紫色土人工植被恢復(fù)地植物多樣性研究

萬(wàn)樹(shù)明,何飛飛,陳 戀,鄒冬生

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院,長(zhǎng)沙 410128)

紫色土發(fā)育于亞熱帶地區(qū)石灰性紫色砂頁(yè)巖母質(zhì)土壤,全剖面呈均一的紫色或紫紅色,層次不明顯。紫色土以四川盆地分布最廣,在南方諸省盆地中零星分布。紫色土土層淺薄,侵蝕和干旱缺水現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,加之植被覆蓋率低,很容易發(fā)生水土流失。湖南省有紫色土131.8萬(wàn)公頃,占全國(guó)的四分之一,其中15.2萬(wàn)公頃亟待改造。特別是衡邵地區(qū),紫色土蒸發(fā)量大,植被稀疏,水土流失嚴(yán)重,是湖南省水土流失和季節(jié)性干旱同步發(fā)生的重災(zāi)區(qū),也是我國(guó)南方極具代表的生態(tài)災(zāi)難區(qū)[1]。由于人口密度大,生產(chǎn)活動(dòng)頻繁,加上盲目開(kāi)墾、亂伐林木等原因,致使該地區(qū)水土流失十分嚴(yán)重。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)自然狀況

本試驗(yàn)在湖南省衡陽(yáng)縣呆鷹嶺鎮(zhèn)松林鄉(xiāng)國(guó)家重點(diǎn)水土流失治理示范區(qū)進(jìn)行。該地屬中亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候區(qū),土壤為紫色頁(yè)巖發(fā)育而成的紫色土,土層厚度 30 cm左右,海拔高度 60～90 m,屬低山丘陵。多年平均降雨量1 247 mm,多年平均溫度為17.9℃,1月平均氣溫 5.2℃,7月平均氣溫 29.3℃,無(wú)霜期 299 d[2]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究是對(duì)為 2007年《衡邵干旱走廊重點(diǎn)生態(tài)公益林區(qū)植被恢復(fù)模式的研究》湖南省科技計(jì)劃項(xiàng)目所選的 3種恢復(fù)模式[3](自然恢復(fù)模式、人工恢復(fù)地Ⅰ、人工恢復(fù)地Ⅱ )進(jìn)行生物多樣性評(píng)價(jià)。

采用典型樣地法布置樣方,進(jìn)行群落多樣性的野外調(diào)查。由于試驗(yàn)地生境惡劣,植物種類(lèi)相對(duì)較少,群落最小取樣面積為:喬木樣地10 m×10 m,設(shè)置3個(gè)樣方,每個(gè)喬木標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)設(shè)置 5個(gè) 2 m×2 m的灌木樣方和 7個(gè) 0.5 m×0.5 m的草本樣方,灌木樣方均勻分布于喬木標(biāo)準(zhǔn)樣地;每個(gè)灌木樣方內(nèi)均勻分布 1個(gè)草本樣方。主要調(diào)查項(xiàng)目:喬木、灌木和草本的名稱(chēng)、株數(shù)。植物群落多樣性測(cè)度的指標(biāo):

豐富度 R0= S;Gleason豐富度指數(shù) I= S/lnA;Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)Shannon-Weiner多樣性指數(shù) H=-Sheldon均勻度指數(shù) E= H/lnS[4]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同恢復(fù)模式下植物群落物種組成

由于恢復(fù)模式的不同,3種類(lèi)型的植物群落物種組成存在較大差異 (表1～3)。 從表中可以看出,在所調(diào)查的3個(gè)群落中,共有35個(gè)種,分屬35屬及24科。其中人工恢復(fù)地Ⅱ植物群落物種數(shù)量最多,這與人為引入龍須草使得群落環(huán)境有所改善有關(guān)。該群落有32種植物,占總調(diào)查物種數(shù)量的91.4%;與自然恢復(fù)地和人工恢復(fù)地Ⅰ相比,喬木種類(lèi)和數(shù)量增加明顯;群落中優(yōu)勢(shì)種為龍須草和苦楝。其次為人工恢復(fù)地Ⅰ ,有植物18種。自然恢復(fù)地植物群落以草本植物為主,少有灌木和喬木,有植物種類(lèi) 15種。顯然,與自然恢復(fù)地相比,人工營(yíng)建的植物群落植物種類(lèi)數(shù)量已經(jīng)有明顯的增加,說(shuō)明人工營(yíng)建植物群落有較好的恢復(fù)效果。

表1 自然恢復(fù)模式下植物種類(lèi)及數(shù)量Table1 Plant species and quantity under natural restoration mode

2.2 群落的物種多樣性

2.2.1 豐富度

從整個(gè)群落 Gleason豐富度指數(shù)來(lái)看(表4),人工Ⅱ>人工Ⅰ>自然,方差分析差異顯著(p<0.05),說(shuō)明人工引入龍須草能夠使群落的豐富度指數(shù)有顯著增加。在所調(diào)查的 3個(gè)植物群落中(表5),喬木層為:人工Ⅱ>人工Ⅰ>自然,方差分析差異達(dá)到顯著水平(p<0.05);灌木層差異不顯著;草本層為:人工Ⅱ>人工Ⅰ>自然,差異顯著(p<0.05)。說(shuō)明人工引入龍須草使得恢復(fù)地環(huán)境發(fā)生變化,群落中物種的數(shù)量逐漸增多,其中喬木和草本的種類(lèi)和數(shù)量增加顯著,而灌木則無(wú)顯著變化。

2.2.2 優(yōu)勢(shì)度

優(yōu)勢(shì)度是群落水平的綜合數(shù)值,是把群落作為一個(gè)整體而把各個(gè)種的重要性總結(jié)為一個(gè)合適的度量值,表征群落的組成結(jié)構(gòu)特征[3]。從整個(gè)群落來(lái)看(表

4),Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)差異不顯著(p>0.05),這可能是因?yàn)殡S著演替的進(jìn)行喬木物種取代草本成為優(yōu)勢(shì)種,群落的優(yōu)勢(shì)度無(wú)明顯變化,所以 3個(gè)樣地 Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)差異不顯著。3種恢復(fù)模式不同群落的Simpson優(yōu)勢(shì)度分析見(jiàn)表5,喬木層為:人工Ⅱ>人工Ⅰ>自然,方差分析差異達(dá)顯著水平(p<0.05),灌木層差異不顯著,草本層為:自然>人工Ⅰ>人工Ⅱ ,方差分析差異顯著(p<0.05)。說(shuō)明喬木物種在群落中的比重由自然恢復(fù)地到人工恢復(fù)地逐漸增大,草本物種逐漸降低,灌木物種則無(wú)明顯變化。

表2 人工恢復(fù)地Ⅰ模式下植物種類(lèi)及數(shù)量Table 2 Plant species and quantity under artificially restoration Ⅰ

表3 人工恢復(fù)地Ⅱ模式下植物種類(lèi)及數(shù)量Table 3 Plant species and quantity under artificially restoration Ⅱ

2.2.3 生物多樣性

從整個(gè)群落來(lái)看(表4),3種恢復(fù)模式的 Shannon-Weiner多樣性指數(shù)之間的差異不顯著(p>0.05),說(shuō)明人工恢復(fù)地與自然恢復(fù)地比較無(wú)顯著變化。這可能與本研究中人工恢復(fù)地雖然植物的種類(lèi)和樣方內(nèi)個(gè)體總數(shù)都比自然恢復(fù)地高,但人工恢復(fù)地中每種植物的個(gè)體數(shù)占總個(gè)體數(shù)的比例比自然恢復(fù)地低,因此表現(xiàn)為人工恢復(fù)地的多樣性指數(shù)與自然恢復(fù)地的差異不顯著。對(duì)各恢復(fù)模式下 3種群落 Shannon-Weiner多樣性指數(shù)進(jìn)行分析(表5),喬木層為:人工Ⅱ>人工Ⅰ>自然,方差分析差異極顯著(p<0.01),而草本層和灌木層差異不顯著(p>0.05)。說(shuō)明經(jīng)人工恢復(fù)后喬木物種的種類(lèi)和數(shù)量明顯增加,并且物種的比重也在增加。草本層雖然物種種類(lèi)和數(shù)量都有所增加,但各物種所占的比重減小,而灌木層物種種類(lèi)和數(shù)量都無(wú)明顯變化。

表4 不同恢復(fù)模式下植物群落多樣性比較Table 4 Comparison on plant communities diversity

表5 不同恢復(fù)模式下喬木、灌木、草本植物多樣性比較Table 5 Comparison on arbor,shrub and herbage diversity among different renewed modes

2.2.4 群落均勻度

從 Sheldon均勻度指數(shù)來(lái)分析(表4),群落的均勻度差異不顯著(p>0.05)。不同恢復(fù)模式下3種群落的喬木 Sheldon均勻度指數(shù)人工Ⅰ>人工Ⅱ>自然,方差分析差異極顯著(p<0.01),而草本層和灌木層差異不顯著(p>0.05),說(shuō)明人工恢復(fù)地群落仍在演替過(guò)程中,群落的均勻度無(wú)顯著變化。

3 討論與結(jié)論

3.1 3種植被恢復(fù)地樣區(qū)的植物群落多樣性分析

對(duì) 3種植被恢復(fù)地樣區(qū)的植物群落進(jìn)行多樣性分析,結(jié)果表明 3種恢復(fù)模式下的植物群落多樣性?xún)H有Gleason豐富度指數(shù)存在差異,其余指數(shù)差異不顯著。出現(xiàn)這種結(jié)果可能由于紫色土的環(huán)境惡劣,僅靠人工引入龍須草對(duì)環(huán)境的影響不明顯,雖然人工恢復(fù)地植物群落的物種種類(lèi)和個(gè)體總數(shù)較自然恢復(fù)地高,但是每個(gè)種在群落中的比重低,而且,人工恢復(fù)地群落喬木逐漸取代草本成為優(yōu)勢(shì)種抑制了草本和灌木種類(lèi)和數(shù)量的增加,因此生物多樣性低。另外,由于人工恢復(fù)的時(shí)間較短,恢復(fù)地群落還處在演替的早期,群落的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,也會(huì)出現(xiàn)生物多樣性降低的情況[6]。因此,對(duì)環(huán)境條件惡劣的紫色土地區(qū)進(jìn)行植被恢復(fù),靠自然恢復(fù)很難取得良好的效果,僅是人工引入龍須草也不能取得立竿見(jiàn)影的效果,人工培育就顯得更加重要,在引進(jìn)龍須草的同時(shí)還要注意引進(jìn)一些耐旱的鄉(xiāng)土草本植物和灌木,提高物種的多樣性。此外,恢復(fù)過(guò)程也需要很長(zhǎng)的一段時(shí)間,才能使紫色土地區(qū)惡劣的環(huán)境得到改善,形成適合植物的入侵、定居和繁殖的環(huán)境,形成穩(wěn)定的群落,從而使生物多樣性增高,達(dá)到植被恢復(fù)的目的。

3.2 研究展望

(1)在人工引入龍須草的同時(shí)引進(jìn)一些耐旱的鄉(xiāng)土草本植物和灌木,能夠更好的提高植被恢復(fù)的效果。

(2)在對(duì)植被恢復(fù)效果進(jìn)行研究的同時(shí),除了研究植物群落的生物多樣性外,還要對(duì)生物量進(jìn)行研究,這樣能夠更好的反映恢復(fù)的效果。

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