喀斯特高原石漠化区植被恢复过程中群落功能群结构与养分特征研究

来源 :贵州大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:chren1981
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喀斯特石漠化是西南地区最严重的生态环境问题,严重制约着该地区经济社会的发展,植被的恢复与重建是解决喀斯特石漠化问题的根本途径。本研究选择喀斯特高原石漠化区退化植被自然恢复系列各阶段群落(草地、草灌丛、灌木林、乔灌林和乔木林)为研究对象,以群落植物功能群结构和养分特征为纽带,探讨不同恢复阶段群落植物功能群结构,C、N、P养分含量,C/N、C/P、N/P生态化学计量,C、N、P养分储量,N、P养分利用率(NUEN、NUEP),N、P养分再吸收率(REN、REP),N、P养分循环,揭示喀斯特高原石漠化区植物群落恢复过程中植物功能群的替代规律和群落养分分配对策,加深对喀斯特高原石漠化区植被恢复过程的认识,为喀斯特石漠化区植物配置技术提供理论依据。得到以下研究结果:(1)按生活型(草本型He、矮高位芽Ph(N)、小高位芽Ph(Mi)、中高位芽Ph(Me))、生长型(草本G、灌木S、乔木T、藤本V)、叶习性(常绿E、落叶D)和适应等级种组(先锋种PS、次先锋种SPS、过渡种TS、次顶极种SCS、顶极种CS)划分群落植物功能群。整个恢复过程中落叶植物均占据优势地位(54%~70%),草地阶段He(57%)、G(50%)及PS(90%)占绝对优势,同时具有一定比例的Ph(N)和Ph(Mi)(43%)、S(42%)和SPS(10%),无Ph(Me)、T、TS、SCS、CS,即为草本型先锋群落(简称为G-PS);草灌丛阶段He(34%)、G(33%)、PS(64%)比例下降,Ph(N)和Ph(Mi)(58%)、S(51%)、SPS(21%)比例上升,并出现了Ph(Me)(8%)、T(7%)和TS及以上的适应等级功能群(15%),即为草灌型先锋群落(简称为G-S-PS);灌木林阶段,Ph(Mi)(27%)及SPS(36%)比例进一步增加,即为灌-草小高位芽次先锋群落(简称为Ph(Mi)-SPS);乔灌林阶段Ph(Mi)(26%)、G(25%)、S(35%)、PS(38%)比例下降,Ph(Me)(17%)、T(21%)、TS及以上适应等级种(36%)比例增加,即为乔-灌-草中高位芽过渡群落(简称为Ph(Mi)-TS);乔木林阶段,Ph(Me)、T、SCS和CS数量进一步增加,形成乔-灌-草中高位芽次顶极群落(简称为Ph(Me)-SCS)。恢复过程中功能群的替代使群落最终呈现出稳定的乔-灌-草垂直分层结构。(2)叶片C(446.34~476.41g.kg-1)、N(10.10~17.65g.kg-1)、P(0.97~1.73g.kg-1)、C/N(27.20~48.45)、C/P(287.62~487.66)随恢复进展基本呈增加趋势,林地现存枯落物量(1.32~13.22t.hm-2)、枯落物N(10.75~17.82g.kg-1)、P(0.57~0.80g.kg-1)、C/N(22.23~38.58)、C/P(520.39~745.80)和土壤(0~10cm)C(77.13~108.68g.kg-1)、N(2.86~8.71g.kg-1)、P(0.95~1.16g.kg-1)、N/P(2.63~7.45)随恢复阶段的变化趋势基本一致,为先增加后降低,土壤C/N(10.95~42.56)和C/P(49.46~92.37)在恢复后期较高,各恢复阶段叶片N/P(10.39~12.75)均小于14,喀斯特高原石漠化区不同恢复阶段植被均受到N的限制。以上结果表明:G-PS和G-S-PS群落阶段具有较低的植物生长速率、枯落物分解速率和较高的土壤有效性养分水平;Ph(Mi)-SPS和Ph(Mi)-TS群落阶段具有中等的植物生长速率、较高的枯落物分解速率和土壤有机质矿化速率;Ph(Me)-SCS群落阶段具有较快的植物生长速率、中等枯落物分解速率和较低的土壤有效性养分水平,体现l C、N、P养分含量和养分比值在不同恢复阶段群落植被-枯落物-土壤连续体中的分配。(3)与非喀斯特地区植被相比,喀斯特高原石漠化区叶片C、N含量为中等水平、P含量较高,叶片N/P较低,表明喀斯特地区植被生长易受N的限制;枯落物C、P含量较低,N含量较高,枯落物C/N较低,表明喀斯特地区枯落物分解速率较快;土壤表层C、N、P含量整体较高,C/N较高、C/P和N/P较低,表明喀斯特地区土壤P的回归较充分而N回归不足,土壤为N限制类型。(4)各恢复阶段群落植被生物量范围为9.95~132.32t.hm-2,植被-枯落物-土壤(0~10cm)连续体C储量依次为3.86~65.13t.hm-2、0.55~4.82t.hm-2、25.18~45.93t.hm-2,N储量为0.09~0.83t.hm-2、0.02~0.21t.hm-2、1.51~2.54t.hm-2,P储量为9.13~84.75kg.hm-2、0.88~9.31kg.hm-2、379.88~609.21kg.hm-2,植被-枯落物-土壤连续体C、N、P储量基本呈现为中-低-高格局。随恢复进展,植被中养分储量分配比例逐渐增加(12%~55%),枯落物中养分储量分配比例先增加后减少(2%~8%~4%),土壤中的养分储量分配比例逐渐减少(86%~40%)。从存储器官来看,G-PS和G-S-PS群落阶段,植被层的C、N、P养分主要储存在叶中(52%~68%);Ph(Mi)-SPS和Ph(Mi)-TS群落阶段则主要储存在枝中(51%~75%);Ph(Me)-SCS群落阶段C主要储存在树干中(54%),N、P在叶、枝、干、根中的储存量相差不大(21%~28%),这体现养分总量在不同恢复阶段群落植被-枯落物-土壤连续体和器官中的分配。(5)NUEN表现为Ph(Me)-SCS(96.60g.g-1)>Ph(Mi)-SPS(95.51g.g-1)>Ph(Mi)-TS(69.79g.g-1)、NUEP表现为Ph(Mi)-SPS(1208.97g.g-1)>Ph(Me)-SCS(1072.12g.g-1)>Ph(Mi)-TS(1000.95g.g-1);REN为Ph(Me)-SCS(38.03%)>Ph(Mi)-SPS(19.64%)>Ph(Mi)-TS(9.69%)、REP为Ph(Me)-SCS(43.72%)>Ph(Mi)-TS(39.22%)>Ph(Mi)-SPS(36.75%),且REP>REN,这表明受N限制的群落不一定具有高的N再吸收率。NUEN和NUEP分别与REN和REP呈极显著正相关关系(P<0.05),REN、REP与土壤N为极显著负相关(P<0.05),而与土壤P相关关系不显著(P<0.05),这表明表明喀斯特高原石漠化区植被N、P再吸收率可能依赖土壤N含量的变化。(6)养分利用系数表现为Ph(Mi)-SPS(0.58)>Ph(Mi)-TS(0.46)>Ph(Me)-SCS(0.44),循环系数则相反,分别为0.42、0.54、0.56,周转时间表现为Ph(Me)-SCS(24.51)>Ph(Mi)-SPS(13.52)>>Ph(Mi)-TS(12.90)。以上结果表明:随植被正向恢复进行,群落养分储存速率降低、养分循环加快,在乔-灌-草中高位芽次顶极群落阶段养分周转时间长。
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