不同植被恢復(fù)時間序列下的群落結(jié)構(gòu)變化

不同植被恢復(fù)時間序列下的群落結(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江。因此，岷江上游的森林植被已成為岷江水源甚至長江水源的重要保障。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)濟發(fā)展對土地資源的壓力日益增大,加劇了生態(tài)破壞。1998年以來實行的天然林保護工程和西部大開發(fā)為岷江上游的生態(tài)建設(shè)、生物多樣性的保護和持續(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)境的改善仍是一項長期繁重的任務(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)與重建效果評價的一個重要指標。在國內(nèi),對該區(qū)森林恢復(fù)的報道,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,未見有專門詳細的報道。本文對不同植被恢復(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)與重建過程的聯(lián)系,旨在提供一些植被生態(tài)恢復(fù)及其效果評價的基礎(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位于岷江上游中段茂縣大溝小流域,屬岷江左岸一級支流。據(jù)中國科學(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年開始進行以油松,云杉(Piceaasperata)和云南松(Pinusyunnanensis)為主的人工恢復(fù),為生態(tài)恢復(fù)重點示范區(qū)。在大溝流域選取6個具有代表性的群落: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個群落內(nèi)各選典型樣地一個。在每個樣地內(nèi),分別用照度計在離地面0.5和1.5m處測光照強度,每一高度各測定15個數(shù)據(jù);在離地面0、0.5和1.5m處用通風(fēng)干濕表測大氣相對濕度,以平均值作為觀測值;在每個樣地內(nèi)按5、10和15cm深度各設(shè)曲管地溫表一套,監(jiān)測土壤溫度、地表最高溫度和最低溫度;分0～15、15～30和30～45cm三層取土樣測含水量,含水量的測定用烘箱法。測定日期為2003年8月,晴天,從早上6:00開始到晚上8:00,每2h做1次觀測記錄。6塊樣地內(nèi)小氣候指標使用同型號儀器同步測定。3結(jié)果與分析3.1不同恢復(fù)階段群落內(nèi)光強日變化的日變化由離地面0.5m處測得的光照強度分析得出,撂荒地內(nèi)的光照強度及其日變幅明顯高于其他三個群落(圖1a)。光照強度在不同恢復(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)光強的日變化最平緩(圖1a、b)。圖1b撂荒的數(shù)值是撂荒地三個不同恢復(fù)階段在1.5m處所測光照強度的平均值,因為撂荒地內(nèi)的植株高度遠未達到1.5m,所以此處撂荒的光照強度可以看成全光照(對照值)。a:0.5m高度測定,b:1.5m高度測定3.2日變幅下降不同恢復(fù)階段群落內(nèi)大氣相對濕度隨植被恢復(fù)的進程逐漸增加,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光照強度計算撂荒地內(nèi)的氣溫及其日變幅高于其他三個群落,且它們均在12:00～14:00時達到最大值(圖2),與光照強度相對應(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)時間看,隨恢復(fù)時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)律對不同恢復(fù)階段群落內(nèi)清晨6:00～20:00時的最高與最低地表溫度分析得如下規(guī)律,溫差變動幅度(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,撂荒地隨著恢復(fù)時間的增加,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)的時間進程而降低,而下層(30～45cm)則增加。從土壤總含水量來看,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:①隨植被恢復(fù)時間的增加,群落內(nèi)的光照強度、地表溫度和氣溫及變動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濕度;③隨著植被恢復(fù)時間的增加,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)過人工恢復(fù)和自然恢復(fù),群落小氣候因子開始向穩(wěn)定的方向發(fā)展,波動性逐漸減弱。光照強度及其日變幅隨植被恢復(fù)時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年兩個群落內(nèi)的光照強度明顯高于人工恢復(fù)16年。這是因為前兩者的植被總蓋度雖然比后者高,但是前兩者的植被高度在2m左右,林冠對光照的阻擋不完全,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,樹冠較大,林下光照相對較弱。林冠對太陽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優(yōu)越,有利于植被的生長和充分發(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)定性這個角度來看,人