香根草護(hù)坡地植物群落演替特征及其對(duì)人工干擾的響應(yīng)機(jī)制研究.pdf

1、據(jù)科學(xué)考察發(fā)現(xiàn),在所有開發(fā)建設(shè)活動(dòng)中,農(nóng)林開發(fā)、公路鐵路、城鎮(zhèn)建設(shè)、露天煤礦、水利水電等造成的水土流失最為嚴(yán)重。公路、鐵路、水利等工程建設(shè)與自然環(huán)境密切相關(guān),其工程規(guī)模大、項(xiàng)目多、涉及面廣,土石填挖工程形成的大量土石裸露邊坡,破壞了既有植被,對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境影響較大,因此,項(xiàng)目開發(fā)與環(huán)境保護(hù)兼顧成為當(dāng)前經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重大課題。以往通常采用單純的工程防護(hù)技術(shù)措施,如漿(干)砌片石、噴錨防護(hù)等,這些工程措施導(dǎo)致原有植被破壞、生態(tài)景觀效果差等

2、一系列生態(tài)環(huán)境問題,同時(shí)工程建設(shè)造價(jià)高和后期草坡退化嚴(yán)重、維護(hù)成本高的問題突出。 目前,邊坡治理已經(jīng)發(fā)展到防護(hù)和生態(tài)恢復(fù)階段,但由于生態(tài)恢復(fù)研究一般需要較長時(shí)間,而我國剛剛把恢復(fù)生態(tài)學(xué)理論引入到邊坡恢復(fù)中,這方面的論文很少,且都只是概念性的引入,研究成果也很少。因此,需要對(duì)邊坡防護(hù)和綠化進(jìn)一步探討邊坡的物質(zhì)能量循環(huán)、恢復(fù)過程等,從生態(tài)系統(tǒng)層次認(rèn)識(shí)植被對(duì)邊坡穩(wěn)定的作用,用生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)理論,考察邊坡防護(hù)與生態(tài)恢復(fù)的經(jīng)濟(jì)問題。近年來,國

3、內(nèi)外香根草在工程護(hù)坡方面的研究與應(yīng)用正如火如荼地展開,但多偏重應(yīng)用研究,缺乏系統(tǒng)、深入的理論研究與總結(jié)。作為護(hù)坡先鋒外來植物種,香根草在恢復(fù)中扮演的角色還難以正確判斷與定位,目前仍不清楚其在群落演替中的作用與地位,以及其對(duì)演替方向和進(jìn)程影響的內(nèi)在機(jī)制。 工程邊坡大多坡體高陡,秋冬季干旱、夏伏季炎熱,土體養(yǎng)分逐漸流失,土壤肥力降低,如何解決邊坡呈現(xiàn)的無土、缺水、缺肥的狀態(tài)及邊坡植被面臨的干、熱威脅,將直接影響到邊坡最終綠化效果和生

4、態(tài)效益的發(fā)揮。因此對(duì)坡地自然環(huán)境信息和植物生理生態(tài)特性的了解,是植被護(hù)坡能否成功的關(guān)鍵。本研究就植被護(hù)坡中主要限制因子溫度、水分和光照條件及刈割措施等人為因素對(duì)香根草生長的影響展開生理生態(tài)研究,藉此確定香根草對(duì)這些因子的耐性閣值,同時(shí)作為解釋群落演替特征的理論依據(jù)。研究結(jié)果顯示：在夏季高溫干旱條件下香根草可耐55℃高溫,停水持續(xù)時(shí)間可達(dá)24～42天,高溫干旱引起植株地上部和地下部根系外部形態(tài)和內(nèi)部生理生態(tài)性質(zhì)的變化,不但抑制香根草地上部

5、生長,引起葉片形態(tài)發(fā)生相應(yīng)形態(tài)變化,還影響葉片的正常生理功能,導(dǎo)致葉綠素下降,葉片傷害率加重。盡管高溫干旱起初可以小幅促進(jìn)根系生長,但隨著高溫干旱持續(xù)發(fā)展,根系生長亦會(huì)明顯受到抑制,根體積和根生物量將處于停滯狀態(tài)。在冬季低溫耐旱試驗(yàn)中,香根草也表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐旱性,持續(xù)耐旱時(shí)間達(dá)4個(gè)月之久。試驗(yàn)中也顯示出溫度和水分互作效應(yīng)明顯,高溫條件下土壤水分含量高香根草耐高溫能力就強(qiáng)；低溫下土壤水分過多或過少均不利于香根草春季返青及其后續(xù)生長發(fā)育。在

6、實(shí)際工程邊坡防護(hù)時(shí),只要調(diào)查掌握邊坡所在位置的溫度等自然因素和坡面土壤水分的時(shí)空分布規(guī)律,就可以據(jù)此預(yù)測(cè)和判斷該邊坡是否適宜種植香根草。遮光對(duì)香根草的不同生育性狀指標(biāo)影響不同,即使是同一性狀,在不同發(fā)育時(shí)期所受的影響也是變化的。試驗(yàn)結(jié)果表明：香根草春季移栽后緩苗期較長,約兩個(gè)月后成活率才基本穩(wěn)定,遮光對(duì)存活率有影響,但不顯著；在香根草栽后兩個(gè)月緩苗期內(nèi)遮光對(duì)分蘗幾乎沒有影響,但此后遮光對(duì)分蘗影響極其顯著；遮光對(duì)生長前期株高影響不大,后期

7、影響較大；遮光對(duì)根莖比影響較大,但這種影響比較復(fù)雜。適度刈割(7月中旬～9月中旬刈割一次)有利于香根草的生長發(fā)育,但過度刈割或不刈割均不利于香根草的生長。植物護(hù)坡實(shí)踐中,由于受工期的限制,對(duì)邊坡植被狀況缺少長期的觀察和系統(tǒng)的研究,驗(yàn)收合格的工程邊坡植被防護(hù)體系幾年后的狀況卻常常難以令人滿意。因此,只有對(duì)這些問題作詳盡的調(diào)查研究分析,才能正確指導(dǎo)施工,否則邊坡的植物生長將無法實(shí)現(xiàn)人工強(qiáng)制綠化向原始植物群落的順利演替。本研究連續(xù)兩年分春、秋

8、兩季對(duì)調(diào)查坡面植物群落采用樣方法進(jìn)行群落特征指標(biāo)觀測(cè)與調(diào)查,記錄每樣方內(nèi)各植物的種類、蓋度、高度、密度、地上部生物量和統(tǒng)計(jì)群落內(nèi)各物種的出現(xiàn)頻度等群落特征指標(biāo)值。從香根草種群動(dòng)態(tài)、群落內(nèi)物種組成及生活型、群落質(zhì)量特征值(豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)、相似系數(shù))、生態(tài)位寬度及生態(tài)位重疊值等方面研究各類坡面植物群落的演替規(guī)律。 坡向與坡位是影響香根草護(hù)坡植物群落特征的重要自然因素。通過對(duì)不同區(qū)域類型的3個(gè)邊坡植被群

9、落調(diào)查結(jié)果分析,發(fā)現(xiàn)：①香根草護(hù)坡植物群落演替不但受坡向(光照、溫度差異)的影響,還受坡位(水肥等差異)的影響,其中坡向的影響更為關(guān)鍵。②同一坡向上不同坡位的群落相似性系數(shù)高于不同坡向中兩群落的相似性系數(shù)。③向陽坡或受光較好的坡位上香根草種群優(yōu)勢(shì)明顯,背陽坡或受光不足的坡位上香根草種群隨時(shí)間退化,水土保持效果也會(huì)下降。④群落質(zhì)量特征值與群落中香根草種群的特征值密切相關(guān),群落質(zhì)量特征指標(biāo)與群落中香根草種群的物種優(yōu)勢(shì)度存在一定的相關(guān)性。當(dāng)香

10、根草種群優(yōu)勢(shì)明顯時(shí),香根草物種優(yōu)勢(shì)度與群落豐富度指數(shù)、群落多樣性指數(shù)、群落均勻度指數(shù)呈負(fù)線性相關(guān),香根草物種優(yōu)勢(shì)度與群落優(yōu)勢(shì)度指數(shù)呈正線性相關(guān)。但是當(dāng)坡面植物群落退化,群落中香根草種群優(yōu)勢(shì)不明顯時(shí),群落中香根草種群的物種優(yōu)勢(shì)度與群落質(zhì)量特征指標(biāo)就不存在相關(guān)性。 坡度也是影響香根草護(hù)坡植物群落特征的另一重要自然因素。通過對(duì)兩不同坡度邊坡上植物群落調(diào)查資料分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)：①兩坡面上香根草護(hù)坡植物群落建植兩年后出現(xiàn)分化傾向,坡度小(近

11、20°)有利于香根草種群的發(fā)展,但同時(shí)也有利于鄉(xiāng)土物種的著生定居。②春季坡度大(近30°)的邊坡上植物群落豐富度指數(shù)高于坡度小的邊坡上植被群落,坡度小的植物群落多樣性指數(shù)大于坡度大的植被群落,秋季時(shí)結(jié)果則相反。但從時(shí)間序列上看,坡度小的植被群落多樣性指數(shù)呈上升趨勢(shì)；坡度小的邊坡上植物群落均勻性指數(shù)小于坡度大邊坡上的植被群落；坡度小的邊坡上植物群落優(yōu)勢(shì)度指數(shù)高于大坡度邊坡上的植物群落,但這種趨勢(shì)會(huì)隨時(shí)間下降。③香根草物種優(yōu)勢(shì)度與群落豐富度

12、指數(shù)R1、群落多樣性指數(shù)H'、群落多樣性指數(shù)SW、群落均勻度指數(shù)J'、群落優(yōu)勢(shì)度指數(shù)C'均呈負(fù)線性相關(guān)。 研究結(jié)果顯示,人為控制群落演替方向與進(jìn)程是可行的。香根革護(hù)坡植物群落建植初期香根草種群優(yōu)勢(shì)不明顯,尤其是生境惡劣的工程坡地上,但可以通過人為控制措施快速建立人工植被。當(dāng)然,這種控制必須是科學(xué)的,否則會(huì)適得其反,因此研究適當(dāng)?shù)娜祟愋袨閷?duì)植物群落演替規(guī)律的影響是有意義的。 刈割對(duì)植物群落演替發(fā)展方向與進(jìn)程影響很大,研究表

13、明：①刈割頻率高,群落豐富度指數(shù)高,但會(huì)降低群落優(yōu)勢(shì)度指數(shù)值,春季表現(xiàn)得尤為明顯。②2次刈割/年(分別在4月上旬和6月上旬)對(duì)群落演替發(fā)展方向與進(jìn)程影響大,能增加群落中定居的物種數(shù),有助于減小群落內(nèi)部香根草種群與其它植物種之間的生態(tài)位重疊值,提高群落多樣性指數(shù)。③香根草物種優(yōu)勢(shì)度與群落豐富度指數(shù)R1呈正顯著線性相關(guān),與群落豐富度指數(shù)R2呈正極顯著線性相關(guān)；香根草物種優(yōu)勢(shì)度與群落多樣性指數(shù)SW呈負(fù)顯著線性相關(guān)；香根草物種優(yōu)勢(shì)度與群落均勻度

14、指數(shù)J'呈負(fù)極顯著線性相關(guān)；香根草物種優(yōu)勢(shì)度與群落優(yōu)勢(shì)度指數(shù)C'呈正顯著線性相關(guān)。④刈割有利于植被截流涵水功能的發(fā)揮。 施肥對(duì)植物群落演替影響也較大,研究發(fā)現(xiàn)：①施肥能增加群落中定居的物種數(shù),但也會(huì)加劇群落內(nèi)部物種之間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。②施肥可以提高群落豐富度指數(shù),秋季表現(xiàn)得尤為明顯；③重施肥處理(3次,分別在6月初、7月初、8月初,每次用量225kg/hm2)群落多樣性指數(shù)最高,較重施肥(2次,分別在6月初和7月初,每次用量225k

15、g/hm2)有利于提高優(yōu)勢(shì)度指數(shù)值。④施肥處理群落坡面上位土壤含水量均高于中位土壤含水量,而未施肥處理群落則相反。⑤不施肥處理與重施肥處理植被群落差異大。⑥香根草物種優(yōu)勢(shì)度與群落豐富度指數(shù)R2呈正顯著線性相關(guān)；香根草物種優(yōu)勢(shì)度與群落多樣性指數(shù)SW呈負(fù)顯著線性相關(guān)；香根草物種優(yōu)勢(shì)度與群落均勻度指數(shù)不相關(guān)；香根草物種優(yōu)勢(shì)度與群落優(yōu)勢(shì)度指數(shù)SN呈負(fù)顯著線性相關(guān)。 香根草與紫穗槐復(fù)種模式比較試驗(yàn)表明：①香根草種群在群落中的影響比紫穗槐大

16、。②在陽坡上,香根草與紫穗槐間作對(duì)香根草生長不利,但有利于紫穗槐。在陰坡上,香根草與紫穗槐間作有利于香根草種群。③陽坡上紫穗槐與香根草間作,紫穗槐性狀明顯好于陽坡單作的紫穗槐,但在陰坡上紫穗槐與香根草間作時(shí),紫穗槐性狀比起陰坡上單種的紫穗槐優(yōu)勢(shì)并不明顯。④陽坡上紫穗槐植株高,莖桿粗,但萌枝少,而陰坡上則相反。⑤香根草物種優(yōu)勢(shì)度與群落豐富度指數(shù)不相關(guān)；香根草物種優(yōu)勢(shì)度與群落多樣性指數(shù)H'呈負(fù)極顯著線性相關(guān)；香根草物種優(yōu)勢(shì)度與群落均勻度指數(shù)

17、J'和群落均勻度指數(shù)PW均呈負(fù)極顯著線性相關(guān),但與群落均勻度指數(shù)J'相關(guān)性更好；香根草物種優(yōu)勢(shì)度與群落優(yōu)勢(shì)度指數(shù)C'和群落優(yōu)勢(shì)度指數(shù)SN均呈正極顯著線性相關(guān),但與群落優(yōu)勢(shì)度指數(shù)C'相關(guān)性更好。研究結(jié)果還顯示：菊科、禾本科、豆科類植物最早定居于邊坡上,物種數(shù)所占比例最低27.78％,最高可達(dá)92.86％；春季與秋季植物群落特征值表現(xiàn)差異較大,春季群落特征值規(guī)律表現(xiàn)相對(duì)復(fù)雜,秋季植被群落特征規(guī)律表現(xiàn)相對(duì)明顯。因此,在秋季香根草滯長期進(jìn)行植被

18、群落調(diào)查效果較理想；群落質(zhì)量特征值與群落中香根草種群優(yōu)勢(shì)度密切相關(guān),但群落特征值的不同計(jì)算方法得出的結(jié)果可能存在差異。因此,對(duì)于群落質(zhì)量特征分析來說,選擇適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)方法至關(guān)重要,需要進(jìn)一步探討總結(jié)。 生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的不可確定性,迄今為止已提出了許多生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的標(biāo)準(zhǔn),生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)要求綜合考慮生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)因素,但對(duì)時(shí)間、空間上異質(zhì)性的生態(tài)系統(tǒng)而言實(shí)在太難。對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的時(shí)間到底要持續(xù)多長,目前的科學(xué)研究還不能確切地回答這個(gè)問