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研究不同干扰背景下森林地表植被与环境因子的关系,确定影响地表植被物种组成与多度分布的主要环境变量,找出环境因子的地表植被指示种,对于深入认识人为干扰引起的生物多样性丧失对自然群落及其结构特征的影响有着重要的意义。本研究正是在此背景下,以探讨不同干扰背景下森林地表植被的数量生态学特征为目标,揭示影响地表植被组成和分布的各种因素,提出林分经营管理、生物多样性保育、退化生境的恢复重建的对策。
选择不同干扰条件林分共设置4 hm2样地(每种林分设置1个100 m×100 m的样地)进行野外取样,对东莞市不同干扰背景下森林地表植被组成及其影响因子进行研究。通过植物样方调查、土壤实验分析测定获得数据,采用方差分析和相关分析等单元统计分析方法及双向聚类分析(Two-way cluster analysis)、双向指示种分析(TWINSPAN)、除趋势对应分析(DCA)、典范对应分析(CCA)、多响应置换过程分析(MRPP)、指示种分析(ISA)等多元统计分析方法,分析了地表植被的组成和分布以及多种因素对其分布的影响效应。主要结论如下:
(1)调查样地共记录到地表植被79科167属253种,其属可以划分为11个分布区类型和4个变型。地表植被物种多度分布差异显著p＜0.01),,其丰富度指数(S)、Pielou均匀度指数(E)、Shannon-Wiener多样性指数(H)、Simpson多样性指数(D)差异极显著(p＜0.001),表现为:轻度干扰＞中度干扰＞轻中度干扰＞重度干扰,其生长型共有6种,轻度干扰、轻中度干扰和中度干扰样地中地表植被的优势生长型为木质藤本和灌木,重度干扰样地中的地表植被的优势生长型为灌木和蕨类。
(2)轻度干扰样地优势种群为扇叶铁线蕨、海金沙、海南海金沙等;轻中度干扰样地的优势种群为扇叶铁线蕨、草珊瑚、芒萁等;中度干扰样地优势种群为华良姜、短叶黍、芒萁等;重度干扰样地优势种群为芒萁、蔓生莠竹、海金沙等。重度干扰样地排名前3位的优势种均为多年生草本,其他3个样地中优势地表植被多为喜阴凉环境,忌强光直射的物种。不同干扰条件下森林地表植被大多数表现为不同程度的聚集分布格局,其优势种群生态位宽度与重要值排序并不吻合。
(3)海拔、坡向、坡度对地表植被分布均有显著影响(p＜0.05),坡位对地表植被分布的影响不显著。方差分析表明,除速效磷外,土壤化学变量的差异均达到显著水平(p＜0.01)。土壤有机质、速效氮、全氮、速效钾与地表植被多样性指数之间呈极显著正相关(p＜0.01),表明土壤有机质、速效氮、全氮和速效钾量的增加有利于地表植被多样性的发展。
(4)不同干扰条件下叶面积指数(LAI)、林冠开度(CO)、直射光立地因子(DSF)、散射光立地因子(ISF)、总光照立地因子(TSF)差异极显著(p＜0.001),LAI表现为:轻度干扰与轻中度干扰＞中度干扰＞重度干扰,其余3个因子表现为:重度干扰＞中度干扰＞轻度干扰与轻中度干扰。地表植被的4个多样性指数与LAI、CO、DSF、ISF、TSF之间的线性相关关系均极显著(p＜0.001),随着冠层立木叶面积指数的增大,地表植被的丰富度、均匀度和多样性随之增加;随着林冠开度、林下光照的增加,地表植被的丰富度、均匀度和多样性随之降低。
(5)TWINSPAN最终将调查样方划分为4大干扰类型,基本对应于4种不同干扰条件的样地。DCA排序结果与TWINSPAN划分的4大干扰类型相吻合。CCA表明总光照立地因子、林冠开度、土壤pH值和土壤电导率对该地区地表植物群落及物种分布有着重要影响,在总光照立地因子越高、林冠开度越大、土壤pH值大以及土壤电导率低的地段,地表植物的多度也相对较高。土壤有机质对该地区地表植被的分布格局也有着重要影响。
(6)MRPP表明,干扰类型、林冠开度、直射光立地因子、散射光立地因子、叶面积指数、总光照立地因子、土壤pH值、土壤电导率、土壤有机质、土壤速效氮、土壤速效钾对地表植物的组成和分布有显著的影响(p＜0.05),而ISA进一步发现,不同环境因子的特定梯度下均有对应的指示种,特定的物种对群落环境和立地因子有显著的指示作用。如重度干扰样地的指示种为喜光的芒其、薇甘菊和半边旗,其中薇甘菊为著名的外来入侵植物。这些地表植被物种作为特定环境因子的指示信号,能显著地反映出研究地的干扰程度、林分结构、组成及土壤肥力状况,对于监测和评价不同干扰背景下森林植被的恢复和土壤环境有着广阔的应用前景。