论文部分内容阅读
选择青藏高原多年冻土区不同恢复演替阶段的工程迹地为研究对象,并以未受干扰的紫花针茅草原作对照,采用野外定点监测和室内分析相结合的方法,探讨了不同恢复演替阶段工程迹地群落植物区系特征、群落外貌及结构、群落盖度、群落物种多样性与生产力关系、土壤养分特征及其对群落植物多样性和生产力的影响,不同恢复演替阶段群落优势种群的变化过程,不同恢复演替阶段土壤种子库特征及其与地上植被之间的关系以及人工恢复植被的生态学过程,初步揭示了青藏高原多年冻土区工程迹地植被恢复过程中地上植被、土壤和土壤种子库的变化过程。结果表明:
1.多年冻土区工程迹地进展演替过程中,群落科、属、种依次增加,处于演替早期的群落物种数量增加速度较快;群落共出现种子植物种45种,隶属31属,15科,其中豆科有8种,禾本科7种,菊科5种,分别占总种数的20％、17.5%、12.5%;该地区北温带分布型及其变型属在其中占有绝对优势,有15属,占本区总属数的48.39%。
2.演替初期群落尚无明显垂直结构分化,随演替进展逐渐出现群落的结构分化,对照紫花针茅群落垂直结构尤为明显。
3.随恢复时问增加,群落盖度逐渐增加,群落盖度与恢复时间均呈指数函数关系。植被恢复早期阶段群落总物种数、物种丰富度和Shannon-Wiener多样性指数随恢复时间均急剧增加,恢复18年以上的群落总物种数、物种丰富度和Shannon-Wiener多样性指变化趋于平缓,但仍为增加趋势;随进展演替Simpson指数呈下降趋势;对照原生高寒草原则变化不明显。随着恢复生长时间的延长,植物群落的构成趋于复杂,植被覆盖度增加,早期的群落优辨种消退,物种多样性增加,群落均匀度增加。
4.地上总生物量的季节动态拟合结果表明,所有曲线总体都呈单峰型。1980s、1970s和对照紫花针茅草原拟合效果均达到显著水平。植被恢复演替的早期2000s和1990s地上生物量的增长和气象要素之间没有显著的相关性,处于演替前中期的1980s和1970s地上生物量的月均增长率与温度的增长率和降水的增长率呈显著正相关关系。而地带性植被紫花针茅草原地上生物量的增长率更是与温度的增长率和降水的增长率呈极显著正相关关系。
5.随着恢复时间增加,地下生物量增大。2000s、1990s、1980s、1970s和ns的总地下生物量分别是439.09±145.10g.0.1m-3、1405.65±355.66g.0.1m-3、1950.24±428.59g.0.1m-3、2013.54±507.77g.0.1m-3和2635.35±399.97g.0.1m-3,随着恢复时间增加不同恢复演替阶段群落的地下生物量垂直分布均从地表向下空间分布呈递减趋势,呈典型的倒金字塔型。
6.随着恢复时间的增加,土壤有机质得到显著提高,随着土壤深度的增加土壤有机质呈下降趋势。土壤速效氮的含量与土壤全氮以及土壤有机质呈正相关。随恢复时间增加土壤速效氮含量增加,且速效氮主要集中在表层。随土壤深度增加速效氮含量明显降低。随着恢复时问的增加,0-10cm土壤全盐含量降低,不同层之间处十演替早期的2000s、1990s和1980s随土壤深度增加而减少,对照紫花针茅草原的土壤全盐含量随深度而增加。该地区的土壤整体呈中性或偏弱碱性,随着恢复时间增加碱性有减弱趋势,随土壤深度增加土壤碱性有增强趋势。
7.不同恢复演替阶段的植物群落主要种群多为聚集分布,随恢复时间的增加种群的聚集强度减小。在恢复梯度系列上,由于梭罗草、多枝黄芪等自身的生物学特性,其生态位宽度最大,表明梭罗草和多枝黄芪对环境资源的利用能力最大。生态位重叠既可以体现种群对环境资源的利用状况,又能反映种群间分布地段的交错程度。生态位宽度较大的种群与其它种群间生态位重叠较大。
8.不同恢复演替阶段土壤种子库的密度随着演替时问的延长而增加。随土壤深度的增加,种子密度显著降低。对不同演替阶段整体土壤种子库的物种相似性系数比较发现,该地区土壤种子库之间的相似性系数也较小,但随恢复时间增加,相似性系数在增加。两个恢复阶段年限越接近,土壤种子库的相似性也越大。土壤种子库的物种与地上植株间有着一定的关系,但土壤种子库与地上植被的相似性程度较小。随着恢复时间的增加从3a到32a地上植被和土壤种子库的相似性指数数是稳定增加,但增加的速度很慢,这也间接说明地上植被处于正向演替,且处于演替的早期阶段。随着时间的推移,先锋植物开始产生种子,并实现自我更新,从而增加了地上植被和土壤种子库之间的相似性。
9.多年冻土区重大工程活动破坏了原生植被以及正常的土层结构,致使植被恢复难度进一步增加。严重干扰地段植被的自然恢复是一个十分缓慢而复杂的过程。梭罗草和垂穗披碱草无论是植物的种子萌发和安全越冬,还是植物个体生长发育以及人工群落特征,表现出对高原地区气候环境取土场具有较好的适应性。表明采用梭罗草和垂穗披碱草以及地表适度平整→表层翻耕→磨耙开沟→种子播种→磨耙覆土镇压等植被恢复工艺措施,青藏高原重大工程干扰形成的次生裸地植被快速恢复是有效可行的。