海南岛砖红壤沟蚀区四种植被恢复林型下木植物多样性与土壤理化性质的关系

《Plants》：Relationship Between Understory Plant Diversity and Soil Physicochemical Properties in Four Vegetation Restoration Forest Types in the Latosol Gully Erosion Area on Hainan Island

　　

研究下木植物多样性与土壤理化性质的关系，有助于理解人工林可持续发展。砖红壤沟蚀区植被恢复在防治土壤侵蚀中具有关键作用。沟蚀后开展植被恢复的区域中，下木植物多样性与土壤理化性质的变化尚不清楚。研究人员在海南蚂蟥岭流域采用四种林型（马占相思（Acacia mangium）林、大叶桉（Eucalyptus robusta）林、马占相思–大叶桉混交林、马占相思–大叶桉–假梨竹（Schizostachyum pseudolima）混交林）调查下木物种组成、重要值、植物多样性及土壤理化性质，并探讨其相关性。共记录49种植物，隶属47属20科。大叶桉林（31种）和马占相思–大叶桉混交林（27种）物种丰富度较高、群落结构较复杂。优势灌木为桃金娘（Rhodomyrtus tomentosa）、黑面神（Breynia fruticosa）、银柴（Aporosa dioica）、车桑子（Dodonaea viscosa）；优势草本为藿香蓟（Ageratum conyzoides）、飞机草（Chromolaena odorata）、翅果菊（Spermacoce alata）、苏门白酒草（Erigeron sumatrensis）。四种恢复林型中，草本层丰富度指数高于灌木层，灌木层与草本层多样性指数无显著差异（p > 0.05）。土壤容重为1.57 g·cm?3至1.63 g·cm?3，马占相思林总孔隙度（38.77%）和持水量（190.37 t·hm?2）优于其他林型。大叶桉林NH4+-N和NO3?-N较低，马占相思林有机质含量显著较高（13.71 g·kg?1）。相关分析与冗余分析（RDA）表明，土壤含水量、pH和土壤有机质是影响草本层与灌木层植物多样性的关键因素。总体而言，研究人员建议蚂蟥岭沟蚀区未来生态修复工程可考虑营造马占相思纯林与混交林，以维持下木植物多样性稳定并改善砖红壤肥力。

研究背景方面，沟蚀是由水力和重力共同作用下发生的一种土壤侵蚀形式，可导致土壤肥力退化、水体富营养化及植被退化。海南儋州蚂蟥岭流域因20世纪60至80年代天然林被破坏，形成大量深达30 m的侵蚀沟，被称为“海南黄土高原”。自2000年起，海南实施大规模植被恢复工程，种植马占相思和大叶桉等树种，水土流失得到控制，但恢复后沟岸崩塌、进一步侵蚀扩展风险仍具挑战。既有研究多关注水源涵养特征，而下木植物多样性与土壤理化性质如何随恢复林型变化仍不清楚，因此研究人员在开展植被恢复后的生态质量评价与可持续管理需求背景下，设置四种林型进行比较研究。

该研究发表于《Plants》。研究人员以海南蚂蟥岭水土保持监测站为研究区，在马占相思林、大叶桉林、马占相思–大叶桉混交林、马占相思–大叶桉–假梨竹混交林中开展调查，得出下木物种组成、多样性及土壤理化性质存在林型差异，土壤含水量、pH和土壤有机质是下木植物多样性的主要驱动因子，并提出马占相思纯林与混交林在热带沟蚀区生态修复中具有应用价值。

主要关键技术方法方面，研究人员于2024年7月雨季在四种林型各设3个10 m × 40 m样地，灌木层设5 m × 5 m小样方、草本层设1 m × 1 m小样方；土壤按0–10 cm、10–20 cm、20–40 cm、40–60 cm分层用环刀法采样并测定物理性状，化学性状测定pH、土壤有机质（SOM）、NH₄⁺-N、NO₃^?-N；多样性采用丰富度指数、Shannon–Wiener指数、Simpson指数、Pielou指数；统计用单因素方差分析（ANOVA）与最小显著差异（LSD）多重比较、Pearson相关、Canoco 5.0冗余分析（RDA）。

研究结果如下。物种组成（Species Composition of Understory Plants）：研究人员记录49种下木植物，大叶桉林物种数最多，马占相思林最少；灌木层以桃金娘、黑面神、银柴、车桑子为主，草本层以潘氏草（Paspalum thunbergii）、扁穗牛鞭草（Panicum repens）、藿香蓟、飞机草为主，且草本层多为入侵种，说明破碎地形与水分胁迫筛选出耐干扰速扩物种。

下木植物多样性（Understory Plant Diversity of Different Vegetation Restoration Forest Types）：草本层丰富度总体高于灌木层，灌木层与大叶桉林多样性最高，马占相思林最低但灌木均匀度最高，草本层以马占相思–大叶桉–假梨竹混交林多样性最高；林型主要通过丰富度而非均匀度影响下木多样性。

土壤理化性质（Soil Physicochemical Properties of Different Vegetation Restoration Forest Types）：马占相思林容重最低、总孔隙度、毛管孔隙度、最大与有效持水量最高，物理结构最优；混交林NH₄⁺-N、NO₃^?-N、SOM高于纯林，化学肥力更优；各性状随土层加深呈规律变化，显示物理改善与化学培肥之间存在权衡。

下木植物多样性与土壤理化性质关系（Relationship Between Understory Plant Diversity and Soil Physicochemical Properties）：灌木层多样性与孔隙度、持水量显著负相关，与pH、SOM显著正相关；草本层多样性与土壤含水量、NH₄⁺-N、NO₃^?-N显著正相关。RDA显示灌木层方差解释率93.02%，pH解释力44.60%；草本层方差解释率94.33%，土壤含水量解释力78.30%。土壤含水量、pH、SOM为两层共同主要限制因子。

讨论部分总结如下。物种组成讨论指出，沟蚀区浅根速生草本优于深根灌木，低郁闭度促进喜光草本，恶劣生境构成生态过滤；多样性讨论指出，热带砖红壤养分贫瘠、雨季淋溶和微地形水分波动形成强环境过滤，大叶桉林因冠层开放、竞争弱而物种较多，马占相思林高郁闭度抑制下木；土壤性状讨论指出，马占相思林凋落物多、分解慢，物理持水与SOM积累好，混交林因树种互补提升矿质氮；驱动因子讨论指出，灌木依赖稳定化学环境（pH、SOM），草本依赖表层水氮脉冲，两层资源利用策略不同。

结论部分翻译如下。在海南蚂蟥岭砖红壤沟蚀区，研究人员研究了四种植被恢复林型下木植物多样性与土壤理化性质的关系。共记录49种植物，隶属47属20科。大叶桉林与马占相思–大叶桉混交林物种丰富度更高、群落结构更复杂。草本层丰富度指数高于灌木层，两层多样性指数无显著差异。马占相思林容重较低、孔隙度较高，持水量提升并减少地表失水；其SOM显著较高，混交林NH₄⁺-N和NO₃^?-N较高，改善了马占相思纯林与混交林土壤化学性质。下木植物多样性主要受土壤含水量、pH和SOM共同影响，这些是关键驱动因子。结果表明，马占相思纯林与混交林具有良好土壤理化基础，可在热带沟蚀区植被恢复中改善生态环境。该发现为未来生态修复工程选择马占相思纯林与混交林提供实证依据，也为兼顾生物多样性保护与原土肥力恢复的自适应森林管理提供科学基础。