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不同林地清理和培肥措施对桉树人工林植物多样性的影响*

更新时间:2009-03-28

0 引言

研究意义】在我国南方林区,热量丰富,雨量充沛,雨热同期,植被茂密,采伐迹地剩余物堆积较多,林地清理困难,因此,常以火烧(炼山)方式进行林地清理,这一直是桉树人工造林的重要技术环节之一[1-2]。近年来由于桉树连栽生物多样性下降[3-5]、地力衰退严重[6-7],炼山引起的生态问题备受社会的广泛关注[8-9]。【前人研究进展】林下植被是森林生态系统中生物多样性和生态可持续性的基石[10-11],在人工林可持续经营中具有不可替代的作用[12]。近年来,生物炭作为土壤改良剂已被世界广泛应用和关注[13]。同时,由于氮循环的全球性和氮沉降的普遍性,氮添加对生态系统的影响也成为研究的热点[14-15]。国内外学者虽然对炼山的生态效应进行过许多评述和研究[16-18],但就不同林地清理方式下不同培肥措施对桉树人工林下植物多样性的影响研究还相对缺乏,尤其缺乏成对比较的试验研究,对不同林地清理方式下植物多样性对不同的培肥措施(加炭C、加氮N、套种绿肥)的响应缺乏机理性认识,缺乏应对全球气候变化和氮沉降背景下的人工林发展良策。【本研究切入点】在地形地貌、气候和土壤条件相同的区域,研究不同林地清理方式下,不同培肥处理对桉树人工林植物多样性的影响及植物多样性的响应机制,对于桉树人工林的可持续经营具有重要意义。【拟解决的关键问题】基于两种不同林地清理(火烧清理和人工清理)和3种不同培肥措施(加炭C、加氮N和套种绿肥)处理试验,比较研究不同林地清理和培肥措施的独立和交互作用对桉树人工林下植物多样性的影响。

CEC是上海大学语义智能实验室以从互联网上收集的关于地震、火灾、交通事故、恐怖袭击以及食物中毒五类突发事件的新闻报道作为生语料,经过事件和事件要素等人工标注,并经过统计和分析构建的面向事件的中文语料库,目前共有332篇,具体的统计情况如表1所示.

1 材料与方法

1.1 研究区域的自然环境概况

研究区域选择在广西凭祥市(北纬21°57′~22°19′,东经106°41′~106°59′),低山丘陵地貌,一般海拔300~600 m,最高峰大青山海拔1 045.9 m。该区域属我国南亚热带季风气候区,年均气温20.5~21.7℃,极端低温-1.5℃,极端高温40.3℃;≥10℃的年活动积温为6 000~7 600℃;年均降水量1 200~1 500 mm,年蒸发量1 261~1 388 mm,相对湿度80%~84%。地带性土壤为中酸性火山岩和花岗岩发育而成的砖红壤性土,土层深厚,通常在1 m以上。该区域的地带性植被为热带雨林和季雨林,至今几乎荡然无存,已被各种人工林所取代。这里已成为我国南方人工林的重点区域和示范区,受到国内外广泛关注。

1.2 林分的建立、试验处理及样地设置

试验地位于中国林业科学研究院热带林业实验中心青山试验场67林班,林班面积42 hm2。2011年11月对试验地35年生的马尾松人工林进行采伐,采取火烧清理(炼山)和人工清理两种林地清理方式,火烧清理即是将采伐剩余物处以火烧清除,人工清理是将采伐剩余物全部清除林地。2012年2—4月,按照试验设计要求实施挖坎整地和造林。桉树采用“双龙出海”造林模式,株行距为2 m×2 m,双行与双行的间距为5 m,密度为1 428株/hm2。试验设置4种处理,包括对照(采用常规生产标准,每穴施200 g氮磷钾复合肥作基肥)、加C(在对照基础上加C,为每株桉树加施500 g以毛竹为原料生产的生物质炭)、加N(在对照基础上加N,为每株桉树加施尿素100 g)、套种绿肥(在对照基础上套种绿肥,即在桉树宽行间套种山毛豆,行距为50 cm)。样地概况见表1。

表1 样地概况

Table 1 General situation of sample plots

  

林地清理方式Ground clearancemethod处理Treatment海拔Altitude (m)坡向Aspect坡度Slope (°)坡位Slope position郁闭度Canopy density (%)林下植被盖度Understory vegetation coverage (%)人工清理Manual ground clearanceCK1230西南Southwest27下坡Downslope4590CK2233西北Northwest24下坡Downslope4395CK3259西北Northwest25中坡Midslope4078加C 1C addiction 1258东南Southeast17上坡Upslope45100加C 2C addiction 2251东北Northeast19中坡Midslope4581加C 3C addiction 3227北North19下坡Downslope4378套种绿肥1Green manure interplantation 1229西南Southwest23中坡Midslope45100套种绿肥2Green manure interplantation 2227东北Northeast25下坡Downslope4273套种绿肥3Green manure interplantation 3264北North24中坡Midslope4271加N 1N addiction 1263东南Southeast22上坡Upslope43100加N 2N addiction 2247东北Northeast20中坡Midslope4298加N 3N addiction 3233北North17下坡Downslope4288火烧清理Fire ground clearanceCK1237西南Southwest21下坡Downslope4560CK2229东北Northeast23下坡Downslope4368CK3269北North20中坡Midslope4295加C 1C addiction 1243西南Southwest25中坡Midslope45100加C 2C addiction 2249东北Northeast27上坡Upslope4585加C 3C addiction 3259北North20下坡Downslope4377套种绿肥1Green manure interplantation 1235西南Southwest21下坡Downslope4390套种绿肥2Green manure interplantation 2234西北Northwest23下坡Downslope4363套种绿肥3Green manure interplantation 3265北North20中坡Midslope42100加N 1N addiction 1242西南Southwest24中坡Midslope40100加N 2N addiction 2246东北Northeast24中坡Midslope4290加N 3N addiction 3245北North19下坡Downslope4089

1.3 样地群落物种多样性调查

2016年1月,对各处理林分建立调查样地,每个样地面积为600 m2(30 m×20 m),每个处理设3次重复。将每个600 m2样地进一步细分为24个5 m×5 m的中样方,在每个中样方的左上角设置1个1 m×1 m的小样方,分别调查灌木层(中样方)和草本层(小样方)的植物种名、个体数、高度和盖度。

1.4 重要值和物种多样性指数的计算

重要值(Iv):Iv=相对多度(Dr)+相对显著度(Pr)+相对频度(Fr),

由图1b可知,火烧清理(CK)和人工清理(CK)林下植被的Shannon-Wiener指数无显著差异(P>0.05)。在人工清理条件下,加C、加N及套种绿肥均显著降低植被的Shannon-Wiener指数(P<0.05)。在火烧清理条件下,加N和套种绿肥也显著降低植被的Shannon-Wiener指数,但加C对Shannon-Wiener指数的影响与CK无显著差异。

(1)

1.2.2 调查方法 研究者在医院各科室发放问卷,讲明研究目的及意义后,调查对象进行问卷填写,经研究者检查无漏填、错填项目后当场收回。本次调查共发放问卷240份,收回有效问卷222份,有效回收率92.50%。

物种丰富度(S):S为每个30 m×20 m调查样方中出现的物种种数。

Shannon-Wiener指数(H′):H′=

土地使用权贷款与土地出让金正相关,如图2所示。土地出让面积从1997年的6 641.7万平方米开始逐年增加至2011年44 327.44万平方米的顶峰,之后逐渐回落,2017年为25 508万平方米。与此同时,土地购置费逐渐攀升,从1997年的247.6亿元逐步增长至2016年的18 778.68亿元。

 

(2)

Simpson指数

(3)

Pielou均匀度指数(Jsw):Jsw=H′/lnS

(4)

式中:Pi=Ni/NNi为种i的个体数,N为种i所在调查样方中所有物种的个体数之和。

合租租房的个人,应分别与出租方签署了规范租房合同可根据定额标准各自扣除。另外,纳税人享受住房租金专项附加扣除的,应当填报主要工作城市、租赁住房坐落地址、出租人姓名及身份证件或者出租单位名称及纳税人识别号(社会统一信用代码)、租赁起止时间等相关信息,留存备查的住房租赁合同或协议,并无统一格式要求,纳税人应签订真实的租赁合同或协议,完整披露信息。

1.5 数据处理与统计分析

采用单因素方差分析(one-way ANOVA)检验不同林地清理条件下加C、加N、套种绿肥对桉树人工林植物多样性影响的差异显著性,采用最小显著性差异法(Least significant difference,LSD)进行多重比较;采用两因素方差分析(two-way ANOVA)检验植物多样性指数在不同林地清理条件、不同处理及其交互作用间的效应。数据分析在SPSS 19.0软件下完成,显著性水平设为P<0.05。

2 结果与分析

2.1 植物种类组成和功能群谱

本文选取新疆297家A级旅游景区为研究对象,旅游景区数据通过新疆旅游官方网和国家旅游局网站(http://www.xinjiangtour.gov.cn)获取 ;利用Google Earth获取新疆A级景区的准确空间位置,通过地图数字化得到新疆A级旅游景区空间分布图(图1)。

2.2.1 物种丰富度

表2 火烧清理林地不同处理的物种组成和重要值

Table 2 Species composition and importance values of different treatments under fire ground clearance

  

种名Species加CC addiction加NN addiction套种绿肥Green manure interplantationCK蔓生莠竹Microstegium vagans 66.1106.472.2117.9弓果黍Cyrtococcum patens 55.025.830.024.9五节芒Miscanthus floridulus 24.525.047.630.3小花露籽草Ottochloa nodosa 23.224.416.6粽叶芦Thysanolaena maxima14.63.714.12.1铁芒萁Dicranopteris linearis 9.69.7山乌桕Sapium discolor 7.214.013.910.1三叉苦Evodia lepta6.33.17.6黄毛榕Ficus esquiroliana6.05.81.5玉叶金花Mussaenda pubescens5.81.8鲫鱼胆Maesa perlarius5.73.01.8白楸Mallotus paniculatus4.93.81.9

续表2

Continue table 2

  

种名Species加CC addiction加NN addiction套种绿肥Green manure interplantationCK半边旗Pteris semipinnata4.73.33.13.6山黄麻Trema tomentosa 4.58.62.0山鸡椒Litsea cubeba4.21.4中平树Macaranga denticulata4.12.81.31.2光野漆Toxicodendron succedaneum3.31.54.5粗叶榕Ficus hirta 3.31.49.64.6粗糠柴Mallotus philippensis3.23.41.5大叶榕Ficus altissima3.0毛银柴Aporusa villosa2.63.21.3对叶榕Ficus hispida2.6毛菍Melastoma sanguineum2.23.11.5楤木Aralia chinensis2.01.7山姜Alpinia japonica1.82.84.0漆Toxicodendron vernicifluum1.72.6华南鳞盖蕨Microlepia hancei1.76.64.1越南悬钩子Rubus cochinchinensis1.73.32.0金毛狗Cibotium barometz1.77.16.512.9钩藤Uncaria rhynchophylla1.76.37.01.8乌毛蕨Blechnum orientale1.36.69.94.2海金沙Lygodium japonicum 1.36.62.74.0山芝麻Helicteres angustifolia0.03.44.3毛桐Mallotus barbatus 0.02.12.7潺稿树Litsea glutinosa0.01.94.8细圆藤Pericampylus glaucus0.01.53.06.1山毛豆Tephrosia candida0.013.12.0荩草Arthraxon hispidus0.06.51.7山菅兰Dianella ensifolia 0.05.3草豆蔻Alpinia katsumadai0.02.43.1飞机草Eupatorium odoratum0.01.6其他Others18.5(17)16.6(13)14.3(8)19.1(9)合计Total300.0300.0300.0300.0

注:括号中的数字为物种数

Note:Numbers in bracket are species numbers

人工清理林地共记录到维管植物85种。由表3可以看出,在人工清理条件下,CK林下植被中重要值居前三的优势物种是蔓生莠竹、小花露籽草和五节芒,重要值居第一的蔓生莠竹,其重要值仅为65.9,三者重要值之和只占群落总值的46.5%。在人工清理条件下,加C和加N处理的优势种都是蔓生莠竹和小花露籽草,重要值分别是110.9,30.6和133.6,51.7;而套种绿肥处理群落的优势种为蔓生莠竹和五节芒,重要值分别是102.6和34.5。与CK相比,加C、加N、套种绿肥3种处理均显著增加蔓生莠竹的重要性,其重要值分别比CK提高68.29%、102.73%、54.32%。不同植物对不同的处理有不同的响应,例如,加C处理显著增加了山鸡椒、山乌桕、钩藤、山麻黄、细圆藤等许多物种的重要值,相反,却降低了半边旗、三叉苦、粽叶芦等的重要值(表3)。

2.1.2 人工清理

2.1.1 火烧清理

表3 人工清理林地不同处理的物种组成和重要值

Table 3 Species composition and importance values of different treatments under manual ground clearance

  

种名Species name加CC addiction加NN addiction套种绿肥Green manure interplantationCK蔓生莠竹Microstegium vagans 110.9133.6102.665.9小花露籽草Ottochloa nodosa 30.651.749.5山鸡椒Litsea cubeba14.22.43.0金毛狗Cibotium barometz12.34.19.415.3

续表3

Continue table 3

  

种名Species name加CC addiction加NN addiction套种绿肥Green manure interplantationCK山乌桕Sapium discolor 11.29.811.35.2钩藤Uncaria rhynchophylla11.26.41.81.0五节芒Miscanthus floridulus 9.05.634.524.1山麻黄Ephedra equisetina8.66.1细圆藤Pericampylus glaucus7.43.12.2乌毛蕨Blechnum orientale7.24.15.63.6铁芒萁Dicranopteris linearis 6.32.05.33.3海金沙Lygodium japonicum 5.23.62.12.5毛桐Mallotus barbatus 4.73.45.63.4半边旗Pteris semipinnata4.74.88.417.1三叉苦Evodia lepta4.02.610.2橄榄Canarium album3.8粗叶榕Ficus hirta 3.36.32.52.0荩草Arthraxon hispidus3.0毛菍Melastoma sanguineum2.95.62.82.1火炭母Polygonum chinense2.6粽叶芦Thysanolaena maxima2.22.07.67.1粗糠柴Mallotus philippensis2.22.32.51.8华南鳞盖蕨Microlepia hancei3.05.21.3鲫鱼胆Maesa perlarius1.82.43.84.5簕欓花椒Zanthoxylum avicennae1.62.42.51.2楤木Aralia chinensis1.61.53.91.3玉叶金花Mussaenda pubescens1.52.1山姜Alpinia japonica1.45.02.2中平树Macaranga denticulata1.25.22.53.3盐肤木Rhus chinensis1.26.2毛银柴Aporusa villosa1.01.93.22.7潺稿树Litsea glutinosa3.16.92.7钝叶黄檀Dalbergia obtusifolia2.9山菅兰Dianella ensifolia 2.5飞机草Eupatorium odoratum2.54.9黄毛榕Ficus esquiroliana2.03.5漆Toxicodendron vernicifluum1.13.13.3山毛豆Tephrosia candida10.9弓果黍Cyrtococcum patens 10.519.3白楸Mallotus paniculatus7.01.4柳叶箬Isachne globosa4.6对叶榕Ficus hispida1.4两面针Zanthoxylum nitidum1.1牛白藤Hedyotis hedyotidea鸭脚木Schefflera octophylla1.8杠板归Polygonum perfoliatum2.1光野漆Toxicodendron succedaneum3.2草豆蔻Alpinia katsumadai6.3大青Clerodendrum cyrtophyllum3.7其他Others19.2(13)10.9(7)14.8(8)19.3(12)合计Total300.0300.0300.0300.0

注:括号中的数字为物种数

Note:Numbers in bracket are species numbers

2.1.3 植物功能群谱

将某一植物群落内各类植物功能群的数量(重要值)对比关系作为功能群谱,以此分析群落功能群结构对不同处理的响应。从表4看出,不同林地清理和培肥方式植物功能群谱的谱序基本一致,按数量大小排序,都表现为禾草植物>木本植物>蕨类植物>藤本植物>杂草植物>入侵植物。火烧清理条件下,与CK比较,加C和加N处理的禾草植物、蕨类植物和杂草植物功能群有所减弱,而木本植物、藤本植物功能群有所增加;套种绿肥植物功能群的响应与加C、加N相近,所不同的是套种绿肥使杂草数量增加,并出现入侵植物。人工清理条件下,与CK比较,加C和套种绿肥降低禾草植物、蕨类植物功能群的数量,增加木本植物,加N却增加禾草植物、杂草植物,降低木本植物、蕨类植物和藤本植物功能群;加N和套种绿肥出现入侵植物,但比例很小。平均而言,火烧清理禾草植物高于人工清理,木本植物、蕨类植物、杂草植物和入侵植物均低于人工清理,两者的藤本植物比较接近,分别为8.47和8.41(表4)。

表4 不同林地清理方式各处理的植物功能群谱比较(%)

Table 4 Plant functional group spectrum of different ground clearance with different treatments(%)

  

处理Treatments功能群Functional groups加CC addiction加NN addiction套种绿肥Green manure interplantationCK平均±标准差Mean±S.D.火烧清理Fire ground clearance禾草植物Graminoids61.1361.7056.8364.5081.39±3.17木本植物Woody plants24.8318.5025.5016.1028.31±4.65蕨类植物Ferns6.7710.079.2712.0712.73±2.19藤本植物Vines6.338.805.304.978.47±1.73杂草植物Herbaceous plants0.870.932.571.031.80±0.82入侵植物Invasive plants0.000.000.530.000.18±0.27合计Total100.00100.00100.00100.00人工清理Manual ground clearance禾草植物Graminoids51.9064.3052.9755.3074.92±5.58木本植物Woody plants22.1017.9327.1321.4729.54±3.79蕨类植物Ferns13.578.7310.7014.4015.80±2.62藤本植物Vines9.733.775.606.138.41±2.50杂草植物Herbaceous plants3.034.371.672.803.96±1.11入侵植物Invasive plants0.000.831.530.000.79±0.74合计Total100.00100.00100.00100.00

2.2 植物多样性指数

火烧清理林地共记录到维管植物92种。从表2可以看出,在火烧清理条件下,CK林下植被的优势种是蔓生莠竹,其重要值为117.9,占群落总值(300)的39.3%;其次是五节芒和弓果黍,重要值分别是30.3和24.9;重要值较大的植物还有小花露籽草(16.6)、金毛狗(12.9)、山乌桕(10.1)、铁芒萁(9.7)和细圆藤(6.1)。在火烧清理条件下,加C、加N、套种绿肥(GF)对林下植物组成及其重要值产生一定的影响,但群落优势种保持不变(表2)。与CK相比,加C、加N、套种绿肥处理均显著降低蔓生莠竹的重要性,其重要值分别比CK减少43.94%、9.75%、38.76%。其他重要值较大的植物种类在不同处理间有所不同,例如,除重要值前三的优势种外,加C、加N和套种绿肥3处理中,重要值超过5以上的种类分别有8种、9种和10种。种类和重要值大小顺序也不同,在加C处理中,为小花露籽草(23.2)>粽叶芦(14.6)>铁芒萁(9.6)>山乌桕(7.2)>三叉苦(6.3)>黄毛榕(6.0)>玉叶金花(5.8)>鲫鱼胆(5.7);在加N处理中,为小花露籽草(24.4)>山乌桕(14.0)>山黄麻(8.6)>金毛狗(7.1)>华南鳞盖蕨(6.6)=乌毛蕨(6.6)=海金沙(6.6)>钩藤(6.3)>黄毛榕(5.8);而在套种绿肥处理中,相应为粽叶芦(14.1)>山乌桕(13.9)>山毛豆(13.1)>乌毛蕨(9.9)>粗叶榕(9.6)>三叉苦(7.6)>钩藤(7.0)>金毛狗(6.5)=荩草(6.5)>山菅兰(5.3)(表2)。

从图1a可以看出,火烧清理(CK)和人工清理(CK)林下植被的物种丰富度存在极显著差异(P<0.001),而两种林地清理方式下3种培肥处理间的物种丰富度没有显著差异(P>0.05)。在人工清理条件下,加C、加N、套种绿肥3种处理均降低林下植被的物种丰富度,其中加N处理的物种丰富度降低最明显,显著低于CK、加C和套种绿肥处理,而CK、加C和套种绿肥间差异不显著。在火烧清理条件下,加C显著增加群落的物种丰富度(P<0.05),其他差异不显著。

2.2.2 Shannon-Wiener指数

以上就是我针对高中语文阅读人物形象所提出的三个方法。当然方法还有很多,但是最有效的方法就是教师要结合学生的特点来制定合理的教学方法,使学生的阅读能力得到真正的提升。

2.2.3 Simpson指数

其中:Dr=某个种的个体数/全部种的个体总数×100%;Pr=某个种的盖度/全部种的总盖度×100%;Fr=某个种的频度/全部种的总频度×100%。

由图1c可知,人工清理条件下,不同培肥方式均降低林下植被的Simpson指数,加N处理的最低,显著低于其他处理。火烧清理条件下,加C使得林下植被的Simpson指数略有提高,但与CK无显著差异;加N、套种绿肥均降低林下植被Simpson指数,与CK差异显著。火烧清理条件下加C和加N处理林下植被Simpson指数极显著高于人工清理条件下的。套种绿肥林下植被Simpson指数表现为人工清理条件下高于火烧清理,但差异不显著。

2.2.4 Pielou均匀度指数

温室气体排放强度:农田“单位产量的GWP”-温室气体强度(Greenhouse Gas Intensity,GHGI),表示农业中生产单位产量的粮食对气候的影响(Li et al.,2004;Mosier et al.,2006;Qin et al.,2010;Shang et al.,2011)。根据公式:

由图1d可知,人工清理条件下,不同培肥方式均降低林下植被的均匀度指数,加N处理的最低,显著低于其他处理;但套种绿肥林下植被Pielou均匀度指数与CK差异不显著。火烧清理条件下,加N、套种绿肥显著降低林下植被Pielou均匀度指数,而加C对林下植被Pielou均匀度指数无显著影响。火烧清理条件下加C、加N处理林下植被Pielou均匀度指数分别极显著、显著高于人工清理条件下的,套种绿肥林下植被Pielou均匀度指数表现为人工清理条件下高于火烧清理,但差异不显著。

由表5可知,在菜籽油、花生油、茶籽油、亚麻籽油及芝麻油当中掺入 5%餐厨废弃油脂,都能检出餐厨废弃油脂的标志物,即黄豆苷元和染料木素,确证性地鉴别餐厨废弃油脂的掺伪行为,为打击废弃油脂掺伪现象提供一种检测手段。

  

CA:加C;NA:加N;GM:套种绿肥;ns表示两种林地清理方式间无差异,*表示显著差异,**表示极显著差异;不同小写字母表示人工清理方式下各处理差异显著;不同大写字母表示火烧清理方式下各处理差异显著

CA:C addition;NA:N addition;GM:Green manure interplantation;ns indicates no significant difference between ground clearance.* and ** indicate statistical differences at P<0.05 and P<0.01 levels,respectively.Different lowercase indicates significant difference under manual ground clearance.Different capital letters indicate significant difference under fire ground clearance

图1 不同林地清理方式不同处理林下植物多样性指数比较

Fig.1 Understory plant diversity in plantations with different ground clearance and fertilizing treatments

2.3 不同林地清理方式、处理及其交互作用

两因素方差分析表明,不同林地清理方式对物种丰富、Shannon-Wiener指数和Pielou均匀度指数的影响不显著(P>0.05),对Simpson指数影响显著(P=0.027);而不同培肥方式极显著影响林下植物多样性指数(P<0.01);林地清理方式与不同处理的交互作用也对林下植物多样性指数产生极显著的影响(P<0.01,表5)。

表5 不同林地清理方式处理及其交互作用对林下植物多样性指数的影响

Table 5 Effects of different ground clearance methods,treatments and their interactions on understory plant diversity index

  

多样性指数Diversity index林地清理方式Ground clearance methods处理Treatments林地清理方式×处理Ground clearance methods×treatmentsFPFPFP物种丰富度Species richness0.1550.69911.832<0.00113.023<0.001Shannon Wiener指数Shannon Wiener index1.6640.21537.186<0.00113.211<0.001Simpson指数Simpson index5.9420.02731.301<0.00111.540<0.001Pielou均匀度指数Pielou's evenness index2.7090.11929.013<0.0017.1220.004

注:加粗字体表示差异显著(P<0.05)

Note:Bold fonts indicate significant differences (P<0.05)

3 讨论

3.1 不同林地清理方式对植物组成和功能群的影响

关于火烧清理和人工清理对植物组成影响的比较研究不多,对功能群的影响研究报道就更少。据马祥庆等[16]对杉木人工林的研究,认为火烧清理比人工清理更有利于杉木林下植被发育,前者的物种数为53种,后者为42种,其中以草本和阳性植物种类增加较为明显。在本研究中,按1 800 m2调查样地(72个5 m×5 m样方)内的物种统计,火烧清理林地的植物种类为93种,人工清理林为85种,火烧清理比人工清理的多8种;若排除不同处理的影响,仅对18个5 m×5 m的CK样方统计,人工清理林地的物种数为46种,而火烧清理林地的只有38种,人工清理又比火烧清理的多8种。因此,关于火烧清理和人工清理对植物多样性的影响不能简单地下结论,更重要的是需要了解植物多样性对不同清理方式的响应与适应。

在2016年12月28日由国土资源部、国家发展和改革委员会、工业和信息化部、财政部、国家能源局五部委下发的“矿产资源开发利用水平调查评估制度工作方案”(国土资发【2016】195号)文中,明确将开采回采率、选矿回收率和综合利用率(以下简称“三率”)等指标作为矿产资源开发利用水平调查评估的重要指标项[1],我国目前也已完成全国重要矿产资源“三率”调查评价方法与程序的基础研究[2,3],开展“三率”调查评估研究不仅能查清我国矿产资源开发利用现状,更重要的是可以利用“三率”等基础调查数据科学建立我国矿产资源开发利用水平评价体系,为国家科学制定矿业开发政策提供支撑。

火烧清理和人工清理林地对植物功能群的影响存在较大差异。火烧清理特别是反复的火烧清理,植物功能群明显向着草本、小型和一年生植物功能群转变[5]。本研究再次证明,火烧清理林地更有利于禾草植物功能群发展,而人工清理则更有利于木本植物、蕨类植物、藤本植物功能群的发育。这是不同功能群的生态和生物学特性决定的,同时,与不同林地清理条件下植物繁殖体保存及丰富程度有密切关系[4]。火烧清理有利于耐火植物功能群的保持和发展,但导致植物繁殖体的丰富度降低,并直接使不耐火植物丧失活力[19]

本研究首次以植物功能群谱的概念分析桉树人工林植物功能群结构及其对不同处理的响应,结果表明,研究林分的植物功能群谱结构为禾草植物>木本植物>蕨类植物>藤本植物>杂草植物>入侵植物。根据作者对桉树人工林植物多样性和功能群的长期研究,随着连栽代数的增加,桉树林下植物功能群谱的变化是非常明显的。在南亚热带地区,人工林下以木本植物功能群为优势则表明生态系统的完整性较高,以蕨类植物和禾草植物功能群为优势则表明生态系统存在一定程度退化,而林下以入侵种植物功能群为优势则指示生态系统已严重退化。作者认为,植物功能群谱可以作为评估人工林生态系统退化的重要指标,它具有准确、简便、高效的特点。

3.2 植物多样性指数对不同林地清理方式和处理的响应

本研究表明,火烧清理林地极显著降低群落的物种丰富度,这与早期的研究结果基本一致[8,19]。本研究还发现,加C、加N、套种绿肥3种处理对植物多样性指数均存在不同程度的负作用,其中,加N对Shannon-Wiener指数、Simpson指数和Pielou均匀度指数的负作用最明显,其各多样性指数值都是最低的。最近,有研究表明,氮添加显著降低热带山地雨林原始林和次生林林下物种丰富度,且下降幅度随N添加浓度的上升而增加[14],N添加还改变了植物群落的结构[20]。因此,全球N沉降加剧很有可能成为全球生物多样性丧失的又一个重要驱动因素。

目前,关于套种绿肥对植物多样性指数的影响研究报道极少。山毛豆于20世纪30年代引种到中国,1965年广东省推广种植面积达5万hm2[21]。山毛豆适应性强,生长快,分枝多,茎叶繁茂;根系发达,根瘤多,再生力强,耐瘠、耐旱,喜阳,是一种良好的绿肥覆盖作物[22]。近年来的观察发现,山毛豆的出现显著的降低了群落植物多样性,可能是一个潜在的外来入侵物种[23-25]。在本研究中,在桉树林下套种山毛豆,对植物多样性存在显著影响,显著降低植物Shannon-Wiener指数、Simpson指数和Pielou均匀度指数。由于本试验管理比较粗放,山毛豆的保存率较低(约为40%~50%),对林下植物多样性的影响尚需进一步研究。

4 结论

本研究对不同林地清理方式下、不同培肥处理对桉树人工林植物多样性的影响进行分析,结果表明,火烧清理和人工清理条件下,加C、加N、套种绿肥处理均极显著影响林下植物多样性指数,林地清理方式与不同处理的交互作用也对林下植物多样性指数产生极显著的影响。因此,从生物多样性维持的视角出发,在桉树人工林的经营中应尽量减少加C、加N和套种绿肥等培肥措施。

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《广西科学》 2018年第02期
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