衡阳紫色土丘陵坡地自然恢复植被特征及恢复模式构建

【摘要】： 通过对衡阳紫色土丘陵坡地自然恢复植被特征及植被恢复模式构建进行系统的研究,其主要结论如下： (1)采用数学模糊聚类分析,对衡阳紫色土丘陵坡地植物群落进行数量分类,并应用Patrick丰富度指数、Simpson指数、Shannon-Wiener多样性指数以及Pielou均匀度指数比较分析了衡阳紫色土丘陵坡地不同空间位置的物种多样性特点。结果表明：1)衡阳紫色土丘陵坡地的植物群落可分为6种群丛类型,分别为Ⅰ.杉木—牡荆+六月雪—夏枯草群丛；Ⅱ.马尾松—牡荆+六月雪—野菊花群丛；Ⅲ.紫薇—野菊花+蒲公英群丛；Ⅳ.糯米条—野菊花+蒲公英群丛；Ⅴ.须芒草+狗尾草群丛；Ⅵ.须芒草+马鞭草群丛,这6种群丛分别代表的空间位置各异。2)通过分析衡阳紫色土丘陵坡地的物种多样性可知：①物种丰富度、均匀度和生物多样性指数其大小顺序均为：草本层灌木层乔木层；②衡阳紫色土丘陵坡地有一定的坡性特征,阴坡植被无论是乔木层、还是灌木层和草本层,它们的物种丰富度、均匀度、Simpson多样性指数和Shannon-Wiener多样性指数均是大于同一水平空间的阳坡；③衡阳紫色土丘陵坡地植物生物多样性在不同的垂直空间位置上表现各异,无论是阳坡还是阴坡其物种丰富度、均匀度、Simpson多样性指数和Shannon-Wiener多样性指数从总体上来说从上坡至下坡有逐步增大的趋势。此特征显示在衡阳紫色土丘陵坡地植被恢复中应根据不同的立地条件选择相应的植物种类与模式。 (2)对衡阳紫色土丘陵坡地植物群落生物量特征进行研究,其生物量具有以下特点：1)衡阳紫色土丘陵坡地阳坡植物群落平均总生物量为5133.6kg.hm-2,其中乔木层、灌木层、草本层和枯落物层平均生物量分别为1936.7kg.hm-2、1624.7kg.hm-2、1400.8kg.hm-2和171.4kg.hm-2,分别占阳坡植物群落平均总生物量的20.9%、24.1%、50.6%和4.4%；阴坡植物群落平均总生物量为5512.4kg.hm-2,其中乔木层、灌木层、草本层和枯落物层平均生物量分别为2251.4.7kg.hm-2、1650.6kg.hm-2、1437.2.8kg.hm-2和173.2kg.hm-2,分别占阴坡植物群落平均总生物量的22.0%、23.4%、50.3%和4.3%.2)阳坡乔木层、灌木层和草本层其地上部分生物量、根系生物量分别占阳坡乔木总生物量、灌木总生物量和草本总生物量的百分数依次是80.2%、19.8%；52.4%、47.6%和43.6%、56.4%；阴坡乔木层、灌木层和草本层其地上部分生物量、根系生物量分别占阴坡乔木总生物量、灌木总生物量和草本总生物量的百分数依次是83.2%、16.8%；55.0%、45.0%和46.6%、53.4%；3)衡阳紫色土丘陵坡地乔木层、灌木层、草本层和枯落物层的生物量在不同的空间位置其大小顺序依次为：乔木层只在下坡存在；灌木层是中坡下坡；草本层和枯落物层均为中坡下坡上坡；4)衡阳紫色土丘陵坡地植物群落枝叶、枯落物、根系生物量占植物群落总生物量的比例其大小顺序的变化规律是：上坡与中坡变化规律是根系枝叶枯落物,下坡的变化规律是枝叶根系枯落物；5)衡阳紫色土丘陵坡地不同空间位置的草本层的地上部分的生物量和地下部分生物量比值从上坡至下坡逐渐增大。 (3)在衡阳紫色土丘陵坡地以受干扰而退化,经封育后自然恢复至灌丛阶段的植物群落为研究对象,通过在其中设置400个5m×5m共计1hm2的相邻网格样方,对其进行群落学调查。应用聚集指数、平均拥挤度、聚块性指数、格林指数、聚集强度、Cassie指标、方差均值比的t检验等方法,研究了衡阳紫色土丘陵坡地自然恢复灌丛阶段群落主要种群的空间分布格局。结果表明：所有种群的空间分布呈显著的聚集分布,同时,各种群在不同的发育阶段也呈聚集分布,且随发育阶段的进展聚集程度逐渐减小。这主要与物种本身的生态学与生物学特性有关,以及与物种的竞争排斥作用有密切联系。聚集程度的大小在一定的程度上可用来表征植物群落的恢复程度,随着恢复过程的向前发展,种群聚集程度将下降。 (4)用定量分析法对衡阳紫色土丘陵坡地植物群落自然恢复演替进程中种群生态位动态进行了研究。先用“空间代替时间”的方法,选择四类典型样地,分别代表群落演替进程中四个不同的阶段。再用Levins生态位宽度公式和Pianka生态位重叠公式测算不同演替阶段内所有种群的生态位宽度以及生态位重叠,并分析它们的生态学意义。结果表明：1)生态位较宽的植物种类有较强的环境适应能力和较高的资源利用能力；2)种群生态位动态较好地表征了生境、竞争关系与分布格局的变化动态；3)生态位较宽的种群间与有较多相似生态特性的种群间的生态位重叠较大；4)群落内种群的平均生态位重叠值从演替阶段Ⅰ至演替阶段Ⅲ逐渐增加,至演替阶段Ⅲ最大,至演替阶段Ⅳ稍有回落。 (5)对衡阳紫色土丘陵坡地0～50cm土层土壤进行研究。结果表明：1)在同一水平空间位置上,土壤平均含水量总的变化趋势是阴坡阳坡,而土壤水分变异系数则呈现出相反的变化规律；2)在同一垂直空间位置上,阴坡与阳坡不同坡位的土壤含水量的变化规律均为：下坡中坡上坡。阳坡的土壤水分变异系数的大小顺序是：阳坡上坡阳坡中坡阳坡下坡；而阴坡则呈现出相反的变化趋势；3)在同一水平空间位置,不同坡向土壤剖面含水量变化明显,随着土层深度的增加,土壤含水量增加。从土壤水分的变异系数来看,无论是阳坡还是阴坡,随着土层深度的增加,均呈现出先减小后增大的“V”形规律,土壤水分的最稳定的层次均出现在10～30cm处。 (6)通过总结前人的研究成就和采集湖南农业大学生态研究所紫色土生态实验站部分收集整理和实验数据,从全局性、紧迫性、高效性、层次性、可持续性、创新性和多样性的角度提出了衡阳紫色土丘陵坡地植被恢复模式建设的三种典型模式,即：在其上坡、中坡与下坡分别采取灌草模式、乔灌草模式、和经济林果与绿肥牧草模式,以期促进该区域的生态、经济和社会的全面协调与可持续发展。