亚高山针叶林不同恢复阶段群落物种多样性变化及其对土壤理化性质的影响

6 期
吴 彦 等: 亚高山针叶林不同恢复阶段群落物种多样性变化 及其对土壤理化性质的影响
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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Key words Subalpine coniferou s f orest , Res toration, S pecies diversit y, Soil fact or
物种多样性与生态系统功能之间的关系, 目前 存在着许多争论和不同的假说( Kaiser , 2000; 黄建 辉等, 2001) 。有的认为, 任何一个物种对生态系统功 能都有独特的作用, 某一个物种不可能同时履行多 种生态功能, 因此增加物种的丰富度会提高生态系 统 的 功能 ( T ilm an et al. , 1996; 1997; P et erso n et al . , 1998) 。另一些人认为, 一个生态系统中只要存 在一定数量的关键种, 便可以维持其正常的生态功 能, 当生态系统的物种数达到饱和后, 其它物种对生 态 系统功能而言是冗余的 ( Walker , 1992; L aw t on & Bro wn, 1993) 。还有一些研究者认为, 物种数的增 加对生态系统功能的改善是无效的, 或者说是不确 定的, 目前还没有足够的试验数据证明物种多样性 与生态系统功能有关( Hust on, 1997; Wardle et al . , 1997) 。围绕这一争论, 物种多样性与生态系统功能 已经成为当前生态学领域的研究热点之一( 赵平等, 2001) 。
收稿日期: 2001-02-27 接受日期: 2001-08-13 基 金项目: 国家重点基础研究发展规划 ( G2000046802-05) 、中国 科学院“九五”重大项目( K Z951-A 1-104-03-02) 、中国科学院 “九五”重点 项目( K Z952-S 1-104) 和中国科学院知识创新工程西南基地项目 胡泓同志参加了部分野外调查工作, 谨此致谢! * 通讯作者 A ut hor for corr esp on dence E-m ail : liu qing@ cib. ac. cn * * 现 在地 址: 中 国科 学院 植物 研 究所, 北京 100093 Presen t address : Ins t itu te of Bot any, t he Chinese A cademy of Scien ces , Beijing 100093, China
土壤作为植物生存的重要环境条件之一, 对植 物群落结构和功能产生重要影响, 土壤环境的差异 会导致群落演替过程中物种多样性的变化( 安树青 等, 1997; Wilson & P et er, 1988; T ilm an & El Haddi, 1992) 。另一方面, 土壤是生态系统中诸多生 态过程( 如营养物质循环、水分平衡、凋落物分解等) 的参与者和载体, 土壤结构和养分状况是度量退化 生态系统生态功能恢复与维持的关键指标之一。本 文对人工针叶林恢复过程中, 物种多样性变化及其 与土壤理化性质的关系进行了初步分析, 旨在从土 壤结构和养分状况的角度, 探讨生态功能恢复对物 种多样性变化的响应及相互关系, 为该区域的生物 多样性保护和生态功能恢复实践提供理论指导。
1 研究区的自然地理概况
研究地点位于四川省理县境内的川西林业局米
亚罗林区, 北纬 30°30′, 东经 103°, 海拔 2750 m。研 究地区山势起伏, 具有典型的高山深谷地貌。植被垂 直分 异明 显, 从 海拔 1500 m 左 右的 河 谷到 海 拔 4200 m 左右的山顶, 分别为干旱河谷灌丛、针阔混 交林带、亚高山针叶林带、亚高山针叶疏林带和高山 灌丛草甸带, 本研究涉及的植被类型为亚高山针叶 林, 关于该区域植被的描述, 详见文献( 四川植被协 作组, 1980) 。研究区属于青藏高原气候区范围, 受西 风急流南支和东南季风控制, 以海拔 2700 m 的米 亚罗镇气象资料为例, 全年降水量 1165. 7 mm , 年 蒸发量 987. 8 m m, 年均气温 6. 5 ℃, ≥0 ℃积温在 1710～2000 ℃之间。土壤主要为山地棕壤、山地棕 色暗针叶林土, 所调查的人工云杉林是在岷江冷杉 林采伐迹地上人工更新而成, 次生林是在岷江冷杉 林采伐迹地上自然恢复而成。
摘 要 研究了亚高山针叶 林不同恢复阶段物 种多样性 的变化, 并用逐步 多元回归分 析法探讨 了 17 种 土壤理化 指标对多样性变化的响应。结果表明: 人工林物种多样性随着恢复年代的增加呈 逐渐增加的趋势, 乔、灌、草各层物 种组成也发生相应的变化, 但多样性的恢复十分缓慢。不同土壤理化性质对物种多样性变 化的响应不尽相同, 其中 土壤容重、土壤含水量等表征土壤水源涵养功能的物理指 标, 随着物 种多样性指数的增 加而得到改善; 枯枝落叶贮 量、有机质含量、水解性酸和 Ca、M g 、P 含量等土壤营养功能指标也随乔、灌层物种多样性的增加 而增加, 土 壤 K 2O 含量随草本层物种多样性的增加而减少; 并建立了上 述 9 项指标与物种多 样性的相关数学模 型。其余 8 项指标与 多样性指数没有直接的线性关系。保护和提高 亚高山人工针叶林群落物种多样性能促进部分土壤养分状况的改善 和生态功能的恢复。 关键词 亚高山针叶林 恢复 物种多样性 土壤因子
植 物生态学报 2001, 25( 6) 648～655 Acta Phytoecologica Sinica
亚高山针叶林不同恢复阶段群落物种多样性变化
及其对土壤理化性质的影响
吴 彦 刘 庆* 乔永康 潘开文 赵常明* * 陈庆恒
( 中国科学院成都生物研究所, 成都 610041)
( Chengd u Institute of B iology , the Chine se A cademy of S cience s, Chengd u 610041)
Abstract T he species diversity changes of subalpine coniferous forest s at dif ferent res toration st ages in wes tern Sich uan provin ce were st udied and t he respons es of 17 soil f actors t o th e sp ecies diversit y ch anges w ere examined by mu ltiple regression analyses . T he result s showed t hat species diversity tended t o increas e g radually w it h th e growt h of plantation ages and th e species composit ion in layers of arb or , shru b and h erbs changed accordingly. How ever , rest orat ion of species diversity in s ubalpin e conif erous plant at ion s w as quite s low . Responses of phys ical and chemical propert ies of s oil t o s pecies divers it y chan ges varied in diff erent st an ds. Apparen t den sit y an d wat er con tent w hich are closely relat ed t o t he water conservat ion f unct ion of th e soil were improved along with in creasing species divers it y. T he accumulat ed lit ters, organic mat t ers , hydrolyzed acid and th e con tents of Ca, M g, and P in soil , t he indicators t hat represen t soil nut rition, also increas ed with t he increas e of s pecies diversity in th e layers of arbor and s hrub , but t he cont en t of K 2O decreased with t he in crease of h erbage s pecies diversity. We developed t he correlat ive equations of t he ab ove-ment ioned 9 soil fact ors w it h t he species diversit y indices . T he ot her 8 soil f actors s howed no direct linear correlat ion w it h the diversit y in dices. Prot ect ing and increasing species divers it y in su balp ine coniferous plant at ion s can improve part of th e soil nut rient s and promot e th e rest orat ion of ecological f unctions.
SPECIES DIVERSITY CHANGES IN SUBALPINE CONIFEROUS FORESTS OF DIFFERENT RESTORATION STAGES AND THEIR EFFECTS ON SOIL PROPERTIES
WU Yan LIU Q ing * Q IA O Y ong-Kang PA N Kai-Wen ZHA O Chang-M ing* * an d CHEN Q in g-Heng