标比较后发现:桂花的角质层在短期干旱来临时能抵抗植物失水,而面对长期干旱则只能通过降低光合速率来忍耐干旱;而落叶植物红背山麻杆则通过表皮毛对光的反射和散射来抵御强烈光照对植物的损伤,当长期干旱来临时,则通过落叶来达到避旱的目的,而落叶又对土壤的营养回归起到重要作用。对比两种形式的水分胁迫植物的响应后发现:落叶植物在木论喀斯特地区适应性较强,常绿植物稳定性更强。
4、广西木论喀斯特地区生态重建建议:
木论喀斯特生态破坏较严重区域为平缓地区,其原因是由于人为耕作、踩踏、施用过量化肥以及砍伐严重,而在陡坡的破坏程度则相比较低。根据植被调查发现:灌草丛虽然群落成熟度低,多为藤本和草本,但其优势种多数可以作中草药,并且由于藤本和草本体积较小,更新迅速,也是灌草丛的营养归还较好,因此我们建议在灌草丛可以继续以经济林种植为主,这样不仅能保有土壤良好的营养,也为当地经济发展起到推动作用;陡坡由于地形限制,人为干扰较少,其土壤理化性质和微生物资源都较好,植被恢复较其他地形相对容易,故在木论喀斯特陡坡位置以生态公益林为主,主要目的为涵养水源、保持生物多样性;而在缓坡位置,由于喀斯特复杂的小生境特征,土壤理化性质变异度较高,加上喀斯特严酷的水分条件,使得选种成为关键问题。在我们对喀斯特生境植物的季节性响应、水分胁迫响应以及植被调查后,我们认为,在缓坡应尽量选择落叶植物在恢复初期的“先锋种”,因其不仅能更好的适应喀斯特地区特殊的水热条件,且落叶机制能够为恢复土壤养分提供来源。