茂兰喀斯特原生林不同地球化学环境的植物物种多样性.docVIP

茂兰喀斯特原生林不同地球化学环境的植物物种多样性 侯满福1, 2，蒋忠诚1* 1. 中国地质科学院岩溶地质研究所，广西 桂林 541004；2. 中国科学院植物研究所，北京 100093 摘要：中国西南岩溶区是中国生物多样性分布中心之一。该区生态系统不断退化，生物多样性大量丧失，不同喀斯特地球化学背景下植被恢复的速度与成林性质存在明显差异。我们在最有代表性之一的贵州茂兰喀斯特森林保护区选取纯灰岩和纯白云岩两种岩性的喀斯特环境，对其元素地球化学特征及其中原生性植物群落的相异性和物种多样性进行了对比，结果发现：①不同岩性区域多样性：乔木层和灌木层为纯灰岩区＞纯白云岩区，草本层为纯白云岩区＞纯灰岩区，总体上纯灰岩区的高于纯白云岩区的；②各样地间的相似性系数都很低，相同岩性类型内的明显高于不同岩性类型之间的相似度；物种周转率高，且白云岩区高于石灰岩区，种类组成差异明显；③喀斯特区可溶岩地球化学背景通过喀斯特作用导致特殊的地形条件与元素地球化学特征，并引起局部小生境的分异从而影响植物群落特征。 关键词：茂兰；喀斯特原生林；物种多样性；地球化学环境 中图分类号：Q948 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2006）03-0572-05 由于喀斯特区特殊的地球化学背景而使其生长的植物与酸性土区有明显不同[1-3]。但是目前亚热带喀斯特区原生林极其少见，绝大多数都已在人类活动过程中破坏和消失[3-4]。以往的研究多集中在某些具体的种[1]或者已经退化的群落，对喀斯特植物群落的本来面貌揭示不足。喀斯特原生林的研究也比较注重植物区系和群落结构、动态等，对生物多样性的研究积累得不多[2-3, 5-12]，还没有不同碳酸盐岩地球化学背景的生物多样性研究报道。生活基质会对生物多样性产生何种影响？已有研究结果差异较大，在不同的地理区域和不同植被类型间常常相反[13-18]，值得深入研究。目前喀斯特石漠化已成为严重的环境问题，植被恢复是解决这一问题的重要前提和关键[19-20]。通过对原生性植物群落生物多样性的研究，从植物生长的母岩、土壤来探索不同碳酸盐岩地球化学背景对植物多样性和物种组成的影响，对喀斯特区生物多样性保护和生态系统恢复与重建等方面有重要意义。 1 研究区概况 茂兰喀斯特森林区位于贵州省南部，贵州高原向广西丘陵平原过渡的斜坡地带，E107°52′10″~108°05′40″，N25°09′20″~25°20′50″之间，年平均气温15.3 ℃，年降雨量1752.5 mm，年平均相对湿度83%。森林面积约200 km2，南与广西木论喀斯特原生林相连，同属典型的峰丛洼地地貌。根据综合科考的结果[2]，林区地层为石炭系下统大塘组和摆佐组、中统黄龙群、上统马平群和二迭系下统栖霞组、茅口组，主要由纯质石灰岩及白云岩构成；植被为常绿、落叶阔叶混交林，属隐域性植被，是土壤-气候顶极。 2 研究措施和方法 采用典型取样法，在海拔、坡度、坡向等条件大致相同，岩性条件分别为纯灰岩、纯白云岩的典型原生林区按东、南、西、北4个坡向分别设置样地，在二者相互影响的区域设置了两个样地作为参照。在样地内采集岩石样品和土壤样品分析化学元素组成。 多样性采用Simpson和Shannon-Wiener多样性指数，丰富度采用Patrick和φransen和Jaccard相似性指数作为补充[22-23]。 3 结果分析 3.1 环境的元素化学特征 表1 茂兰样地的岩石元素质量分数（引自贵州省108地质队） Table 1 Element contents of different carbonate rocks in Maolan w/% 项目 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO P K Na 白云岩 0 0.02 0.06 30.92 21.89 0.0008 0.0066 0.033 石灰岩 0.6 0.27 0.75 53.70 0.03 0.0016 0.0250 0.036 茂兰林区的岩石主要是纯灰岩和纯白云岩[2]。岩石的化学元素含量见表1。基岩的性质决定了形成土壤的性质。碳酸盐岩的风化过程中90%的物质随流水带走[24]，能够残留下来形成土壤的物质极少，而Ca、Mg的大量迁移使土壤偏碱性（表2），并制约着很多元素，尤其是Fe、Mn、Cu、Zn等微量元素的存在状态和有效性[25-26]。从土壤分析结果看，白云岩区为中性偏弱酸性，石灰岩区为中性偏碱。石灰岩区土壤有更高的钙、镁含量，钙的质量分数在A层高达1.81%，C层也有0.93%，而纯白云岩区富含腐殖质的A0层钙的质量分数只有0.77%，其C层更是只有0.31%；镁的含量虽然较为接近，但在各层次上纯灰岩区均比纯白云岩区高。微量元素含量纯白