滇东南峰林湖盆区植物水分利用策略

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特殊的水文地质环境、复杂的生态系统导致我国西南岩溶地区地质性干旱、石漠化加剧和高度生境异质性等现象较为普遍。在生境恢复的过程中,植被群落的重建是促进土壤水分-养分循环、涵养水源的重要环节。不同群落植物水分会根据不同生境做出响应和适应机制并形成不同的水分利用策略,从而对流域水文循环和生境恢复产生较大的影响,因此树种和群落的优化对此有重大意义。为了探讨不同生境植物水分利用策略,为岩溶地区提供科学的生态治理建议,选择了滇东南普者黑峰林湖盆区小叶羊蹄甲灌丛、清香木次生林以及云南松人工林的优势种为研究对象,应用氢氧稳定同位素技术示踪水分来源,通过IsoSource模型分析各潜在水源对植物水分的贡献比例,可观察植物水分来源随季节、群落和生境变化而呈现的特征与差异。同时应用碳稳定同位素技术,通过测定植物叶片δ13C值探讨植物水分利用效率。由此,结合植物根系长度及地下生物量探讨不同生境植物水分适应性,并根据流域上中下游出水口产水功能与机制,在对地表水产流贡献较大的水体周围本着“适地适树”的原则,选择适应生境的植被进行重建恢复工作。研究得到的主要结论有:(1)从雨季到旱季,三个群落植物对于0-40cm浅表层和浅层土壤水的平均利用比例从31%降至25.6%,对40-80cm中深层土壤水的利用比例从44.6%降至33%,对表层岩溶水或孔隙水的利用比例从24.6%升至41.3%。针对地质性干旱与季节雨量变化,三个群落植物在不同生境都有较好的水分适应性。(2)清香木次生林样地不同生长阶段的锥连栎在雨季有极其相似的水分利用比例,因此可能存在水分竞争关系,而成熟清香木与幼龄清香木则因为根系发育状况有着不同的植物水分利用策略。(3)小叶羊蹄甲灌丛植物全年对表层岩溶水平均利用比例较大,达到月均33.7%的比例。清香木次生林和云南松人工林植物则可调整对不同深度土壤水和地下水的利用比例。在生境与植被同步恢复过程中,植物对表层岩溶水的依赖程度逐渐降低,对维持岩溶景观的地下水起到保护作用。(4)小叶羊蹄甲灌丛、清香木次生林和云南松人工林植物δ13C均值分别为-28.599‰、-29.513‰和-29.180‰,按大小顺序排列小叶羊蹄甲灌丛>云南松人工林>清香木次生林,石质生境>土质生境>土石质生境。生境和群落类型对植物δ13C组成具有较大影响,石质生境小叶羊蹄甲灌丛植物水分利用效率最高,倾向于采取耐旱策略对抗常年的水分胁迫,根系发达的清香木次生林和云南松人工林植物δ13C较小,主要采取避旱策略应对季节性水分亏缺。由于三个群落林龄较小,因此相对来说时间靠前的雨季δ13C大于之后的旱季。(5)植物δ13C季节变化幅度顺序为清香木次生林>云南松人工林>小叶羊蹄甲灌丛。随着季节更替而调整水分利用策略的植物δ13C变化较大,这说明清香木次生林植物和云南松人工林植物对生境水分条件变化的响应与适应是及时而敏感的。(6)在生态恢复的过程中,选择与生境适应程度较高的植物即坚持“适地适树”原则,有利于土壤发育和水源涵养。从这个角度来看,建议峰林上部可以选择灌木群落封山育林,作为水土保持林。其中乡土树种小叶羊蹄甲为建群种;峰林中部则选择清香木次生林群落进行植被恢复工作,以根系发达、水分利用效率较高的清香木为建群种可改善土壤环境;土层深厚、水分状况相对良好的峰林下部则以人工造林为主,培育云南松人工林可达到水源涵养的作用。(7)在探讨流域地表水产水机制的过程中发现,落水洞湖、落水洞孔隙水、大尖山水库、新沟湿地以及增产水库都对整个流域水文过程有重要意义。根据生境特点,在生境坡度较缓、土壤连续的落水洞、大尖山水库和增产水库附近选择水分利用效率高的云南松与清香木次生林优势树种(清香木、锥连栎等)的混交林是普者黑峰林湖盆水源涵养功能恢复的优选水源林组合。而在新沟湿地则选择根系发达、水分利用策略较灵活的清香木次生林与小叶羊蹄甲灌丛优势树种(小叶羊蹄甲、老虎刺等),可促进土壤发育,加强水文调蓄功能,与生境共同正向演替。
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