紫色土人工植被恢复地植物多样性研究

万树明,何飞飞,陈 恋,邹冬生

(湖南农业大学生物科学技术学院,长沙 410128)

紫色土发育于亚热带地区石灰性紫色砂页岩母质土壤,全剖面呈均一的紫色或紫红色,层次不明显。紫色土以四川盆地分布最广,在南方诸省盆地中零星分布。紫色土土层浅薄,侵蚀和干旱缺水现象时有发生,加之植被覆盖率低,很容易发生水土流失。湖南省有紫色土131.8万公顷,占全国的四分之一,其中15.2万公顷亟待改造。特别是衡邵地区,紫色土蒸发量大,植被稀疏,水土流失严重,是湖南省水土流失和季节性干旱同步发生的重灾区,也是我国南方极具代表的生态灾难区[1]。由于人口密度大,生产活动频繁,加上盲目开垦、乱伐林木等原因,致使该地区水土流失十分严重。

1 研究方法

1.1 研究区自然状况

本试验在湖南省衡阳县呆鹰岭镇松林乡国家重点水土流失治理示范区进行。该地属中亚热带季风性湿润气候区,土壤为紫色页岩发育而成的紫色土,土层厚度 30 cm左右,海拔高度 60～90 m,属低山丘陵。多年平均降雨量1 247 mm,多年平均温度为17.9℃,1月平均气温 5.2℃,7月平均气温 29.3℃,无霜期 299 d[2]。

1.2 试验设计

本研究是对为 2007年《衡邵干旱走廊重点生态公益林区植被恢复模式的研究》湖南省科技计划项目所选的 3种恢复模式[3](自然恢复模式、人工恢复地Ⅰ、人工恢复地Ⅱ )进行生物多样性评价。

采用典型样地法布置样方,进行群落多样性的野外调查。由于试验地生境恶劣,植物种类相对较少,群落最小取样面积为:乔木样地10 m×10 m,设置3个样方,每个乔木标准样地内设置 5个 2 m×2 m的灌木样方和 7个 0.5 m×0.5 m的草本样方,灌木样方均匀分布于乔木标准样地;每个灌木样方内均匀分布 1个草本样方。主要调查项目:乔木、灌木和草本的名称、株数。植物群落多样性测度的指标:

丰富度 R0= S;Gleason丰富度指数 I= S/lnA;Simpson优势度指数Shannon-Weiner多样性指数 H=-Sheldon均匀度指数 E= H/lnS[4]。

2 结果与分析

2.1 不同恢复模式下植物群落物种组成

由于恢复模式的不同,3种类型的植物群落物种组成存在较大差异 (表1～3)。 从表中可以看出,在所调查的3个群落中,共有35个种,分属35属及24科。其中人工恢复地Ⅱ植物群落物种数量最多,这与人为引入龙须草使得群落环境有所改善有关。该群落有32种植物,占总调查物种数量的91.4%;与自然恢复地和人工恢复地Ⅰ相比,乔木种类和数量增加明显;群落中优势种为龙须草和苦楝。其次为人工恢复地Ⅰ ,有植物18种。自然恢复地植物群落以草本植物为主,少有灌木和乔木,有植物种类 15种。显然,与自然恢复地相比,人工营建的植物群落植物种类数量已经有明显的增加,说明人工营建植物群落有较好的恢复效果。

表1 自然恢复模式下植物种类及数量Table1 Plant species and quantity under natural restoration mode

2.2 群落的物种多样性

2.2.1 丰富度

从整个群落 Gleason丰富度指数来看(表4),人工Ⅱ>人工Ⅰ>自然,方差分析差异显著(p<0.05),说明人工引入龙须草能够使群落的丰富度指数有显著增加。在所调查的 3个植物群落中(表5),乔木层为:人工Ⅱ>人工Ⅰ>自然,方差分析差异达到显著水平(p<0.05);灌木层差异不显著;草本层为:人工Ⅱ>人工Ⅰ>自然,差异显著(p<0.05)。说明人工引入龙须草使得恢复地环境发生变化,群落中物种的数量逐渐增多,其中乔木和草本的种类和数量增加显著,而灌木则无显著变化。

2.2.2 优势度

优势度是群落水平的综合数值,是把群落作为一个整体而把各个种的重要性总结为一个合适的度量值,表征群落的组成结构特征[3]。从整个群落来看(表

4),Simpson优势度指数差异不显著(p>0.05),这可能是因为随着演替的进行乔木物种取代草本成为优势种,群落的优势度无明显变化,所以 3个样地 Simpson优势度指数差异不显著。3种恢复模式不同群落的Simpson优势度分析见表5,乔木层为:人工Ⅱ>人工Ⅰ>自然,方差分析差异达显著水平(p<0.05),灌木层差异不显著,草本层为:自然>人工Ⅰ>人工Ⅱ ,方差分析差异显著(p<0.05)。说明乔木物种在群落中的比重由自然恢复地到人工恢复地逐渐增大,草本物种逐渐降低,灌木物种则无明显变化。

表2 人工恢复地Ⅰ模式下植物种类及数量Table 2 Plant species and quantity under artificially restoration Ⅰ

表3 人工恢复地Ⅱ模式下植物种类及数量Table 3 Plant species and quantity under artificially restoration Ⅱ

2.2.3 生物多样性

从整个群落来看(表4),3种恢复模式的 Shannon-Weiner多样性指数之间的差异不显著(p>0.05),说明人工恢复地与自然恢复地比较无显著变化。这可能与本研究中人工恢复地虽然植物的种类和样方内个体总数都比自然恢复地高,但人工恢复地中每种植物的个体数占总个体数的比例比自然恢复地低,因此表现为人工恢复地的多样性指数与自然恢复地的差异不显著。对各恢复模式下 3种群落 Shannon-Weiner多样性指数进行分析(表5),乔木层为:人工Ⅱ>人工Ⅰ>自然,方差分析差异极显著(p<0.01),而草本层和灌木层差异不显著(p>0.05)。说明经人工恢复后乔木物种的种类和数量明显增加,并且物种的比重也在增加。草本层虽然物种种类和数量都有所增加,但各物种所占的比重减小,而灌木层物种种类和数量都无明显变化。

表4 不同恢复模式下植物群落多样性比较Table 4 Comparison on plant communities diversity

表5 不同恢复模式下乔木、灌木、草本植物多样性比较Table 5 Comparison on arbor,shrub and herbage diversity among different renewed modes

2.2.4 群落均匀度

从 Sheldon均匀度指数来分析(表4),群落的均匀度差异不显著(p>0.05)。不同恢复模式下3种群落的乔木 Sheldon均匀度指数人工Ⅰ>人工Ⅱ>自然,方差分析差异极显著(p<0.01),而草本层和灌木层差异不显著(p>0.05),说明人工恢复地群落仍在演替过程中,群落的均匀度无显著变化。

3 讨论与结论

3.1 3种植被恢复地样区的植物群落多样性分析

对 3种植被恢复地样区的植物群落进行多样性分析,结果表明 3种恢复模式下的植物群落多样性仅有Gleason丰富度指数存在差异,其余指数差异不显著。出现这种结果可能由于紫色土的环境恶劣,仅靠人工引入龙须草对环境的影响不明显,虽然人工恢复地植物群落的物种种类和个体总数较自然恢复地高,但是每个种在群落中的比重低,而且,人工恢复地群落乔木逐渐取代草本成为优势种抑制了草本和灌木种类和数量的增加,因此生物多样性低。另外,由于人工恢复的时间较短,恢复地群落还处在演替的早期,群落的结构不稳定,也会出现生物多样性降低的情况[6]。因此,对环境条件恶劣的紫色土地区进行植被恢复,靠自然恢复很难取得良好的效果,仅是人工引入龙须草也不能取得立竿见影的效果,人工培育就显得更加重要,在引进龙须草的同时还要注意引进一些耐旱的乡土草本植物和灌木,提高物种的多样性。此外,恢复过程也需要很长的一段时间,才能使紫色土地区恶劣的环境得到改善,形成适合植物的入侵、定居和繁殖的环境,形成稳定的群落,从而使生物多样性增高,达到植被恢复的目的。

3.2 研究展望

(1)在人工引入龙须草的同时引进一些耐旱的乡土草本植物和灌木,能够更好的提高植被恢复的效果。

(2)在对植被恢复效果进行研究的同时,除了研究植物群落的生物多样性外,还要对生物量进行研究,这样能够更好的反映恢复的效果。

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