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晋西黄土区不同植被类型植物多样性及土壤水文物理特征研究

李民义  
【摘要】:通过资料收集、野外调查与室内实验相结合的方法,以山西吉县内8种典型植被类型,包括油松刺槐(Pinus tabulaeformis+Robinia pseudoacacia)混交林、侧柏刺槐(Platycladus orientalis+Robinia pseudoacacia)混交林、刺槐(Robinia pseudoacacia)纯林、油松(Pinus tabulaeformis)纯林、侧柏(Platycladus orientalis)纯林、农地、苹果园、荒草地为研究对象,以林下植物多样性、土壤容重、孔隙度及贮水性能、土壤微团聚体分形特征、枯落物蓄水能力、土壤含水率、土壤入渗性能等为研究指标,对比分析了不同植被类型对植物多样性及土壤水文物理特征的影响。并以不同密度30年生左右的油松人工林为例,分析了林分密度对植物多样性及土壤水文物理特征的影响,以期为黄土丘陵区水土保持植被恢复与重建、现有林分结构的调整提供科学依据和理论参考。主要研究结论如下: 1.不同植被类型对植物多样性的影响 (1)8种植被类型草本和灌木植物共62种,隶属于27科52属,其中草本植物48种,占总种数的77%;灌木植物14种,占总种数的23%。草本和灌木植物多以耐旱的阳性植物为主,草本层主要优势种为北莎草(Cyperus fuscus)、长芒草(Stipa bungeana)、大针茅(Stipa grandis)、猪毛蒿(Artemisia scoparia);灌木层主要优势种为黄刺玫(Rosa xanthina)、杠柳(Periploca sepium)、紫丁香(Syringa oblata),其中黄刺玫和杠柳分布广泛且重要值比例明显高于其它灌木,在该地区具有较强的生态适应性。 (2)各植被类型中,物种丰富度指数均表现为草本层灌木层,而Simpson指数、Shannon-wiener指数和Pielou均匀度指数均表现为灌木层草本层。 (3)不同植被类型中,植物多样性整体表现为油松刺槐混交林侧柏刺槐混交林刺槐纯林侧柏纯林荒草地油松纯林苹果园,表明针阔混交林更有利于该地区植物多样性的提高,其次为阔叶纯林,而经济林最差。 (4)油松刺槐混交林和侧柏刺槐混交林之间的群落相似程度最高,相似系数为34.03%;而三种纯林(刺槐纯林、油松纯林、侧柏纯林)之间的群落相似程度较低,其中剌槐和侧柏纯林的群落相似程度最低,相似系数为6.45%。2.不同植被类型对土壤水文物理特征的影响 (1)随土层深度的增加,8种植被类型土壤容重和土壤微团聚体分形维数(D)大体呈增加趋势,而土壤各孔隙度、土壤质量含水率大体呈下降趋势。表明不同植被类型对表层土壤物理结构的改良效果较好。 (2)与荒草地相比,7种植被类型(油松刺槐混交林、侧柏刺槐混交林、刺槐纯林、油松纯林、侧柏纯林、农地、苹果园)0-50cm土层平均土壤容重、土壤微团聚体分形维数(D)显著降低,土壤总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度均显著增大,土壤容重分别降低了19.25%、15.82%、11.04%、11.19%、8.21%、10.15%、5.82%:土壤微团聚体分形维数(D)分别降低了13.91%、10.08%、8.18%、7.02%、6.33%、3.39%、0.17%;总孔隙度分别提高了19.76%、16.21%、11.34%、11.43%、8.62%、10.64%、5.98%;毛管孔隙度分别提高了20.76%、16.30%、11.08%、13.61%、8.90%、12.16%、5.62%:非毛管孔隙度分别提高了16.91%、15.87%、11.96%、5.38%、7.77%、6.38%、6.91%。0-100cm土层平均土壤含水率表现为农地(15.21%)荒草地(11.76%)苹果同(10.38%)油松刺槐混交林(10.05)油松纯林(9.93%)刺槐纯林(9.30%)侧柏纯林(8.88%)侧柏刺槐混交林(8.44%);稳渗速率表现为油松刺槐混交林(2.55mm/min)侧柏刺槐混交林(2.23mm/min)刺槐纯林(1.78mm/min)侧柏纯林(1.53mm/min)苹果园(1.27mm/min)油松纯林(1.19mm/min)荒草地(1.02mm/min)农地(0.76mm/min)。总体来看,不同植被类型对该地区土壤物理结构均有不同程度的改良,其中人工混交林改良效果最好,其次为人工纯林,农地和经济林较差。 3.林分密度对林下植物多样性及土壤水文物理特征的影响 (1)30年生左右的油松林内灌木层物种丰富度指数、多样性指数随油松林密度的增大而减小,而均匀度指数无明显规律:草木层物种丰富指数与灌木层变化规律 一致,但多样性指数和均匀度指数均先增后减:油松林密度为1675株·hm-2时草木的多样性和均匀度为最大,整个群落的多样性指数和均匀度指数也最大:在油松林内灌木层的多样性指数及均匀度指数均大于草木层。 (2)不同密度油松林内枯落物自然含水率无显著差异,而枯落物蓄积量、最大持水率以及持水量、有效拦蓄率和拦蓄量在一些林分密度间差异显著。密度为1300株·hm-2时,土壤容重最小,总孔隙度、毛管孔隙度及所对应的贮水量均最大。密度为1675株·hm-2时枯落物蓄积量、持水最最大,表层(0-20cm)土壤容重(1.07±0.12g·cm-3)相对较低,非毛管孔隙度(17.45%±3.04%)及滞留贮水量(87.25±17.20mm)最大。综合来看,30年生左右的油松人工林,当密度约为1675株.hm-2时林下植物多样性及生态水文效应最好。 4.植物多样性和土壤水文物理特征的关系 0-0.005mm粒级土壤微团聚体体积分数、土壤稳渗速率对物种丰富度指数(S)影响最大;0.05-0.25mm粒级土壤微团聚体体积分数对Simpson指数(D)影响最大;土壤稳渗速率对Shannon-wiener指数(H')影响最大;而土壤水文物理特征对Pielou均匀度指数(Jsw)无明显影响。


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