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广西漓江流域喀斯特地区植被不同恢复阶段植物优势种叶片和土壤的生态化学计量特征.pdf
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1、植物资源与环境学报 ():收稿日期:基金项目:广西重点研发计划项目(桂科)广西自然科学基金项目()国家自然科学基金项目()广西喀斯特植物保育与恢复生态学重点实验室项目()作者简介:罗 婷()女壮族广西来宾人硕士研究生主要从事植物生态学研究通信作者:.引用格式:罗 婷 黄甫昭 李健星 等.广西漓江流域喀斯特地区植被不同恢复阶段植物优势种叶片和土壤的生态化学计量特征.植物资源与环境学报 ():.广西漓江流域喀斯特地区植被不同恢复阶段植物优势种叶片和土壤的生态化学计量特征罗 婷 黄甫昭 李健星 陆 芳 文淑均 阮枰臻 李先琨(.广西师范大学生命科学学院 广西 桂林 .广西壮族自治区中国科学院广西植物
2、研究所广西喀斯特植物保育与恢复生态学重点实验室 广西 桂林 .弄岗喀斯特生态系统广西野外科学观测研究站 广西 崇左)摘要:为了解广西漓江流域喀斯特地区植被不同恢复阶段植物的养分利用及养分限制状况选取 种植被群落代表 个植被恢复阶段(分别为灌草丛阶段、灌丛阶段、灌木林阶段、次生乔木林阶段、原生乔木林阶段)对各恢复阶段植物优势种叶片和土壤的生态化学计量指标进行比较和相关性分析 结果表明:该区域植物优势种叶片和土壤的有机碳()、全氮()、全磷()、全钾()、全钙()和全镁()含量及其比值随恢复进程波动变化 灌草丛阶段叶片 和 含量最高(.和.)且 和 最大(.和.)原生乔木林阶段叶片、和 含量最高(
3、.、.和.)且 最大(.)次生乔木林阶段叶片 含量最高(.)且 和 最大(.和.)灌木林阶段叶片 最大(.)灌草丛阶段土壤 和 含量最高(.和.)且 、和 最大(.、.、.、.和.)原生乔木林阶段土壤 和 含量最高(.和.)灌木林阶段土壤 含量最高(.)且 最大(.)次生乔木林阶段土壤 含量最高(.)相关性分析结果显示:叶片 含量与土壤、含量呈显著(.)正相关叶片、含量与土壤 含量分别呈显著正相关和极显著(.)负相关叶片 含量与土壤 含量呈极显著负相关 综合分析结果表明:广西漓江流域喀斯特地区植被各恢复阶段植物生长均受磷限制灌丛阶段植物生长还受氮限制灌草丛阶段植物生长还受钾限制因此建议在该区域
4、植被恢复和管理中适当增施有机肥关键词:漓江流域 喀斯特地区 生态化学计量 养分限制中图分类号:.文献标志码:文章编号:():./.(.).():第 期罗 婷 等:广西漓江流域喀斯特地区植被不同恢复阶段植物优势种叶片和土壤的生态化学计量特征 ().()()()()()().(.)(.)(.)(.)(.)(.)(.).(.)(.)(.)(.)(.)(.).(.)(.).:漓江是珠江上游的主要支流之一漓江流域地处中国 个内陆陆地及水域生物多样性保护优先区的南岭区域是桂林景观资源的核心区也是国家重点生态功能保护区、国家南方生态安全屏障重要战略区 漓江流域的喀斯特土地面积共 .其中 石 漠 化 土 地
5、面 积 有 .占 比 为.喀斯特植被毁林开垦种植是导致漓江流域石漠化发生的主要原因之一也是漓江流域喀斯特景观可持续利用面临的主要问题之一 退化植被的恢复与功能提升不仅关乎整个漓江流域的景观可持续利用和生态安全而且对筑牢南岭山地的重要生态安全屏障和提高珠江水系水源涵养能力具有重大意义漓江流域喀斯特地区植被顶极群落为亚热带喀斯特常绿落叶阔叶混交林然而目前典型的喀斯特常绿落叶阔叶混交林只零星保存于居民地周边的风水林中绝大部分已被砍伐退化为灌丛灌丛面积占漓江流域自然植被面积的 以上 近年来随着封山育林政策的实施一些灌丛逐渐恢复植被在保育土壤、涵养水源、改善景观等方面的功能得到一定提升但与同区域的非喀斯
6、特植被相比植被恢复的速度相对缓慢 喀斯特地区植被恢复除了受水热条件和植物种源限制之外土壤养分限制可能也是该区域植被恢复缓慢的一个重要原因 生态化学计量学是研究生态系统物质、能量循环和平衡的一门科学为研究生态系统的养分状况提供了新的思路目前关于喀斯特地区植被生态化学计量方面已有较多研究报道有研究表明喀斯特植被恢复初期的灌草丛受氮限制、中期灌木林受氮和磷的共同限制、次生乔木林和原始森林受磷限制还有研究表明喀斯特地区随着植被恢复受钾的限制越来越明显 喀斯特地貌类型多样包括喀斯特高原、槽谷、断陷盆地、峰丛洼地和峰丛平原等不同喀斯特地貌的植被恢复过程及其生态化学计量学特征存在差异 漓江流域喀斯特地区主要
7、属于喀斯特峰丛洼地和峰丛平原以往的研究主要集中在群落物种组成、群落种间联结、物种叶片养分特征、叶片光合特性及叶功能性状等方面对于植被不同恢复阶植 物 资 源 与 环 境 学 报第 卷段植物叶片和土壤养分状况的分析相对匮乏特别是对于漓江流域喀斯特峰丛洼地地区的养分限制状况目前仍未知本文以广西桂林市漓江流域喀斯特地区内灌草丛、灌丛、灌木林、次生乔木林、原生乔木林 个恢复阶段的植被群落为研究对象研究其生态化学计量变化特征以解答 个关键问题:)在自然恢复过程中植物与土壤养分的变化情况)不同恢复阶段的养分限制因子存在何种异同 通过该研究以期进一步了解该区域植被的养分利用及养分限制状况为漓江流域喀斯特地区
8、退化植被的恢复和土壤养分管理提供科学依据这对于保护漓江流域的生态环境、实现景观可持续利用具有重要的理论和实践意义 研究区概况和研究方法.研究区概况研究区位于广西桂林市灵川县潮田乡(东经、北纬)区 域 总 面 积 为.其 中 耕 地 面 积为.潮田乡境内有漓江重要支流之一潮田河是漓江流域的重要组成部分具有典型的喀斯特峰丛洼地地貌 该研究区气候属中亚热带湿润季风气 候 四 季 分 明 年 均 温.年 均 降 水 量 降水量受季风活动影响夏季湿热多雨秋季干旱少雨 研究区地层岩性为泥盆系融县组()灰岩成土母质以石灰岩为主土壤类型主要为棕色石灰土研究区内植被受干扰较大植被被大面积砍伐用以 种 植 柑 橘
9、()、沙 田 柚()等果树导致地表裸露增加地形破碎大部分植被退化为灌丛仅有零星常绿落叶阔叶混交林得以保存.研究方法.样品采集和处理 基于研究区植被踏查及广西喀斯特地区植被演替规律及阶段划分利用空间代替时间的方法选取 种植被群落即龙须藤(.)灌丛、檵木(.)黄荆(.)灌丛、檵木灌丛、青冈(.)檵木林、青冈青檀(.)林分别代表植被恢复过程中的灌草丛阶段、灌丛阶段、灌木林阶段、次生乔木林阶段和原生乔木林阶段 各植被群落的基本情况见表 表 广西漓江流域喀斯特地区植被群落(植被恢复阶段)基本情况 ()恢复阶段 海拔/坡度/()裸岩率/植被高度/植被盖度/优势树种)灌草丛阶段 .灌丛阶段 .灌木林阶段 .
10、次生乔木林阶段 .原生乔木林阶段 .):龙须藤 .:老虎刺 .:红背山麻秆 (.).:黄荆 .:檵木 (.):广西鼠李 .:小果蔷薇 .:盐麸木 .:青冈 .:圆叶乌桕 (.):海桐 (.).:黄连木 :青檀 .:披针叶楠 (.).于 年 月至 月对 个植被群落进行全面调查每个植被群落分别设置 个样方灌木样方面积为 乔木样方面积为 样方间隔不小于 使用 测量仪和罗盘仪测量各样方的海拔和坡度通过目测法估测植被盖度和岩石裸露率调查并记录样方内胸径大于 的乔木种名、株高、冠幅等和每株灌木的种名、株高、基径等信息乔木和灌木株高采用林业/测高器(精度.)测量 根据重要值在每个植被群落中分别选择 或 个优
11、势种每个优势种选择 株健康且大小相近的植株作为标准木在每个植株冠层中上部东、西、南、北 个方向上采集完整的成熟叶片将每个样方中同种植物的叶片混合均匀后作为 份样品()同时在每个样方内采用“”形取样第 期罗 婷 等:广西漓江流域喀斯特地区植被不同恢复阶段植物优势种叶片和土壤的生态化学计量特征法选取 个采样点去除枯枝落叶和石块后取表层()土壤混合均匀后作为该样方的土壤样品(约 )将叶片于 杀青 再于 烘至恒质量冷却后用粉碎机粉碎再过 目筛将土壤样品自然风干去除植物根系和土砾用橡胶锤打碎后过 目筛.元素测定采用/中的重铬酸钾外加热法测定有机碳()含量 采用/中的半微量凯氏法流动注射仪法测定全氮()含
12、量采用/中的钼锑抗比色法测定全磷()含量采用/中的火焰光度法测定全钾()和全钙()含量样品经氢氟酸硝酸消解后采用/中的原子吸收分光光度法测定全镁()含量 各元素含量均重复测定 次.数据分析采用 和 软件对数据进行处理和 分 析 采 用 单 因 素 方 差 分 析 法()对 个恢复阶段叶片和土壤养分含量及化学计量比进行差异分析若方差齐性则使用最小显著差数法()进行多重比较若方差非齐性则使用 法进行多重比较显著性水平为.采用 相关性分析法对 个恢复阶段叶片和土壤生态化学计量特征关系进行分析 结果和分析.各恢复阶段植物优势种叶片生态化学计量特征广西漓江流域喀斯特地区植被不同恢复阶段植物优势种叶片生态
13、化学计量特征分析结果见表 表 广西漓江流域喀斯特地区植被不同恢复阶段植物优势种叶片的生态化学计量特征()()恢复阶段 /()/()/()/()/()/()灌草丛阶段 .灌丛阶段 .灌木林阶段 .次生乔木林阶段 .原生乔木林阶段 .恢复阶段 灌草丛阶段 .灌丛阶段 .灌木林阶段 .次生乔木林阶段 .原生乔木林阶段 .):有机碳含量 :全氮含量 :全磷含量 :全钾含量 :全钙含量 :全镁含量 .同列中不同小写字母表示在不同恢复阶段间有显著(.)差异 (.).结果表明:不同恢复阶段叶片有机碳()含量为.从高到低依次为灌草丛阶段、灌木林阶段、灌丛阶段、原生乔木林阶段、次生乔木林阶段其中灌草丛阶段和灌木
14、林阶段叶片 含量显著(.)高于次生乔木林阶段和原生乔木林阶段 不同恢复阶段叶片全氮()含量为.从高到低依次为原生乔木林阶段、灌草丛阶段、次生乔木林阶段、灌木林阶段、灌丛阶段其中灌草丛阶段和原生乔木林阶段叶片 含量显著高于其他恢复阶段 不同恢复阶段叶片全磷()含量为.从高到低依次为灌草丛阶段、原生乔木林阶段、灌丛阶段、灌木林阶段、次生乔木林阶段其中次生乔木林阶段叶片 含量显著低于灌草丛阶段和原生乔木林阶段 不同恢复阶段叶片全钾()含量为.从高到低依次为原生乔木林阶段、灌丛阶段、灌木林阶段、次生乔木林阶段、灌草丛阶段其中原生乔木林阶段叶片 含量显著高于灌草丛阶段 不同恢复阶段叶片全钙()含量为.从
15、高到低依次为次生乔木林阶段、原生乔木林阶段、灌木林阶段、灌草丛阶段、灌丛阶段其中灌丛阶段植物叶片 含量显著低于次生乔木林阶段 不同恢复阶段叶片全镁植 物 资 源 与 环 境 学 报第 卷()含量为.从高到低依次为原生乔木林阶段、次生乔木林阶段、灌丛阶段、灌木林阶段、灌草丛阶段其中原生乔木林阶段叶片 含量显著高于灌草丛阶段和灌木林阶段不同恢复阶段叶片 为.从高到低依次为灌木林阶段、灌丛阶段、次生乔木林阶段、灌草丛阶段、原生乔木林阶段其中灌木林阶段叶片 显著高于灌草丛阶段和原生乔木林阶段 不同恢复阶段叶片 为.从高到低依次为次生乔木林阶段、灌丛阶段、灌木林阶段、灌草丛阶段、原生乔木林阶段其中次生乔
16、木林阶段叶片 显著高于灌草丛阶段和原生乔木林阶段 不同恢复阶段叶片 为.从高到低依次为灌草丛阶段、灌木林阶段、次生乔木林阶段、灌丛阶段、原生乔木林阶段其中原生乔木林阶段叶片 显著低于灌草丛阶段和灌木林阶段 不同恢复阶段叶片 为.从高到低依次为次生乔木林阶段、原生乔木林阶段、灌木林阶段、灌草丛阶段、灌丛阶段但不同恢复阶段叶片 无显著差异 不同恢复阶段叶片 为.从高到低依次为灌草丛阶段、次生乔木林阶段、灌木林阶段、灌丛阶段、原生乔木林阶段其中灌草丛阶段叶片 显著高于其他恢复阶段 不同恢复阶段叶片 为.从高到低依次为原生乔木林阶段、次生乔木林阶段、灌丛阶段、灌木林阶段、灌草丛阶段其中灌草丛阶段叶片
17、显著低于灌丛 阶段、次生乔木林阶段和原生乔木林阶段.各恢复阶段土壤生态化学计量特征广西漓江流域喀斯特地区植被不同恢复阶段土壤生态化学计量特征分析结果(表)表明:不同恢复阶段土壤有机碳()含量为.由高到低依次为灌草丛阶段、原生乔木林阶段、灌丛阶段、灌木林阶段、次生乔木林阶段其中灌草丛阶段土壤 含量显著(.)高于灌木林阶段和次生乔木林阶段灌丛阶段和原生乔木林阶段土壤 含量相近且与其他恢复阶段无显著差异 不同恢复阶段土壤全氮()含量为.由高到低依次为灌草丛阶段、灌木林阶段、原生乔木林阶段、灌丛阶段、次生乔木林阶段但各恢复阶段土壤 含量差异不显著 不同恢复阶段土壤全磷()含量为.从高到低依次为原生乔木
18、林阶段、灌丛阶段、灌木林阶段、灌草丛阶段、次生乔木林阶段其中原生乔木林阶段土壤 含量显著高于其他恢复阶段 不同恢复阶段土壤全钾()含量为.从高到低依次为灌木林阶段、灌丛阶段、灌草丛阶段、原生乔木林阶段、次生乔木林阶段其中除灌丛阶段与灌木林阶段土壤 含量差异不显著外其他恢复阶段土壤 含量都具有显著差异 不同恢复阶段土壤全钙()含量为.从高到低依次为原生乔木林阶段、灌草丛阶段、次生乔木林阶段、灌丛阶段、灌木林阶段其中原生乔木林阶段土壤 含量显著高于灌丛阶段 表 广西漓江流域喀斯特地区植被不同恢复阶段土壤的生态化学计量特征()()恢复阶段 /()/()/()/()/()/()灌草丛阶段 .灌丛阶段
19、.灌木林阶段 .次生乔木林阶段 .原生乔木林阶段 .恢复阶段 灌草丛阶段 .灌丛阶段 .灌木林阶段 .次生乔木林阶段 .原生乔木林阶段 .):有机碳含量 :全氮含量 :全磷含量 :全钾含量 :全钙含量 :全镁含量 .同列中不同小写字母表示在不同恢复阶段间有显著(.)差异 (.).第 期罗 婷 等:广西漓江流域喀斯特地区植被不同恢复阶段植物优势种叶片和土壤的生态化学计量特征阶段其中原生乔木林阶段土壤 含量显著高于其他恢复阶段 不同恢复阶段土壤全钾()含量为.从高到低依次为灌木林阶段、灌丛阶段、灌草丛阶段、原生乔木林阶段、次生乔木林阶段其中除灌丛阶段与灌木林阶段土壤 含量差异不显著外其他恢复阶段土
20、壤 含量都具有显著差异 不同恢复阶段土壤全钙()含量为.从高到低依次为原生乔木林阶段、灌草丛阶段、次生乔木林阶段、灌丛阶段、灌木林阶段其中原生乔木林阶段土壤 含量显著高于灌丛阶段和灌木林阶段 不同恢复阶段土壤全镁()含量为.从高到低依次为次生乔木林阶段、灌丛阶段、原生乔木林阶段、灌木林阶段、灌草丛阶段其中灌草丛阶段土壤 含量整体上显著低于其他恢复阶段不同恢复阶段土壤 为.从高到低依次为灌草丛阶段、灌丛阶段、次生乔木林阶段、原生乔木林阶段、灌木林阶段其中灌木林阶段土壤 显著低于其他恢复阶段 不同恢复阶段土壤 为.从高到低依次为灌草丛阶段、次生乔木林阶段、灌丛阶段、灌木林阶段、原生乔木林阶段其中灌
21、草丛阶段土壤 显著高于其他恢复阶段 不同恢复阶段土壤 为.从高至低依次为灌草丛阶段、次生乔木林阶段、原生乔木林阶段、灌丛阶段、灌木林阶段其中灌草丛阶段土壤 显著高于灌丛阶段和灌木林阶段 不同恢复阶段土壤 为.从高至低依次为灌草丛阶段、灌木林阶段、次生乔木林阶段、灌丛阶段、原生乔木林阶段其中灌草丛阶段和灌木林阶段土壤 显著高于其他恢复阶段 不同恢复阶段土壤 为.从高至低依次为灌草丛阶段、原生乔木林阶段、灌木林阶段、次生乔木林阶段、灌丛阶段但各恢复阶段土壤 差异不显著 不同恢复阶段土壤 为.从高至低依次为灌木林阶段、灌草丛阶段、灌丛阶段、次生乔木林阶段、原生乔木林阶段其中原生乔木林阶段土壤 显著低
22、于灌草丛阶段、灌丛阶段和灌木林阶段.植物叶片与土壤间生态化学计量指标的相关性广西漓江流域喀斯特地区植被不同恢复阶段植物优势种叶片和土壤生态化学计量指标间的相关性分析结果(表)表明:叶片有机碳()含量与土壤、全氮()、全磷()、全钙()含量呈显著(.)正相关叶片 含量与土壤全钾()含量呈显著正相关叶片 含量、与土壤化学计量指标均无显著相关性叶片 含量与土壤 呈显著负相关叶片 含量与土壤 含量呈极显著(.)负相关叶片全镁()含量与土壤 含量呈极显著负相关与土壤 呈显著负相关叶片 与土壤 含量呈显著正相关叶片 与土壤 含量呈显著正相关叶片 与土壤 、呈显著负相关表 广西漓江流域喀斯特地区植被不同恢复
23、阶段植物优势种叶片与土壤生态化学计量指标间的相关系数)叶片指标 与土壤指标的相关系数 .):有机碳含量 :全氮含量 :全磷含量 :全钾含量 :全钙含量 :全镁含量 .:.:.植 物 资 源 与 环 境 学 报第 卷 讨论和结论.植被恢复过程中植物优势种叶片生态化学计量特征的变化规律 广西漓江流域喀斯特地区植物优势种叶片有机碳()含量均值远高于内蒙古阿拉善地区(.)略 高 于 桂 西 北 喀 斯 特 地 区(.)和 贵 州 茂 兰 喀 斯 特 地 区(.)与俞月凤等对喀斯特峰丛洼地不同森林生态系统植物叶片的研究结果相似 漓江流域喀斯特地区属于中亚热带湿润季风气候水热条件优于内蒙古阿拉善地区虽然该
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