太行山低山丘陵區(qū)退化生態(tài)系統(tǒng)植被恢復(fù)過程生態(tài)特征分析與評價.pdf

1、恢復(fù)生態(tài)學(xué)是生態(tài)學(xué)研究領(lǐng)域中最年輕的分支之一，也是現(xiàn)代生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。太行山低山丘陵區(qū)屬平原與山地的生態(tài)過渡帶，由于長期人為的過渡開發(fā)利用，現(xiàn)有植被處在不同的退化階段，植被表現(xiàn)出以天然植被稀疏、低矮、部分地段裸露并鑲嵌類型各異的人工植被為主要特點。導(dǎo)致植被改善環(huán)境的能力減退。而環(huán)境改善和穩(wěn)定的根本是森林生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)、發(fā)展和保護(hù)。為此，闡明太行山低山丘陵區(qū)退化生態(tài)系統(tǒng)自然恢復(fù)過程的生態(tài)學(xué)特征，探求自然恢復(fù)機(jī)理、對植被恢復(fù)過程進(jìn)行正

2、確評價和預(yù)測，既能豐富恢復(fù)生態(tài)學(xué)的內(nèi)容，同時也為人工加快植被恢復(fù)進(jìn)程和實現(xiàn)該區(qū)域資源的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)的依據(jù)。 通過研究，導(dǎo)致太行山低山丘陵區(qū)植被退化和恢復(fù)進(jìn)程較慢的關(guān)鍵問題是人為的干擾和區(qū)域氣候變化的結(jié)果。本論文在對研究區(qū)植被恢復(fù)階段分類的基礎(chǔ)上，從土壤、植被和群落演替分析入手，深入地剖析了恢復(fù)演替過程中群落的物理、化學(xué)和生物學(xué)變化特征，找到了群落演替過程中生態(tài)特征和環(huán)境特征變化規(guī)律；建立了研究區(qū)的群落演替模型；通過采取植被

3、恢復(fù)預(yù)測模型的手段，對植被演替和恢復(fù)時間進(jìn)行了初步探索，提出了研究區(qū)各群落植被恢復(fù)經(jīng)歷的時間；構(gòu)建了植被恢復(fù)過程的評價指標(biāo)體系，對植被恢復(fù)進(jìn)程進(jìn)行了有效的評價。 通過研究，本論文取得主要結(jié)果： (1)導(dǎo)致研究區(qū)植被退化的主要原因是人為干擾，其次是氣候原因。氣溫的年際變化具有6a、3.5a的周期規(guī)律；降水量變化具有8.5a、4.3a的周期性規(guī)律。研究區(qū)氣候特點是平均濕度的減少和平均氣溫的升高，未來氣候?qū)⒏?、更干燥。蒸發(fā)蒸

4、騰量(ET0)值將會持續(xù)升高。 (2)隨植被恢復(fù)進(jìn)程，土壤容重和毛管孔隙度大小排序為草本恢復(fù)階段>喬木恢復(fù)階段>灌叢恢復(fù)階段，灌叢和喬木恢復(fù)階段容重差別不大。裸地階段土壤容重最大，而孔隙度最小。土壤自然含水量大小順序為喬木階段>草本階段>灌叢階段>裸地。從裸地到喬木階段，隨著植被恢復(fù)進(jìn)程，土壤理化指標(biāo)逐漸提高。石礫含量降低，粘粒含量增加，粉粘比減小。土壤粘粒與有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮呈顯著正相關(guān)關(guān)系。 (3)植被降溫效應(yīng)和增

5、濕效應(yīng)隨植被恢復(fù)進(jìn)程而增強(qiáng)。氣溫日變化特征呈不對稱的單峰曲線，植被恢復(fù)程度越高，氣溫變化幅度越小，群落調(diào)節(jié)氣溫的作用越顯著。空氣相對濕度的日變化呈不規(guī)則“U”型變化，與溫度的日變化呈負(fù)相關(guān)。 (4)研究區(qū)植物成熟綠葉中的N素含量在1.568％～5.011％之間；枯葉中N素含量變化在0.82％～3.890％之間。植物葉片中N素與土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤含水量等指標(biāo)相關(guān)性顯著。植物N素回收效率(NRE)平均值為28.8％，都屬于低回收率

6、植物。喬木的NRE表現(xiàn)為最低，灌木的NRE最高。NRE與葉片中N素含量呈負(fù)相關(guān)，與土壤N含量、有機(jī)質(zhì)含量、速效氮和土壤水分呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。 (5)植物種類隨植被恢復(fù)進(jìn)程增加較快，物種豐富度也呈升高的態(tài)勢；土壤濕度、土壤厚度與H′、D1、PIE等多樣性指數(shù)之間呈極顯著的正相關(guān)；土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷等養(yǎng)分指標(biāo)與多樣性指數(shù)(H′、D1)有顯著的正相關(guān)；喬木、灌木群落多樣性指數(shù)H′與群落生物量表現(xiàn)為正相關(guān)；喬木林群落多樣性指數(shù)(J

7、sw、H′)與恢復(fù)時間呈正相關(guān)；栓皮櫟群落恢復(fù)時間每增加10a，群落物種數(shù)平均增加6種；物種多樣性指數(shù)(H′)與灌木的蓋度和高度呈較好的線性關(guān)系；草本群落的高度和蓋度與物種豐富度指數(shù)(D2)呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。 (6)隨恢復(fù)進(jìn)程，群落生物量呈增加趨勢，二者呈現(xiàn)冪函數(shù)關(guān)系；栓皮櫟群落總生物量最大，刺槐次之，側(cè)柏群落生物量最低。喬木群落生物量結(jié)構(gòu)都表現(xiàn)為樹干最高，根次之的規(guī)律；灌木群落地上部分的生物量明顯大于地下部分的生物量，其比值

8、在2.30～3.825之間；草本群落以魁蒿群落總生物量最高，白草群落最小。 (7)喬木群落的凋落量要顯著高于灌木群落；群落的凋落量隨季節(jié)而變化，一般凋落量隨季節(jié)變化規(guī)律為秋季>春季>冬季。凋落物持水量與植被恢復(fù)階段有顯著關(guān)系，最大吸水率為刺槐群落；最大持水量為20a生栓皮櫟群落。刺槐的分解速率最快，理論上完全分解時間需要8.83a；40a生栓皮櫟林凋落物分解速度最慢，理論分解時間為26.63a。同一群落中，30a生栓皮櫟群落凋落

9、物分解速度最快。灌木群落凋落物分解時間整體上較快，酸棗凋落物理論完全分解期是9.66a；荊條凋落物理論完全分解期為12.35a。隨著演替的發(fā)展，群落的枯落層和腐殖質(zhì)層厚度均不斷增加，呈現(xiàn)喬木群落>灌木群落>草本群落。表明復(fù)雜的群落結(jié)構(gòu)具有更強(qiáng)的物質(zhì)循環(huán)能力。 (8)研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)總碳貯量隨恢復(fù)進(jìn)程而增加。由草本階段到喬木群落增加約4.5倍。土壤碳總貯量也呈上升狀態(tài)，但土壤碳貯量占生態(tài)系統(tǒng)總貯量的比重卻呈下降趨勢；植物碳貯量所占比

10、例逐漸增高，植被在恢復(fù)過程中的作用越來越大。 (9)植被演替呈現(xiàn)出草本群落一灌木群落--喬木群落發(fā)展的趨勢。草本群落逐漸由一年生草本占主導(dǎo)地位發(fā)展到多年生草本、半灌木及灌木占據(jù)群落主體。草本群落演替到10a時，逐漸形成以酸棗、荊條為建群種的單優(yōu)群落。栓皮櫟為優(yōu)勢種的群落是研究區(qū)的氣候演替頂極。刺槐群落在自然演替條件下，它將逐漸為栓皮櫟群落所替代，但是由于人為的干擾，刺槐成為研究區(qū)一個偏途演替頂級群落。側(cè)柏群落演替進(jìn)程雖然緩慢，但

11、卻表現(xiàn)出了由針葉純林向針闊混交林發(fā)展的趨勢。 (10)在研究區(qū)，從裸地開始植被演替到頂極群落最快也需要80a時間；但是達(dá)到相對穩(wěn)定的森林群落則只要40a左右。草本植物恢復(fù)的時間大約是7～8a。其中土壤中物理結(jié)構(gòu)恢復(fù)較慢；群落生物量恢復(fù)時間最長。灌木群落恢復(fù)時間大約是12～14a。栓皮櫟林經(jīng)過60～84a的時間才能演替到頂級群落。刺槐群落演替時間大致為60～73a；側(cè)柏群落演替時間最長，需要95～110a。演替時間表現(xiàn)為陰坡小于陽