岩溶植被的脆弱性
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发布时间：2022-04-27 13:01
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时间：2023-07-22 00:38
气候因素和水文因素是塑造生态系统长期、缓慢的驱动力，而地质、地貌则是生态系统得以存在和发展的载体和物质基础（舒惠国，2001）。地质、地貌与生态系统之间物质循环的协调与否决定着生态系统的结构、运行若干方面的特征。在岩溶石山地区，尤其纯碳酸盐岩区，其碳酸盐岩的易溶性，地表、地下的双层水文地质结构，强的水土流失和薄的土层，使植被的立地条件严酷，从而使岩溶生态系统中的植被群落在以下几个方面表现出脆弱性。
4.2.1 岩溶森林生态系统的自然生产力低下
将贵州茂兰*带岩溶森林生产力与其他地区非岩溶区的森林生产力进行对比，可以发现岩溶森林的生产力是很低的（表4-5）。其生物量既低于水热条件相似的常绿阔叶林，同时也低于高纬度的温带针阔混交林和亚高山的针叶林。分析导致岩溶石山森林群落低生物量的可能原因：岩溶石山地区植被立地条件的恶劣，尽管具有相同的光照条件、降雨条件，但由于岩溶地区对水的调蓄能力弱，土层薄，养分少，植被为适应其恶劣环境，需要消耗更大的能量来维持生存，因而即使植被具有相同的初级生产力，但在岩溶区其植被生物量的累积也是偏低的。
表4-5 岩溶区森林生物量与其他林区生物量的对比
图4-3 白云岩区、砂页岩区松树生长曲线
图4-4 砂页岩区、白云岩区的松树木质部各元素含量对比
松树是植树造林的主要树种，但在岩溶区与碎屑岩区这一树种的生长状况是有很大差异的。在湖南保靖县分别取生长在白云岩区和碎屑岩区的松树（图版Ⅰ-3）：发现在碎屑岩区松树的直径8.2cm、有12a；而白云岩区的松树直径7.8cm，有19a（图4-3）。按树轮取样品，进行P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn、Co、Pb的测试分析，发现该10种元素在松树径中的含量特征有4种类型：①P、K元素含量在砂页岩区明显高于白云岩区（图4-4a）；②Ca、Mg、Mn元素含量白云岩区的高于砂页岩区的，且随松树的生长发育，元素含量不断积累（图4-4b）；③Cu、Zn元素在两区中含量相当（图4-4c）；④Pb、Fe、Co元素在白云岩区略高于砂页岩区（图4-4d）。这是否暗示着营养元素的差异带来松树生长的差异，还需要进一步的研究。
周政贤等人（2001）的对比模拟生长试验结果则揭示了石灰质白云岩风化形成的石灰土对马尾松生长的制约作用，在7种不同母质风化形成的土壤中，马尾松在石灰土的生长状况最差（图4-5）。4年的试验结果表明，生长在石灰土上的马尾松的树高为玄武岩土上的46%、紫色砂岩土上的59%；平均树径为玄武岩土上的51%、紫色砂岩土上56%；而生物量仅为玄武岩土的27%、紫色砂岩土上的35%。
图4-5 马尾松栽培生长对比结果图
4.2.2 植被的生长发育受到水分的胁迫
西南岩溶石山地区地表崎岖不平，在典型的峰丛洼地系统中，虽然绝对高差仅为100～200m，但不同地貌部位的水文条件相差却很大，在石峰的顶部受干旱的胁迫，在洼地（漏斗）底部常受到涝灾的胁迫。通过对广西弄拉已有封山育林40多年的鸡蛋堡上的青冈栎的调查，在山顶生长的青冈栎与山腰的相比（绝对高差60m），具有明显的受水分胁迫的特征（表4-6）。不仅如此，生长在山顶的青冈栎的树径（4～12cm）明显比生长在山腰的青冈栎的（16～21cm）要小得多（图版Ⅰ-4）。由于不同地貌部位导致水分对植被生长的胁迫和生物量的影响，这一结果在贵州茂兰原始森林区的调查也得到佐证。在贵州茂兰原始岩溶森林区中，石峰顶部，缺水少土，光照充足，日温差大，生长着旱生、耐瘠薄的树种：广东松，圆果化香，生物量102.08t/hm2；而在洼地（漏斗）底部，虽然土厚，水分、养分充足，但光照不足，而且还常遭受涝灾，因此，生长着耐阴植物：巴东荚莲等，生物量147.74t/hm2；而在山腰部位，自然条件相对较好，以青冈栎为建群种，其生物量为最高164.07t/hm2（周运超等，2001）。
表4-6 广西弄拉鸡蛋堡山青冈栎对水分胁迫的响应
4.2.3 经济作物的生长和收成受岩溶地球化学背景的制约
广西弄拉自20世纪80年代以来就是广西岩溶石山治理获得成功的典型之一。当地居民获得脱贫致富的经验就是在石峰的上部封山育林（水源林），在坡地栽植效益好的经济作物，洼地及邻近的山麓坡地播种粮食作物。金银花是其中主要的经济作物之一，1999年全村农民的人均收入3000元，而金银花的收入就达人均420元。因此，农民对金银花的栽种很重视，有些农民就将山坡上不占耕地的金银花移植至洼地耕地边，但这样的金银花的经济收益年份很短，一般在6～8a后就很少有收益。而生长在石缝，很少有土的金银花的经济收益年份却很长，个别金银花可生长30～35a仍有好的收益。我们取此两种金银花的茎、根部的土壤进行了化学分析（图4-6）结果揭示：其一，金银花植物体中的元素与土壤有一定的对应关系，这表明土壤的地球化学背景对植物化学有制约作用，而土壤的矿物营养从根本上来源于母岩，亦即岩溶地球化学背景对经济作物的生长发育有制约作用；其二，与耕地边生长的金银花相比，坡地上的金银花植物体中、土壤中的元素丰度特征是高碳和高C∶N比，高钙、镁，而低其他营养元素。
图4-6 广西弄拉30a、8a金银花木质部（a）及其生长环境中的土壤（b）元素含量对比
4.2.4 岩溶石山地区植物群落的演替与西南岩溶区植被分布特征
喻理飞等（2000）在研究贵州茂兰退化岩溶森林自然恢复演替过程中发现，退化的岩溶森林在早期阶段，恢复潜力较大、恢复度低、恢复速率慢；中期阶段，恢复潜力大，恢复度中等、恢复速率快；而后期阶段恢复潜力低、恢复度高、恢复速率慢。退化群落从草本群落恢复至灌丛阶段需20a，至乔木林阶段需47a，至顶级群落则需80a以上。若以植被群落生物量的恢复度（顶级群落为1，毁灭性砍伐后为0）计算，则恢复度从0提高到0.1，则需时20～30a；提高到0.5需60a；提高到0.8需80a（图4-7），得出此结果的前提是退化的群落保留有原群落的繁殖体。如果先锋植物，土壤种子库退化或受到破坏，则植被群落的自然恢复将是更加困难，甚至出现长期封山而不见植被恢复的现象。
图4-7 贵州茂兰岩溶森林区植被群落生物量恢复度随演替的变化
依据广西现存植被的分布状况和特征就可略见岩溶石山区植被恢复的难度和岩溶生态系统的脆弱性。广西在20世纪60～80年代森林遭受几次大规模的砍伐，在80年代中后期实行封山育林，恢复至今岩溶石山区与非岩溶区有较大的差异：岩溶区灌丛平均覆盖率为14.81%，森林覆盖率平均为12.13%；而非岩溶区的灌丛群落覆盖率仅为1.92%，森林覆盖率平均为31.32%。而且它们的空间分布与碳酸盐岩的分布有较好的对应关系（图4-8，图版Ⅰ-5）。如果以碳酸盐岩分布面积的比例为横坐标，则灌丛覆盖率与碳酸盐岩分布面积的比例成正比（r=0.69），而森林覆盖率与碳酸盐岩分布面积比例成反比（r=-0.75）（图4-9）。这意味着岩溶石山区植被恢复的缓慢性和困难程度。另外从植被群落活力指标净初级生产力（NPP）与碳酸盐岩分布面积成显著正相关关系（图4-10），可以认为岩溶石山区的植被群落是处于初级演化阶段，从森林生物量累积模型看，岩溶区的植被群落处于生物量快速累积阶段（李博，2000）（图4-11）。植被群落在演化发展的初期，其植被群落的稳定性较差，生态功能不完善，群落对环境变化的响应敏感，即该群落具脆弱性。
图4-8 广西岩溶县的分布与灌丛覆盖、森林覆盖之间的空间关系
图4-9 广西灌丛覆盖率、森林覆盖率与碳酸盐岩出露面积百分比之间的关系
图4-10 广西植被净初级生产力与碳酸盐岩出露面积比例之间的关系
图4-11 植被演替与群落生物量之间的关系
