黄土丘陵区典型坡面植被格局对土壤性质及植物群落的影响

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黄土丘陵区是中国乃至全球侵蚀最为严重的地区之一,该区土壤侵蚀强烈,生态脆弱。随着退耕还林还草工程实施,植被自然恢复演替,坡面上逐渐形成植被-裸地斑块镶嵌格局,影响坡面水文及侵蚀过程。但是,侵蚀环境下植被格局的形成和维持机制还缺乏深入的研究,尤其是斑块化格局对坡面生态过程的影响还需要进一步研究。为此,探讨坡面植被格局对土壤性质以及植物群落的影响,能够为深入认识退耕坡面植被发展规律及其水土保持效益评价提供理论依据。为充分了解坡面植被格局形成对土壤和植物群落的影响,本文沿东南至西北降水梯度设置样地,通过拍照法得到坡面植被-裸地斑块分布情况,计算坡面景观格局指数;选择典型坡面分植物斑块和裸地斑块采样,分析不同斑块下土壤理化性质;通过样方法调查,分析群落及不同斑块物种多样性特征;综合揭示植被格局指数与土壤、群落多样性之间的关系,主要结果如下:(1)关于植被斑块特征分别从斑块数量特征、形状特征、分散化指标以及聚集度指标来研究。发现随降水量减少植被斑块密度(PD)主要表现出增加趋势、植被斑块占比(PLAND)主要表现为减少趋势,斑块的分维数(FRACMN)表现出增加趋势。同时,优势物种群落特征对斑块格局起着重要影响,狼牙刺群落相对聚集,白羊草群落相对分散。(2)土壤理化性质受群落类型和斑块特征影响。植被斑块土壤容重小于裸地斑块,其中表层土壤0-5 cm达到显著水平。不同群落的团聚体含量表现为白羊草群落<铁杆蒿群落<狼牙刺群落,其中以大团聚体(直径>2 mm)比例最高。植被斑块土壤有机碳、速效磷、速效氮含量除个别样地外均大于裸地斑块,其中0-10 cm植被斑块土壤有机碳显著大于裸地斑块;在降水减少梯度上有机碳、全氮呈减少趋势,硝态氮先增加后减小,铵态氮先减小后增加。(3)地上植被调查,统计成年植物65种,幼苗81种。成年植物物种密度随降水减少而降低,同时,植被斑块物种较为丰富,但植被斑块和裸地斑块物种多样性指数之间差异较小。Ⅰ至Ⅴ降水减少梯度下Simpson优势度指数与Shannon-wiener多样性指数随降水减少呈波动变化,无明显下降趋势。随降水减少,β多样性中替代性指数(Cody指数)有一定增加,反映随着干旱增加,不同斑块物种组成差异变大。幼苗的物种组成、密度和多样性总体上为植物斑块>裸地斑块,且随降水减少物种密度减少。(4)植被格局指数与土壤理化性质关系分析发现:随植被斑块占比指数减小,容重增加;水稳团聚体与植被斑块聚集度指标呈正相关,其中与斑块近圆指数CIRCLEMN达显著相关,斑块的聚集与近圆特征有利于团聚体的形成。速效氮与植被斑块的聚合度指标为正相关,速效磷,全氮、SOC与分割指数为正相关。植被格局指数与物种多样性关系分析发现:物种丰富度指数与MESH、CLUMPY、FRACMN相关性最为显著,即植被斑块的复杂性越高,斑块越聚集物种Margalef丰富度指数和Pielou均匀度指数均呈减小趋势,其中均匀度指数降低明显,更适应恶劣环境的物种植株数相对更多。总之,随降水减少,植被斑块更加破碎,植被斑块占比减小,聚集度降低,土壤稳定性与养分有降低趋势,但是相关性不大。斑块特征与物种多样性无明显变化规律。
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