中国西南喀斯特瀑布苔藓植物的生态学研究

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喀斯特瀑布(Karst waterfalls)是独特的生态系统之一,具有其特殊的生态学、地质学和环境学意义。中国西南是世界上喀斯特瀑布分布数量最集中、类型最多和经济价值最大的区域之一。瀑布生物喀斯特沉积景观是一批世界自然遗产、国家级风景名胜区及自然保护区的重要组成成分,如贵州的黄果树瀑布群、四川的九寨沟瀑布群和黄龙瀑布群、云南的罗平九龙瀑布群和广西的德天瀑布等,具有重要研究价值。本文以中国西南典型喀斯特瀑布为代表,采用生态学、植物地理学、喀斯特学和沉积学多学科交叉的理论和方法,于2004年10月至2007年8月,对86个喀斯特瀑布苔藓植物进行了较系统的野外调查,行程约3.6万公里,共采集样品和标本2100份;对黔中6种苔藓生长速度进行了为期两年的野外定点观测;利用A Analyst 800原子吸收光谱仪和AF-640原子荧光光谱仪对8种苔藓和水体中7种金属元素含量进行了分析;比较了中国西南和西欧喀斯特瀑布中分布的苔藓群落组成特征。结果如下:1)依据水源特征并结合喀斯特地貌特点,提出了一个新的喀斯特瀑布分类系统。将该区喀斯特瀑布划分为2大类型、4个亚类型和12个小类型,并揭示了其地理分布规律性。2)该区域瀑布苔藓植物共有34科92属248种(含变种亚种)。依据各物种分布频度,结果表明罕见种占54.03%、稀见种占32.66%、偶见种占6.86%、频见种占4.43%和常见种占2.02%。该区苔藓地理成分为热带亚洲成分占20.97%、泛热带成分占1.21%、热带亚洲至热带非洲成分占1.21%、东亚成分占19.35%、北温带成分占20.57%、东亚和北美洲际间断成分占1.61%、旧世界温带成分占1.21%、温带亚洲成分占4.03%、中国特有占14.5%和世界广布种占15.32%。3)依据对钙的适应性能力的高低,可将苔藓植物划分钙华苔藓、喜钙苔藓和广幅苔藓等3种适钙生态类群,报道了中国钙华苔藓38种。发现瀑布区苔藓营养繁殖普遍,孢子体罕见,雌雄异株的种类占总数的81.45%等特点。苔藓适应瀑布沉积环境,植物体形态上相应出现了绿色生长区、半钙化区、钙化区和石化区等分化。植物体钙化和石化的结果,增强了苔藓适应瀑布富钙、高速沉积和高速冲击力的激流环境的能力。4)黔中6种苔藓植物配子体地上部分年均生长速度是:大叶风尾藓是1.283cm/yr、狄氏石灰藓是2.072cm/yr、威氏石灰藓是2.35cm/yr、钩喙净口藓是1.76cm/yr、橙色净口藓是0.883cm/yr和牛角藓是1.56cm/yr。苔藓植物的生长速度因种类不同及生长季节有差异。5)在喀斯特瀑布中生长的苔藓植物体内金属元素含量普遍比较高,含量的顺序与水体中的顺序基本一致。不同物种植物体对金属元素的吸收、富集却有较大的差异。根据8种苔藓对瀑布水体中不同金属元素的富集作用的差异可划分为4组:大叶石灰藓和东亚泽藓对Zn和Ca超强烈富集;橙色净口藓和湿原藓对Zn和Cu超强烈富集:狄氏石灰藓和牛角藓对Zn超强烈富集;仰叶藓和大叶风尾藓对Cu、Pb和Zn等三种元素超强烈富集。6)中国西南18个喀斯特瀑布中,共有30种苔藓植物群落,由12科27属61种组成;而西欧18个喀斯特瀑布中,仅有28种苔藓植物群落,由15科24属33种组成。尽管两地代表性的群落略有差异,但总体上拥有许多相似的特征,如生活型和生态分布类型等。7)根据水流和地貌特点,划分中国西南喀斯特瀑布苔藓沉积物为4大生态沉积类型;新报道了16种苔藓喀斯特生态沉积小类型。8)提出了喀斯特瀑布沉积生境中急需保护的20种苔藓物种建议名单。
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