阿爾泰山溫泉溝森林公園地衣區系的比較研究

姜澤群, 阿不都拉·阿巴斯, 艾尼瓦爾·吐米爾

新疆大學生命科學與技術學院,烏魯木齊 830046

阿爾泰山溫泉溝森林公園地衣區系的比較研究

姜澤群, 阿不都拉·阿巴斯, 艾尼瓦爾·吐米爾*

新疆大學生命科學與技術學院,烏魯木齊 830046

為了查明阿爾泰山溫泉溝森林公園地衣物種組成及區系特征, 對不同海拔采集的地衣進行了種類鑒定和區系分析, 同時對其他11個地區的地衣區系進行了比較。不同地區間的地衣種屬相似性采用Czehanowski系數; 地衣的區系豐富性采用左家哺綜合系數; 地衣區系地理成分的相關性采用主成分分析和聚類分析法進行了比較。結果表明, 阿爾泰山溫泉溝森林公園地衣區系中, 單種科和單種屬的比例在該地區地衣種類組成中較高, 分別占該地區地衣總科屬數的 40%和 56.52%。屬的相似性與額爾齊斯河大峽谷最高為 64.15%, 種的相似性與哈納斯國家級自然保護區最高為33.96%, 與武夷山地衣的屬種相似性最低分別為 27.12% 和 2.27%。地衣科、屬、種的豐富度指數, 還是綜合性豐富性指數較低, 所比較的12個地區中排在我國第9位。地衣區系地理成分中, 環北極成分占優勢, 其次為溫帶成分和世界廣布成分, 與高等植物區系特征相符。

種屬相似性; 地衣區系; 豐富度指數; 阿爾泰山; 新疆

1 前言

植物區系是某一地區, 或者是某一時期, 某一分類群, 某類植被等所有植物種類的總成[1-3]。植物區系的形成是植物界在一定的自然歷史環境中發展演化和時空分布的綜合反映。一個特定區域的植物區系, 不僅反映了這一區域中植物與環境的因果關系, 而且也反映了植物區系在地質歷史時期中的演化[1-4]。各地區植物區系之間既有相互聯系, 又有獨立發展的一面, 具體情況不僅可以反映地區間植物區系之間的聯系, 而且能夠反映不同地區環境和自然演化史關系的密切程度[4]。研究植物區系的相似性和差異不僅對深入認識區域古地理環境演變和現代地理環境特征有所幫助, 而且能揭示其物種的古老性、復雜性、獨特性和多樣性[5-6]。因此, 植物區系研究在區域物種多樣性的形成機制和變化預測、生物多樣性評估等基礎理論的研究和應用中具有重要理論和實踐價值[5-7]。

阿爾泰山在生物區系演化中, 由于北方適寒濕型泰加類群入侵, 并與亞洲中部適溫旱型荒漠類群在域內匯合并相互滲透, 使之生物多樣性組成十分獨特, 資源高度富集; 并在山地形成了完整的自然景觀垂直帶譜結構, 此結構是從北極苔原、歐洲-西伯利亞泰加林、北方森林草原以至亞洲中部荒漠等地帶性景觀在山地的縮影, 因而在研究生物區系起源、類群演化與資源保護與開發上, 具有極高的科學地位[8]。阿爾泰山溫泉溝森林公園位于阿爾泰山的中部, 大陸性寒溫帶冷氣候特征明顯, 植物資源豐富, 在生物多樣性保護方面具有重要的研究價值。但目前有關該地區地衣資源以及區系組成等方面未見研究報道。因此, 本研究根據野外調查數據,并參考前人的研究資料的基礎上分析了阿爾泰山溫泉溝森林公園地衣區系組成, 同時與國內其他11個地區的地衣區系進行了比較。

2 材料與方法

2.1 研究區概況

阿爾泰山溫泉溝森林公園位于福海林場境內,地理坐標為： E 88°45′56″—89°05′31″, N 47°40′42″—48°05′55″, 公園規劃面積為 88793 ha。福海林場林區位于額爾齊斯河主要水源地之一的哈拉額爾齊斯河、卓路特河源頭。地處E 88°22′35″—89°3′55″, N 47°33′22″—48°10′50″之間, 北與蒙古人民共和國接壤, 東界富蘊林場, 南接福海縣, 西與阿勒泰市毗連, 南北長約69 km, 東西寬約53 km。福海林場大體是北高南低的中山地區, 在阿爾泰山斷裂構造中形成西北向東南漸趨低下, 西北部山勢最高的地形。林場最低海拔854 m, 最高海拔3332 m, 地形復雜, 坡度一般在20°—40°之間, 由于受地質影響, 階梯發育比較明顯, 形成低山帶、中山帶、亞高山帶和高山帶四部分。該林區屬溫帶大陸性氣候, 冬季漫長而寒冷夏季溫涼而短暫, 寒暑變化很大, 境內氣溫以7月為最高, 溫度≥20 ℃, 1月最低, 平均溫度為-21.7 ℃, 年降水量500 mm左右, ≥10 ℃ 積溫在1800 ℃—2600 ℃之間, 累年平均無霜期為148 d。林區植被垂直分布明顯, 包括：(1)低山灌木草原帶：在林場南端, 海拔在1100 m以下; (2)山地森林和森林草原帶： 海拔 1100 m—2500 m, 以林區主要活動要帶, 主要樹種有西伯利亞落葉松(Larix sibirica Ledeb.), 西伯利亞云杉(Picea obovata Ledeb.)及疣枝樺(Betula pendula Roth)、山楊(Populus davidiana Dode)等; (3)亞高山草甸帶： 海拔在2400—2700 m左右; (4)高山草甸帶： 本帶下限在海拔2700 m左右[9]。

2.2 研究方法

在野外考察時,根據研究地區的植被和景觀特征, 在海拔910 m—2100 m間隨機設置樣地20個,采集地衣標本 300多份, 拍攝地衣生態照片、記錄經緯度和有關環境參數。在實驗室進行物種鑒定,查閱文獻、借鑒前人研究成果統計出研究區地衣區系數據。地區間地衣區系的相似程度一般采用Czehanowski系數進行計算[5,10-11]：

式(1)中： SC為相似性系數; A為甲地地衣科(屬)的數目; B為乙地衣物科(屬)的數目; C為兩地共有的地衣科(屬)的數目。

地衣的區系豐富性采用左家哺綜合系數法[12-13],定義：

式中xik表示k個地區第i個地區 m個分類單元中的第k個分類單位數據, xik表示n個地區中m個分類單位中第 k個分類單位的數據的平均值, 其數值越大, 表示該地區區系越豐富, 反之亦然[12-13]。

3 結果與分析

3.1 溫泉溝森林公園地衣種類組成

本研究初步確定分布在阿爾泰山溫泉溝森林公園的地衣共有56種, 隸屬于5目、15科、23屬。其中, 文字衣目(Caliciales)含1科, 1屬, 1種; 茶漬目(Lecanoralis)含11科, 18屬, 46種; 黃枝衣目(Teloschistales)含1科2屬7種; 瓶口衣目(Verrucariales)含1科, 1屬, 1種; 地卷目(Peltigerales)含1科, 1屬, 1種, 詳細的地衣名錄在另文中報道。

3.2 溫泉溝森林公園與其它地區地衣屬種相似性比較

12個不同地區地衣種類組成中, 單種科、單種屬、優勢科和優勢屬的組成比例見表1。

從表 1可知, 阿爾泰山溫泉溝森林公園地衣區系中的單種科和單種屬地衣種類占該地區地衣種類中的比例較高, 分別占該地區地衣總科屬數的40 %和 56.52 %, 說明了該地區地衣在區系具有古老性質和自然環境的獨特性。阿爾泰山溫泉溝森林公園地衣中優勢科的比例最低為20 %, 說明地衣在科的水平上沒有明顯的優勢現象, 但在屬的水平上該地區的優勢屬占總屬數的 21.74 %, 僅次于額爾齊斯河大峽谷。研究一個地區地衣區系特征時, 應與多個地區的地衣屬種數、屬種相似性、豐富度作比較,不但可以更好的解釋該地區地衣物種的多樣性, 掌握該地區地衣的演替、遷移以及分布規律。同時, 一個地區與其它地區地衣區系中共有屬、種的比較有助于認識和分析他們彼此在地理上和發生上的聯系[10]。本文分別從屬種數、豐富度、屬種相似性等角度將阿爾泰山溫泉溝森林公園的地衣種類與其余 11個地區作比較, 見表2。

表1 12個不同地區地衣區系科屬的基本組成對比Tab. 1 Comparative analysis on the family and genus composition in 12 different areas

表2 阿爾泰山溫泉溝森林公園與其它地區的屬種相似性統計Tab. 2 Statistics of genera and species similarity of Hot Spring Forest Park of Altay Mountain, Xinjiang and several other areas

從表 2可知, 研究地區地衣屬種的組成與分布在新疆境內的其他 7個地區間的相似性較高, 與分布內地的4個地區間的相似性較低。其中屬種相似性最高的分別為額爾齊斯河大峽谷、哈納斯國家級自然保護區、阿爾泰山兩河源國家級自然保護區和托木爾峰國家級自然保護區; 屬種相似性最低的是,武夷山分別為27.12 %和2.27 %; 其次為重慶金佛山30.77 % 和2.72 %。我們認為, 在地衣區系屬種組成上的這種差異與各地區的自然環境和氣候有著緊密的關系, 例如, 重慶的氣候屬于中亞熱帶濕潤季風區、內蒙古屬于中溫帶半濕潤溫寒氣候區、武夷山屬于中亞熱帶季風氣候、河北駝梁山屬于溫帶半濕潤季風氣候; 而新疆境內的這些地區基本屬于大陸性溫帶、寒溫帶、半干旱氣候。因此, 分布在新疆的地衣種類中耐寒耐旱的種類較多, 殼狀地衣種類占優勢, 而內地的地衣種類生長在比較潮濕, 濕潤的環境, 葉狀和枝狀地衣的種類比新疆地區多, 從而出現地衣屬種相似性間的差異。

3.3 與我國其他地區地衣豐富性比較

我們根據文獻資料, 采用左家哺綜合系數計算了我國12個地區地衣區系豐富度指數, 見表3。

從表 3中可知, 阿爾泰山兩河源自然保護區的地衣豐富度指數最高、其次為托木爾峰國家級自然保護區, 天山一號冰川與內蒙古賽罕烏拉國家自然保護區排最后。雖然阿爾泰山溫泉溝森林公園在地理位置上與哈納斯國家自然保護區和阿爾泰山兩河源自然保護區較近, 屬于大陸性寒溫帶干旱氣候區,同時受到第四紀冰川的影響, 但豐富度綜合排序差異較大, 無論是科、屬、種的豐富度指數, 還是綜合性豐富性指數均排在12個比較地區中第9位。這可能是與各研究區域取樣面積的大小差異和采集的地衣標本數量的不同等因素有關。武夷山與重慶金佛山均地處亞熱帶季風氣候區, 氣候溫暖潮濕, 空氣濕度較大, 植被種群起源較早, 未受到第四紀冰川活動的影響, 故兩地的區系中含部分古老成分, 以亞熱帶常綠闊葉林為主, 多樣的環境是造成地衣豐富度較高的主要原因。因此, 武夷山、重慶金佛山地衣物種豐富度綜合指數遠大于阿爾泰山溫泉溝森林公園。內蒙古賽罕烏拉國家自然保護區的氣候干燥, 植被相對單一, 生境類型相對較少, 而且受調查范圍的限制, 該地區的地衣物種豐富度綜合指數最低。河北駝梁山的地衣以北方溫帶廣布種為主,該地區溫度較低, 但濕度較大, 屬大陸性溫帶季風氣候。此環境下, 生長的地衣多為葉狀和枝狀, 屬于喜濕、耐寒類型, 殼狀地衣相對較少, 故而在地衣物種豐富度綜合指數較低, 排第10。

3.4 與其他地區地衣區系地理成分的比較

植物區系譜是指某一特定植物區系中各區系成分所占比率的集合, 反映了各種區系成分在該區系中占有的比率或對其區系總體的貢獻[21]。本文選擇12個地區地衣地理成分區系譜(見表 4)的基礎上,采用MVSP(Version 3.13)多元分析軟件對12個地區的地衣區系成分進行主成分分析和聚類分析, 見圖1和圖2。

表3 阿爾泰山溫泉溝森林公園與其他地區地衣植物豐富度比較Tab. 3 Comparison of abundance of lichens between Hot Spring Forest Park of Altay Mountain and other areas

表4 12個地區地衣地理成分區系譜Tab. 4 Lichen floristic spectrum of twelve different areas

圖1 主成分分析排序圖Fig. 1 Ordination of principal component analysis

圖2 聚類分析樹狀圖Fig. 2 Cluster analysis dendogram

主成分分析結果表明, 第一主成分的特征根為2091.0, 方差貢獻率為76.193 %, 代表全部信息量的76.193 %, 是最重要的主成分; 第二個主成分的特征根值為307.589, 代表全部信息量的11.208 %, 是次要的主成分。前兩個主成分的累積方差貢獻率為87.401%, 可以作為區系譜中各區地理成分因子的綜合指標來分析各地區間的關系。在地衣區系成分中, 對第一排序軸影響最大的是環北極成分(0.733),其次為溫帶成分(0.475), 中國特有種的影響最小為(0.126); 對第二排軸影響最大的是溫帶成分(0.618),其次為世界廣布成分(0.292), 環北極成分的影響最小為(-0.670)。通過主成分分析和聚類分析圖, 我們把12個地區可以分為3個組, 阿爾泰山溫泉谷森林公園、哈納斯國家級自然保護區、內蒙賽罕烏拉國家級自然保護區(1、3、10)為第一組; 額爾齊斯河大峽谷、阿爾泰山兩河源國家級自然保護區、恰西雪嶺云杉國家級自然保護區、烏魯木齊南山八一林場和天山一號冰川(2、4、5、6、7)為第二組; 托木爾峰國家級自然保護區、重慶金佛山地、武夷山和河北駝梁山(8、9、11、12)為第三組。從主成分分析排序圖1可知, 第一組地衣區系中環北極成分占優勢;第二組的地區地衣區系中溫帶成分和世界廣布成分起主導作用。第三組的地衣區系中泛熱帶成分、東亞和中亞成分的影響較大。

4 討論與結論

阿爾泰山溫泉溝森林公園位于福海林場, 在全球大氣環流形勢中處于西風帶; 從海陸位置上來看,所處亞歐大陸腹地, 遠離海洋, 水氣來源甚少; 從地形上看, 額爾齊斯河谷地是準噶爾盆地西部三個風口中最開闊的一個, 有利于西風氣流進入, 并抬升凝云致雨。也利于冬半年西伯利亞冷空氣團爆發南下入侵, 常出現烈風暴雪、風寒霜凍, 降水相對較多, 是全疆較濕潤的地區之一[9]。該地區的自然環境獨特, 景觀類型多樣, 植物資源豐富, 是地衣生長和分布的最理想棲息地之一。有關該地區地衣物種多樣性方面的研究表明, 分布在該地區的地衣共有56種, 隸屬于5目、15科和23屬。地衣種類的地理成分主要以環北極成分為主, 其次為溫帶成分和世界廣布成分組成, 同時還包括少量的東亞成分和中國特有種類。地衣種類的地理成分與哈納斯國家級自然保護區與內蒙賽罕烏拉國家級自然保護區的地衣區系的相似性較高, 這與阿爾泰山高等植物區系特點相一致[8]。通過地區間地衣區系的比較我們認為, 自然地理環境和氣候是影響各地區地衣區系地理成分的主要因素。如： 武夷山、駝梁山和金佛山等地的氣候屬于溫暖濕潤和半濕潤氣候帶, 地衣區系與熱帶、亞熱帶區系有著十分密切的聯系, 與東亞成分有著一定的聯系[21,23-24]。內蒙古半干旱區山地屬于歐亞植物亞區, 賽罕烏拉自然保護區的地衣區系成分較為復雜, 其中以環北極成分、東亞成分為主, 這與該保護區維管束植物區系特點相一致,與保護區屬中溫帶半濕潤溫寒氣候相符合; 體現了過渡性是其突出特點[22]。因此, 內蒙古賽罕烏拉自然保護區與阿爾泰山溫泉溝森林公園的地衣區系中環北極成分的作用較大。恰西雪嶺云杉林自然保護區和天山一號冰川的氣候屬于大陸性北溫帶氣候,前者地衣地理區系成分中環北極成分占優勢與阿爾泰山溫泉溝森林公園相似, 后者地衣區系中, 環北極成分和溫帶成分的比例相等, 區系組成上與研究地區有著一定的聯系。

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Comparative study of the lichens floristics in Altay Mountain Hot Spring Forest Park in Xinjiang

JIANG Ze chun, Abdulla ABBAS, Anwar TUMUR*
College of Life Sciences and Technology, Xinjiang University, Urumqi 830046, China

In order to better understand the lichens species composition and floristic characteristics of Altay Mountain Hot Spring Forest Park, lichens species were collected in different altitude and identified in laboratory, and the floristics of lichens was analyzed in the 11 different area. Czehanowski index was used to analyze species and genus similarity in the different area. Zuojiapu index was used to compare the lichens abundance and principal component, and cluster analysis was used to analyze of the lichens floristic composition in different area. The result shows that the proportion of single species families and genus is higher, respectively 40 % and 56.52 % of the total number of genera and families of research area. The similarity index of genus with Ergis River gorge is 64.15 %, and the similarity index of species with the Hanas National Reservation is 33.96 %, while the genus and species similarities with Wuyi Mountain are 27.12 % and 2.27 %, respectively. Lichens genera and species richness index, and comprehensive richness index are low, which is in the ninth of 12 different areas. Among the lichens species, the circumpolar elements are dominant, and has more number of the temperate zone elements and cosmopolitan elements. The lichens floristic composition is consistent with the floristic characteristics of higher plants of the Altay Mountain.

species and genus similarity; lichen floristics; abundance index; Altay Mountain; Xinjiang

10.14108/j.cnki.1008-8873.2016.01.014

A

1008-8873(2016)01-092-06

2015-01-05;

2015-04-15

國家自然科學基金項目(31160005)

姜澤群(1982—), 女, 黑龍江齊齊哈爾人, 碩士研究生, 主要從事資源植物學, E-mail： 792643211@qq.com

*通信作者：艾尼瓦爾·吐米爾, 男, 博士, 教授, 主要從事地衣生態學研究, E-mail： anwartumursk@xju.edu.cn

姜澤群, 阿不都拉·阿巴斯, 艾尼瓦爾·吐米爾. 阿爾泰山溫泉溝森林公園地衣區系的比較研究[J]. 生態科學, 2016, 35(1)：92-97.

JIANG Ze chun, Abdulla ABBAS, Anwar TUMUR. Comparative study of the lichens floristics in Altay Mountain Hot Spring Forest Park in Xinjiang[J]. Ecological Science, 2016, 35(1)： 92-97.