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小兴安岭主峰平顶山苔藓植物多样性及垂直分布研究

吴珠媛, 辛濛濛, 刘宇涵, 徐丹丹, 王长宝

吴珠媛, 辛濛濛, 刘宇涵, 等. 小兴安岭主峰平顶山苔藓植物多样性及垂直分布研究[J]. 云南农业大学学报(自然科学), 2020, 35(2): 309-317. DOI: 10.12101/j.issn.1004-390X(n).201906020
引用本文: 吴珠媛, 辛濛濛, 刘宇涵, 等. 小兴安岭主峰平顶山苔藓植物多样性及垂直分布研究[J]. 云南农业大学学报(自然科学), 2020, 35(2): 309-317. DOI: 10.12101/j.issn.1004-390X(n).201906020
Zhuyuan WU, Mengmeng XIN, Yuhan LIU, et al. Studies on the Diversity and Vertical Distribution of Bryophytes in Pingdingshan of Xiaoxing'an Ling[J]. JOURNAL OF YUNNAN AGRICULTURAL UNIVERSITY(Natural Science), 2020, 35(2): 309-317. DOI: 10.12101/j.issn.1004-390X(n).201906020
Citation: Zhuyuan WU, Mengmeng XIN, Yuhan LIU, et al. Studies on the Diversity and Vertical Distribution of Bryophytes in Pingdingshan of Xiaoxing'an Ling[J]. JOURNAL OF YUNNAN AGRICULTURAL UNIVERSITY(Natural Science), 2020, 35(2): 309-317. DOI: 10.12101/j.issn.1004-390X(n).201906020

小兴安岭主峰平顶山苔藓植物多样性及垂直分布研究

基金项目: 科技部“国家标本平台教学标本子平台”(2005DKA21403-JK)资助
详细信息
    作者简介:

    #对本文贡献等同,为并列第一作者。吴珠媛(1998—),女,黑龙江双鸭山人,在读本科生,主要从事植物资源学研究。E-mail:Ada500@163.com

    辛濛濛(1997—),女,黑龙江海伦人,在读本科生,主要从事植物资源学研究。E-mail:1055662035@qq.com

    通信作者:

    王长宝(1972—),男,江苏徐州人,博士,副教授,主要从事植物资源学研究。E-mail:wy985@aliyun.com

  • 中图分类号: Q949.35

摘要:
目的了解小兴安岭平顶山苔藓植物多样性和垂直分布特征,为林区生态恢复提供参考。
方法选取小兴安岭主峰平顶山8个不同海拔和植被型,系统研究苔藓植物组成及垂直分布对其多样性的影响。
结果(1)该区域发现苔藓植物107种(含变种),其中藓类90种1变种,占黑龙江省藓类的31.60%;苔类16种,占据黑龙江省苔类的12.21%。(2)地面藓类的优势科属分别占所调查地面藓类种数的39.07%和37.21%;地面苔类优势科属分别占所调查地面苔类种数的64.29%和42.86%;树生苔藓以距离地面0 m处多样性最高,共18种。(3) α多样性分析显示:海拔989 m处的Shannon-Wiener指数最大(2.69),304 m处最小(0.75);Pielous均匀度指数相对稳定,在0.27~0.74之间。(4) β多样性分析显示:海拔810 m和1 429 m两样地间的βC=50.00、βT=2.00,物种差异最大。(5)典范对应分析(canonical correspondence analysis, CCA)将17个主要地面苔藓物种划为与不同环境因子相关的3个组。
结论小兴安岭主峰平顶山苔藓植物种类丰富,物种多样性随海拔呈现双峰式变化,中低海拔山地的苔藓分布与干扰呈正相关。

 

Studies on the Diversity and Vertical Distribution of Bryophytes in Pingdingshan of Xiaoxing'an Ling

Abstract:
PurposeStudies on the diversity and vertical distribution of bryophytes in Pingdingshan of Xiaoxing'an Ling were carried out so as to provide a scientific reference for ecological restoration in the area.
MethodBased on the investigations of bryophytes on eight different altitudes and vegetations, the composition of bryophytes and the effects of vertical distribution on their diversity in Pingdingshan of Xiaoxing'an Ling were studied.
Results(1) We recorded 107 species in total, including 91 mosses (90 species and 1 variety) and 16 liverworts, which accounting for 31.60% and 12.21% that of the Heilongjiang Province respectively. (2) The dominant families and genera of mosses account for 39.07% and 37.21% of the total. The dominant families and genera of liverworts account for 64.29% and 42.86% of the total. The diversity of tree moss is the highest at 0 m from the ground, with a total of 18 species. (3) α-diversity analysis showed that the maximum at 989 m of Shannon-Wiener index was 2.63, and the minimum at 304 m was 0.75. Pielous uniformity index is relatively stable, from 0.27 to 0.72. (4) The analysis of the β-diversity showed that the largest difference between the two places of 810 m and 1 429 m is βc=50.00 and βT=2.00. (5) Seventeen major ground bryophyte species were divided into three groups according to CCA analysis (canonical correspondence analysis).
ConclusionThe species diversity of bryophytes in in Pingdingshan of Xiaoxing'an Ling is rich, and species diversity shows bimodal variation with altitude. The distribution of bryophytes in the middle and low altitude mountains is positively correlated with disturbance.

 

  • 苔藓植物作为高等植物的第二大类群,是生物多样性的重要组成部分,其特定的形态和生理功能在生态系统中发挥着重要作用,影响各种植被的水分平衡,也是生态演替过程中的重要先锋植物[1]。但由于其植物体小、难于鉴定,长期以来是生物多样保护工作的薄弱环节。中国苔藓植物种类丰富,共记录3 045种[2],其中黑龙江省约有500种[3]。小兴安岭是中国东北部的重要山脉和最大林区之一,虽然区内开展过多次植被调查工作,但涉及苔藓植物的勘察较少,其主峰平顶山垂直带谱较为明显,是进行苔藓植物多样性和垂直分布格局研究比较理想的地点。本研究通过对小兴安岭主峰平顶山的实地调查和标本采集:(1) 研究不同植被下苔藓植物的多样性变化,为林区生态恢复提供事实依据;(2)探究不同海拔苔藓植物多样性的变化,丰富对北温带林区苔藓植物垂直分布的认识;(3)补充当地物种多样性研究的苔藓植物数据。

    研究区位于小兴安岭南坡黑龙江省桃山林业局南河林场施业区(2017年被批准为国家级自然保护区),主峰平顶山海拔1 429 m,相对高差约1 100 m,地理坐标E 128°28′,N 46°38′;冬季寒冷漫长,冰雪覆盖期为每年10月至次年5月初,年均气温−1~1 ℃,≥10 ℃的积温1 800~2 300 ℃;年降水量550~700 mm,属于温带大陆性季风气候[4]。小兴安岭山区典型植被为红松阔叶混交林,但清朝中期至今经历过多次砍伐[5],当植被破坏严重时,阔叶树成为主要的植被物种[6];上世纪八十年代以来开始封山抚育,目前仅部分区域残留有较原始的植被。在经历了长期砍伐和近30年的恢复后,林区内植被类型更加多元化,苔藓植物生境和多样性也发生了相应变化。

    2018年5月1日—9月20日对目标地区进行3次踏查和1次样地调查。考虑到平顶山垂直分布较为明显,结合植被类型、地型和地貌等因素,分别在海拔304 m (水曲柳—白桦天然次生林)、478 m (鱼鳞云杉人工林)、604 m (白桦天然次生林)、712 m (臭冷杉—阔叶混交林)、810 m (针阔混交林)、989 m (臭冷杉—岳桦混交林)、1 093 1 093 m (鱼鳞云杉—岳桦混交林)和1 429 m (草甸—岳桦林)共设置8个10 m×10 m的样地。每隔2 m设立1个 小 样 方,每个 样 地 共 设16个50 cm×50 cm的小样方并编号。树生样方在样地内选取胸径15 cm上的树作为测量对象,并分别于距离地面0、0.3、0.8、1.1和1.8 m处设立,每棵树选取2个方向作为测量位置,每棵树共设立10个10 cm×10 cm的小样方。采集前先对生境及苔藓特殊性状进行拍照。对标本逐一编号,记录采集人、时间、海拔和盖度等数据。最后,将采集的标本放入纸袋中。

    将野外采集的标本带回实验室后进行整理和晾干。鉴定时,将标本浸入清水中复原,取其放于解剖镜和显微镜下,分别观察植株形态,中肋的有无、数量以及长短,锯齿的有无等性状。参考《东北苔类植物志》[7]《东北藓类植物志》[8]《黑龙江省及大兴安岭藓类植物》[9]《黑龙江省植物志:第一卷》[3]《中国苔藓志》[10-18]以及查阅其他苔藓相关资料。

    利用Excel 2016对研究区域内苔藓多样性统计分析。其中第8个样地即1 429 m处,采集时天气降雨,云雾较大,考虑到安全因素及数据的准确性,未对其进行盖度和湿度等测量,暂未加入到α多样性和环境因子分析中。

    (1) α多样性指数

    Shannon-Wiener指数(H')即不确定性测度,随机抽取某一个个体,归属于哪一物种不定,其不确定性与物种数目成正比[19]

    ${H^\prime } = \sum\limits_{i = 1}^s {{P_i}} {\rm{ln}}{P_i}$

    Pielous均匀度指数(JH)即群落物种的多度分布的均匀程度[19]

    ${J_{\rm{H}}} = \left( { - \sum\limits_{i = 1}^s {{P_i}} {\rm{ln}}{P_i}} \right)/{\rm{ln}}S$

    式中,Pi=Ni/NNi为第i种的相对盖度,NS个种的相对盖度之和,S为每个样地内苔藓植物种数。

    (2) β多样性指数

    Cody指数(βC)即利用生境梯度积分来表达物种被替代的速度[20]

    ${\beta _{\rm{C}}} = [{g}(H) + {l}({H})]/2$

    Wilson-Shmida指数(βT):

    ${\beta _T} = [{g}({H}) + {l}({H})]/2\alpha $

    式中,g(H)是沿海拔高度H增加的物种数目;l(H)是沿海拔高度H失去的物种数目,即在上一海拔中存在而在下一海拔中不存在的物种数目;α为各样地的平均物种数。

    根据《生物多样性观测技术导则 地衣和苔藓》[21]分别对7个样地的环境因素进行整理,同时结合研究区情况,将其中地貌类型和干扰度进行分级处理,地貌类型分级标准设置:山地为1,过水地为2,流石为3;干扰度分级标准设置:无为0,弱为0.5,强为1;海拔、坡度和群落高度利用GPS定位仪、坡度测量仪和布鲁莱斯测高器测量;郁闭度通过目测法判断样地被树冠的覆盖率进行测量;土壤pH利用pH计电位法测定;湿度利用便携式精密湿度计测量。郁闭度、土壤pH和湿度皆为样地区域内随机设置5个样点,取平均值。利用SPSS 24.0对7个样地环境因子进行相关度分析[22],利用Canoco 5.0对7个样地内28种主要苔藓与环境因子进行CCA二维排序分析[23],并计算重要值。

    ${\text{重要值}} = {{\left( {{\text{相对盖度}} + {\text{相对频度}}} \right)}}/{2}$

    经鉴定,研究区共100种(含变种)地面苔藓植物,其中藓类85种1变种分属于22科50属;苔类14种分属于8科10属。由表1可知:以属排序(>3),灰藓科(Hypnoideae)、柳叶藓科(Amblystegiaceae)、提灯藓科(Mniaceae)和塔藓科(Hylocomiaceae) 4个优势科包含地面藓类57.14%的属;以种排序(>5),提灯藓科、金发藓科(Polytrichaceae)、曲尾藓科(Dicranaceae)、灰藓科、锦藓科(Sematophyllaceae)、柳叶藓科和羽藓科(Thuidiaceae) 6个优势科占地面藓类种数的65.12%。以上代表平顶山藓类植物的优势主体,其中灰藓科、柳叶藓科和提灯藓科3科占所有属的30.61%,占藓类种数的39.07%,无论是以属排序还是以种排序都是优势科。优势属分别为匐灯藓属(Plagiomnium)、绢藓属(Entodon)、小金发藓属(Pogonatum)、羽藓属(Thuidium)、棉藓属(Drepanocladus)、青藓属(Brachythecium)和曲尾藓属(Dicranum),占藓类种数的37.21%。

    表  1  平顶山地面藓类植物优势科属分析
    Table  1.  Dominant family and genus of ground mosses in Pingdingshan
    以属排序优势科
    donmiant family
    属数>3
    genus
    以种排序优势科
    donminant family
    种数>5
    species
    以种排序优势属
    dominant genus
    种数>4
    species
    灰藓科Hypnoideae 5 提灯藓科Mniaceae 11 匐灯藓属Plagiomnium 5
    柳叶藓科Amblystegiaceae 5 金发藓科Polytrichaceae 9 绢藓属Entodon 5
    提灯藓科Mniaceae 5 曲尾藓科Dicranaceae 8 小金发藓属Pogonatum 5
    塔藓科Hylocomiaceae 4 灰藓科Hypnoidae 7 羽藓属Thuidium 5
    锦藓科Sematophyllaceae 7 棉藓属Drepanocladus 4
    柳叶藓科Amblystegiaceae 7 青藓属 Brachythecium 4
    羽藓科Thuidiaceae 7 曲尾藓属Dicranum 4
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    本研究区域的苔类物种相对单一,其中有5科仅发现1个种。这一方面是由于研究过程中有采集盲区,另一方面在于苔类一般平铺在基质上,不易被发现。由表2可知:无论是以属排序还是以种排序,裂叶苔科(Lophoziaceae)和叶苔科(Jungermanniaceae)都是优势科,占所有属的54.55%,占苔类种数的64.29%。优势属分析中,合叶苔属(Scapania)、裂叶苔属(Lophozia)和小萼苔属(Mylia)占苔类种数的42.86%。

    表  2  平顶山地面苔类植物优势科属分析
    Table  2.  Dominant families and genus of ground liverworts in Pingdingshan
    以属排序优势科
    donmiant family
    属数>1
    genus
    以种排序优势科
    donmiant family
    种数>1
    species
    以种排序优势属
    domiant genus
    种数>1
    species
    叶苔科Jungermanniaceae 3 叶苔科Jungermanniaceae 4 合叶苔属Scapania 2
    裂叶苔科Lophoziaceae 2 裂叶苔科Lophoziaceae 3 裂叶苔属Lophozia 2
    合叶苔科Scapaniaceae 2 小萼苔属Mylia 2
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    图1可知:距离地面0 m处(树干基部)的18种苔藓植物分属于13科17属,物种最多;0.8 m处2种苔藓植物分属于2科2属,物种最少。树生物种与地面苔藓物种相近,其中,相对于地面种类,毛边光萼苔(Porella vernicosa Lindb.)、直毛曲尾藓(Dicranum flagellare Hedw.)、毛叉苔(Metzgeria pubescens Raddi.)、波叶棉藓[Plagiothecium undulatum (Hedw.) B. S. G.]和垂悬白齿藓(Leucodon pendulus Lindb.)仅在树干发现。

    图  1  不同高处树生苔藓的多样性
    Figure  1.  The number of species, genera and families at different heights on tree

    图2可知:平顶山苔藓植物种类在不同海拔高度呈现2个峰值,分别出现在478 m的鱼鳞云杉林和1 093 m的岳桦—鱼鳞云杉混交林。478 m样地(26属35种)群落郁闭度是82%,为所有样地郁闭度最高;1093 m处(30属43种)样地群落郁闭度为75%,为所有样地群落郁闭度值的第2位。2个谷值分别出现在304和712 m处,其中712 m样地的苔藓最少,仅13属15种。推测苔藓分布与样地植被类型和群落郁闭度有关。

    图  2  苔藓植物属种随海拔梯度变化
    Figure  2.  The number of species and genera at different altitudes

    图3可知:对于不同海拔苔藓植物α多样性分析,Shannon-Wiener指数在0.75~2.69之间。其中989 m的最高为2.69,304 m的最低为0.75。989 m处植被类型为岳桦—臭冷杉混交林,地面类型为流石,光照4 552 lx (11:53测量),生境较为复杂;304 m处植被类型为天然次生林,地面类型为山地,光照390 lx (13:44测量),人为干扰较强。478、604、712、810和1 093 m指数分别为1.72、1.41、1.81、2.06和2.50。其中,604和712 m的分析结果大小比较与物种组成分析相反。604 m虽然生境为过水地,但群落郁闭度为40%,种数单一,种的丰富度并不高;712 m属数相对较少,但物种种数多,因此种的丰富度高。Pielous均匀度指数在0.27~0.74之间,表明均匀度存在一定差异。

    图  3  不同海拔地面生苔藓植物的α多样性
    Figure  3.  α-diversity of floor bryophyte communities at different altitudes

    表3可知:平顶山苔藓植物βC指数在7.50~50.00,βT指数在0.30~2.00。其中810 m和1 429 m的β多样性指数值最大,βC值为50.00,βT值为2.00,表明两样地的物种差异显著。同一时间段测量发现:两样地生境不同,810 m的郁闭度为69%,植被类型为针阔混交林,而1 429 m的植被类型为草甸—岳桦林,郁闭度低于810 m处样地,因此,两样地共有种较少。712 m和810 m的β多样性指数值最小,βC值为7.50,βT值为0.30,两样地海拔相近且湿度和光照接近,虽然植被有些差异,但均为针叶与阔叶树的混交林,所以苔藓植物的物种变化较少。

    表  3  不同海拔苔藓植物β多样性指数测度结果
    Table  3.  Value of β diversity index of bryophytes at different altitudes
    海拔/m altitude 304 478 604 712 810 989 1 093 1 429
    304 18.50 11.50 10.50 12.00 23.00 24.50 0.81
    478 0.74 15.00 14.00 19.50 26.50 23.00 28.00
    604 0.46 0.60 9.00 13.50 22.50 25.00 20.00
    712 0.42 0.56 0.36 7.50 22.50 25.00 22.50
    810 0.48 0.78 0.54 0.30 20.00 24.50 50.00
    989 0.92 0.92 1.00 0.98 1.00 19.50 22.00
    1 093 0.92 1.06 0.90 0.90 0.80 0.78 23.50
    1 429 0.66 1.12 0.80 0.90 2.00 0.88 0.94
    注:“╲”上方的数据为βC值,下方为βT值。
    Note: Datas above “╲” are βC, under “╲” are βT.
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    表4可知:从地貌类型和坡度看,中低海拔处主要是典型山地,坡度在8.6°~17°,只有604 m处坡度最小,有不明显积水;高海拔处无人为干扰,基本为原始植被,林下通常为体积较大、表面布满苔藓的流石。样地群落郁闭度在40%~82%,湿度在48%~68%。群落高度在10.5~14.4 m。样地土壤pH值均呈明显酸性,在3.8~6.5。

    表  4  平顶山样地环境因子
    Table  4.  Environmental factors of samples plots in Pingdingshan
    序号
    No.
    海拔/m
    altitude
    地貌类型
    geomorphic type
    坡度/(°)
    slope
    干扰度
    disturb
    郁闭度/%
    shade
    群落高度/m
    community height
    土壤pH
    soil pH
    湿度/%
    humidity
    植被类型
    vegetation form
    D001 304 1 12 0.5 68 10.5 6.5 68 水曲柳—白桦天然次生林natural secondary forest of Fraxinus mandshurica and Betula platyphylla
    D002 478 1 17 0.5 82 11.3 4.5 65 鱼鳞云杉人工林plantation of Picea jezoensis
    D003 604 2 7 0.5 40 12 4.2 48 白桦天然次生林natural secondary forest of B. platyphylla
    D004 712 1 15.8 0.5 67 12 3.8 67 臭冷杉—阔叶混交林mixed forest of Abies nephrolepis and broadleaf
    D005 810 1 8.6 1 69 12 4.3 62 针阔混交林mixed wood
    D006 989 3 26.4 0 75 13 4.2 60 臭冷杉—岳桦混交林mixed forest of A. nephrolepis and B. ermanii
    D007 1 093 3 18.4 0 55 14.4 4.6 52 鱼鳞云杉—岳桦混交林mixed forest of P. jezoensis and B. ermanii
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    对7个样地环境因子进行相关分析显示(表5):干扰度与地貌类型和坡度呈现显著负相关,相关系数分别为−0.786和−0.700;湿度与海拔、地貌类型、坡度和群落高度呈负相关,相关系数分别为−0.524、−0.583、−0.048和−0.617;群落高度与海拔和地貌类型分别呈极显著相关和显著相关,相关系数为0.926和0.756。

    表  5  平顶山7个样地环境因子相关系数
    Table  5.  Correlation coefficients bentween the environmental factors
    环境因子
    factors
    海拔
    altitude
    地貌类型
    geomorphic type
    坡度
    slope
    干扰度
    disturbance
    郁闭度
    shade
    群落高度
    height
    土壤pH
    soil pH
    湿度
    humidity
    海拔altitude1.000
    地貌类型geomorphic type0.5831.000
    坡度slope0.3330.3501.000
    干扰度disturbance−0.350−0.786*−0.700* 1.000
    郁闭度shade−0.0480.2330.0238 0.117 1.000
    群落高度height0.926**0.756*0.309−0.504−0.206 1.000
    土壤pH soil pH−0.195−0.0600.098−0.060 0.098−0.2641.000
    湿度humidity−0.524−0.583−0.048 0.233 0.333−0.6170.1951.000
    注:“**”表示极显著(P<0.01),“*”表示显著(P<0.05)。
    Notes: “**” means extremely significant (P<0.01), “*” means significant (P<0.05).
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    对7个样地内17个主要地面苔藓物种盖度与各样地间环境因子进行CCA二维分析,排序结果显示:特征值为0.462 1、0.386 0、0.180 5和0.160 5,表明排序分析可信。由图4可知:可将28个主要地面苔藓物种分为3组,且大多数苔藓物种位于第三、四象限中。

    图  4  平顶山样地环境因子与28种主要苔藓物种CCA二维排序
    Figure  4.  CCA ordination for 28 major bryophytes and environmental factors in Pingdingshan

    Ⅰ组:Y003. 万年藓[Climacium dendroides (Hedw.) Web. et Mohr]、Y006. 大灰藓(Hypnum plumaeforme Wils.)、Y009. 垂枝藓[Phytidium rugosum (Hedw.) Kindb.]。此组苔藓分布与土壤pH数据呈现正相关,与群落高度呈现负相关。

    Ⅱ组:Y002. 尖叶匐灯藓[Plagiomnium acutum (Lindb.) T. Kop.]、Y007. 绿羽藓[Thuidium assimile (Mitt.) Jaeg.]、Y005. 扁平棉藓(Plagiothecium neckeroideum B.S.G.)、Y015. 卵叶青藓[Brachythecium rutabulurn (Hedw.) B.S.G.]、Y004. 长喙棉藓[Plagiothecium succulentum (Wils.) Lindb.]、Y014. 疣拟垂枝藓[Rhytidiadelphus triquetrus (Hedw.) Warnst.]、Y016 拟附干藓[Schwetschkeopsis fabronia (Schwaegr.) Broth.]、Y017. 鼠尾藓[Myuroclada maximowiczii (Borszcz.) Steere.et Schof.]。此组苔藓分布与郁闭度呈现正相关,与土壤pH呈现负相关。

    Ⅲ组: Y008. 灰羽藓[Thuidium glaucinum (Mitt.) Bosch et Lac.]、Y001. 塔藓[Hylocomium splendens (Hedw.) B.S.G]、Y011. 金发藓(Polytrichum commune Hedw.)、Y013. 细叶拟金发藓[Polytrichastrum longisetum (Sw. ex Brid.) G. Sm.]、Y012. 稀孔泥炭藓(Sphagnum oligoporum Warnst. et Card.)、Y010. 棕色曲尾藓(Dicranum fusenscens Tuurn.)。此组苔藓分布与群落高度、地貌类型、海拔坡度呈现正相关,与土壤pH、湿度、干扰度呈现负相关。

    小兴安岭主峰平顶山苔藓植物物种多样性较高,本次调查中共发现苔藓植物107种,其中藓类90种1变种,占黑龙江省藓类的31.60%,分属于23科49属;苔类16种,占据黑龙江省的12.21%,分属于9科13属。地面苔藓共100种(包括土生、石生等),藓类85种1变种分属于22科50属,苔类14种分属于8科10属。由于小兴安岭降水较为充沛,林中空气湿度较大,存在一定种类的树生苔藓,但以树干基部种类最多,且与地面种类相近。虽然在样地中有7种苔藓仅在树干发现,但还不能完全确定是否为专性生于树木的种类。本次调查中发现的苔类相对较少,一方面在于苔类植物大都细小柔弱,更不易发现;另一方面在于受地形、坡度等因素影响存在采集盲区。此外,从苔藓植物对环境的适应性看,藓类比苔类耐低温,能分布于温带和寒带,北方地区的藓类物种数量相对更多些。

    人类活动对苔藓植物分布的影响引起不少学者的关注,普遍认为适度干扰会增加物种多样性,但强度或持续干扰通常会降低多样性[24-27]。从属种的数量变化上看,平顶山苔藓植物种类在不同海拔高度呈现2个峰值和谷值,这种变化与干扰程度存在明显关系。中低海拔由于长期砍伐,存在不同层度的人为干扰,最低海拔处(304 m)人类活动最为频繁,属种的数量较低,伴随海拔的增加干扰强度有所减弱,在478 m处出现第1个峰值,但伴随温度的下降导致部分种类的减少,因此,在712 m处的中山区苔藓植物的数量最少。在中高山区,人为的干扰逐渐减弱,且随着海拔的升高,不同样地的环境异质性增加,逐渐出现一些不同的种类,到1 093 m处的样地出现第2个峰值。从α多样性的变化上看,Shannon-Wiener指数出现了类似属种数量变化的波动,且峰值变化与属种数量变化基本一致,只是第2个峰值出现在989 m处。从β多样性的测度结果看,810 m处与1 429 m处的物种差异最大,主要因为前者是针阔混交林,后者为高山区的草甸—岳桦林植被,两者之间存在明显的环境异质性。李粉霞等[28]对西天目山苔藓植物多样性的研究表明不同海拔之间物种更替明显。HERNÁNDEZ等[29]对加那利群岛上苔藓植物垂直分布的研究结果显示:所有苔藓植物的α多样性随海拔升高呈现峰形模式(hump-shaped pattern),物种替代是形成垂直分布β多样性的主要因素。陈云等[30]研究发现:小秦岭苔藓物种多样性随海拔的上升呈显著的上升格局,与本研究的双峰模式有所区别。这种差异可能是两地在纬度上相距较远,且小兴安岭经历长期砍伐以及近些年来的育林,呈现特殊的垂直分布特征。

    环境因子对物种分布及其多样性的形成具有重要影响,但两者之间的关系十分复杂,通常不是某一环境因子造成的,而是多个因子之间的相互作用,在区域尺度上主要因素有地形地貌、土壤、湿度、干扰程度及海拔等[31-34]。通过典型相关分析(CCA)对不同环境因子与平顶山17个主要苔藓植物物种分布进行研究,发现不同种类苔藓分布与环境因子存在特定关系。如:塔藓科垂枝藓的分布与土壤pH和湿度干扰度呈正相关,而疣拟垂枝藓与群落高度、海拔和坡度呈现正相关,说明同科的不同物种在生态位上有所分化[35]。对于土壤pH,多数种类呈现负相关,主要是由于本次调查的范围为小尺度,样地设立地理坐标相近,土壤pH接近,且整体偏酸性无显著差异。除高海拔山地外,平顶山的中低海拔区都遭受了不同程度的砍伐,虽然近些年经过人工造林和封山修复后植被的覆盖率较高,但人为干扰的影响较强。所以,在17个主要苔藓中有8个种的分布与干扰呈现正相关。

    目前,国内所有林区都已进入全面禁伐的阶段,在植被修复和演替过程中苔藓植物的分布及多样性也将伴随着发生变化。因此,在将来的研究中应该关注不同演替阶段人工林下苔藓植物的多样性,以便为生态修复提供有价值的参考。

  • 图  1   不同高处树生苔藓的多样性

    Figure  1.   The number of species, genera and families at different heights on tree

    图  2   苔藓植物属种随海拔梯度变化

    Figure  2.   The number of species and genera at different altitudes

    图  3   不同海拔地面生苔藓植物的α多样性

    Figure  3.   α-diversity of floor bryophyte communities at different altitudes

    图  4   平顶山样地环境因子与28种主要苔藓物种CCA二维排序

    Figure  4.   CCA ordination for 28 major bryophytes and environmental factors in Pingdingshan

    表  1   平顶山地面藓类植物优势科属分析

    Table  1   Dominant family and genus of ground mosses in Pingdingshan

    以属排序优势科
    donmiant family
    属数>3
    genus
    以种排序优势科
    donminant family
    种数>5
    species
    以种排序优势属
    dominant genus
    种数>4
    species
    灰藓科Hypnoideae 5 提灯藓科Mniaceae 11 匐灯藓属Plagiomnium 5
    柳叶藓科Amblystegiaceae 5 金发藓科Polytrichaceae 9 绢藓属Entodon 5
    提灯藓科Mniaceae 5 曲尾藓科Dicranaceae 8 小金发藓属Pogonatum 5
    塔藓科Hylocomiaceae 4 灰藓科Hypnoidae 7 羽藓属Thuidium 5
    锦藓科Sematophyllaceae 7 棉藓属Drepanocladus 4
    柳叶藓科Amblystegiaceae 7 青藓属 Brachythecium 4
    羽藓科Thuidiaceae 7 曲尾藓属Dicranum 4
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    表  2   平顶山地面苔类植物优势科属分析

    Table  2   Dominant families and genus of ground liverworts in Pingdingshan

    以属排序优势科
    donmiant family
    属数>1
    genus
    以种排序优势科
    donmiant family
    种数>1
    species
    以种排序优势属
    domiant genus
    种数>1
    species
    叶苔科Jungermanniaceae 3 叶苔科Jungermanniaceae 4 合叶苔属Scapania 2
    裂叶苔科Lophoziaceae 2 裂叶苔科Lophoziaceae 3 裂叶苔属Lophozia 2
    合叶苔科Scapaniaceae 2 小萼苔属Mylia 2
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    表  3   不同海拔苔藓植物β多样性指数测度结果

    Table  3   Value of β diversity index of bryophytes at different altitudes

    海拔/m altitude 304 478 604 712 810 989 1 093 1 429
    304 18.50 11.50 10.50 12.00 23.00 24.50 0.81
    478 0.74 15.00 14.00 19.50 26.50 23.00 28.00
    604 0.46 0.60 9.00 13.50 22.50 25.00 20.00
    712 0.42 0.56 0.36 7.50 22.50 25.00 22.50
    810 0.48 0.78 0.54 0.30 20.00 24.50 50.00
    989 0.92 0.92 1.00 0.98 1.00 19.50 22.00
    1 093 0.92 1.06 0.90 0.90 0.80 0.78 23.50
    1 429 0.66 1.12 0.80 0.90 2.00 0.88 0.94
    注:“╲”上方的数据为βC值,下方为βT值。
    Note: Datas above “╲” are βC, under “╲” are βT.
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    表  4   平顶山样地环境因子

    Table  4   Environmental factors of samples plots in Pingdingshan

    序号
    No.
    海拔/m
    altitude
    地貌类型
    geomorphic type
    坡度/(°)
    slope
    干扰度
    disturb
    郁闭度/%
    shade
    群落高度/m
    community height
    土壤pH
    soil pH
    湿度/%
    humidity
    植被类型
    vegetation form
    D001 304 1 12 0.5 68 10.5 6.5 68 水曲柳—白桦天然次生林natural secondary forest of Fraxinus mandshurica and Betula platyphylla
    D002 478 1 17 0.5 82 11.3 4.5 65 鱼鳞云杉人工林plantation of Picea jezoensis
    D003 604 2 7 0.5 40 12 4.2 48 白桦天然次生林natural secondary forest of B. platyphylla
    D004 712 1 15.8 0.5 67 12 3.8 67 臭冷杉—阔叶混交林mixed forest of Abies nephrolepis and broadleaf
    D005 810 1 8.6 1 69 12 4.3 62 针阔混交林mixed wood
    D006 989 3 26.4 0 75 13 4.2 60 臭冷杉—岳桦混交林mixed forest of A. nephrolepis and B. ermanii
    D007 1 093 3 18.4 0 55 14.4 4.6 52 鱼鳞云杉—岳桦混交林mixed forest of P. jezoensis and B. ermanii
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    表  5   平顶山7个样地环境因子相关系数

    Table  5   Correlation coefficients bentween the environmental factors

    环境因子
    factors
    海拔
    altitude
    地貌类型
    geomorphic type
    坡度
    slope
    干扰度
    disturbance
    郁闭度
    shade
    群落高度
    height
    土壤pH
    soil pH
    湿度
    humidity
    海拔altitude1.000
    地貌类型geomorphic type0.5831.000
    坡度slope0.3330.3501.000
    干扰度disturbance−0.350−0.786*−0.700* 1.000
    郁闭度shade−0.0480.2330.0238 0.117 1.000
    群落高度height0.926**0.756*0.309−0.504−0.206 1.000
    土壤pH soil pH−0.195−0.0600.098−0.060 0.098−0.2641.000
    湿度humidity−0.524−0.583−0.048 0.233 0.333−0.6170.1951.000
    注:“**”表示极显著(P<0.01),“*”表示显著(P<0.05)。
    Notes: “**” means extremely significant (P<0.01), “*” means significant (P<0.05).
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出版历程
  • 通信作者:  王长宝 wy985@aliyun.com
  • 收稿日期:  2019-06-17
  • 修回日期:  2019-12-14
  • 网络首发日期:  2020-02-29

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