典型喀斯特石漠化環(huán)境特征及土壤水分對造林樹種的影響.pdf

1、喀斯特地貌在世界廣泛分布，中國西南地區(qū)是喀斯特典型地區(qū)之一。由于脆弱的自然背景疊加了不合理的人為因素，導(dǎo)致土地石漠化。中國現(xiàn)有石漠化面積達(dá)12.96萬km2，嚴(yán)重影響了區(qū)域生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，迫切需要開展石漠化的生態(tài)治理工作?；謴?fù)地上植被是石漠化治理的有效措施，但是在開展人工造林恢復(fù)植被過程中，由于未能很好地掌握石漠化生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境特征與恢復(fù)物種的生物學(xué)特性，導(dǎo)致造林過程中造林成活率低，植被恢復(fù)速度與質(zhì)量差，石漠化生態(tài)治理的效果

2、不顯著。本研究在石漠化典型地區(qū)廣西自治區(qū)凌云縣，通過野外調(diào)查和定位觀測對石漠化生態(tài)系統(tǒng)的主要生態(tài)因子進(jìn)行了調(diào)查分析，研究不同演替階段植被組成與多樣性動態(tài)變化規(guī)律、不同植被類型對環(huán)境小氣候、土壤質(zhì)量及水土流失的影響，分析石漠化植被恢復(fù)的限制性因子與植被的環(huán)境效應(yīng)；采用室內(nèi)模擬土壤水分試驗(yàn)，針對主要造林樹種的種子與幼苗分析了水分對其生長及生理生化產(chǎn)生的影響，有助于掌握石漠化生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)環(huán)境變化規(guī)律，明確土壤水分對造林樹種的影響，為石漠化地區(qū)

3、植被恢復(fù)物種選擇與植被恢復(fù)提供參考。研究結(jié)果如下：
　　1、喀斯特石漠化地區(qū)植被自然恢復(fù)過程可分成草叢階段、草灌階段、藤刺灌叢階段、次生喬林階段和頂級群落階段。以空間代替時間選取典型樣地，分析了各階段群落的物種組成，應(yīng)用物種豐富度、Simpson指數(shù)、Shannon指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)分別研究各演替階段草本層、灌木層、喬木層和群落總體的物種多樣性。結(jié)果表明，石漠化地區(qū)，植被種類單一，多樣性下降，植被以草本為主。在植被演替過

4、程中，除草本層外，各生活型物種豐富度從草叢階段開始增加，到次生喬林階段達(dá)到峰值。草本層物種豐富度和Shannon指數(shù)略有波動，Simpson指數(shù)和均勻度都逐漸下降，到頂級群落階段達(dá)到最低；灌木層、喬木層和群落總體各測度指數(shù)均表現(xiàn)為先增加后下降的趨勢，但各測度指數(shù)達(dá)到峰值的階段不同。草叢階段物種多樣性為草本層大于灌木層；進(jìn)入草灌階段以后，灌木層多樣性上升并逐漸超過草本層；當(dāng)喬木出現(xiàn)后，喬木層多樣性最低。植物多樣性能增加生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力，促進(jìn)

5、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性，植被恢復(fù)工作中應(yīng)豐富造林物種，增加物種多樣性。
　　2、通過對5種不同植被類型樣地環(huán)境的光照強(qiáng)度、空氣溫度、空氣相對濕度、土壤溫度、-5cm土壤含水量等5個小氣候因子的觀測研究，結(jié)果表明，不同植被類型地上植被的組成、覆蓋度和高度不同，改變了樣地的環(huán)境小氣候。對小氣候的改善作用整體表現(xiàn)為林地＞灌林地＞草地＞農(nóng)耕地＞石漠化裸地。石漠化裸地光照強(qiáng)度強(qiáng)，空氣溫度高和土壤溫度高，空氣濕度和土壤含水量低，且變動幅度大，樣地環(huán)境

6、趨向于干熱化演替；與石漠化裸地相比，林地、灌林地、草地、農(nóng)地內(nèi)的光照強(qiáng)度分別下降了96.4％、52.0%、17.0%、44.2%，空氣溫度分別下降了30.1%、20.2%、12.7%、17.8%，空氣相對濕度分別提高了129.2%、57.2%、18.0%、41.2%，土壤溫度分別下降了11.5%、8%、2.5%、5.5%，土壤含水量分別提高了42.6%、33.2%、15.7%、14.0%，且各因子變動幅度趨緩，樣地環(huán)境趨向于涼濕化演替。

7、
　　3、針對農(nóng)田、退耕臺地、退耕坡地、草地、灌木林地、針葉林地、闊葉林地等7種不同植被類型的土壤理化性質(zhì)進(jìn)行調(diào)查分析，結(jié)果表明，不同利用方式樣地總體間土壤容重、土壤含水量、總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度存在極顯著的差異(p＜0.01)，樣地總體間的變異系數(shù)分別為12.37%、29.72%、18.07%、12.66%、84.70%。有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷、速效鉀及交換性Ca2+含量總體間差異達(dá)到極顯著。土壤容

8、重與土壤其它指標(biāo)間呈負(fù)相關(guān)，土壤有機(jī)質(zhì)與其他化學(xué)指標(biāo)存在著較高的正相關(guān)。運(yùn)用相對退化指數(shù)方法對不同利用方式條件下的土壤的定量分析表明，相對闊葉林地土壤，灌木林、針葉林、退耕臺地、草地、退耕坡地、農(nóng)田土壤的退化程度依次增加，其相對退化指數(shù)分別為-25.3%、-56.3%、-56.6%、-56.7%、-62.2%、-68.4%。多層綜合評估結(jié)果表明農(nóng)田土壤質(zhì)量為最低，針葉林地、草地、退耕坡地、退耕臺地土壤質(zhì)量為中等，灌木林地與闊葉林地土壤質(zhì)

9、量較高。
　　4、喀斯特石漠化地區(qū)有地表徑流產(chǎn)生，石漠化樣地水土流失顯著高于有植被覆蓋的樣地，單次徑流系數(shù)平均值在1.5～13.8%之間，年平均徑流量為75.86mm。不同植被類型間年徑流量差異極顯著（p＜0.01），農(nóng)耕地產(chǎn)生的年徑流量最大，達(dá)122.75mm，灌木林地產(chǎn)生的年徑流量最小，達(dá)54.08mm，徑流中泥沙濃度整體表現(xiàn)出春秋季濃度高，夏季濃度低的趨勢。不同植被類型間的土壤侵蝕模數(shù)差異極顯著（p＜0.01），侵蝕模數(shù)平均

10、達(dá)到45.88 t/km2·a，屬于微度侵蝕。徑流中全N呈現(xiàn)出隨時間而下降的趨勢，全P、全K流失濃度呈現(xiàn)出春秋季高、夏季低的趨勢。不同植被類型間流失全N、全P、全K總量差異極顯著（p＜0.01），平均年流失量全N為230.491 mg/m2·a，全P為4.408mg/m2·a，全K為929.050mg/m2·a。
　　5、采用不同濃度的聚乙二醇（PEG）對3個石漠化地區(qū)造林樹種種子萌發(fā)進(jìn)行人工土壤水分處理，結(jié)果表明，不同濃度PEG

11、處理脅迫對種子的萌發(fā)均有一定的延緩作用。隨著水勢的下降，發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)總體呈下降趨勢，不同樹種變化趨勢相似，但變化幅度有明顯差異。3個主要造林樹種任豆、銀荊和滇楸種子萌發(fā)的臨界 PEG值分別為：30%(-1.20MPa)、20%（-0.60MPa）和10%（-0.2MPa）。
　　6、3個主要造林樹種幼苗在土壤水分脅迫條件下生長和生物量發(fā)生了明顯變化?？偟内厔轂?，隨土壤含水量的減少，3個供試樹種幼苗的苗高、地徑、總生物

12、量等生長指標(biāo)均呈下降趨勢。不同水分處理對銀荊、滇楸和任豆的根系活力影響趨勢也相同，各樹種幼苗的根系活力隨土壤含水量的減少而呈現(xiàn)下將趨勢。但在一定的水分范圍內(nèi)，這3個樹種的根冠比（R/S）值均隨土壤干旱程度加劇而增大。
　　7、土壤水分脅迫條件下，3個樹種幼苗的Pn、Tr、Gs、WUE明顯降低，Ci/CO2值和Tleaf-Tair值卻明顯升高，隨著土壤水分脅迫的加劇，影響尤為突出。在輕度脅迫和中度脅迫下影響3個樹種幼苗光合作用的因素