基于GIS的武功山山地草甸群落分布格局与土壤因子相关性研究

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武功山草甸是我国南方亚热带地区极具代表性的山地草甸,武功山山地草甸因其分布纬度之低、草甸海拔之高、生长面积之大,在全世界同纬度同高度的山地中独一无二。但由于近年来旅游业的兴起,基础设施的建设,造成武功山山地草甸部分区域植被退化,生物多样性降低,甚至局部区域岩石裸露,寸草不生,对维护草甸生物多样性造成严重威胁,对保障草甸持续稳定发育、保护草甸优美景观造成严重影响。本文以武功山核心景区(金顶区域)山地草甸为研究对象,基于遥感影像,在植物生长成熟期(9-10月),以不同海拔、不同坡向择选96个不同样方,采用数量生态学和统计学的理论方法为基础,空间数据与地面调查试验数据相结合的手段,用Arc GIS矢量相交法获取不同海拔、不同坡向间的群落空间分布位置及面积,研究地形、土壤因子对草甸植物群落分布的响应关系,探讨了研究区植被群落类型、群落空间分布、土壤因子空间分布及群落分布格局与地形、土壤等因子之间的关联,旨在为武功山山地草甸退化修复、维护草甸多样性、保障草甸持续稳定发育等问题解决提供了理论参考和科学依据。本研究结果如下:1、武功山研究区草甸整体面积约为1090374m2,根据96个样方23种不同植物种的重要值进行群落面积划分,不同植物群落划分得到38.58%芒+野古草群落、24.85%纯芒群落、13.45%芒+野古草+野青茅群落、6.21%野古草+芒群落、4.71%芒+野古草+大齿山芹群落、3.36%芒+野古草+线叶珠光香青群落、2.90%飘拂草+中华薹草群落、2.77%纯箭竹群落、2.14%箭竹+芒群落、0.93%中华薹草+飘拂草+芒群落等10种不同群落。群落种数与海拔呈现出显著相关性,随海拔上升植物群落种类数量增多,1900m海拔带有9种不同群落,1600m海拔带有5种不同群落。研究区草甸以芒为绝对优势种,野古草为次生优势种,芒+野古草群落是武功山草甸区域分布最广的群落;飘拂草+中华薹草群落、中华薹草+飘拂草+芒集中分布于1900m海拔带间,其他海拔带间少见出现。2、武功山山地草甸在研究区低海拔区域(1600m海拔带),土壤环境较差,土壤密度、p H值较高,土壤养分含量较低,土壤有效孔隙度低透气性较差,保水保肥能力较差,植物群落种类、生物多样性较低,植物种类较为纯粹,芒占据绝对优势,纯芒群落分布面积最广,占比最重,芒+野古草群落次之,其他群落面积占比均低于10%。在高海拔区域(1900m海拔带),土壤环境良好,土壤密度、p H值较低,土壤养分含量高,土壤有效孔隙度高透气性良好,保水保肥能力较好,植物群落种类更为丰富,其中中华薹草+飘拂草+芒群落为该区域独有群落,生物多样性较高,以芒为主要优势种,但芒+野古草群落、纯芒群落在1900m海拔带的面积均相对其他海拔带占比最低,其他各物种分布较低海拔更均匀。除箭竹群落主要集中于东北坡向,土壤田间持水量较低,土壤偏酸,全量养分较高外,其他群落在坡向间分布较为均匀,面积占比差距较小,土壤因子在坡向间无明显差异。3、通过草甸群落分布面积与影响因子间的相关冗余分析(RDA)得出,RDA1和RDA2特征值分别为20.11%和5.72%。RDA1轴与海拔、坡向、养分因子间(除铵态氮、p H外)多呈负向相关,与土壤物理结构多为正相关关系;RDA2轴与海拔、养分因子间(除p H外)多呈负向相关,与土壤物理结构(除非毛管孔隙度、最大持水量外)多为正相关关系。通过逐步回归分析与通径分析得出,海拔、微生物量碳、微生物量氮对群落分布占比大小的直接作用为正向效应。3个影响因子对群落分布占比大小的影响中,海拔的直接作用最大;微生物量碳的直接作用最小;微生物量氮通过海拔对群落分布占比大小的间接作用最大。
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