滇南喀斯特天然森林和退化群落植物化学计量特点和生态意义

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我国云南省南部地区存在着典型的断陷盆地喀斯特地貌,地带性植被为亚热带常绿阔叶林。在历史上,由于人为强烈破坏,原有的天然森林已逐步退化形成了灌丛、草地群落、农田等土地利用景观;而且受到当地气候和喀斯特地质条件影响,这些灌丛和草地群处于相对稳定的偏途顶级阶段。在目前气候变化和人为干扰减缓的形势下,如何通过人工经营促进这些群落发生正向演替和提升生态系统服务是我们亟需解决的问题。然而,目前我们对处于不同演替阶段植物群落组成、植物和土壤化学计量特征以及它们之间的相互关系仍缺乏系统认识,这也限制了我们对喀斯特地区的科学经营和管理。本研究以云南蒙自喀斯特断陷盆地为研究区域,选择处于不同退化演替阶段的天然植物群落(天然林群落、灌丛群落、草地群落)为对象,揭示断陷盆地尺度上植物群落化学计量特点和生态意义。于2016年9月,以蒙自市为中心,在东西南北四个方向分别建立一个样带。在4个样带上,共建立6个天然林样地、18灌丛样地、15草地样地。在每个样地,分别调查群落优势植物组成,采集对应的土壤(0-10 cm)和植物鲜叶样品,测定和分析土壤和植物样品中C、N、P、K、Ca、Mg、Na、Fe、Al、Cu、Zn和Mn等12种元素的含量,计算元素化学计量性状。主要结果如下:(1)在蒙自断陷盆地区域内,退化群落形成了与天然森林显著不同的土壤化学计量性状,其中草地群落土壤呈现最强烈K和Mg淋溶流失特征。主要表现为,第一,在测定的12种土壤元素中,土壤元素含量变异系数高于50%的有Zn、P、Mn、Ca和K,处于30%-50%间的有Cu、N和C,其余元素含量的变异系数也均高于20%。第二,在3种不同群落中,土壤的K、Mg和Na全量含量存在显著差异,其中天然林土壤K和Na含量显著高于灌丛和草地群落,Mg含量显著高于灌丛。第三,3种不同群落土壤C/N、C/P、N/P、C/K、N/K和Ca/Mg比值之间具有显著差异,其中草地群落土壤C/K、N/K和Ca/Mg比值显著高于天然林和灌丛,天然林和灌丛土壤C/N比值显著高于草地群落,天然林土壤C/P和N/P比值显著高于灌丛和草地。这些结果表明,蒙自断陷盆地区域不同植物群落土壤化学计量性状的显著变异性,也表明了植物群落组成对土壤元素含量和计量性状的强烈影响。(2)森林、灌丛和草地群落之间,8种植物元素(N、K、Ca、Mg、Al、Cu、Zn和Mn)含量和计量性状存在显著差异性。主要表现在三个方面,第一,在3种群落中,植物叶K含量存在显著差异性,顺序为天然林>灌丛>草地;而且,草地群落植物N、Ca和Mg含量显著低于其它两种群落,植物Zn和Cu含量则显著高于其它两种群落,灌丛和草地群落的Al和Mn含量要显著高于天然林群落。第二,在植物功能型水平上,天然林常绿乔木Na、Al和Mn含量,落叶乔木K和Na含量,草本植物Fe、Al和Mn含量均高于灌丛和草地群落。相对于天然林和灌丛群落而言,草地群落常绿乔木Cu和Zn、落叶乔木P和Cu、常绿灌木C和Cu、落叶灌木Cu和Zn和Mn含量更高。第三,天然林与灌丛植物N:P比值均大于16,植物生长受到P含量的限制,而草地群落内N:P比值在14至16之间,生长受到N与P单独或共同的影响。(3)在森林、灌丛和草地群落中,共有优势植物种占比超过各个群落物种数量1/4,群落顺向演替存在较高物种基础。在三种群落物种中,灌丛具有最多的优势种数量,草地群落优势物种数最低。三种不同植物群落具有共有种9个,而天然林与灌丛群落共有种为19种,天然林与草地群落共有种为10种,灌丛与草地群落共有种14个。在三种不同群落中,植物与土壤的共轭关系紧密,但不同群落间差异明显。这些研究结果对加深理解断陷盆地喀斯特石漠化地区群落组成、演替动态和影响因素,也对通过人工经营促进这些群落发生正向演替和提升生态系统服务具有指导意义。
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