黔中地区几种喀斯特次生林枯落物持水性能研究

采用标准样地对角线取样法,对黔中地区4种喀斯特次生林枯落物的蓄积量及其持水性能进行研究,结果表明:4种森林枯落物的蓄积量为(3.47×103)～(7.95×103)kg/hm2,马尾松林蓄积量最大,云贵鹅耳枥林最小.枯枝落叶层持水率变化范围为221.50%～256.00%,大小顺序是云贵鹅耳枥林、朴树女贞林、灌木林、马尾松林.枯枝落叶层最大持水量变化范围为(8.72×103)～(17.54×103)kg/hm2,有效拦蓄量的变化范围为(5.99×103)～(11.41×103)kg/hm2,最大持水量和有效拦蓄量的大小顺序表现出一致性,其顺序为马尾松林、灌木林、朴树女贞林、云贵鹅耳枥林.另外,4种林分半分解层不但持水率高,而且吸水速度快,其持水性能明显优于未分解层.

季节性干旱下喀斯特次生林不同树种水分利用效率变化

植物叶片水分利用效率(WUE)对环境变化的响应特征和机制是理解生态系统碳循环和水循环及其耦合关系的基础。为探讨季节性干旱下喀斯特次生林中不同植物的WUE变化,以普定次生林通量观测站内的喀斯特次生林为例,在连续干旱背景下分别对8种常见植物的叶片WUE进行了测定分析。结果表明:(1)研究区常见植物的叶片WUE日间主要在0.65~7.73μmol/mmol之间变化。8种植物的叶片WUE均以上午9点最大,厚果崖豆藤(Millettia pachycarpa)、朴树(Celtis sinensis)和马桑(Coriaria nepalensis)的WUE均在下午3点就降到最低,而铁线莲(Clematis florida)、木通(Akebia quinata)、石岩枫(Mallotus repandus)、梓树(Catalpa ovata)和构树(Broussonetia papyrifera)的WUE则在下午5点才降到最低。厚果崖豆藤、铁线莲、石岩枫、朴树、构树的WUE日间变化均较显著。(2)研究区植物叶片的WUE以藤本植物最高。上午9点、11点和下午3点,植物叶片WUE的种间差异均不显著,而在下午1点、5点,植物叶片WUE在种间均存在显著差异。(3)石岩枫和木通的叶片WUE与环境光照强度均呈显著正相关关系。朴树和铁线莲的叶片WUE与环境相对湿度均呈极显著正相关关系。厚果崖豆藤的叶片WUE与环境空气温度间也呈现出极显著的正相关关系。朴树、构树、马桑、石岩枫、铁线莲、厚果崖豆藤的叶片WUE与净光合速率均显著正相关,木通的叶片WUE与蒸腾速率显著负相关。研究区8种植物叶片WUE与叶面水汽压亏缺间的相关性均不显著。(4)植物种和外部环境对研究区植物叶片的WUE均有显著影响,木通、厚果崖豆藤、铁线莲在遭遇连续干旱后叶片WUE均较高,对生境恶劣的喀斯特环境具有较强的适应能力。

喀斯特次生林不同植物季节性干旱下的绿色度变异特征

为探讨季节性干旱下喀斯特次生林不同树种绿色度的变异特征及其影响因素,以中国科学院普定喀斯特生态系统观测研究站沙湾监测研究区次生林通量观测站内的喀斯特次生林为例,在连续干旱背景下分别对其中8种常见植物的绿色度进行了测定分析。结果表明:(1)研究区灌木植物和常绿植物的绿色度普遍较高,藤本植物和落叶植物的绿色度普遍较低。常见植物绿色度的大小关系为马桑>厚果崖豆藤>石岩枫>梓树>构树>朴树>木通>铁线莲。(2)同种植物的绿色度日间变化差异显著,不同种植物在相同时点的绿色度无显著差异。(3)马桑、构树、梓树和厚果崖豆藤的绿色度与相对湿度均显著负相关,马桑的绿色度还与空气温度显著正相关。(4)研究区植物的绿色度受物种因素与环境因素的交互影响不显著。(5)常绿灌木植物马桑具有较强的光合能力,在季节性干旱频繁的喀斯特地区拥有较强的环境适应能力和资源竞争力。

黔中喀斯特次生林优势物种空间分布格局及关联性

以黔中天龙山2 hm^(2)喀斯特次生林为对象,采用成对相关函数g(r)结合完全随机模型(CSR)研究重要值前4位优势树种的空间分布格局及其关联性。结果表明:样地树种的径级结构呈倒“J”型分布,在优势树种窄叶石栎和圆果化香的影响下,第Ⅴ径级(≥10 cm)的数量较多。窄叶石栎呈现倒“J”型分布,种群更新良好,处于生长发育初级阶段;而圆果化香和云南鼠刺随着径级的增大数量逐渐递增,成年树、大树数量远多于幼树、小树,表明该种群更新不足,处于生长发育的中后期并逐渐衰退。除窄叶石栎外,其余优势树种整体呈现出在较大尺度上聚集分布,聚集程度随着尺度的增大逐渐下降并趋于随机分布,此规律在幼树径级中表现得尤为突出;而受各种因素的影响,各个树种不同径级呈现出不同的空间分布格局。在种间关联上,4个优势树种之间大多呈现负关联或者无关联关系,树种重要值越高与其他优势树种关联程度越低,呈现负关联的2个树种在小尺度上关联程度最低,随着尺度的增大负关联程度逐渐降低并趋向于无显著关联。

喀斯特区次生林土壤和优势树种叶片的化学计量特征及季节变化

【目的】探究黔中喀斯特地区次生林林分土壤和优势树种叶片的化学计量特征及其季节变化规律,为退化喀斯特地区植被恢复提供参考依据。【方法】在秋(10月)、冬(1月)、春(4月)和夏(7月)季对黔中喀斯特地区针叶林、阔叶林和针阔混交林3种林分土壤和优势树种叶片进行野外采样,测定分析其碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其计量比C/N、C/P和N/P。【结果】黔中喀斯特地区次生林3种林分土壤中的C、N、P含量及C/N、C/P和N/P的总平均值分别为47.98 g/kg、1.71 g/kg、0.77 g/kg、29.50、68.93和2.34,3种林分优势树种叶片的C、N、P含量及C/N、C/P和N/P总平均值分别为461.66 g/kg、13.75 g/kg、1.76 g/kg、38.75、387.70和9.57,反映出林分优势树种叶片的C、N和P含量较高。3种林分土壤中的C、N和P含量均在春季最低,N和P含量最高值出现于秋季,C含量最高值出现于夏季;除针叶林的N/P最低值出现在春季外,其余林分C/N、C/P和N/P的最低值均出现在秋季。3种林分优势树种叶片的C和N含量呈冬季低夏季高的变化趋势,P含量最高和最低值出现的季节在3个林分中各异,C/N、C/P和N/P在春、夏季最高,在秋、冬季最低。相关性分析结果表明,林分优势树种叶片C含量、C/P、N/P与土壤C含量呈极显著正相关(P<0.01)或显著正相关(P<0.05,下同),叶片N/P与土壤C/P及二者的C/P和N/P间也呈显著正相关。【结论】季节变化对喀斯特地区次生林林分的土壤化学计量特征有一定程度影响,对林分优势树种叶片化学计量特征的影响较明显,且呈春、夏季高,秋、冬季低的变化趋势;该地区次生林植被生长主要受N限制,可将N/P作为判断植物N和P营养元素受限制的指标。

黔中山地喀斯特森林的水文学过程和养分动态

采用不同林分类型固定样地的定位研究方法，研究了黔中山地喀斯特森林对降水量的分配和随降水流动的主要离子的影响。结果表明，林内外年降水量的变化趋势为：空旷地〉林隙〉乔木层〉灌草层〉地表和壤中流量〉树干径流量。年降水在林内不同层次分配量的变化趋势为：林地蒸发等量〉灌草层降水截留总量〉林冠层降水截留总量。相关水量的月动态趋势以夏季较高，冬季较低。森林最大持水量的变化趋势为土壤层〉植被层。植被层最大持水量的变化趋势为乔木层〉枯落物层〉灌木层〉草本层。喀斯特原生林植被层地上部分最大持水量为28．20mm，是喀斯特次生林的194．48％。喀斯特原生林土壤层最大持水量加权值为19．24mm，是喀斯特次生林的187．89％。喀斯特原生林冠层降水截留总量、灌草层降水截留总量、地表蒸发等量总值占空旷地降水量的比例为97．93％，喀斯特次生林的相应值为97．89％。喀斯特原生林的调水能力大于喀斯特次生林。土壤层最大持水量占植被-土壤系统的95．88％～96．11％，保土可增加蓄水。合理调整森林植被层结构既可防治土壤侵蚀，又可提高森林的最大持水潜力。随降水流动的SO4^2-、Ca^2＋、Mg^2＋、NH4^＋、K^＋、NO3^-、Cl^-、Na^＋月均浓度在不同喀斯特森林类型的林隙、林内和树干径流中的年变化规律明显，夏季浓度较低，冬季浓度较高。固定样地集水区溪流中相关离子月均浓度变化趋势与林隙、林内和树干径流中的不同。喀斯特原生林年随降水输人的相关离子量为430．951kg·hm^-2·a^-1，随地表径流和90cm壤中流的输出量为49．789kg·hm^-2·a^-1，年随降水净增的相关离子量为381．162kg·hm^-2·a^-1；而喀斯特次生林的相应值为304．101、39．216和264．885kg·hm^-2·a^-1。喀斯特原生林N^3-、K^＋、Ca^2＋、Mg^2＋储量高于喀斯特次生林，土壤层储量〉植被层储量，植被层储量中乔木层〉枯落物层〉灌木层〉草本层。年随降水输人喀斯特森林的相关离子量占植被一土壤系统的总量较小、有效性较高，对森林的生长和养分循环有重要的生态学意义。

几种主要元素在黔中山地喀斯特森林内的流动和分配

降雨经黔中山地喀斯特森林冠层后,Ca2+、Mg2+、K+浓度相应增加;NO3-、NH4+浓度在喀斯特原生林内增加、在喀斯特次生林内降低。在试验林集水区溪流中NH4+、K+浓度较林隙降雨低,NO3-、Ca2+、Mg2+浓度较林隙降雨高。不同喀斯特森林林内和林隙降雨中,Ca2+、Mg2+、K+季节浓度在夏季较低,林隙降雨中冬季较高、林内降雨中秋—冬季较高;NO3-、NH4+季节浓度在林隙降雨中以夏—秋季较低,在林内降雨中低值多变。喀斯特原生林内Mg、K、Ca、N储量总值大于喀斯特次生林,喀斯特原生林相应值为236.816、144.551、18.286、11.912t.hm-2,喀斯特次生林相应值为24.720、76.219、3.124、11.326t.hm-2。土壤层的相关离子量高于植被层,占植被-土壤系统的98.20%～98.87%。乔木层的相关离子量>枯枝落叶层>灌木层>草本层。喀斯特原生林随降雨输入的相关离子量为133.720kg.hm-2.a-1,随地表径流和壤中流的流失量为18.994kg.hm-2.a-1,因降雨的净增量为114.726kg.hm-2.a-1(占植被-土壤系统量的0.028%),枯枝落叶归还量为77.981kg.hm-2.a-1(占0.019%);喀斯特次生林中上述相应指标值分别为81.317、17.476、63.841(0.055%)、73.960kg.hm-2.a-1(0.064%)。相关离子在喀斯特次生林内的归还量<喀斯特原生林、N和K的流失量>喀斯特原生林、Ca和Mg的流失量<喀斯特原生林,减少地表径流和壤中流的技术措施有利于林地养分积累。适当保存枯枝落叶是喀斯特森林可持续经营的重要措施之一,喀斯特森林地表和土壤的年径流量占林隙降雨量的2.16%～2.28%,植被恢复是喀斯特地区控制水土流失和积蓄养分的有效手段。