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干热河谷是我国典型生态脆弱区,植被恢复是干热河谷生态修复与重建的有效途径之一。银合欢是云南金沙江干热河谷重度退化土地进行生态恢复的常用树种,但形成的人工群落结构和功能方面的研究还比较薄弱。本文从群落特征、种群结构、分布格局、物种多样性、生物量、径流泥沙、土壤水分和养分以及小气候等方面对云南元谋银合欢林的群落结构和功能特征进行了研究,旨在揭示干热河谷条件下银合欢人工群落及其生态系统的结构和功能特征,为干热河谷生态恢复提供数据支持。研究结果如下。
1.银合欢群落结构简单,林相单一,层次明显,乔木层、灌木层和草本层物种多样性都较低。种群优势度较高,种群结构呈金字塔型结构,有丰富的幼苗储备。随着群落演替的进行,种群数量呈下降趋势。在群落的水平结构上,总体呈集群分布,但在不同生长发育阶段,分布格局有所差异,由集群分布向随机分布方向发展,竞争由种间竞争逐渐变为种内竞争。
2.银合欢群落具有较高的生物量,单株生物量随着树龄的增加而增大,各层普遍表现为干>根>枝>叶,主要器官生物量之间、林分因子之间均存在一定的相关性。林下灌木层生物量均远高于草本层生物量,乔木层生物量对林下植被的生物量的影响不大。水分是影响生物量分配比例的主要限制因子,种群密度和立地条件对群落生物量的积累影响较大。
3.银合欢林地改善了土壤结构,土壤机械组成发生了较明显的变化,土壤孔隙度随土层深度的增加而减小,根系分布集中的土壤上层保水通气能力明显高于根系分布较少的土壤下层。在雨季林地土壤含水量有了较大幅度的提高,但在旱季林地土壤出现了干燥化现象。林地还具有很好的土壤改良效应,降低了土壤pH值,土壤有机质、N、P有所提高,但林地对K的影响不明显,对土壤养分的影响随着土壤层次的增加而降低。
4.银合欢群落对降水具有明显的截留效应,林冠、枯落物和土壤截留是列降水截留的主要环节,当降水量大于20mm时截留率随着降水量的增大而迅速下降,对减少林内地表径流和土壤侵蚀起着关键作用,地表径流模数消减率为85.38%,土壤侵蚀模数为减率为94.73%,土壤侵蚀基本得到遏制。而且群落具有明显调节小气候的功能,增加了大气湿度,降低了大气温度和土壤温度。
总体来看,一方面,银合欢群落具备人工林的一般特点,树种单一、物种多样性低,群落结构不合理。表现出在群落演替前期生长旺盛,迅速覆盖地表,后期持续生长,自我更新能力强,群落还处于演替初期阶段。虽然这种单有种构成的群落较好地适应了干热环境,在种间竞争中保持着持续生长,但形成的生态系统不稳定。另一方面,在干热河谷区,银合欢群落具有明显的生态功能,包括控制了土壤侵蚀、减少了水土流失、改善了土壤结构、改良了土壤和改善了局部小气候。银合欢人工群落也出现了一些生态问题,如在旱季出现了林地土壤干燥化现象。作为干热河谷生态恢复的常用模式树种,银合欢林需要长期动态观测研究,宜适当进行人工抚育,使群落结构多元化,提高群落的物种多样性,逐步演替成为更为稳定的人工生态系统。