不同植被恢復(fù)時(shí)間序列下的群落結(jié)構(gòu)變化

不同植被恢復(fù)時(shí)間序列下的群落結(jié)構(gòu)變化

1生態(tài)恢復(fù)工程岷江上游不僅是成都平原的主要水源，也是長(zhǎng)江上游的主要水源之一。它的水文條件直接影響到成都平原和長(zhǎng)江。因此，岷江上游的森林植被已成為岷江水源甚至長(zhǎng)江水源的重要保障。由于大規(guī)模的砍伐和破壞,資源銳減,森林覆蓋率從元代的50%降為1949年的30%,到1980年銳減為18.8%,森林大部分退化成次生灌叢、草地和荒坡;水土流失不斷加劇,90年代水土流失面積比80年代增加了1000km2,侵蝕總量增加了26.3%,侵蝕模數(shù)提高了15.1%。人口增加、經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)土地資源的壓力日益增大,加劇了生態(tài)破壞。1998年以來(lái)實(shí)行的天然林保護(hù)工程和西部大開(kāi)發(fā)為岷江上游的生態(tài)建設(shè)、生物多樣性的保護(hù)和持續(xù)利用創(chuàng)造了良好條件,但森林生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和生態(tài)環(huán)境的改善仍是一項(xiàng)長(zhǎng)期繁重的任務(wù)。群落小氣候的形成是植被與環(huán)境綜合作用的結(jié)果,是群落質(zhì)量的綜合反應(yīng),也是退化植被恢復(fù)與重建效果評(píng)價(jià)的一個(gè)重要指標(biāo)。在國(guó)內(nèi),對(duì)該區(qū)森林恢復(fù)的報(bào)道,大多集中在物種多樣性及其與土壤之間關(guān)系的研究方面,有關(guān)岷江上游山地南北坡小氣候的研究已有報(bào)道,但與植被恢復(fù)和重建相聯(lián)系的群落小氣候研究,未見(jiàn)有專門詳細(xì)的報(bào)道。本文對(duì)不同植被恢復(fù)階段的群落小氣候做了初步的調(diào)查分析,從中找出群落小氣候因子與退化植被生態(tài)恢復(fù)與重建過(guò)程的聯(lián)系,旨在提供一些植被生態(tài)恢復(fù)及其效果評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)性資料。2研究區(qū)域和方法2.1大溝流域生物多樣性群落特征研究地點(diǎn)位于岷江上游中段茂縣大溝小流域,屬岷江左岸一級(jí)支流。據(jù)中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所茂縣生態(tài)站(103°53′58″E,31°41′07″N,海拔1830m)多年氣候的觀測(cè)結(jié)果,該研究區(qū)年均溫8.9℃,≥10℃的積溫為2690.8℃,年降雨量900mm,年蒸發(fā)量795.8mm,屬暖溫帶氣候。該地段土壤為淋溶褐土至棕壤性土(0～45cm)。主要植被有油松(Pinustabulaeformis)人工針葉林、滇榛(Corylusyunnanensis)、遼東櫟(Quercusliaotungensis)次生灌叢等。大溝流域從1986年開(kāi)始進(jìn)行以油松,云杉(Piceaasperata)和云南松(Pinusyunnanensis)為主的人工恢復(fù),為生態(tài)恢復(fù)重點(diǎn)示范區(qū)。在大溝流域選取6個(gè)具有代表性的群落:撂荒2年群落,在森林邊緣,主要植物種類為香薷(Nepetacataria)、繁縷(Stellariamedia)和青蒿(Artemisiaapiacea)等一年生草本,群落高度較低;撂荒3年群落,林緣,植物種類以一年生草本青蒿、紫花地丁(Violaphilippica)、繁縷和東方草莓(Fragariaorientalis)等為主;撂荒5年群落,林緣,植物種類以一年或多年生草本為主,有少量滇榛和遼東櫟等灌木侵入;人工恢復(fù)9年群落,喬木主要有油松,灌木種類主要為滇榛、杭子梢(Camphlotropismacrocarpa)和毛肋杜鵑(Rhododendronspiciferum)等;人工恢復(fù)16年群落,群落高度5～9m,喬木以油松為主,灌木層和草本層稀疏;自然恢復(fù)16年群落,群落高度1.5～3m,有少量次生喬木如山楊(Populusdavidiana)等,主要植被類型為滇榛和遼東櫟灌叢。2.2濕度和土壤溫度在6個(gè)群落內(nèi)各選典型樣地一個(gè)。在每個(gè)樣地內(nèi),分別用照度計(jì)在離地面0.5和1.5m處測(cè)光照強(qiáng)度,每一高度各測(cè)定15個(gè)數(shù)據(jù);在離地面0、0.5和1.5m處用通風(fēng)干濕表測(cè)大氣相對(duì)濕度,以平均值作為觀測(cè)值;在每個(gè)樣地內(nèi)按5、10和15cm深度各設(shè)曲管地溫表一套,監(jiān)測(cè)土壤溫度、地表最高溫度和最低溫度;分0～15、15～30和30～45cm三層取土樣測(cè)含水量,含水量的測(cè)定用烘箱法。測(cè)定日期為2003年8月,晴天,從早上6:00開(kāi)始到晚上8:00,每2h做1次觀測(cè)記錄。6塊樣地內(nèi)小氣候指標(biāo)使用同型號(hào)儀器同步測(cè)定。3結(jié)果與分析3.1不同恢復(fù)階段群落內(nèi)光強(qiáng)日變化的日變化由離地面0.5m處測(cè)得的光照強(qiáng)度分析得出,撂荒地內(nèi)的光照強(qiáng)度及其日變幅明顯高于其他三個(gè)群落(圖1a)。光照強(qiáng)度在不同恢復(fù)階段群落內(nèi)表現(xiàn)為:撂荒>自然恢復(fù)16年>自然恢復(fù)9年>人工恢復(fù)16年,人工恢復(fù)16年群落內(nèi)光強(qiáng)的日變化最平緩(圖1a、b)。圖1b撂荒的數(shù)值是撂荒地三個(gè)不同恢復(fù)階段在1.5m處所測(cè)光照強(qiáng)度的平均值,因?yàn)榱袒牡貎?nèi)的植株高度遠(yuǎn)未達(dá)到1.5m,所以此處撂荒的光照強(qiáng)度可以看成全光照(對(duì)照值)。a:0.5m高度測(cè)定,b:1.5m高度測(cè)定3.2日變幅下降不同恢復(fù)階段群落內(nèi)大氣相對(duì)濕度隨植被恢復(fù)的進(jìn)程逐漸增加,日變幅逐漸減小。人工恢復(fù)16年群落內(nèi)的相對(duì)濕度大于自然恢復(fù)16年,日變幅小于自然恢復(fù)16年(表1)。3.3光照強(qiáng)度計(jì)算撂荒地內(nèi)的氣溫及其日變幅高于其他三個(gè)群落,且它們均在12:00～14:00時(shí)達(dá)到最大值(圖2),與光照強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)。6種群落的氣溫日變幅分別為:撂荒2年:12.7℃,撂荒3年:12.8℃,撂荒5年:14.5℃,人工恢復(fù)9年:12.3℃,人工恢復(fù)16年:7.4℃,自然恢復(fù)16年:10.7℃。3.4土壤溫度的變化規(guī)律從恢復(fù)時(shí)間看,隨恢復(fù)時(shí)間的增加土壤溫度逐漸降低;從恢復(fù)階段看,在同一恢復(fù)階段的群落內(nèi),土壤溫度的變化規(guī)律為:上層(5cm)>中層(10cm)>下層(15cm)(表2)。3.5地表溫度變化規(guī)律對(duì)不同恢復(fù)階段群落內(nèi)清晨6:00～20:00時(shí)的最高與最低地表溫度分析得如下規(guī)律,溫差變動(dòng)幅度(最高與最低之差):撂荒2年>撂荒3年>撂荒5年>人工恢復(fù)9年>自然恢復(fù)16年>人工恢復(fù)16年(表3),撂荒2年群落內(nèi)的地表溫度變化最為劇烈,人工恢復(fù)16年群落內(nèi)的地表溫度變化最小。3.6人工恢復(fù)和人工恢復(fù)的比較由表4可見(jiàn),撂荒地隨著恢復(fù)時(shí)間的增加,土壤含水量有所增高;從人工恢復(fù)9年和人工恢復(fù)16年的比較看出,土壤上層(0～15cm)和中層(15～30cm)的含水量隨植被恢復(fù)的時(shí)間進(jìn)程而降低,而下層(30～45cm)則增加。從土壤總含水量來(lái)看,自然恢復(fù)群落土壤保水能力較人工恢復(fù)群落高。4不同恢復(fù)階段群落水受溫度變化影響岷江上游退化植被生態(tài)恢復(fù)不同階段群落小氣候的變化特點(diǎn):①隨植被恢復(fù)時(shí)間的增加,群落內(nèi)的光照強(qiáng)度、地表溫度和氣溫及變動(dòng)幅度逐漸減小趨于平緩;②自然恢復(fù)群落和人工恢復(fù)群落相比較,前者有較高的群落氣溫和較低的大氣相對(duì)濕度;③隨著植被恢復(fù)時(shí)間的增加,撂荒地各層的土壤含水量有所提高,人工恢復(fù)群落的土壤上層(0～15cm)和中層(15～30cm)含水量隨林齡增加而降低,而下層(30～45cm)則升高,自然恢復(fù)群落的土壤含水量高于人工恢復(fù)群落。經(jīng)過(guò)人工恢復(fù)和自然恢復(fù),群落小氣候因子開(kāi)始向穩(wěn)定的方向發(fā)展,波動(dòng)性逐漸減弱。光照強(qiáng)度及其日變幅隨植被恢復(fù)時(shí)間的增加逐漸趨于平緩,反映了隨植被的發(fā)育群落內(nèi)的光環(huán)境變暗,在1d中的變化減弱。人工恢復(fù)9年和自然恢復(fù)16年兩個(gè)群落內(nèi)的光照強(qiáng)度明顯高于人工恢復(fù)16年。這是因?yàn)榍皟烧叩闹脖豢偵w度雖然比后者高,但是前兩者的植被高度在2m左右,林冠對(duì)光照的阻擋不完全,而人工恢復(fù)16年階段的植被以油松為主,高度為5～9m左右,樹(shù)冠較大,林下光照相對(duì)較弱。林冠對(duì)太陽(yáng)直射和地面輻射有較大的阻礙作用,從而使群落內(nèi)溫度變動(dòng)幅度較小。撂荒地高溫低濕,一天內(nèi)溫度和濕度變化劇烈,植物生存環(huán)境相對(duì)惡劣。人工恢復(fù)和自然恢復(fù)群落的氣溫、土壤溫度變化緩和,群落濕度升高,日變幅也小,群落小氣候條件相對(duì)優(yōu)越,有利于植被的生長(zhǎng)和充分發(fā)揮生產(chǎn)力。不同恢復(fù)階段群落間地溫的差異,為恢復(fù)過(guò)程中不同生態(tài)特征和生活史需求特征的物種,提供了不同的土壤微生態(tài)環(huán)境。從不同恢復(fù)階段植被覆蓋和植被類型以及群落小氣候環(huán)境的穩(wěn)定性這個(gè)角度來(lái)看,人