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黔中岩溶地区高速公路石质边坡人工植被特征研究

王志泰  
【摘要】:为了解边坡生态防护工程植被建植初期植被特征与土壤养分变化规律和石质边坡人工植被自然化过程规律,本论文依托实际工程,选择3个不同坡向、坡度的石质边坡作为样坡,在人工植被建植后2周年内,采用定位研究法和常规群落调查法,对群落特征(物种、盖度和高度等)和土壤养分因子(有机质和速效态养分元素)每月进行跟踪测试。选择黔中地区不同建植年限(2a、4a、7a和10a)、人工植被保留较好的石质边坡,运用典型样地法调查分析群落物种组成、群落数量特征、群落组成结构特征、土壤种子库物种组成与丰度,比较了人工植被地上群落与土壤种子库的相似性。主要研究结果如下: 1.植物群落建植初期,随着人工植被的定植,公路边坡生境条件得到一定程度的改善,为当地物种的入侵提供了可能的条件,一些1年生的先锋植物在第2年开始入侵,物种数在第2周年末,由初植萌发的4、5种增加到20余种。植被建植初期的2个月内,不同坡向和坡度的边坡之间在群落物种组成和盖度等特征方面存在显著差异,随着边坡植被的大面积覆盖,坡向和坡度对群落特征的影响已不明显。 2.人工边坡植被建植初期,群落物种主要是草本植物,植被物种、盖度和高度方面发生明显的季节性变化。边坡植被一年中有两个枯黄期,存活部分盖度在8、9月和冬季突然降低。边坡植被盖度在生长旺季(11月)保持了较高的水平(80%以上),且第2年高于第1年。建植后的第1年,喷播物种处于优势地位,群落高度在季节性变化的过程中总体较低,第2年同比第1年,群落高度明显增加。 3.随时间推移,群落物种丰富度在增加,群落α多样性水平总体上在提高,群落的组成结构由人工初播的较简单水平向复杂水平转化。群落的物种β多样性水平的动态变化直观地表现了群落物种更替和自然化的过程。 4.土壤碱解氮和有效磷含量在植被建植后两年内波动下降,均低于建植初水平;1、2号坡速效钾含量在波动变化后有所下降,3号坡在波动变化后略有上升;有机质的含量在第1年波动变化后大幅度增加,第2年前3个月明显下降,之后基本持平,第2年末比第1年末有所下降。植被建植的初期阶段(2年内),植被特征相关指数与土壤养分因子之间的相关性不显著,说明这一时期植物生长、边坡土壤结构、土壤理化性质及土壤微生物等发生更为复杂的交互影响关系。 5.相同恢复年限边坡各样坡群落类型统一。植被盖度表现出随时间推移而降低的趋势,10a边坡群落植被盖度最小为50%,其余恢复年限边坡盖度基上维持在较高水平。边坡人工植被土壤覆盖度在前期为100%,7a坡开始有零星土壤剥落,但土壤覆盖度仍较高(≥85%),土壤平均厚度随恢复时间的延长呈逐渐下降的变化趋势。 6.人工植被建植后,群落物种数随时间推移不断增加,当地乡土物种逐渐占据优势取代初播物种,在人工植被群落的优势种向入侵自然物种过渡阶段群落形成多优势种群,群落物种数量最多,之后当地禾本科植物逐渐占优势地位又形成单优群落,群落物种数有所下降,初播物种基本被乡土物种所取代,乡土木本植物进入群落,其根系向下延伸,对人工喷附土壤的依赖逐渐降低,有望形成的喀斯特岩溶植被。 7.禾本科、豆科和菊科植物在人工植被自然化演替的初期,发挥着巨大的作用。禾本科植物以其出苗快、生长迅速等特点,能在短期内迅速覆盖祼坡,且具有强较的分蘖力和耐瘠性,在初播物种中作为主要的建群物种。当地菊科植物和禾本科植物的大量入侵改变了群落的组成结构,逐渐替代了初播物种,使石质边坡植物自然化程度有所增加。豆科植物虽然具有固氮作用,但在种类与数量上并未表现出特别的优势。经过10年的演替,木本植物开始占据较大的群落空间,植被群落表现出由草本阶段向草灌阶段过渡的特征。当地自然入侵物种在保证人工植被群落向自然化植被群落演替过程中起到了重要作用,保证了边坡植被恢复的连续性和持续性。 8.黔中岩溶地区高速公路石质边坡人工植被—土壤系统的土壤种子库具有丰富的植物种子,。不同恢复年限的边坡中地上植被与土壤种子库的物种组成具有一定程度的相似性,然相似性均小于0.5。植物群落地上部分与地下部分在优势种、生活型组成与功能型组成上具有明显的相似性。 9.黔中岩溶地区公路石质边坡人工植被建植后的10年自然化过程表现为:人工栽植草丛植物群落阶段(1-4a)、人工初播植物与乡土自然植物共存竞争草丛群落阶段(4-7a)和自然草灌群落阶段(7-10a)。


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