江河源區(qū)退化高寒草地土壤種子庫及其植被更新.pdf

1、在全球氣候較劇烈變化和人為過度干擾脅迫下，青藏高原江河源區(qū)高寒草地植被的正常發(fā)展和演替發(fā)生了畸變，即高寒草地在大范圍和多模式下發(fā)生退化?！昂谕翞笔侨虿莸赝嘶袨樵谇嗖馗咴奶赜畜w現(xiàn)形式。首次將從高寒草甸到“黑土灘”的不同退化階段為研究對象，采用通用土壤種子庫、植被種子雨調(diào)查方法，植被更新分析方法，結(jié)合數(shù)量生態(tài)學(xué)模型、非線性統(tǒng)計等方法對四個樣地(未退化高寒地、輕度退化高寒草地、中度退化高寒草地和重度退化高寒草地—“黑土灘”次生毒雜草植

2、被)的土壤種子庫、植被種子雨、地上幼苗的規(guī)模、多樣性、空間格局進行分析，并對土壤種子庫、植被種子雨、地上幼苗、地上植被四者相互關(guān)系、相互轉(zhuǎn)化率等進行分析。以期揭示江河源區(qū)高寒草甸退化，并形成“黑土灘”過程的植被更新行為作用機制，研究不同退化高寒草地利用植被繁殖體庫進行生態(tài)恢復(fù)的理論和模式。結(jié)果如下： 退化高寒草地系統(tǒng)土壤種子庫內(nèi)種子的大小集中于在0.25～2mm之間。0.25mm孔徑大小的土壤篩可作為濃縮大量高寒草地土壤種子庫土

3、樣的工具。土壤種子庫種子幼苗出現(xiàn)的數(shù)量變化曲線符合單峰格局(p＜0.01)，可以用二次曲線擬合。土壤種子庫種子萌發(fā)的數(shù)量在小時間尺度內(nèi)變化較大，萌發(fā)數(shù)量的時間異質(zhì)性較大。 高寒草地植被種子雨散布結(jié)束后季節(jié)(2004年11月)土壤種子庫中，未退化草地的種子密度為2662.40±444.50seeds/m2，輕度退化草地為2790.40±439.75seeds/m2，中度退化草地為5849.60±1550.76seeds/m2，重度

4、退化草地為8025.60±793.56seeds/m2。種子萌發(fā)季節(jié)(2005年4月)土壤種子庫中，未退化草地的種子密度為3974.40±957.06seeds/m2，輕度退化草地為3744.00±576.73seeds/m2；中度退化草地為6739.20±1959.09seeds/m2，重度退化草地為9772.80±1790.99seeds/m2。2005年4月份可萌發(fā)土壤種子庫數(shù)量比2004年11月份土壤種子庫數(shù)量多，但差異不顯著(

5、p＞0.05)。大部分植物在種子雨輸入后經(jīng)歷了漫長冬季其土壤種子庫發(fā)生損失，少數(shù)物種種子在種子萌發(fā)季節(jié)(春季)產(chǎn)生了集體萌發(fā)行為，導(dǎo)致可萌發(fā)的種子數(shù)量在2005年4月份較大。2005年4月份土壤種子庫密度空間變異大于2004年11月份土壤種子庫空間變異。退化高寒草地系統(tǒng)土壤種子庫高度空間異質(zhì)性和時間上的復(fù)雜性與高寒草地植被存在大量長久性土壤種子庫有關(guān)。 土壤種子庫中存在地上植被中沒有的植物物種，且其土壤種子庫數(shù)量較大。四個樣地土

6、壤種子庫物種集中于菊科、豆科、禾本科、毛茛科、莎草科等植物。土壤種子庫中雜類草的種子庫最多、其次是一二年生植物，缺乏喬木、灌木植物種子庫。土壤種子庫中地面芽植物的物種和種子密度較大，與高寒草地植物群落植物生活型的構(gòu)成一致。土壤種子庫植物區(qū)系成份具有明顯的北溫帶性質(zhì)，并具明顯的高原高山植物區(qū)系特色。通過比較發(fā)現(xiàn)，我們提出的比較不同退化草地間土壤種子庫的綜合性指標SNPTSs(Speciesnumberperthousandseeds-SN

7、PTSs)與多樣性指數(shù)變化趨勢一致，SNPTSs指標可以用來評價土壤種子庫狀況。 植被種子雨從未退化草地(2072.49±381.34seeds/m2)到輕度退化草地(1063.10±232.38seeds/m2)總數(shù)降低，從輕度退化草地到中度退化草地(2834.13±607.33seeds/m2)、重度退化草地(5944.44±905.57seeds/m2)數(shù)量逐漸增加。從四個樣地植被種子雨數(shù)量和物種數(shù)構(gòu)成看，較穩(wěn)定的群落產(chǎn)生

8、的種子雨豐富，正在變化中和干擾較多的群落種子雨較貧乏，且集中于少數(shù)植物的種子雨散布。高寒退化草地未退化和退化植被的更新幼苗主要來自于無性繁殖體產(chǎn)生的幼苗。四個樣地土壤種子庫對地上幼苗貢獻最大的是重度退化草地，其次是中度退化草地，最小是輕度退化草地。重度退化草地種子庫對植被更新貢獻顯著(p＜0.05)高于其它三個樣地。 土壤種子庫、地上幼苗、植物種子雨、地上植被等植被更新的四個階段之間的相似性系數(shù)，在未退化草地和重度退化草地中最大

9、，在輕度退化草地和中度退化草地較小。較穩(wěn)定的群落有利于植被正常更新，處在演替過程中和正受干擾的草地植被更新的各個階段相互關(guān)系不密切，不利于草地植被正常更新。過度干擾是導(dǎo)致高寒草地植被自我更新行為發(fā)生變化的重要因素，干擾導(dǎo)致了高寒草地植被更新模式發(fā)生變化，促進植被進一步退化。盡管高寒草地植物以其強大的克隆生長能力抵制著草地自身的弱化，但是過度干擾和氣候異常變化，最終使其失去正常的幼苗補充機會。 “黑土灘”植被在整個區(qū)域尺度上幼苗數(shù)

10、量的補充具有較大空間異質(zhì)性，但是物種水平的補充空間異質(zhì)性不大，小尺度上幼苗物種水平上的補充具有較大異質(zhì)性，這與母株種子散布距離、克隆植株的克隆生長能力關(guān)系密切。“黑土灘”植被幼苗物種數(shù)的分布具有最小空間異質(zhì)性，而幼苗密度具有最大的空間異質(zhì)性，幼苗密度獨立于其物種分布，幼苗密度空間分布體現(xiàn)出高度不均勻性。大量由種子產(chǎn)生的幼苗和克隆繁殖體產(chǎn)生的幼苗分布在微地形下和植被間隙中。“黑土灘”植被更新中的幼苗補充和植株建成在空間上是異質(zhì)的，不同地段

11、植被處于不同的植被更新階段，有的群落處于大量幼苗補充階段，有的群落植物幼苗則開始與建成植株間產(chǎn)生強烈的資源競爭。 提出處于退化過程的高寒草地植被更新行為具有趨同性(朝進一步退化方向發(fā)展)特征，穩(wěn)定狀態(tài)的植被更新行為(較穩(wěn)定)各具特點。未退化高寒草地在合理管理下能保持較好的“地上—地下”植被系統(tǒng)多樣性的維持模式，能維持較高的生產(chǎn)力。輕度退化草地和中度退化草地應(yīng)該立即停止放牧利用，中止干擾，植被繁殖體庫的規(guī)模和構(gòu)成對這兩種草地的恢復(fù)