元谋干热河谷土壤种子库与地上植被研究

摘要

土壤种子库是指存在于土壤上层凋落物和土壤中全部存活种子的总和，是一定体积土壤中有活性的、休眠及未休眠种子的集合体。土壤种子库时期是植物种群生活史的潜种群阶段。土壤种子库可维持基因的可变性，缓解种群的灭绝过程，保存群落中植物种的表现特征，是植被天然更新的物质基础。本研究对元谋干热河谷区种子库的种类组成、种子数量和物种多样性以及它与地上植被的关系进行了比较分析，把地上植被与土壤种子库联系起来进行综合研究，并将植被恢复区的土壤种子库和地上植被与天然次生林区的土壤种子库和地上植被进行对比研究，以期更全面更系统地理解干热河谷地区地上植被的形成、演替动态、生物多样性，掌握植被与土壤种子库的受损过程及其变化模式，为干热河谷地区生物多样性的保护和退化植被的修复和重建提供科学依据。 研究要达到的主要任务是：(i)探索植被恢复区和天然次生林区土壤种子库及地上植被的密度大小、组成、物种丰富度和物种多样性；(ii)研究各物种的重要值及生物量；(iii)描述土壤种子库、地上植被和环境因子之间的关系；(iv)检验研究所采取的恢复措施是否并且在多大程度上优化了群落的结构、生产力及土壤水分和营养状况；(v)检验天然次生林区不同类型群落结构是否存在差异。研究预期得出以下结果：(i)在植被恢复区，不同类型样地上土壤种子库和地上植被的密度均不相同，在植被恢复较好的地带，土壤种子库和地上植被的密度要大些；(ii)不耐阴草本的种子占土壤种子库的绝大部分，而耐阴性草本和乔、灌木的种子相对较少；(iii)植被恢复区的群落结构比未恢复区复杂，有较高的物种丰富度、物种多样性、物种均匀度和生物量；(iv)土壤种子库和地上植被有较高的相似性，不同类型样地上相似系数差异显著；(v)植被恢复较好的地带有较高的土壤水分含量。 通过研究，得出以下结论：放牧地(植被未恢复地段)的土壤种子库和地上植被的结构和组成十分单一，其物种丰富度、物种多样性和物种均匀度指数也很低，地上植被的生物量也很小。造成这种状况的主要原因是由于过度放牧，同时不利于植物生长和植被恢复的干热气候条件(尤其是缺乏水分供应)以及缺乏土壤种子库的有力补给加剧了这一恶化过程。然而，和放牧地相比，试验区的植被恢复地段(沟底、自然坡面和水平沟)代表了相对较高的生物量、较高的物种丰富度、物种多样性和物种均匀度。这与植被恢复地段有利于植被建立和植物生长的充足的水分条件密不可分。这也从另一个侧面反映了整个项目所采取的保护措施和恢复措施(主要是整地等工程措施)确实有助于植被营造和恢复，有助于植被朝更高的生物多样性方向发展。 植被恢复地段不同年份地上植被的生产力和土壤种子库的数量差别较大。地上植被和土壤种子库第二年的各项特征均优于第一年。尤其是代表高度恢复地段的水平沟的优化程度更高。相比之下，植被未恢复地段由于未受到保护和随着干扰(动物放牧和人类干扰)的加剧，第二年地上植被的生产力和多样性水平显著下降。此外，干扰还影响了土壤的种子库动态，降低了土壤种子库的密度，改变了土壤种子库的物种组成，降低土壤种子库的物种多样性。由于土壤种子库是植被更新的基础，土壤种子库受到破坏后，植被恢复更困难。而植被恢复地段的保护和恢复措施提高了土壤种子库的密度，改善了土壤种子库的物种组成和多样性状况，从根本上确立了植被营造和发展更新的基础。 所采取的植被恢复措施对还土壤水分有很大的改善作用，这对土壤种子库和地上植被的优化至关重要。土壤种子库数量、地上植被数量和生物量均与土壤水分有很高的正相关性。土壤种子库和地上植被各项特征值的增加均直接或间接与土壤水分含量有很大的关系。水平沟的土壤种子库和地上植被的各项特征相对较好，这与水平沟充足的水分条件密不可分。从根本上说，恢复措施改善土壤水分条件，从而改善土壤种子库和地上植被状况。 植被恢复地段地上草本和灌木植被的生产力大于天然次生林区，但植被恢复地段灌的物种多样性不及天然次生林区，尤其是灌木层仅有毛叶合欢一种，组成十分单一。植被恢复措施对种子库的植被多样性确实有一定的改善作用，但改善效果不如对生产力的改善效果那么明显；这种效果并不是一、两年就能体现出来的，而是带有一定的长期性和滞后性。 总之，通过近三年对土壤种子库和地上植被的比较研究，有理由相信研究项目所采取的集水造林植被恢复措施在很大程度上改善了微区域环境，为植被的营造和发展提供了良好的水分条件；同时还改善土壤种子库的数量和物种组成，为地上植物群落的稳定和植被更新奠定基础。

目录

文摘

英文文摘

声明及关于论文使用授权的说明

1前言

1.1研究土壤种子库的意义

1.2国内外土壤种子库研究现状及发展趋势

1.3研究思路及预期结果

2研究区概况和研究方法

2.1研究区概况

2.1.1自然环境概况

2.1.2植被概况

2.2研究方法

2.2.1样方设计

2.2.2种子库采样

2.2.3种子库物种组成鉴定

2.2.4地上植被特征及土壤性质分析

2.2.5数据处理

3结果与分析

3.1土壤种子库和地上植被的密度及丰富度

3.1.1植被恢复区

3.1.2天然次生林区

3.1.3各类型间的差异性

3.2土壤种子库和地上植被的物种组成

3.2.1植被恢复区

3.2.2天然次生林区

3.2.3组成一般规律

3.3土壤种子库和地上植被的时空变化

3.3.1植被恢复区

3.3.2天然次生林区

3.3.3土壤种子库和地上植被时空变化的一般规律

3.4地上植被群落特征

3.4.1地上植被重要值

3.4.2地上植被生物量

3.4.3天然次生林区乔木特征描述

3.5土壤种子库与地上植被物种多样性及组成相似性

3.5.1土壤种子库与地上植被物种多样性

3.5.2土壤种子库与地上植被组成相似性

3.5.3土壤种子库和地上植被的函数关系

3.6土壤性质及其与土壤种子库和地上植被的相关性

3.6.1土壤性质特征描述

3.6.2土壤性质与土壤种子库和地上植被的相关性

4结论与讨论

4.1结论

4.2讨论

参考文献

致谢

附录