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本文以扰动边坡为研究对象,调查了边坡植被群落的种类组成、群落结构,应用植被数量分析方法,并将定量与定性方法相结合,从植被群落数量分类与排序及其环境解释,并通过空间代替时间的方法得到扰动边坡植被恢复的演替序列,分析演替各阶段的群落物种多样性及土壤质量特征。此研究对于扰动边坡植被恢复和环境的可持续发展具有极其重要的理论与实践指导意义。主要结论如下: (1)通过对边坡植被的调查,利用TWINSPAN分类方法和DCA排序对群落进行分类。结果表明,扰动边坡植被可以划分为8种类型,分别为狗牙根+香附子群落,狗牙根+野菊花群落,构树+栾树-肾厥+荩草群落,构树-高羊茅+肾厥群落,构树-多花木兰-芒群落,构树群落,构树-牡荆-凤尾蕨群落,扁柏-花椒-肾蕨群落,根据TWINSPAN对植物群落类型的划分及其特征的分析结果,以及各个群落恢复年限初步确定了演替序列。多年生草本阶段→草本群落向灌丛群落过渡阶段→灌丛群落阶段→灌丛向乔木群落阶段→乔灌草阶段。 (2)扰动边坡植被恢复演替各阶段物种组成特征 扰动边坡植被恢复各阶段物种组成较丰富,累积出现高等植物50种,分属于33科36属,其中禾本科植物占草本植物总数的22%,菊科植物占草本植物总数16%,表明禾本科植物菊科植物在扰动边坡植被恢复演替过程中所起的作用最大。同时,构树是植被恢复演替过程中出现最早而且持续时间最长的木本植物,具有较宽的生态位,建议作为该地区人工造林树种。 (3)群落生长型结构变化 在扰动边坡植被恢复演替的不同阶段,各生长型植物在群落中所占优势明显不同。首先,一年生草本植物在群落中所占比重最大。随着演替的进行,多年生草本入侵,在群落中比例不断加大,一年生草本植物所占比重降低。之后,多年生草本植物经过种间竞争的波动趋于稳定后,小型乔灌木出现在群落中。在群落的乔灌阶段,由于乔灌植物逐渐占据群落的主要地位,引起生境的变化,导致多年生草本植物退化,随着群落向顶级群落的进一步演替,多年生草本重新侵入群落,林间灌草丛增多,植物种类成分复杂,生境趋于优越,群落稳定性增强。 (4)扰动边坡植被恢复过程中,植被演替序列一年生草本植物开始,逐步演替为多年生草本群落,进而演替到灌木群落,最终达到顶级乔木群落。物种数随着植被恢复演替的进行呈现先增加在减少,而后又增加的动态变化趋势,物种多样性指数在一年生草本阶段到多年生草本阶段呈增加趋势,经历多年生草本群落物种间竞争,物种多样性下降,然后多样性趋于稳定。向乔灌阶段演替的过程中,由于林下生境的剧烈变化,植物之间遵循优胜劣汰的原则,争夺生态位所致物种多样性下降,随着植被演替的继续进行,灌木和乔木的侵入并渐渐占据主要生态位,多年生草本重新侵入群落,林间灌草丛增多,植物种类成分复杂,生境趋于优越,群落稳定性增强。说明随着植被恢复演替,地面植物物种丰富度,多样性及均匀度有明显增加,植被演替到后期,植物物种趋向多样化,群落达到稳定状态。 (5)植被恢复过程中,土壤含水量呈上升趋势,土壤容重呈下降趋势,总的来说,随着植被恢复,土壤物理性质逐渐改良;土壤有机质、全氮、速效氮、MBC、MBN、土壤呼吸呈上升趋势。全磷和全钾变化趋于稳定,速效磷和速效钾随着植被恢复演替在前期呈现增加的趋势,后又降低最后趋于稳定。在边坡植被自然恢复过程中,土壤 C/N变化范围为6.01~11.24,土壤 C/N比值远小于25:1,土壤有充分的氮素供应,其有机体分解也较快,在有机质矿化过程中不曾发生土壤微生物与植物之间争夺氮素的现象。土壤微生物熵表现出波动性,,群落结构发生变化,导致土壤微生物群落结构的变化,而不同种群的C/N比不一样,微生物区系中细菌和真菌的比例不同,必将导致 SMBC/MBN波动。微生物熵范围介于1.75%-6.25%,在植被恢复中,微生物群落以细菌为主。MBC/TOC、MBN/TN在植被恢复过程中呈现趋势一致的波动,这是由植被生长过程中微生物的矿化作用固持作用的此起彼伏决定的。土壤微生物呼吸速率随着植被恢复年限的增加呈上升趋势,各阶段土壤呼吸强度差异性显著(P<0.05)。随着植被恢复向乔灌草顶级群落演替,逐渐趋于稳定,土壤微生物活性升高,利用碳的效率变高土壤呼吸熵减小。 (6)通过对土壤物理性质、化学性质及生物学性质等进行主成分分析,建立了扰动边坡植被恢复过程中土壤质量评价体系,通过分析土壤质量综合指数的变化,得出:在扰动边坡植被恢复恢复演替过程中,土壤质量变化可分为四个阶段。植被由一年生草本向多年生草本演替阶段,SQI从0.162增加到0.364,土壤质量由低水平向较高水平转化,植被由多年生草本阶段向灌丛阶段演替,植被物种多样性稳定,土壤质量处于平稳变化阶段;SQI变化在0.364~0.389之间;第三阶段是群落向乔木阶段演替,草本群落退出优势地位,地表覆盖度减少,植物对土壤养分和水分的消耗大于积累,土壤质量呈下降趋势,SQI由0.338降至0.337;第四阶段,土壤质量再次上升阶段,发生在群落顶级演替阶段,土壤质量再次快速增长,SQI由0.337增加到最大值0.687,土壤质量由较低水平向高水平方向转化。 (7)通过植被与土壤环境因子 CCA排序,取得了较好的结果,不同演替阶段群落类型在排序轴上的位置基本反映了与土壤环境梯度的关系,土壤含水量、有机质与MBC决定了小生境的变化,导致群落类型分布的梯度变化。