-
在当前可持续发展和生态环境改善日益重视的社会背景与发展趋势下,作为生态系统最重要功能的生物量和生物多样性研究已成为生态学研究中的热点[1-5]。生物量是生态系统生产力基础和功能的主要表现形式[6]。物种多样性与群落的功能过程密切相关,是生物多样性最为基础和关键的层次[7]。研究表明,林下植被作为森林生态系统的一个重要组成部分,在促进养分循环和维护森林立地质量方面起着重要作用[8-11]。对于退化生态系统恢复成功的标准,物种多样性、群落生物量是其中非常重要的评价指标[12-13]。因此,开展不同区域、不同树种、不同模式森林生态系统群落生物量及物种多样性的研究仍具有必要性和紧迫性。
西南岩溶区的位置非常特殊,它处于长江、珠江、澜沧江等水系的中上游,其脆弱的生态环境不仅威胁下游地区生态系统的安全,还严重制约着西南地区经济社会的可持续发展。岩溶植被的恢复与重建成为我国西南岩溶地区退化生态系统恢复与重建研究的难点与重点[14]。目前,对西南岩溶区开展的研究主要集中在石漠化治理[15-16]、水土流失[17-18]、土壤[17, 19]等方面,但对于岩溶生态系统植物多样性及生物量研究报道较少,已有工作主要针对不同年龄系列或不同演替阶段的群落[20-22],对不同土地利用方式或恢复模式的生物多样性、生物量的变化缺乏探讨。岩溶区生态重建或生态恢复的关键是森林植被的重建与恢复,岩溶区植被恢复的主要驱动力是植物的多样性[23],而植物多样性的恢复是退化生态系统恢复与重建效果的重要考核指标,不同植被恢复模式产生的生态效益不同,因此,对该区不同恢复模式下植物群落生物量及物种多样性的研究显得尤为重要。本文以桂西南岩溶区4种不同恢复模式为研究对象,对其群落生物量及林下植被多样性进行研究,拟揭示该区不同恢复模式群落生物量及林下植物多样性的特点,有助于科学评价植被恢复效果,为该区域的生物多样性保护、生态功能恢复效果评价提供理论依据和基础数据。
HTML
-
2015年5月,在林分踏查的基础上,选取海拔、坡度、坡向等环境条件基本一致的地块设置4种恢复模式样地,4种恢复模式分别为:R1吊丝竹林,R2任豆林,R3灌草坡,R4自然恢复林。在每种恢复模式样地中各设置3个面积20 m×30 m样方,在样方的4个角及中心点设置面积5 m ×5 m的灌木、草本样方5个;在样方内随机设置2 m ×2 m的灌草生物量收获样方3个,1 m ×1 m的凋落物样方3个。共完成乔木样方12个,灌木样方60个,草本样方60个。
调查内容包括样地内乔木的种类、高度、胸径;灌木、草本的种类、株数、高度、盖度。采用样方收获法,测定灌木层与草本层的地上和地下生物量及凋落物层现存量。各组分所取样品带回实验室,称鲜质量后65℃烘干至恒质量,并计算含水率。烘干样品经粉碎、过筛后装瓶,用于有机碳含量的测定。
样地号
Sample No.恢复模式
Recovery mode坡度
Gradient/(°)坡向
Aspect海拔
altitude/mR1 吊丝竹林
The Dendrocalamus minor forest21±2 东南 340±4 R2 任豆林The Zenia insignis forest 18±3 东南 415±10 R3 灌草坡The shrub grassland 20±5 东南 440±7 R4 自然恢复林
The natural restoration forests16±2 东南 515±2 注: 表中数据为平均值±标准差。
Note: data in the table as mean ± standard deviation.Table 1. Sample information
-
物种多样性指标采用物种丰富度S、Shannon-wiener指数、Simpson指数、Jsw均匀度指数,其具体计算方法见文献[25~26];重要值(IV)采用宋永昌[27]方法计算。根据物种多样性指数计算公式对乔木层、灌木层及草本层计算得到各样地的植物多样性指数。
-
目前,对生物量的研究多采用直接收获法,考虑到当地不准采伐,因此,本研究利用汪珍川等[28]建立的广西主要树种(组)异速生长模型来估算乔木层的地上生物量,并参考IPCC根茎比来量化乔木的地下生物量[29]。
-
样地的生物量和多样性指数数据用Excel 2010统计,基于SPSS 18.0,采用单因素ANOVA进行方差分析。
2.1. 样地设置及调查
2.2. 物种多样性
2.3. 生物量测定
2.4. 数据处理
-
本研究共调查林下植物85种,隶属于46科,81属,其中,灌木植物25科,46属,50种;草本植物21科,35属,35种。样地灌木层植物主要由番石榴(Psidium guajava Linn.)、红背山麻杆(Alchornea trewioides (Benth.) Muell. Arg.)、潺槁木姜子(Litsea glutinosa (Lour.) C. B. Rob.)、灰毛浆果楝(Cipadessa cinerascens (Pellegr.) Hand.-Mazz.)、构棘(Cudrania cochinchinensis (Lour.) Kudo et Masam.)等组成;草本层草本植物主要由水蔗草(Apluda mutica Linn.)、五节芒(Miscanthus floridulus (Lab.) Warb. ex Schum. et Laut.)、肾蕨(Nephrolepis auriculata (L.) Trimen)、艾草(Artemisia argyi Levl. et Van.)等组成。
-
表 2表明:不同灌木层物种丰富度(S)的差异不显著,灌草坡的最高(S=16),任豆林的次之(S=15),自然恢复林的最低(S=12);Shannon-wiener指数、Simpson指数、Jsw均匀度指数均为吊丝竹林>灌草坡>任豆林>自然恢复林。灌草坡与自然恢复林的Shannon-wiener指数、Simpson指数的差异显著(P<0.05);自然恢复林与吊丝竹林、灌草坡、任豆林间的Jsw均匀度指数差异显著(P<0.05)。
类型
Type样地号
Sample No.物种丰富度(S)
Species richnessShannon-wiener指数
Shannon-wiener indexSimpson指数
Simpson indexJsw均匀度指数
Jsw evenness index灌木层
Shrub layerR1 14±4 2.373 3±0.189 7 ab 0.892 0±0.143 3 ab 0.899 3±0.009 8 bcd R2 15±3 2.136 3± 0.184 3 ab 0.843 1±0.078 3 ab 0.788 9±0.032 0 bcd R3 16±1 2.281 4±0.060 2 a 0.878 0±0.006 4 a 0.822 8±0.005 2 bcd R4 12±3 1.379 2±0.199 1 b 0.652 4±0.063 9 b 0.555 0± 0.014 8 a 草木层
Herb layerR1 7±2 ab 0.924 1±0.186 5 0.416 5±0.062 2 0.474 9±0.022 2 R2 12±2 a 1.457 1±0.191 9 0.648 9±0.026 7 0.586 4±0.004 7 R3 10±1 ab 1.540 6±0.188 6 0.733 5±0.064 7 0.669 1±0.039 3 R4 4±2 b 0.981 7±0.161 6 0.546 7±0.168 4 0.708 2±0.030 9 注:表中数据为平均值±标准差,下同。同列相同字母表示差异不显著(P>0.05),同列不同字母表示差异显著(P<0.05),下同。
Note: data in the table as mean ± standard deviation, the same below. The same letters within the same column mean no significant difference(P>0.05), and the different letters within the same column mean significant difference(P>0.05), the same below.Table 2. Diversity of different recovery mode of secondary forest plant
-
表 2表明:不同恢复模式草本层物种丰富度(S)任豆林的最高(S=12),灌草坡的次之(S=10),自然恢复林的最低(S=4),其中,任豆林与自然恢复林的差异显著;Shannon-wiener指数、Simpson指数均为灌草坡>任豆林>自然恢复林>吊丝竹林;Jsw均匀度指数为自然恢复林>灌草坡>任豆林>吊丝竹林。不同恢复模式的Shannon-wiener指数、Simpson指数、Jsw均匀度指数差异均不显著(P>0.05)。
-
不同恢复模式林下植物重要值较大的物种见表 3。由表 3可看出:不同恢复模式林下主要植物种类组成不同,但大部分是一些耐旱性、石生性、喜钙性的植物,如红背山麻杆、灰毛浆果楝、茶条木(Delavaya toxocarpa Franch.)等,这与岩溶区岩石裸露率大,土层浅薄且干燥有关。
样地号Sample No. 灌木Shrub 草本Herb 种名
Species重要值
important values/%种名
Species重要值
important values/%R1 番石榴Psidium guajava Linn. 48.70±2.85 水蔗草Apluda mutica L. 178.90±9.82 灰毛浆果楝Cipadessa cinerascens (Pellegr.) Hand.-Mazz. 44.58±1.21 类芦Neyraudia reynaudiana (Kunth) Keng ex Hitchc 36.60±2.70 潺槁木姜子Litsea glutinosa (Lour.) C. B. Rob. 38.07±2.38 假杜鹃Barleria cristata L. 28.64±1.63 红背山麻杆Alchornea trewioides (Benth.) Muell. Arg. 38.07±1.57 飞机草Eupatorium odoratum L. 23.89±2.33 小果叶下珠Phyllanthus reticulatus Poir. 25.40±3.11 蜈蚣凤尾蕨Pteris vittata L. 11.94±1.18 R2 红背山麻杆Alchornea trewioides (Benth.) Muell. Arg. 67.46±3.12 弓果黍Cyrtococcum patens (L.) A. Camus 122.06±2.37 苎麻Boehmeria nivea (L.) Gaudich. 41.54±2.30 肾蕨Nephrolepis auriculata (L.) Trimen 52.84±3.25 香椿Toona sinensis (A. Juss.) Roem. 41.27±4.24 艾草Artemisia argyi Levl. et Van. 44.76±2.10 灰毛浆果楝Cipadessa cinerascens (Pellegr.) Hand.-Mazz. 40.69±2.28 小窃衣Torilis japonica (Houtt.) DC. 17.65±1.54 簕仔树Mimosa sepiaria Benth. 21.36±1.81 假臭草Praxelis clematidea (Griseb.) R. M. King et H. Rob. 16.27±1.28 R3 红背山麻杆Alchornea trewioides (Benth.) Muell. Arg. 50.08±4.47 五节芒Miscanthus floridulus (Lab.) Warb. ex Schum. et Laut. 148.78±5.73 番石榴Psidium guajava Linn. 46.34±2.90 水蔗草Apluda mutica L. 61.16±6.29 潺槁木姜子Litsea glutinosa (Lour.) C. B. Rob. 39.70±3.75 白茅Imperata cylindrica (L.) Beauv. 38.91±2.63 茶条木Delavaya toxocarpa Franch. 31.60±2.29 金丝草Pogonatherum crinitum (Thunb.) Kunth 14.84±1.40 扁担杆Grewia biloba G. Don 29.54±2.66 斑茅Saccharum arundinaceum Retz. 8.95±1.32 R4 灰毛浆果楝Cipadessa cinerascens (Pellegr.) and.-Mazz. 106.61±7.27 肾蕨Nephrolepis auriculata (L.) Trimen 175.79±5.86 红背山麻杆Alchornea trewioides (Benth.) Muell. Arg. 84.62±3.67 弓果黍Cyrtococcum patens (L.) A. Camus 50.93±3.16 金樱子Rosa laevigata Michx. 23.85±1.94 艾草Artemisia argyi Levl. et Van. 36.72±1.93 雀梅藤Sageretia thea (Osbeck) Johnst. 18.46±2.08 五节芒Miscanthus floridulus (Lab.) Warb. ex Schum. et Laut. 36.57±1.86 黑面神Breynia fruticosa (Linn.) Hook. f. 18.33±1.86 Table 3. Species important values of different succession stage of secondary forest plant
-
由表 4可见:不同植被恢复模式群落总生物量的变化趋势为自然恢复林(166.65 t·hm-2)>任豆林(48.61 t·hm-2)>吊丝竹林(36.53 t·hm-2)>灌草坡(0.95 t·hm-2)。乔木层中,自然恢复林不同组分生物量与任豆林、吊丝竹林间差异显著(P<0.05);灌草坡的灌木、草本地上生物量与吊丝竹林、任豆林、自然恢复林间差异显著(P<0.05);不同恢复模式凋落物间差异不显著(P>0.05)。吊丝竹林、任豆林的生物量表现为草本层>灌木层;灌草坡与自然恢复林的生物量表现为灌木层>草本层。
层次Hierarchy 组分Component 恢复模式Restoration model R1 R2 R3 R4 乔木层Tree layer 树干Trunk /(t·hm-2) 17.42±1.05 a 31.19±1.19 a - 112.34±1.70 b 树枝Branches /(t·hm-2) 2.84±0.64 a 9.10±1.44 a - 24.65±1.04 b 树叶Leaves /(t·hm-2) 7.70±1.83 a 0.18±0.03 b - 4.40±0.21 c 地上Overgruand/(t·hm-2) 27.96±2.73 a 40.46±1.46 a - 141.40±1.93 b 地下Underground /(t·hm-2) 7.85±1.10 a 7.31±1.60 a - 23.58±1.55 b 林分Stand /(t·hm-2) 35.81±3.79 a 47.77±4.02 a - 164.98±6.47 b 灌木层Shrub layer 地上Overgruand/(t·hm-2) 0.10±0.01 bcd 0.12±0.08 bcd 0.35±0.04 a 1.01±0.02 bcd 地下Underground /(t·hm-2) 0.09±0.01 0.14±0.02 0.33±0.02 0.10±0.01 小计Subtotal /(t·hm-2) 0.19±0.01 0.26±0.03 0.68±0.02 1.11±0.04 草本层Herb layer 地上Overgruand/(t·hm-2) 0.17±0.05 bcd 0.23±0.07 bcd 0.07±0.02 a 0.22±0.04 bcd 地下Underground /(t·hm-2) 0.16±0.02 0.25±0.03 0.08±0.01 0.20±0.02 小计Subtotal /(t·hm-2) 0.33±0.05 0.48±0.02 0.15±0.03 0.42±0.05 凋落物层Litter layer 凋落物Litter/ (t·hm-2) 0.21±0.01 0.10±0.03 0.13±0.01 0.16±0.03 总生物量Total biomass /(t·hm-2) 36.54±3.91 48.61±4.10 0.96±0.04 166.66±6.60 注:同行相同字母表示差异不显著(P>0.05),不同字母表示差异显著(P<0.05)。
Note: same letters of the same lines indicates no significant difference(P>0.05), different letters mean significant difference(P>0.05).Table 4. Community biomass of different vegetation restoration model