桂林巖溶試驗場自然恢復過程中植物多樣性的變化

摘 要：巖溶區(qū)生態(tài)恢復和重建是當今生態(tài)學研究的熱點之一。研究自然更新過程中植物多樣性變化對巖溶區(qū)退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復和重建具有指導性意義。以桂林巖溶試驗場為研究范圍，選取具有代表性的埡口、1號洼地和砂頁巖區(qū)3個樣點(樣方為20mx20m)進行種屬組成、植物生活型譜和植物多樣性研究。結(jié)果表明，丫吉村巖溶試驗場經(jīng)過近20年的自然恢復，其植物多樣性增加，生境獲得改善，整個區(qū)域的群落向著更加穩(wěn)定的階段演替。

關(guān)鍵詞：自然恢復；植物多樣性；桂林巖溶試驗場

中圖分類號：Q948．11；P642．25

文獻標識碼：A

文章編號：1007-7847(2006)02-0139—05

植物多樣性的恢復是退化生態(tài)系統(tǒng)恢復與重建的重要內(nèi)容。巖溶生態(tài)系統(tǒng)被視為一種與沙漠邊緣一樣極其脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，植被生長緩慢。巖溶環(huán)境區(qū)的森林一旦退化或者被毀滅，其原有生態(tài)系統(tǒng)所具有的動態(tài)平衡被打破，造成水土流失，土壤干旱、貧瘠產(chǎn)生“石漠化”現(xiàn)象。朱镕基總理在2001年3月5日九屆人大四次會議上明確提出“推進黔桂滇巖溶地區(qū)石漠化綜合治理”，把石山地區(qū)的生態(tài)重建及石漠化治理問題列為西部大開發(fā)的頭等大事。

自然更新是生態(tài)恢復和重建與生物多樣性維持的有效途徑。研究自然恢復區(qū)物種組成、結(jié)構(gòu)和功能，是目前尋找迅速人工恢復和重建相對穩(wěn)定常綠闊葉林最重要的途徑之一。通過探討桂林巖溶試驗場經(jīng)過近20年自然恢復后植物多樣性的特點和規(guī)律，可為我國西南巖溶區(qū)生態(tài)治理和生態(tài)恢復提供一定的理論依據(jù)和實踐經(jīng)驗。

1 研究區(qū)概況

桂林巖溶試驗場作為中法合作項目建于1986年，是中國南方裸露巖溶區(qū)具有代表性的峰叢山區(qū)巖溶泉域系統(tǒng)．位于桂林市東南郊區(qū)8km的丫吉村附近，處在峰叢洼地和峰林平原的交界地帶，總面積2km²。試驗場自成一個巖溶水文地質(zhì)系統(tǒng)，它的補給區(qū)位于峰叢洼地區(qū)，有13個洼地，而它的排泄區(qū)由位于桂林峰林平原東部邊緣的一個常年流水泉(S31號泉)和3個季節(jié)性泉(S29、S291、S32號泉)組成(圖1)。平原標高150m，補給區(qū)內(nèi)的最高峰達650m，其內(nèi)洼地底部標高介于250-400m之間。

桂林位于亞熱帶季風區(qū)，降雨在季節(jié)分配上的不均勻性是該區(qū)基本的氣候特點。據(jù)桂林市氣象臺32年的觀測資料，多年平均降雨量為1915．2mm，多年平均水面蒸發(fā)量為1378．3 mm。該區(qū)從9月至次年3月為旱季，其降雨量僅為年降雨量的29．68％，而4月至8月的雨季降雨量占年降雨量的70．32％。

試驗場在1986年之前，由于當?shù)剞r(nóng)民的砍伐和燒荒，其生態(tài)環(huán)境受到掠奪性破壞，整個區(qū)域基本沒有植被覆蓋，生境相當嚴酷，為次生裸地。在作為試驗場后封山進行植物群落的自然恢復，目前群落年齡在8—10a之內(nèi)。由于試驗場不同部位水分、光照、熱量以及土壤的差異，故選取埡口、洼地和砂頁巖區(qū)3種不同形態(tài)的樣地進行野外調(diào)查。洼地為降水的匯集區(qū)其水熱條件和土質(zhì)較好，多為南方巖溶區(qū)的耕作區(qū)；埡口由于土壤覆蓋度低、水熱變化劇烈，環(huán)境相對惡劣；巖溶區(qū)偶夾雜砂頁巖形成酸性至強酸性的土壤，土層相對較厚，腐殖質(zhì)多，并適宜于馬尾松等喬木的生長，可作為非巖溶區(qū)的代表。

2 研究方法

選取埡口、1號洼地和砂頁巖區(qū)3個典型樣地進行植物多樣性調(diào)查(圖1)，由于研究區(qū)域面積較小，故樣地設為20m×20m，并劃分成4個10m×10m的子樣地記錄喬木層物種。并在子樣地中設4個2m×2m的小樣方進行灌木和草本植物蓋度的記錄。同時參照《中國植被》和《廣西植物志》、《中國種子植物科屬詞典》等文獻對樣方植被的科屬組成、生活型譜進行劃分整理和對比分析。

本文生物多樣性指數(shù)計算采用Shannon-Wiener指數(shù)：

S為物種數(shù)目，p_i為屬于種I的個體在全部個體中的比例。

豐富度指數(shù)采用：

D＝S／InA

A為單位面積，S為群落中物種數(shù)目。

3 結(jié)果

3．1 科屬組成

三樣地共采集植物標本27科，47屬，49種。其中，試驗場內(nèi)分布有蕨類植物3種(隸屬于3屬3科)；裸子植物1種(隸屬于1屬1科)；被子植物45種(隸屬于43屬23科)(表1)。從環(huán)境條件來講，不同樣地的水份、光照以及土壤條件的差異形成一個個的小生境并對植被外貌產(chǎn)生一定的影響。通過表1可以看出，埡口處由于條件惡劣主要以草本植物為主，砂頁巖區(qū)具有良好的環(huán)境條件而以喬木為主。這些物種為試驗場通過自然恢復向常綠闊葉林區(qū)系發(fā)展起著舉足輕重的作用。

3．2 生活型

植被是在一定自然歷史條件綜合作用下長期發(fā)展的結(jié)果，其外貌和結(jié)構(gòu)主要取決于群落優(yōu)勢種的生活型。按照《中國植被》生活型系統(tǒng)表，從演化形態(tài)學，主軸木質(zhì)化程度和壽命長短幾個方面將3個樣點所有植物分成喬木、灌木、半灌木、多年生草本和一二年生草本5個生活型并分別進行統(tǒng)計(表2)。結(jié)果表明，埡口處的一二年生植物占有較高的比例，為1號洼地處的1．5倍，并且木本植物基本為旱生型灌叢，這種情形說明了此處環(huán)境條件惡劣以及水熱條件變化劇烈使此處的植物群落處于草灌叢階段。洼地由于水熱條件較好，除擁有高大的喬木外，灌叢種類也較多，而處于灌叢階段。砂頁巖區(qū)的外貌為馬尾松林，同時還具有另外4種喬木，6種灌木，8種草本植物，植物群落處于亞頂極階段．并可用這3種樣地進行時空替換來研究巖溶區(qū)植被各演替階段物種多樣性的特征。

3．3 植物多樣性與植物群落的穩(wěn)定性

植物群落的穩(wěn)定性與植物多樣性密切相關(guān)，由于沒有合適的指標對其進行衡量，目前主要以群落的復雜性(多樣性)作為衡量穩(wěn)定性的指標。從圖2可以看出，3個樣點的植物多樣性變化趨勢是埡口<1號洼地<砂頁巖區(qū)，而3個樣點的豐富度指數(shù)變化趨勢為：埡口>1號洼地>砂頁巖區(qū)。植物多樣性呈現(xiàn)升高趨勢是因為植被從草叢群落演替到亞頂極群落，隨著生物對惡劣環(huán)境的改善，環(huán)境容納量不斷提高，故物種多樣性也不斷提高，并且群落的穩(wěn)定性不斷得到提高。盡管1號洼地和砂頁巖區(qū)的植被處于灌叢階段和亞頂極階段，但由于具有喬灌草3層結(jié)構(gòu)，其物種并不豐富，而埡口的植被處于草灌叢階段，基本只有一個層次，其豐富度指數(shù)最高，從而3個樣點的豐富度指數(shù)呈下降趨勢。

4 討論

桂林巖溶試驗場作為次生裸地，通過封山使其群落進行自然恢復過程也是一種生態(tài)恢復的過程。桂林巖溶試驗場經(jīng)過近20年的自然生態(tài)恢復，植物多樣性得到增加，埡口、1號洼地、砂頁巖區(qū)3個樣地的植物多樣性呈增加的趨勢，并通過其豐富度指數(shù)呈降低趨勢和植被生活型分析顯示各個樣點處于不同的演替階段。考慮到這3種不同樣地水份、光照以及土壤條件的差異影響植被的演替階段，因此可用這3種樣地進行時空替換來研究巖溶區(qū)植被各演替階段物種多樣性的特征。