引种乡土物种对天然灌草群落特征的影响

摘要

引种是促进植被恢复、加速植被演替的重要方法。但引种乡土物种如何影响天然灌草生态系统的组成、结构和土壤性质，能否加速灌草群落向乔木群落演替，目前还不是十分清楚。本研究以黄土丘陵区天然草地（白羊草）和灌木（狼牙刺）群落为对象，研究引种不同乡土物种（沙棘、柠条、狼牙刺、侧柏）对群落特征和土壤理化性质的影响，探讨了引种过程中群落特征与土壤之间的交互作用，得出以下主要结论： （1）在白羊草群落中引种沙棘、柠条、侧柏等乡土物种后，经过16年，新形成的沙棘、柠条、侧柏群落和原来白羊草群落相比，有以下变化： 引种改变植物群落空间结构。引种对沙棘、柠条、侧柏后均形成以引种物种为优势种的群落。和白羊草群落相比，乔木层侧柏群落增加侧柏物种；灌木层沙棘群落、柠条群落分别增加引种物种密度，侧柏群落无灌木；草本层中沙棘群落著减少白羊草重要值25%并增加阿尔泰狗娃花物种，柠条群落显著降低白羊草重要值89.58%，增加铁杆蒿密度252.8%并增加阿尔泰狗娃花和赖草物种。 引种灌木（沙棘、柠条）处理对总盖度无显著影响，侧柏显著降低总盖度52.62%；乔木层引种侧柏增加盖度 42.53%；灌木层中引种沙棘、柠条盖度分别增加 50.48%和36.51%，侧柏群落无灌木；草本层中引种沙棘、柠条、侧柏盖度分别降低49.23%、34.69%和56.1%。 引种沙棘、柠条后分别提高Simpson多样性162.5%和115.62%，Shannon-Wiener多样性提高164.1%和42.65%，Pielou均匀度提高178.13%和84.38%，引种侧柏显著降低侧柏群落Margalef丰富度54.12%。 更新方面沙棘个体径级呈驼峰型分布、群落内无其他乔灌幼苗，群落很长时间内会保持以沙棘为主的群落，开天窗有利于林下物种生长，促进乔灌木幼苗出现；柠条径级呈下降型，小径级较多，但柠条物种出现衰退，需补植柠条或乔木促进正向演替；侧柏径级呈驼峰型，群落除少量草本，无其他物种，群落退化严重。 土壤性质变化中对灌木群落（沙棘、柠条）容重、Ph 影响不显著，Ph 偏碱性，有机碳、全氮、易氧化有机碳均呈现随深度增加而降低，且有表聚现象。对全磷各层和各处理间无显著影响。速效磷（9.34%、38.61%）、硝态氮（44.9%、55.1%）均有提升。沙棘群落和柠条群落有机碳平均比白羊草群落高 14.84%和 2.7%、全氮平均比白羊草群落高 10%和 2.12%、易氧化有机碳平均比白羊草群落高 47.82%和 19.57%。引种侧柏对容重、Ph 影响不显著，Ph 偏碱性，有机碳、全氮、易氧化有机碳均随深度下降而减少。平均减少有机碳（43.17%）、全氮（55.32%）、全磷（36.54%）、易氧化有机碳（22.22%）、速效磷（36.58%）、硝态氮（63.26%）、铵态氮（17.5%）。土壤化学性质均低于白羊草群落。 引种灌木（沙棘、柠条）均朝灌木群落发展，提高土壤有机碳、全氮、速效磷、硝态氮，但需人工措施改善林分条件、促进恢复。沙棘群落中沙棘开天窗促进林下幼苗生长、柠条群落补植柠条可能促进演替。引种侧柏引起群落退化，不适合直接在白羊草群落引种侧柏。 （2）在狼牙刺群落中引种侧柏后，经过16年，新形成的侧柏-狼牙刺群落和狼牙刺群落相比，有以下变化： 群落组成结构变化表现为在天然狼牙刺群落中引种侧柏后，降低了灌木层的植株密度 16.51%和盖度 16.45%，尤其是降低了狼牙刺植株密度，但增加了杠柳的植株密度；此外，引种侧柏降低了草本层植物种类 33.33%和盖度 56.43%。总体上，引种侧柏增加了草本层植物的Shannon-Wiener指数，降低了群落和草本层Margalef丰富度指数；和天然侧柏林相比，引种形成的侧柏-狼牙刺群落中乔木层侧柏数量相对较低（50%）；灌木层狼牙刺数量相对较高（95%）；草本层植物种类（45.45%）和盖度（75.28%）相对较低，且物种丰富度指数和多样性指数也相对较低。 更新方面天然狼牙刺群落中无侧柏物种，且狼牙刺的个体径级分布呈衰退型；引种形成的侧柏-狼牙刺群落中侧柏和狼牙刺个体径级分布都表现为衰退型，但目前侧柏和狼牙刺的繁殖和更新正常，可能与群落中乔灌草植物密度相对较高引起这两个物种幼苗的存活率较低有关。 土壤理化性质方面。引种侧柏后对土壤物理性质（容重、Ph）影响不显著，Ph偏碱性。化学性质中有机碳、全氮、易氧化有机碳随土层深度增加而减少，有表聚现象，显著降低速效磷（39.28%）和硝态氮（57.14%），对全磷、铵态氮影响不显著。对比天然侧柏群落，有机碳0-20cm减少21.14%、全氮0-20cm减少23.8%，其他指标两者差异不显著。 引入侧柏显著改变了狼牙刺群落的物种组成和结构，并加速了群落的正向演替。适度抚育（降低群落中灌木层狼牙刺和杠柳的密度）有可能进一步加速狼牙刺群落向侧柏群落的演替速度。 （3）土壤有机碳为土壤理化性质的主导因子。土壤全氮、易氧化有机碳也是土壤理化性质重要因子。 （4）白羊草群落引种沙棘、柠条能有效增加群落植物多样性并形成稳定群落，也能提高土壤有机碳、全氮、易氧化有机碳、速效磷和硝态氮，有效改善土壤质量。但更新均出现问题，需要人工措施促进正向演替。白羊草群落引种沙棘、柠条促进群落演替从草本阶段到灌木阶段，未出现灌木阶段到乔木阶段的迹象。侧柏群落组成结构单一，群落退化严重，土壤质量显著下降，不适合直接在退耕地引种。 狼牙刺群落引种侧柏能优化群落结构，形成与天然侧柏林相似的群落结构。更新方面灌木密度较高，限制侧柏更新，需择伐加速侧柏更新。土壤理化性质方面表层有机碳、全氮、易氧化有机碳、速效磷、硝态氮有所降低，但群落以减少物种数量来反馈土壤，维持群落稳定。狼牙刺群落引种侧柏能促进演替中期向后期进行。

目录

声明

第一章 前言

1.1研究背景

1.2文献综述

1.3目的意义

第二章 研究内容及试验方法

2.1 研究区域概况

2.2研究内容

2.3技术路线

2.4数据计算与统计分析

第三章 引种对灌草落植被组成结构及更新的影响

3.1引种对白羊草群落组成结构的影响

3.2引种侧柏对狼牙刺群落组成结构的影响

3.3 讨论

3.4小结

第四章 引种对灌草群落土壤理化性质的影响

4.1引种对白羊草群落土壤理化性质的影响

4.2引种对狼牙刺群落理化性质的影响

4.3讨论

4.4小结

第五章 植被与土壤耦合关系及土壤理化性质主导因子

5.1引种对群落植被与土壤的耦合关系的影响

5.2土壤理化性质的主导因子

5.3讨论

5.4小结

第六章 结论和展望

6.1结论

6.2存在问题和展望

参考文献

致谢

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