不同植被恢复时间序列下的群落结构变化

不同植被恢复时间序列下的群落结构变化

1生态恢复工程岷江上游不仅是成都平原的主要水源，也是长江上游的主要水源之一。它的水文条件直接影响到成都平原和长江。因此，岷江上游的森林植被已成为岷江水源甚至长江水源的重要保障。由于大规模的砍伐和破坏,资源锐减,森林覆盖率从元代的50%降为1949年的30%,到1980年锐减为18.8%,森林大部分退化成次生灌丛、草地和荒坡;水土流失不断加剧,90年代水土流失面积比80年代增加了1000km2,侵蚀总量增加了26.3%,侵蚀模数提高了15.1%。人口增加、经济发展对土地资源的压力日益增大,加剧了生态破坏。1998年以来实行的天然林保护工程和西部大开发为岷江上游的生态建设、生物多样性的保护和持续利用创造了良好条件,但森林生态系统的恢复和生态环境的改善仍是一项长期繁重的任务。群落小气候的形成是植被与环境综合作用的结果,是群落质量的综合反应,也是退化植被恢复与重建效果评价的一个重要指标。在国内,对该区森林恢复的报道,大多集中在物种多样性及其与土壤之间关系的研究方面,有关岷江上游山地南北坡小气候的研究已有报道,但与植被恢复和重建相联系的群落小气候研究,未见有专门详细的报道。本文对不同植被恢复阶段的群落小气候做了初步的调查分析,从中找出群落小气候因子与退化植被生态恢复与重建过程的联系,旨在提供一些植被生态恢复及其效果评价的基础性资料。2研究区域和方法2.1大沟流域生物多样性群落特征研究地点位于岷江上游中段茂县大沟小流域,属岷江左岸一级支流。据中国科学院成都生物研究所茂县生态站(103°53′58″E,31°41′07″N,海拔1830m)多年气候的观测结果,该研究区年均温8.9℃,≥10℃的积温为2690.8℃,年降雨量900mm,年蒸发量795.8mm,属暖温带气候。该地段土壤为淋溶褐土至棕壤性土(0～45cm)。主要植被有油松(Pinustabulaeformis)人工针叶林、滇榛(Corylusyunnanensis)、辽东栎(Quercusliaotungensis)次生灌丛等。大沟流域从1986年开始进行以油松,云杉(Piceaasperata)和云南松(Pinusyunnanensis)为主的人工恢复,为生态恢复重点示范区。在大沟流域选取6个具有代表性的群落:撂荒2年群落,在森林边缘,主要植物种类为香薷(Nepetacataria)、繁缕(Stellariamedia)和青蒿(Artemisiaapiacea)等一年生草本,群落高度较低;撂荒3年群落,林缘,植物种类以一年生草本青蒿、紫花地丁(Violaphilippica)、繁缕和东方草莓(Fragariaorientalis)等为主;撂荒5年群落,林缘,植物种类以一年或多年生草本为主,有少量滇榛和辽东栎等灌木侵入;人工恢复9年群落,乔木主要有油松,灌木种类主要为滇榛、杭子梢(Camphlotropismacrocarpa)和毛肋杜鹃(Rhododendronspiciferum)等;人工恢复16年群落,群落高度5～9m,乔木以油松为主,灌木层和草本层稀疏;自然恢复16年群落,群落高度1.5～3m,有少量次生乔木如山杨(Populusdavidiana)等,主要植被类型为滇榛和辽东栎灌丛。2.2湿度和土壤温度在6个群落内各选典型样地一个。在每个样地内,分别用照度计在离地面0.5和1.5m处测光照强度,每一高度各测定15个数据;在离地面0、0.5和1.5m处用通风干湿表测大气相对湿度,以平均值作为观测值;在每个样地内按5、10和15cm深度各设曲管地温表一套,监测土壤温度、地表最高温度和最低温度;分0～15、15～30和30～45cm三层取土样测含水量,含水量的测定用烘箱法。测定日期为2003年8月,晴天,从早上6:00开始到晚上8:00,每2h做1次观测记录。6块样地内小气候指标使用同型号仪器同步测定。3结果与分析3.1不同恢复阶段群落内光强日变化的日变化由离地面0.5m处测得的光照强度分析得出,撂荒地内的光照强度及其日变幅明显高于其他三个群落(图1a)。光照强度在不同恢复阶段群落内表现为:撂荒>自然恢复16年>自然恢复9年>人工恢复16年,人工恢复16年群落内光强的日变化最平缓(图1a、b)。图1b撂荒的数值是撂荒地三个不同恢复阶段在1.5m处所测光照强度的平均值,因为撂荒地内的植株高度远未达到1.5m,所以此处撂荒的光照强度可以看成全光照(对照值)。a:0.5m高度测定,b:1.5m高度测定3.2日变幅下降不同恢复阶段群落内大气相对湿度随植被恢复的进程逐渐增加,日变幅逐渐减小。人工恢复16年群落内的相对湿度大于自然恢复16年,日变幅小于自然恢复16年(表1)。3.3光照强度计算撂荒地内的气温及其日变幅高于其他三个群落,且它们均在12:00～14:00时达到最大值(图2),与光照强度相对应。6种群落的气温日变幅分别为:撂荒2年:12.7℃,撂荒3年:12.8℃,撂荒5年:14.5℃,人工恢复9年:12.3℃,人工恢复16年:7.4℃,自然恢复16年:10.7℃。3.4土壤温度的变化规律从恢复时间看,随恢复时间的增加土壤温度逐渐降低;从恢复阶段看,在同一恢复阶段的群落内,土壤温度的变化规律为:上层(5cm)>中层(10cm)>下层(15cm)(表2)。3.5地表温度变化规律对不同恢复阶段群落内清晨6:00～20:00时的最高与最低地表温度分析得如下规律,温差变动幅度(最高与最低之差):撂荒2年>撂荒3年>撂荒5年>人工恢复9年>自然恢复16年>人工恢复16年(表3),撂荒2年群落内的地表温度变化最为剧烈,人工恢复16年群落内的地表温度变化最小。3.6人工恢复和人工恢复的比较由表4可见,撂荒地随着恢复时间的增加,土壤含水量有所增高;从人工恢复9年和人工恢复16年的比较看出,土壤上层(0～15cm)和中层(15～30cm)的含水量随植被恢复的时间进程而降低,而下层(30～45cm)则增加。从土壤总含水量来看,自然恢复群落土壤保水能力较人工恢复群落高。4不同恢复阶段群落水受温度变化影响岷江上游退化植被生态恢复不同阶段群落小气候的变化特点:①随植被恢复时间的增加,群落内的光照强度、地表温度和气温及变动幅度逐渐减小趋于平缓;②自然恢复群落和人工恢复群落相比较,前者有较高的群落气温和较低的大气相对湿度;③随着植被恢复时间的增加,撂荒地各层的土壤含水量有所提高,人工恢复群落的土壤上层(0～15cm)和中层(15～30cm)含水量随林龄增加而降低,而下层(30～45cm)则升高,自然恢复群落的土壤含水量高于人工恢复群落。经过人工恢复和自然恢复,群落小气候因子开始向稳定的方向发展,波动性逐渐减弱。光照强度及其日变幅随植被恢复时间的增加逐渐趋于平缓,反映了随植被的发育群落内的光环境变暗,在1d中的变化减弱。人工恢复9年和自然恢复16年两个群落内的光照强度明显高于人工恢复16年。这是因为前两者的植被总盖度虽然比后者高,但是前两者的植被高度在2m左右,林冠对光照的阻挡不完全,而人工恢复16年阶段的植被以油松为主,高度为5～9m左右,树冠较大,林下光照相对较弱。林冠对太阳直射和地面辐射有较大的阻碍作用,从而使群落内温度变动幅度较小。撂荒地高温低湿,一天内温度和湿度变化剧烈,植物生存环境相对恶劣。人工恢复和自然恢复群落的气温、土壤温度变化缓和,群落湿度升高,日变幅也小,群落小气候条件相对优越,有利于植被的生长和充分发挥生产力。不同恢复阶段群落间地温的差异,为恢复过程中不同生态特征和生活史需求特征的物种,提供了不同的土壤微生态环境。从不同恢复阶段植被覆盖和植被类型以及群落小气候环境的稳定性这个角度来看,人