木论喀斯特自然保护区土壤微生物生物量的空间格局

土壤微生物是森林生态系统中的重要分解者,在森林生态系统物质循环和能量转换中占有特别重要的地位。以典型喀斯特峰丛洼地为试验对象,利用经典统计学和地统计方法分析了土壤微生物量的空间变异特征。结果表明:土壤微生物量的变异程度均很大,土壤微生物量碳(Cmic)、土壤微生物量氮(Nmic)、土壤微生物量磷(Pmic)的变化范围依次为:44.29—5209.63,20.91—1894.37,0.34—77.06 mg/kg。Cmic、Nmic呈极显著的相关关系,Cmic/Nmic为4.78,明显低于其它生态系统。半变异函数分析表明,Cmic和Nmic的最佳拟合模型为高斯模型,Pmic的最佳拟合模型为球状模型,Cmic/Nmic的最佳拟合模型为指数模型。土壤微生物量的块金值/基台值均介于25%—75%之间,表现为中等空间相关性,说明其受随机因素和结构因素的综合影响。Cmic、Nmic的自相关距离约为50 m,随着滞后距离的增大,自相关函数逐渐向负方向增长,达到显著的负相关。Pmic的Moran’s I在滞后距大于70 m后反而增大,表现为正相关。Cmic/Nmic的Moran’s I较小,在-0.2—0.2之间波动。Cmic、Nmic的空间分布具有很高的相似性,呈凸型片状分布,坡中含量高且向两边递减。Pmic表现为明显不同的分布格局,其在坡中上位和洼地含量较高。Cmic/Nmic呈相反的凹形零星斑块状分布。土壤微生物存在着一定的空间格局,受干扰后其含量急剧降低,因此应加强喀斯特原生生态系统的保护。     

喀斯特常绿落叶阔叶混交林木本植物组成特征

喀斯特常绿落叶阔叶混交林是我国西南喀斯特地区分布的典型森林植被类型之一,由于富钙偏碱的地球化学背景及多样性的生境类型,该森林具有群落结构多样、树种组成丰富、优势物种突出等特点,基于大型动态监测样地的群落特征分析是揭示其生物多样性维持机制的基础。该研究在木论国家自然保护区建立了25 hm2的样地,依照CTFS全球森林生物多样性监测规范,定位并调查了样地内每一棵胸径≥1 cm的木本植物。结果表明：(1)样地内有监测树种254种,隶属于64科161属;独立个体总数为110370株(含分枝为144679株),平均胸径为4.14 cm。(2)个体数最多的15个树种的个体数之和占到总个体数的78.46％,稀有种有100种,占总树种数的39.37％。(3)群落结构稳定且更新良好,木本植物整体径级结构呈倒“J”形。(4)样地内重要值≥1的树种有26种,占总树种数量10.24％;重要值排名前三的物种分别是小果厚壳桂、栀子皮和香叶树。(5)样地中共有萌生木本植物204种34309株,分属于127属51科,分别占样地总物种、个体数量、属及科数的80.32％、14.42％、78.88％和79.69％。此结果表明木论喀斯特常绿落叶阔叶混交林物种组成丰富、群落成熟稳定、更新良好,反映了亚热带非地带性喀斯特顶极群落常绿落叶阔叶混交林的典型特征。     

喀斯特峰丛洼地不同植被恢复阶段优势种根系构型特征

以喀斯特峰丛洼地不同植被恢复阶段灌丛、次生林、原生林为研究对象,采用全挖法分析了各阶段4个优势种的根系构型参数,探讨该特殊生境条件下植物根系构型的差异性、相似性以及资源合理高效的利用方式。结果表明:(1)各个植被恢复阶段优势种拓扑指数TI均趋向于0.5,呈叉状分支结构,并表现为次生林(0.57)原生林(0.49)灌丛(0.46),有利于根系在贫瘠且浅薄的土壤环境中拓展生存空间。(2)3种植被恢复阶段优势种的根系平均连接长度在34.29cm以上,平均为37.01cm,增加连接长度对植物在养分贫瘠的喀斯特土壤环境的生存有利。(3)次生林根系分支率低于灌丛和原生林,这是不同植被恢复阶段优势种对环境所采取的不同适应策略。(4)3种植被恢复阶段优势种根系的横截面积比均符合Leonardo da Vinci法则,且不随直径的变化而变化。(5)3种植被恢复阶段优势种在土壤养分、水分获取及土壤空间拓展方面没有显著差异性。研究认为,在喀斯特峰丛洼地异质性很强的生境下,3种植被恢复阶段优势种的根系均为叉状分支结构,且均以较长的连接长度和较低的分支率策略适应其特殊的生态环境。     

中亚热带喀斯特常绿落叶阔叶林空间结构特征

喀斯特常绿落叶阔叶林是中国西南喀斯特地区非地带性顶极森林群落,该研究基于相邻木关系的角尺度、混交度和大小比数3个结构参数,对木论国家级自然保护区常绿落叶阔叶林25 hm^(2)大型固定监测样地整体、上木层、下木层及其优势物种的空间结构特征进行了分析,以期揭示其森林空间结构现状,为喀斯特植被恢复重建提供依据。结果表明:(1)样地群落整体为轻度聚集分布格局,接近随机分布,物种高度混交且个体间大小分化程度相近,上木层呈现随机分布、强度混交和中庸偏亚优势状态,下木层呈现聚集分布、强度混交和中庸偏劣势状态。(2)样地内优势物种大多处于轻度聚集分布、强度混交且中庸偏劣势的状态。(3)林木大小比数与胸径、树高均呈显著负相关关系,混交度与胸径、树高均呈显著正相关关系,随林木的生长发育,树种优势度逐渐增大,物种多样性逐渐增强。研究认为,木论常绿落叶阔叶林空间结构尚未完全稳定,正处于演替中后期,具有发育成顶极群落的潜力。     

木论喀斯特常绿落叶阔叶混交林土壤细菌多样性及其最优采样数

土壤微生物在森林生态系统中起着重要作用。为了了解木论喀斯特常绿落叶阔叶混交林土壤细菌的多样性,明确采样数对多样性的影响,采用Illumina Hiseq高通量测序技术对木论喀斯特常绿落叶阔叶混交林土壤细菌多样性进行了初步研究,发现:在82个采样点内,随着采样点增加,不同分类水平的土壤细菌类群数量有增多趋势;当采样点达到82个时,检测出的土壤细菌类群达44门99纲180目356科630属和269822个OTU;82个土壤样品中所检测出的细菌类群平均有28.8门60.9纲108.1目206.8科239.6属和3290.5个OTU,其中门、纲、目分类水平上优势类群所占比例分别为变形菌门(Proteobacteria)(34.51%)、α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)(18.43%)、根瘤菌目(Rhizobiales)(12.50%)。取样数量对检测出的土壤细菌类群数量有显著影响:在门、纲、目、科的分类水平上,36个、57个、72个、78个样品基本上可代表82个样品监测出来不同分类水平的细菌多样性信息;在属和OTU的分类水平上,当样品数量达到82个时检测出来的相应细菌类群数仍在不断地增加。这些初步的研究结果显示木论常绿落叶阔叶混交林土壤在一定程度上有着较高的细菌多样性水平,该研究为细菌多样性与植物多样性的进一步研究奠定了基础。     

木论喀斯特常绿落叶阔叶混交林群丛数量分类及稳定性

加深对喀斯特顶极群落植物组成、群落结构和群落分布的认识可以为该区域生物多样性保护和森林管理提供参考。本文基于广西木论喀斯特常绿落叶阔叶混交林25 ha森林动态监测样地地形、土壤和物种组成数据, 采用多元回归树对该群落进行群丛分类, 并分析各群丛多样性和稳定性。结果表明, 群落可分为6个群丛, 分别为群丛I: 长序厚壳桂+栀子皮+香叶树群丛(Ass. Cryptocarya microcarpa + Itoa orientalis + Lindera communis), 群丛II: 长序厚壳桂+灰岩棒柄花+罗伞群丛(Ass. Cryptocarya microcarpa + Cleidion bracteosum + Brassaiopsis glomerulata), 群丛III: 圆果化香树+密花树+齿叶黄皮群丛(Ass. Platycarya longipes + Rapanea neriifolia + Clausena dunniana), 群丛IV: 圆果化香树+滇丁香+齿叶黄皮群丛(Ass. Platycarya longipes + Luculia intermedia + Clausena dunniana), 群丛V: 长序厚壳桂+罗伞+伞花木群丛(Ass. Cryptocarya microcarpa + Brassaiopsis glomerulata + Eurycorymbus cavaleriei), 群丛VI: 小叶栾树+长管越南茜+圆果化香树群丛(Ass. Boniodendron minus + Rubovietnamia aristate + Platycarya longipes)。除群丛I外, 各群丛总体的多样性指数较高。Shannon-Wiener指数、Simpson指数以及Pielou均匀度指数表现出一致的变化趋势: 群丛VI > 群丛V > 群丛IV > 群丛III > 群丛II > 群丛I, 而丰富度则为群丛VI > 群丛IV > 群丛V > 群丛I > 群丛III > 群丛II, 物种多样性在中海拔群丛最高。中上坡部位群丛稳定性最高, 洼地群丛稳定性最低。海拔在群落结构及组成中起重要作用, 可能是影响群落分布的重要因素。     

喀斯特峰丛洼地不同生态系统的土壤肥力变化特征

基于喀斯特峰丛洼地坡耕地、草丛、灌丛、人工林、次生林、原生林6种典型生态系统的土壤主要养分、矿质养分和微生物这3组变量共计20个指标的调查、取样和分析,运用多重比较分析、主成分分析和典范相关分析探讨了其土壤肥力变化特征、主要影响因子及两两之间的相互关系。结果表明,喀斯特峰丛洼地土壤pH值为6.60—7.75,土壤主要养分、微生物种群数量和微生物生物量明显高于同纬度地区地带性红壤,矿质养分含量相对较低,其中SiO2、Al2O3、Fe2O3占矿质全量的90%以上。土壤肥力的总体趋势为原生林>次生林>灌丛>草丛>坡耕地>人工林。喀斯特石漠化地区实行林草结合的退耕还林还草模式更有利于土壤生态系统的环境改善,坡耕地应多施有机肥和氮肥,人工林应多施氮肥。原生林植物与养分之间达到了良好的平衡状态,主要应加强森林抚育管理,改善森林环境,保障植物、土壤养分及微生物之间的良好协调关系。确保土壤资源的合理利用,促进喀斯特峰丛洼地乃至整个西南喀斯特区域植被的迅速恢复和生态重建。     

氮素和刈割对桂牧1号杂交象草光合作用、产量和品质的影响

采用L16(45)正交试验设计,研究了喀斯特地区桂牧1号杂交象草光合生理特性、产量和品质对不同施氮水平、刈割次数、刈割强度的响应。结果表明,施用氮肥显著增加了桂牧1号杂交象草的叶绿素a、b和叶绿素总含量、净光合速率、产量及营养成分含量,肥效最佳水平是1000kg·hm-2·a-1。刈割次数显著影响桂牧1号杂交象草的净光合速率、叶绿素含量和牧草营养成分含量,刈割过2～3次,桂牧1号光合作用能力显著提高,而每年刈割3～4次,牧草的营养品质最优。刈割强度对粗蛋白含量影响显著,对其他营养成分含量和产量均无显著影响,以5或20cm刈割强度为最优。综合各指标结果,提出了喀斯特地区栽培桂牧1号杂交象草获得高产优质的最优方案,即施氮1000kg·hm-2·a-1,刈割牧草3次,刈割强度为5或20cm。     

喀斯特峰丛洼地小流域表层土壤微量元素的空间异质性

基于网格取样(80 m×80 m),利用经典统计学和地统计方法分析了典型喀斯特峰丛洼地小流域163个表层(0～20 cm)土壤样点微量元素(Pb、Cr、Ni、Cu、Zn、B)的空间变异特征.结果表明:研究区土壤6种微量元素含量的差异及变异系数均较大,平均含量大小顺序为Zn＞Cr＞Ni＞Pb＞B＞Cu,平均变异程度依次为Ni＞Cu＞Zn＞Pb＞B＞Cr.不同微量元素具有不同的空间结构和最佳拟合模型,除Cr呈中等程度自相关、变程较长、空间连续性较好外,其他5种元素均呈强烈自相关,变程较短,空间依赖性较强.6种微量元素的Kriging等值线图较为相似,表明研究区土壤微量元素含量有着相似的分布趋势,表现为东部高,南北两头低,洼地高,坡地低.人为干扰和自然条件(植被、裸岩率、坡度、坡向)是土壤微量元素空间异质性的主要影响因素.     

喀斯特峰丛洼地区坡地不同土地利用方式下土壤水分的时空变异特征

基于典型喀斯特峰丛洼地坡面土地利用方式试验火烧、刈割、刈割除根、封育、种植桂牧1号、种植玉米(面积分别为20m×70m)控制性试验建设,通过网格法(5 m×5 m)采样,用经典统计学和地统计学方法,分析了6种土地利用方式下(火烧、刈割、刈割除根、封育、种植桂牧1号、种植玉米)表层土壤水分在不同季节的空间变异特征。结果表明:喀斯特峰丛洼地土壤含水量均很高,雨季显著大于旱季,雨季为火烧封育、刈割除根玉米、桂牧1号刈割,旱季为刈割、火烧、刈割除根桂牧1号、封育玉米,均呈中等至强度变异,且含水量越低变异越大;不同土地利用方式土壤水分的自相关函数均呈由正向负方向发展的相同趋势,但拐点不同,且旱季大于雨季,不同土地利用方式旱季、雨季土壤水分的最佳拟合模型不同,但均呈中等或强烈的空间相关性,变程为6.8—213 m,且旱季大于雨季;同一土地利用方式旱季、雨季表层土壤水空间格局相似,不同土地利用方式空间格局则不同,因此在该区域进行植被恢复和生态重建时应采取不同的水资源利用策略。