不同竹类人工林生态系统生物量空间分配格局

以胸径为单变量,利用幂函数、指数函数和多项式函数方程模拟麻竹(Dendrocalamus latiflorus)、毛竹(Phyllostachys pubescens)和粉单竹(Bambusoideae cerosissima)林各类器官的生物量,研究比较了3种不同种类竹林的生物量分配特征。结果表明,所选模型可以很好的估测竹林及各器官生物量。麻竹、毛竹和粉单竹单株平均生物量为18.160、13.736和4.372 kg,其林分生物量分别为15.124、28.598和5.102 t·ha~(-1)。竹林单株和林分器官分配一致,均以竹秆最大,其次为竹根,再者为竹枝、竹叶,但麻竹竹叶竹枝例外。不同竹林生态系统总生物量与灌木层、草本层、凋落物变化规律一致,粉单竹毛竹麻竹;但各层生物量分配不同,麻竹和毛竹表现为乔木层凋落物层灌木层、草本层,乔木层占绝对优势;而粉单竹表现为草本层凋落物层灌木层乔木层,且各层次优势不明显。根据单株和林分生物量分配特征,地上部分和地下部分生物量不均,应适当调整竹林林分密度和制定合理的采伐措施,提高竹林的生产力水平,从而增强其碳储存能力。     

喀斯特峰丛洼地旱季土壤水分的空间变化及主要影响因子

基于动态监测样地(200 m×40 m)的网格(10 m×10 m)取样,用地统计学方法研究了喀斯特峰丛洼地4类典型生态景观类型旱季表层土壤(0—10 cm)水分的空间变化,通过主成分分析和相关分析,探讨了其生态学过程和机制。结果表明,沿严重、重度、中度和轻度的干扰递减梯度,喀斯特峰丛洼地产生了农作物(Ⅰ)→人工林(Ⅱ)→次生林(Ⅲ)→原生林(Ⅳ) 的4类典型生态景观格局变化,土壤水分显著提高,变异系数逐渐增大;4类生态景观类型的土壤水分均具有良好的空间自相关性,正负空间自相关距离反映了性质不同的两大斑块,Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ下半部斑块的半径为50 m,拐点在坡地和洼地的分界处,Ⅱ的下半部斑块的半径为75 m,拐点是土地利用方式的转折点;不同景观类型空间变异特征不同,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ的半变异函数分别符合指数模型、高斯模型、指数模型和球状模型,基台值(C0+C)升高,变程缩小,系统的空间总变异增强,其中Ⅰ和Ⅳ的\[C0/(C0+C)\]值分别为48.3%和39.4%,空间相关中等,Ⅱ和Ⅲ的\[C0/(C0+C)\]值≤25%,空间相关强烈;Kriging等值线图清楚表明Ⅰ和Ⅳ土壤水分呈凸型分布,Ⅱ呈单峰分布,Ⅲ呈凹型分布。主成分分析显示除海拔和坡位始终是影响4类生态景观类型土壤水分的主导因子外,不同景观类型的其他主导因子不同,且同一因子在不同景观类型与土壤水分的正负作用关系和相关程度也不同。因此,应根据4类典型生态景观类型土壤水分的空间变化及主要影响因子制定相应的水资源合理利用和管理策略。     

喀斯特峰丛洼地不同森林表层土壤有机质的空间变异及成因

基于动态监测样地(200 m×40 m)的网格(10 m×10 m)取样,以农作区为对照,用地统计学方法研究了喀斯特峰丛洼地人工林、次生林和原生林3类典型森林生态系统表层土壤(0—15 cm)有机质的空间变异,通过主成分分析和相关分析,探讨了其生态学过程和机制。结果表明:喀斯特峰丛洼地土壤有机质很高,沿着农作区-人工林-次生林-原生林的恢复梯度,土壤有机质显著提高,变异系数逐步增大;农作区和3类森林土壤表层有机质均具有良好的空间自相关性;农作区试验半变异函数C0/(C0+C)值为26.5%,呈中等程度的空间相关性;3类森林的C0/(C0+C)值为9.0%—22.6%,呈强烈的空间相关性;农作区和人工林土壤有机质呈单峰分布,次生林呈凹型分布,原生林呈凸型分布;不同森林的主导因子不同,农作区的主导因子为主要土壤养分,人工林为地形和物种多样性,次生林为森林结构和物种多样性,原生林为地形和物种多样性,且同一因子在不同森林与土壤表层有机质的正负作用关系和相关程度也不同。因此,农作区和3类森林应根据其土壤表层有机质的空间变异及主要影响因子制定相应的固碳措施。     

西南峡谷型喀斯特坡地土壤养分的空间变异特征

基于网格(20 m×20 m)取样,采用经典统计学和地统计学方法,研究了西南峡谷型喀斯特坡地土壤养分的空间异质性和分布格局.结果表明:峡谷型喀斯特坡地土壤养分含量为中等和强变异,变异性大小顺序为:速效磷全钾有机质碱解氮全氮全磷速效钾,pH值表现为弱变异,有机质表现为中等程度的变异;不同土壤养分具有良好的空间自相关性,其自相关函数均表现出由正相关向负相关方向发展,拐点为80~100 m,其中全钾和速效磷的Moran I较小,其他指标较大;不同土壤养分的空间变异特征不同,全钾和速效磷最佳拟合模型为指数模型,块金值与基台值的比值[C0/(C0+C)]和变程(A)很小,分形维数(D)较高,空间相关性强烈;其他土壤养分指标的最佳拟合模型均为球状模型,C0/(C0+C)、A和D均呈中等程度的空间相关;Kriging分析表明,pH值、有机质、全氮、全磷和碱解氮呈凹型分布,速效磷和速效钾呈斑块状分布.植被、地形、人为干扰和高异质性的微生境是造成峡谷型喀斯特坡地土壤养分格局差异的主要因素.     

喀斯特峰丛洼地不同生态系统土壤微生物与养分的耦合关系

基于喀斯特峰丛洼地农作区、人工林、次生林、原生林4类生态系统土壤微生物量、微生物数量及土壤养分的分析,本文探讨了不同生态系统土壤微生物特征及其与土壤养分的耦合关系.结果表明:不同生态系统微生物种群组成不同,真菌比率均较低,农作区、人工林、原生林的放线菌比率较大,而次生林细菌比率较大;不同生态系统中微生物量碳(Cmic)与微生物量氮(Nmic)、微生物量磷(Pmic)的相关性均达到了显著或极显著水平;不同生态系统土壤微生物量与土壤养分的关系密切,而微生物数量与土壤养分的相关性均较弱,表明土壤微生物细菌、真菌、放线菌种群数量分布的随机性较大,而不是受单一养分因子的控制;不同生态系统中土壤微生物属性和土壤养分的耦合关系不同:农作区土壤有机质(SOM)、pH、全磷(TP)起较大作用,主要影响土壤Cmic、细菌和真菌;人工林中土壤水分、SOM、全氮(TN)、TP主要影响土壤微生物量;次生林中以pH、SOM、TP、碱解氮(AN)、速效钾(AK)主要影响土壤微生物量和真菌;原生林主要有pH、TP、AN影响土壤微生物量和细菌.     

桂北喀斯特峰丛洼地植物群落特征及其与土壤的耦合关系

基于喀斯特峰丛洼地草丛、灌丛、次生林、原生林4个生态系统24个样地(20 m×20 m)的系统取样调查,研究了喀斯特峰丛洼地不同生态系统群落的结构组成与生物多样性特征,选取代表植物群落和土壤性质的35个指标,对不同生态系统及整个喀斯特脆弱生态系统植物群落与土壤主要养分、土壤矿质养分和土壤微生物间的相互关系进行了主成分分析与典范相关分析.结果表明:沿草丛、灌丛、次生林、原生林的顺向演替发展,重要值(importance value,Ⅳ)＞ 10.00的科、属、种及物种多样性最大值出现在次生林,群落结构最佳值出现在顶级群落原生林;喀斯特峰丛洼地景观异质性高,各生态系统影响因子不同,土壤微生物在喀斯特脆弱生态系统处于主导地位,其次为灌丛;不同集团因子的典范相关分析表明,植物多样性指标与土壤氮素、Al2O3、Fe2O3、土壤微生物生物量碳(Cmic)、真菌和细菌关系密切.因此,在喀斯特脆弱生态系统恢复与重建过程中,应针对不同生态系统制定相应的培育管理措施.     

喀斯特峰丛洼地土壤矿物质的组成特征与作用

基于喀斯特峰丛洼地农作区、人工林、次生林、原生林4类典型生态系统动态监测样地(200 m×40 m)土壤矿质养分因子(7个)、植被(9个)、地形(4个)、土壤理化性状(10个)共计30个指标的全面调查取样分析,采用经典统计分析、主成分分析和典范相关分析探讨了土壤矿物质的组成特征、作用以及与植被、地形、其他土壤性状的耦合关系.结果表明:喀斯特峰丛洼地土壤矿物质组成以SiO2、Al2 O3、K2O、Fe2 O3为主,明显低于全球土壤平均背景值和同区域地带性红壤,CaO、MgO含量居中,MnO含量很低;不同生态系统土壤矿物质组成和变异不同,土壤的发育程度也不同,植被和土壤的原生性呈同比正相关,均有潜在的石漠化风险;4类生态系统景观异质性高,主成分分析的降维效果不好,土壤矿物质均为各生态系统的主要影响因子,且与植被、地形、其他土壤性状的关系非常密切,特别是SiO2、CaO和MnO,其中对植被的影响主要是物种多样性,对土壤则为有机质、全氮、全钾等主要养分.土壤矿物质是影响喀斯特峰丛洼地土壤肥力和植物生长发育的限制因子之一,有效利用矿物质资源、合理施用矿质养分对喀斯特退化生态系统的恢复与重建作用重大.     

喀斯特峰丛洼地不同退耕还林还草模式的土壤微生物特性

以坡耕地为对照,研究了喀斯特峰丛洼地任豆、香椿、板栗、柑橘、任豆+桂牧1号、桂牧1号和撂荒7种常见退耕还林还草模式下土壤微生物种群数量、微生物量碳氮磷及其分形特征和主要土壤酶活性特征。结果表明,不同退耕还林还草模式土壤微生物种群数量组成不同,除任豆模式外其他退耕还林还草模式均能提高土壤微生物总数量;不同退耕还林还草模式(除任豆模式外)土壤微生物量碳(MB_C)含量极显著增加,撂荒地最高,土壤微生物量氮(MB_N)含量变化范围不大,呈下降趋势,土壤微生物量磷(MB_P)含量的变异很大,香椿、板栗、撂荒和桂牧1号模式显著或极显著高于坡耕地;土壤MB_C与细菌数量的关系最相关(D=-4.07,R=0.81,P<0.01),其次为MB_C与放线菌数量(D=3.82,R=0.44,P<0.05),再次为MB_N与真菌数量(D=0.58,R=0.61,P<0.01),MB_C与真菌数量、MB_N与细菌、放线菌数量以及MB_P与细菌、真菌、放线菌数量之间不存在分形关系;不同退耕还林还草模式(除桂牧1号模式外)均显著或极显著增加了土壤蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性。总之,不同退耕还林还草模式均改善了土壤微生物特性,为喀斯特峰丛洼地脆弱生态系统恢复与重建提供了重要依据。     

木论喀斯特峰丛洼地森林群落空间格局及环境解释

 基于广西壮族自治区木论国家级自然保护区典型峰丛洼地景观尺度内不同微生境条件和植物群落类型50个样地(20 m × 20 m)的系统取样调查, 用二元物种指示方法(TWINSPAN)对样地内胸径(DBH) ≥ 1 cm的木本植物进行分类, 选择10个土壤环境因子和5个空间因子, 利用除趋势典范对应分析(DCCA)研究了森林群落分布的土壤环境与空间格局, 并给予定量化的合理解释。结果如下: 1) TWINSPAN将森林群落划分为11组, 在三级水平上分为4类生态群落类型。2) DCCA第一排序轴集中了排序的大部分信息, 突出反映了各森林群落所在的坡向和土壤主要养分梯度, 沿第一轴从左到右, 坡向由阴转阳,岩石裸露率越来越高, 土壤主要养分逐渐降低, 森林群落分别出现了由原生性和耐阴性强逐步向阳性先锋树种为主的次生林和人工林变化的格局。3)因子分离分析结果表明, 土壤环境因子对森林群落分布格局的解释能力为39.16%, 其中21.02%单纯由土壤环境因子所引起, 空间因子的解释能力为31.34%, 其中13.16%独立于土壤环境的变化, 18.15%是土壤环境和空间因子相互耦合作用的结果, 不可解释部分达47.66%, 表明喀斯特峰丛洼地森林群落的物种共存受生态位分化理论和中性理论双重控制。     

喀斯特常绿落叶阔叶混交林植物与土壤地形因子的耦合关系

基于中国科学院亚热带农业生态研究所在木论国家级自然保护区借鉴CTFS标准建立的2hm2喀斯特常绿落叶阔叶混交林动态监测样地(50个20m×20m样方),选取代表木本植物群落、土壤性质和地形因子的22个指标,对其总体特征及三者之间的相互关系进行了经典统计分析、主成分分析、聚类分析与典型相关分析。结果表明,喀斯特常绿落叶阔叶混交林生态系统的景观异质性强、土壤养分含量高、物种丰富且结构合理,除海拔、Simpson指数、均匀度、pH之外的18个指标均呈中、强变异;综合土壤因子是影响生态系统的主要因子群,其次是综合群落多样性因子和结构性因子,综合地形因子的作用相对较弱;4种不同类型真实而直观地表征了群落类型、土壤肥力和地形的差异,相对优化的第3种类型主要分布在海拔较高、裸石率较大、坡度较高的阴坡中上部;植被、土壤、地形两两之间均存在着较高的相关性,植被与土壤因子之间,有机质、氮、磷起较大的作用,主要影响群落结构,植被和地形之间,坡向和岩石裸露率影响群落结构和物种丰富度,而坡向和坡位直接导致了土壤有机质、全氮、有效磷和pH的变化。