基于功能性状的中亚热带岩溶常绿落叶阔叶混交林物种多样性维持研究

理解植物功能性状和功能实体在森林群落的分布,有助于探讨物种丧失对森林生态系统功能、冗余和恢复力的影响。为了解脆弱的岩溶石山森林在应对生物多样性丧失的生态系统反馈,对桂林岩溶石山两块1hm~2的常绿落叶阔叶混交林的木本植物数据进行了分析。包括基于功能性状计算功能多样性、构建功能实体计算功能冗余以及采用Pearson相关分析和Mantel检验评估物种多样性指标在生态系统的维持机制。结果显示:(1)青冈+大叶榉树群落的功能多样性指标均低于鱼骨木+青冈+圆叶乌桕群落,且两个群落间功能均匀度不相关(P>0.05),功能丰富度、功能离散度和Rao′s二次熵呈现极显著相关性(P<0.001),功能分散度呈现显著相关性(P<0.05)。(2)两个群落的物种丰富度与功能冗余指标表现出相似的线性关系,即物种丰富度与功能实体等级、功能冗余、功能超冗余呈正相关,与功能脆弱性呈负相关关系。(3)不同植物功能性状间、不同功能多样性指标间和不同功能冗余指标间的相关性较强,功能多样性指标和功能冗余指标间无显著相关性,但功能性状与功能多样性指标、功能性状与功能冗余指标均存在不同程度的相关性。而在功能实体与物种多样性指标的相关性方面,呈现出同物种丰富度与物种多样性指标相似的显著度。另外,物种多度与物种丰富度、功能分散度、功能离散度、Rao′s二次熵及功能脆弱性均显著相关。总之,在岩溶石山常绿落叶阔叶混交林中,高功能多样性的群落存在高功能冗余的现象,但功能多样性和功能冗余是相互独立的因素;物种丰富度高的群落所提供的保险效应无法抵消其生态系统的脆弱性。因此,不能仅通过保护物种丰富度来维持生态系统的特有功能,还应充分考虑多度对生态系统功能的贡献,以更有效地实现对岩溶石山森林生态系统的保护。

中亚热带典型岩溶森林植物多样性与环境因子关系的研究

为深入了解岩溶石山森林植被物种多样性和功能多样性及其与环境因子的关系,该研究通过群落学调查、功能性状和环境因子的测定,结合方差分析、多重比较和冗余分析等统计方法,对桂林岩溶石山落叶阔叶林、常绿落叶阔叶混交林和常绿阔叶林的物种多样性和功能多样性进行对比分析,探究环境因子对不同植被类型物种多样性与功能多样性的影响机制。结果表明:(1)常绿阔叶林的Patrick丰富度指数显著高于落叶阔叶林和常绿落叶阔叶混交林;Pielou均匀度指数在常绿落叶阔叶混交林最高,落叶阔叶林次之,常绿阔叶林最低。(2)常绿阔叶林的功能丰富度指数显著高于常绿落叶阔叶混交林和落叶阔叶林;功能均匀度指数在常绿落叶阔叶混交林中最高,落叶阔叶林次之,常绿阔叶林最低。(3)冗余分析结合蒙特卡洛随机置换检验结果显示,落叶阔叶林物种多样性主要受林冠开阔度和土壤水溶钙影响;功能多样性则受到土壤水溶钙和岩石裸露率的影响;岩石裸露率和土壤厚度是影响常绿落叶阔叶混交林物种多样性和功能多样性的主要制约因子。此外,物种多样性还受到土壤速效氮的显著影响;常绿阔叶林物种多样性和功能多样性主要受岩石裸露率、土壤含水量和土壤厚度的显著影响。该研究结果揭示了不同森林植被物种多样性和功能多样性对非生物环境变化的响应,拓展了对岩溶石山物种多样性和功能多样性的认识,为岩溶石山生物多样性保护提供了进一步的参考依据。

川东五百梯地区石炭系岩溶古地貌识别及储集意义

综合利用钻井、测井、岩心及地震资料,通过建立地震正演模型模拟、RGB分频融合技术及波形分类分析等手段,对川东五百梯地区石炭系岩溶古地貌进行了识别与刻画。研究结果表明:(1)川东五百梯地区石炭系遭受的岩溶作用强度自西向东逐渐变小,东南部石炭系原始沉积厚度更大,但残余厚度分布不均匀,主要为10~30 m;西北部地层厚度较小,为0~15 m。(2)研究区石炭系自西向东可识别出岩溶高地和岩溶斜坡2个二级地貌单元,岩溶斜坡可划分为残丘和浅洼2个三级地貌单元,再依据其差异溶蚀特征,可进一步划分为陡斜坡浅洼和缓斜坡浅洼,浅洼内发育残丘、暗河及落水洞。反射同相轴的上提和下拉特征、岩溶角砾岩的发育、地震层拉平剖面、RGB分频融合及波形变化特征等均可识别出岩溶古地貌的发育。(3)研究区石炭系各地貌单元的分布受构造控制,浅洼和残丘多以椭圆状或不规则长条状呈北西—南东向展布,暗河的展布与浅洼长轴方向一致;岩溶古地貌控制着地层厚度以及溶蚀孔洞的发育,残丘残余厚度较大,岩溶作用强,充填作用较弱,溶蚀孔洞较发育,储层平均孔隙度为4.34%;缓斜坡浅洼残余厚度较小,充填作用较强,溶蚀孔洞不发育,储层平均孔隙度为2.68%,而陡斜坡浅洼虽然残余厚度小,但因潜水位低、泄水能力强,溶蚀作用强而充填作用弱,储集空间发育,储层平均孔隙度为5.05%;缓斜坡和陡斜坡储层平均孔隙度分别为3.67%和3.31%,岩溶高地孔隙度最小,平均为2.51%。

喀斯特峰丛洼地退耕还林还草工程的植被土壤耦合协调度模型

植物和土壤的耦合协调关系是生态恢复、退耕还林还草工程顺利实施的关键。该文基于典型喀斯特峰丛洼地7种代表性退耕还林还草模式植被土壤的全面调查和取样分析,建立9个植被因子和15个土壤因子的2级层次指标体系,采用层次分析法确定各因子的权重,构建了7种模式的植被土壤耦合度和耦合协调度模型。结果表明:不同退耕还林还草模式的耦合度和耦合协调度并不一一对应,植被与土壤的综合指数在全体模式中的位置也并不完全一致,退耕种植任豆+桂牧1号的植被效应和退耕种植香椿的土壤改良作用最好。退耕5年后各模式的植被土壤耦合协调状况还不十分理想,除香椿和撂荒处于中级协调发展时期外,其他退耕模式均还处于失调衰退和过度发展时期,耦合协调度模型只有桂牧1号和撂荒处于植被土壤同步型。喀斯特峰丛洼地实施退耕还林还草工程时应同步提高植物生长抚育和土壤管理水平。

喀斯特峰丛洼地不同退耕还林还草模式的土壤微生物特性

以坡耕地为对照,研究了喀斯特峰丛洼地任豆、香椿、板栗、柑橘、任豆+桂牧1号、桂牧1号和撂荒7种常见退耕还林还草模式下土壤微生物种群数量、微生物量碳氮磷及其分形特征和主要土壤酶活性特征。结果表明,不同退耕还林还草模式土壤微生物种群数量组成不同,除任豆模式外其他退耕还林还草模式均能提高土壤微生物总数量;不同退耕还林还草模式(除任豆模式外)土壤微生物量碳(MBC)含量极显著增加,撂荒地最高,土壤微生物量氮(MBN)含量变化范围不大,呈下降趋势,土壤微生物量磷(MBP)含量的变异很大,香椿、板栗、撂荒和桂牧1号模式显著或极显著高于坡耕地;土壤MBC与细菌数量的关系最相关(D=-4.07,R=0.81,P<0.01),其次为MBC与放线菌数量(D=3.82,R=0.44,P<0.05),再次为MBN与真菌数量(D=0.58,R=0.61,P<0.01),MBC与真菌数量、MBN与细菌、放线菌数量以及MBP与细菌、真菌、放线菌数量之间不存在分形关系;不同退耕还林还草模式(除桂牧1号模式外)均显著或极显著增加了土壤蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性。总之,不同退耕还林还草模式均改善了土壤微生物特性,为喀斯特峰丛洼地脆弱生态系统恢复与重建提供了重要依据。

桂林岩溶石山青冈栎群落的数量分析

应用双向指示种分析(TWINSPAN)和除趋势对应分析(DCA)方法对桂林岩溶石山青冈栎群落进行数量分类与排序。通过TWINSPAN分类,将青冈栎群落60个样方划分为8个群丛类型,探讨了各群丛类型的基本特征。结果表明:DCA排序与TWINSPAN分类结果较一致,DCA排序较好地体现了各群丛类型与环境因子的相互关系,DCA第一排序轴主要反映了坡度的变化梯度;DCA排序图的对角线基本体现了坡向的变化梯度。坡度的变化是影响岩溶石山青冈栎群落物种组成与分布的重要生态因子。

喀斯特峰丛洼地不同植被类型碳格局变化及影响因子

采用样方法研究了西南喀斯特峰丛洼地草地、灌丛、次生林、原生林4种植被类型碳格局及其土壤碳的影响因子。结果表明:草地、灌丛、次生林、原生林4类生态系统总碳储量分别为133.84、160.79、179.08和261.24 Mg C/hm2,其中植被碳储量为5.02、6.59、20.87和60.20 Mg C/hm2,占总碳储量的3.75%—23.04%,随植被正向发展而增加;地被物碳储量为1.76、0.95、2.60和0.82 Mg C/hm2,仅占总碳储量的0.32%—1.45%;土壤层碳储量为127.06、153.25、151.61和200.21 Mg C/hm2,占76.64%—94.93%,随植被正向发展呈增加趋势,但对整个生态系统碳储量贡献率减少;由草地向原生林发展过程中,地下部分碳储量均大于地上部分碳储量,地上部分所占比例逐渐提高,地下部分所占比例逐渐减少;相关分析表明,土壤有机碳含量、储量与土壤容重、土壤深度存在良好的线性关系,喀斯特峰丛洼地石灰土土壤有机碳含量与水稳性团聚的分布关系密切,土壤氮素是影响有机碳含量的主要因素,<2 mm细根和土壤微生物对石灰土土壤有机碳的积累具有重要的作用。

喀斯特峰丛洼地不同类型森林养分循环特征

以中国西南喀斯特峰丛洼地为研究区域用标准木法和收获法对人工林、次生林、原生林3个不同类型森林的6个代表性群落的生物量、营养元素生物循环量及循环特征进行了研究。结果表明:(1)不同类型森林群落乔木各器官的养分含量大小顺序为:叶>枝>根>干,林下植被层和凋落物层的养分含量比较高,其含量普遍高于乔木层各组分,仅次于乔木叶片;各组分中营养元素以K、Ca最高,P、Mg最低;(2)3种类型森林间乔木层的养分积累量总规律表现为原生林(4540.30 kg/hm^2)>次生林(2107.09 kg/hm^2)>人工林(719.51 kg/hm^2),分别占林分养分积累量的88.30%、79.57%和62.60%;(3)3种类型森林生态系统养分总贮量相差不大,均主要集中在土壤层在各层分配格局有所差异;营养元素的年吸收量和年归还量均为次生林>原生林>人工林,年吸收量分别为:418.80、271.17和148.79 kg hm^(-2)a^(-1);年归还量分别为:182.98、111.43和43.37 kg hm_(-2)a^(-1);(4)不同类型森林养分利用系数总规律为人工林(0.35)>次生林(0.20)>原生林(0.10);循环系数则相反,为原生林(0.48)>次生林(0.46)>人工林(0.30);而周转时间为原生林(37.32)>人工林(18.63)>次生林(13.93)。喀斯特峰丛洼地土层薄,养分贮存能力差,森林养分循环能力相对较弱,沿着强、中、弱干扰递减梯度,3种类型森林养分利用效率和循环能力呈增长趋势。

喀斯特峰丛洼地不同生态系统的土壤肥力变化特征

基于喀斯特峰丛洼地坡耕地、草丛、灌丛、人工林、次生林、原生林6种典型生态系统的土壤主要养分、矿质养分和微生物这3组变量共计20个指标的调查、取样和分析,运用多重比较分析、主成分分析和典范相关分析探讨了其土壤肥力变化特征、主要影响因子及两两之间的相互关系。结果表明,喀斯特峰丛洼地土壤pH值为6.60—7.75,土壤主要养分、微生物种群数量和微生物生物量明显高于同纬度地区地带性红壤,矿质养分含量相对较低,其中SiO2、Al2O3、Fe2O3占矿质全量的90%以上。土壤肥力的总体趋势为原生林>次生林>灌丛>草丛>坡耕地>人工林。喀斯特石漠化地区实行林草结合的退耕还林还草模式更有利于土壤生态系统的环境改善,坡耕地应多施有机肥和氮肥,人工林应多施氮肥。原生林植物与养分之间达到了良好的平衡状态,主要应加强森林抚育管理,改善森林环境,保障植物、土壤养分及微生物之间的良好协调关系。确保土壤资源的合理利用,促进喀斯特峰丛洼地乃至整个西南喀斯特区域植被的迅速恢复和生态重建。

桂林岩溶石山青冈栎种内与种间竞争的数量关系

根据野外调查数据,采用Hegyi单木竞争指数模型,定量地研究了桂林岩溶石山建群种青冈栎的种内、种间竞争关系。结果表明,青冈栎所受到的竞争强度随着林木径级的增大而逐渐减小,种内竞争明显较种间竞争剧烈。青冈栎种内和种间竞争强度的顺序为:青冈栎>石山樟>亮叶槭>圆叶乌桕>光叶海桐>翅荚香槐>梧桐>黄连木>铁屎米>粗康柴。整个林分以及青冈栎种内对对象木的的竞争强度与对象木胸径之间的关系近似服从幂函数关系,而伴生树种对对象木的竞争强度与对象木胸径之间的关系近似服从对数函数关系,对象木胸径与竞争强度间呈显著负相关关系。

桂林岩溶石山阴香种群的年龄结构

研究了阴香(Cinnamomum burmannii)种群的年龄结构及其年龄与胸径的关系,绘制了阴香种群的存活曲线和年龄结构图。结果表明阴香种群的年龄与胸径呈明显的线性相关,种群幼龄个体较多,中老龄个体较少,年龄结构呈增长型和稳定型两类,存活曲线呈现出DeeveyⅢ型和DeeveyⅡ型。生境条件和人为干扰是影响阴香种群年龄结构和动态的重要因素。因此,对于阴香群落要加强保护、减少人为干扰和加强抚育管理。

桂林岩溶石山阴香群落主要种群生态位研究

采用Levins公式和Pianka公式测定了桂林岩溶石山阴香群落乔木层12个主要种群和灌木层13个主要种群的生态位宽度和生态位重叠,并对主要种群的生态位宽度和生态位重叠关系以及环境适应能力进行了探讨。结果表明:乔木层中,阴香、石山桂花、菜豆树等具有较大的生态位宽度,分别为10.051、6.935和5.695,而樟树、马尾松等的生态位宽度较小;生态位重叠值大于0.5的种对有23对,占总种对数的34.8%;生态位重叠值小于0.5的种对有40对,占60.6%;不发生重叠的种对有3对,占4.5%。灌木层中,阴香、石山桂花、粗糠柴等幼树的生态位宽度较大,分别为10.493、7.099和4.949,而山合欢、三叶五加等的生态位宽度较小;生态位重叠值大于0.5的种对有17对,占总种对数的21.8%;生态位重叠值小于0.5的种对有47对,占60.3%;不发生重叠的种对有14对,占17.9%。具有较大生态位宽度的树种是阴香群落的主要优势种或伴生种,对岩溶石山环境具有广泛的适应性。具有相同或相似环境要求的物种间生态位重叠较大,生态位宽度较大的物种与其他种类间的生态位重叠也较大。

喀斯特常绿落叶阔叶混交林植被的空间异质性

基于广西环江木论国家级自然保护区喀斯特典型峰丛洼地常绿落叶阔叶混交林2 hm2动态监测样地,选择4个多样性和5个群落结构属性变量,运用地统计学和分形几何学理论方法,分析植被的空间异质性、分形特征和分布格局,以探讨其维持机制。结果表明:(1)样地树木种类和除平均高度外的4个结构属性变量均值适中,变异系数较高(48.37%～71.01%),植物多样性丰富且稳定性强,Shannon指数、Simpson指数和均匀度指数变异系数仅在5.49%～22.64%之间。(2)除均匀度的Moran’s I系数接近0且无规律外,其他8个属性变量均有不同程度的空间自相关性,分别用球状、指数和高斯模型拟合的决定系数(R2)高达0.900～0.982,C/(C0+C)值和分维数D值分别在0.582～0.827和1.738～1.871之间,具有中等以上的空间依赖性。(3)密度、平均冠幅和高度的自相关范围和变程小于其他指标,其分布和形成过程决定了整个森林植被的空间格局。(4)森林植被的Kriging等值线图充分表征了人为干扰、地形、土壤质量的综合差异。(5)自相关、半方差模型的变程和Kriging等值线图综合分析表明,喀斯特峰丛洼地常绿落叶阔叶混交林空间异质性研究的采样间隔10 m左右较适宜,但采样范围应大于10hm2,这对确定该区域动态监测样地的面积具有一定的指导意义。

喀斯特峰丛洼地区坡地不同土地利用方式下土壤水分的时空变异特征

基于典型喀斯特峰丛洼地坡面土地利用方式试验火烧、刈割、刈割除根、封育、种植桂牧1号、种植玉米(面积分别为20m×70m)控制性试验建设,通过网格法(5 m×5 m)采样,用经典统计学和地统计学方法,分析了6种土地利用方式下(火烧、刈割、刈割除根、封育、种植桂牧1号、种植玉米)表层土壤水分在不同季节的空间变异特征。结果表明:喀斯特峰丛洼地土壤含水量均很高,雨季显著大于旱季,雨季为火烧>封育、刈割除根>玉米、桂牧1号>刈割,旱季为刈割、火烧、刈割除根>桂牧1号、封育>玉米,均呈中等至强度变异,且含水量越低变异越大;不同土地利用方式土壤水分的自相关函数均呈由正向负方向发展的相同趋势,但拐点不同,且旱季大于雨季,不同土地利用方式旱季、雨季土壤水分的最佳拟合模型不同,但均呈中等或强烈的空间相关性,变程为6.8—213 m,且旱季大于雨季;同一土地利用方式旱季、雨季表层土壤水空间格局相似,不同土地利用方式空间格局则不同,因此在该区域进行植被恢复和生态重建时应采取不同的水资源利用策略。

桂林岩溶石山主要灌丛类型地上生物量及分配特征

以桂林岩溶石山主要灌丛类型:紫凌木灌丛Decaspermum esquirolii Shrub、木灌丛Loropetalumchinense Shrub、龙须藤灌丛Bauhinia championii Shrub、小果蔷薇灌丛Rosa cymosa Shrub、红背山麻杆灌丛Alchornea trewioides Shrub为研究对象,采用群落学调查法研究这5种灌丛类型地上生物量分配特征。结果表明:5种灌丛类型地上生物量大小顺序为:紫凌木灌丛>小果蔷薇灌丛>龙须藤灌丛>木灌丛>红背山麻杆灌丛,生物量分别为:29.48 t/hm2,18.76 t/hm2,15.18 t/hm2,9.78 t/hm2,7.54 t/hm2。5种灌丛群落地上生物量平均为16.15 t/hm2,不同层次生物量大小顺序为:灌木层>枯枝落叶层>草本层,各自生物量占地上生物量的比例分别为81.67%、11.89%和6.44%。对于5种灌丛类型建群种生物量所占各自灌丛灌木层生物量的比例而言,其大小顺序为:红背山麻杆>木>小果蔷薇>龙须藤>紫凌木。

桂林岩溶石山阴香群落土壤种子库

采用萌发法对桂林岩溶石山阴香群落土壤种子库的物种组成、垂直分布和多样性等进行了研究。结果表明:阴香群落土壤种子库中共有种子植物54种,隶属45属34科,其中乔木15种,灌木14种,草本13种,攀援植物12种;种子库的平均密度为152粒.m-2;在0～15cm土层内,种子库密度垂直分布呈现上层(0～5cm)>中层(5～10cm)>下层(10～15cm),层间储量的差异明显;土壤种子库的Margalef丰富度指数、Shannon-Wie-ner多样性指数和Pielou均匀度指数分别为4.55、3.76和1.19。

桂林岩溶石山青冈栎种群的结构特征

通过取样调查,对桂林岩溶石山青冈栎种群进行统计,绘制了其种群径级与高度级结构图和存活曲线,分析种群的结构特征。结果表明,青冈栎种群幼苗极多,但死亡率极高,因而表现出种群前期下降,后期趋于稳定的特点;青冈栎种群的存活曲线接近于DeeveyⅡ型,表现出稳定型种群特征;青冈栎种群的自然生长更新良好,可通过自我调节能力保持种群的稳定性。

重庆岩溶山地土地类型及其评价

较为准确地确定土地生态系统的退化恢复程度是生态恢复的基础和前提。本文选择重庆市有代表性的典型岩溶山地生态系统,利用分层聚类分析确定了不同土地利用方式下生态系统的生态退化恢复程度。结果表明,重庆岩溶山地土地生态系统按土壤属性与植被条件的退化恢复程度可分为4种类型,次生林地的生态状况都有所恢复,而大面积存在的石灰岩荒草坡与重庆石灰岩山地的顶极植被相比,其退化程度是严重的。为植被生态系统的恢复与重建提供了理论依据。

桂林喀斯特石山阴香群落主要种群的种间关系

采用2×2列联表的χ2检验和Spearman秩相关系数,分析了桂林喀斯特石山阴香群落乔木层12个和灌木层13个主要种的种间关系。结果表明:(1)乔木层χ2检验有1个种对为显著正关联,1个种对为显著负关联;Spearman秩相关分析有3个种对为显著正相关,4个种对为显著负相关。灌木层χ2检验仅有1个种对为显著正关联;Spearman秩相关分析有8个种对为显著正相关,2个种对为显著负相关。整体来看,种对间达到显著水平的种对数较少,大多数种间关系松散,独立性相对较强;(2)正关联的种对主要体现了它们间生物学特性相近,对生境的生态适应性相似和相互重叠的生态位;而负关联的种对间往往具有不同的生物学特性,对生境条件的适应性相异或存在相互竞争;(3)喀斯特石山生境的复杂性和多样性,以及人为干扰的加剧等因素对阴香群落种间关系的波动影响明显。

岩溶石山废弃采石场自然恢复早期的植被动态

对广西田阳岩溶石山废弃采石场自然恢复早期阶段的植被动态进行研究,结果表明:采石场废弃地的维管束植物有60种,隶属22科54属,其中草本植物有44种,灌木16种。早期定居的植物主要是菊科和禾本科的草本植物,其中飞蓬、马唐、飞机草、扭黄茅、艾蒿和鬼针草在群落中占绝对优势;恢复5年后逐渐出现桂野桐、马樱丹、红背山麻杆、黄荆、盐肤木等耐旱的阳性灌木。随着自然恢复进程,植被覆盖率和物种多样性提高,群落结构发生变化,由单层结构发展为两层结构。加快废弃采石场植被的恢复进程,必须采取人工措施。