徐州石灰岩山地不同植被恢复模式生态功能研究

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论文以徐州石灰岩山地上的侧柏、侧柏×黄栌、侧柏×女贞、侧柏×梧桐、侧柏×栾树、侧柏×枫香等6种不同植被恢复模式作为研究对象,采用线性分析、层次分析等方法,分析探讨不同植被恢复模式在土壤性状、水文效应、植物群落多样性、碳储量等指标上的差异及产生原因,并对生态功能进行了综合定量分析,以期深入了解6种植被恢复模式的特点和差异,有利于选择出最适于石灰岩山地生长的植被恢复模式,为区域生态环境建设提供理论依据。研究结论如下:(1)对不同植被类型的土壤性状进行测定与分析,有助于了解不同植被类型与土壤性状间的关系,对石灰岩山地植被的恢复与重建具有重要意义。对6种植被恢复模式土壤的物理性质和化学性质的分析结果显示:侧柏×梧桐模式的土壤容重最小,土壤持水量最大,总孔隙度仅次于侧柏×枫香模式,表明其对土壤物理性质的改善作用优于其他5种植被恢复模式。6种植被恢复模式在不同土壤化学指标上的表现趋势不一,差异较大,没有任何一种模式表现出明显优势。而且,针阔混交林相比较侧柏纯林在土壤性状上也无明显优势。(2)分析6种植被恢复模式在水文生态效应的差异,可为生态功能评价提供科学依据。采用“简易吸水法”对植冠层和枯枝落叶层的持水量进行测定,通过环刀法对土壤的储水量进行测定。结果表明:6种植被恢复模式的植冠层持水量差异明显,侧柏×梧桐模式具有较好的降水截留作用,而侧柏×女贞模式的持水量则最小。乔木层枝叶的持水量决定了整个植冠层总持水量的大小。5种针阔混交林模式枯枝落叶层对降水的拦蓄作用均大于侧柏纯林模式,侧柏×黄栌和侧柏×女贞模式表现好于其它3种针阔混交林模式。6种植被恢复模式的土壤饱和贮水量差异显著,以侧柏×枫香模式最高,侧柏×女贞模式最小。6种植被恢复模式的总储水量表现为侧柏×枫香>侧柏×梧桐>侧柏×黄栌>侧柏>侧柏×女贞>侧柏×栾树模式。土壤饱和贮水量对总储水量具有决定作用。(3)植物多样性是植被恢复过程中群落变化的重要指标。采用丰富度指数、Shannon多样性指数、Simpson多样性指数、Pielou均匀度指数和Alatalo均匀度指数,以重要值作为计算依据,统计分析不同植物群落的物种多样性。侧柏×黄栌和侧柏×枫香模式相比其它模式具有较高的群落丰富度。Shannon指数、Simpson指数和Pielou指数均表现为侧柏×枫香>侧柏×黄栌>侧柏×女贞>侧柏×栾树>侧柏>侧柏×梧桐模式。Alatalo指数则以侧柏×女贞模式最高,侧柏纯林模式最低。侧柏纯林的Shannon指数、Simpson指数和Pielou指数均只高于侧柏×梧桐模式,低于其它4种针阔混交林模式,在一定程度上说明了针阔混交林相比侧柏纯林可以提高植物群落多样性。(4)对不同植被恢复模式碳储量的研究有助于我们客观认识不同树种和造林模式的碳汇潜力,从而选择最适宜的固碳树种和造林模式。通过对6种植被恢复模式的总碳储量、植被碳储量、枯落物碳储量和土壤有机碳储量的研究结果显示:总碳储量表现为侧柏×梧桐>侧柏×女贞>侧柏×枫香>侧柏>侧柏×栾树>侧柏×黄栌。从总碳储量的分配来看,土壤碳储量占总碳储量的54.333%-78.290%,是不同植被恢复模式总碳储量的主体。植被碳储量占总碳储量的20.213%-44.414%,对总碳储量的影响仅次于土壤碳储量。植被碳储量中,乔木碳储量具有绝对优势,占82.788%-95.775%。侧柏碳储量则占乔木碳储量的59.042%-96.845%。梧桐和女贞相比黄栌和枫香具有更好的固碳潜力。(5)中性糖是碳水化合物的重要组成部分,采用气相色谱法对徐州石灰岩山地6种植被恢复模式下土壤和枯落物的中性糖进行测定。6种植被恢复模式下土壤中性糖总量表现为侧柏×枫香>侧柏×女贞>侧柏>侧柏×梧桐>侧柏×黄栌>侧柏×栾树模式。在侧柏、侧柏×黄栌和侧柏×栾树模式中,均以半乳糖含量最高;在侧柏×女贞、侧柏×梧桐和侧柏×枫香模式中,则以鼠李糖含量最高。岩藻糖和甘露糖的含量相对较少。枯落物中中性单糖总量表现为侧柏×枫香>侧柏×女贞>侧柏×黄栌>侧柏×梧桐>侧柏×栾树>侧柏模式,5种针阔混交林模式均高于侧柏纯林模式。除侧柏纯林模式外的其它5种模式以葡萄糖含量最高。不同植被恢复模式土壤中六碳糖与五碳糖的比值明显高于凋落物中的比值。土壤中六碳糖与五碳糖的比值在2.970-3.142之间,表明土壤中性糖以微生物来源的六碳糖为主。凋落物中六碳糖与五碳糖的比值在0.332-1.444之间,说明凋落物中的中性糖以植物来源的五碳糖居多。(6)运用层次分析法,选取与土壤性状、水文效应、植物群落多样性和碳储量关系密切的容重、土壤孔隙度、土壤持水量等18个指标建立徐州石灰岩山地不同植被恢复模式的综合评价指标体系,进行生态功能综合定量分析评价。结果表现为侧柏×梧桐>侧柏×枫香>侧柏>侧柏×黄栌>侧柏×女贞>侧柏×栾树模式。侧柏×梧桐和侧柏×枫香模式相对于侧柏×女贞和侧柏×栾树模式对石灰岩山地具有更好的适应能力。
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