广西喀斯特洞穴楼梯草属物种多样性及适应机制研究

来源 :广西师范大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:sunzheng_1985
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对广西喀斯特洞穴楼梯草属物种多样性和适应机制的研究需要建立在弄清它们种类的基础上。楼梯草属是荨麻科第二大属,前人为该属的研究做出了卓越的贡献,提出了很全面的分类方法,但由于这些类群之间差异性小,且存在很多相似的过渡性状,因而对广西楼梯草属植物进行分类修订,并在此基础上,通过喀斯特洞穴中相应生态指标的测定,对该属喀斯特洞穴类群的物种多样性及适应机制进行研究。结果如下:1.分类学处理(1)名录通过研究馆藏蜡叶标本3000余份,综合前人的分类观点,找出楼梯草属植物的鉴定要点,鉴定得出广西包含77种8变种。其中特有种类36个(含变种),占全部广西种类的42.35%。每个种类都引证了凭证标本。(2)分类修订通过查阅原始文献、检视模式标本并到模式产地实地考察,发现有11种楼梯草应予以归并,它们分别是:折苞楼梯草Elatostema conduplicatum W.T. Wang归入革叶楼梯草E.coriaceifolium W.T. Wamg;环江楼梯草E. huanjiangense W.T. Wang&Y.G. Wei归入刚毛楼梯草E. setulosum W.T. Wang;马山楼梯草E. mashanense W.T. Wang&Y.G. Wei,隆脉楼梯草E. phanerophlebium W.T. Wang&Y.G. Wei,黄毛楼梯草E. xanthotrichum W.T. Wang&Y.G.Wei归入显脉楼梯草E. longistipulum Hand.-Mazz.;小果楼梯草E. microcarpum W.T. Wang归入条叶楼梯草E. sublineare W.T. Wang;假长圆楼梯草E. psedooblongifolium W.T. Wang归入变黄楼梯草E. xanthophyllum W.T. Wang;念八楼梯草E. nianbeense W.T. Wang, Y.G Wei&A.K. Monro归入河池楼梯草E. hechiense W.T. Wang&Y.G. Wei;曲枝楼梯草E. recurviramum W.T. Wang&Y.G. Wei归入华南楼梯草E. balansae Gagnep.;天峨楼梯草E. tianeense W.T. Wang&Y.G. Wei归入宜昌楼梯草;桠权楼梯草E. yachaense W.T. Wang, Y.G. Wei&A.K. Monro归入长苞楼梯草E. longibracteatum W.T. Wang。(3)新资料报道了广西新纪录3个:长苞楼梯草Elatostema longibracteatum W.T. Wang、巨序楼梯草E. megacephalum、拟渐狭楼梯草E. attenuatoides W.T. Wang。2.物种多样性调查得出喀斯特洞穴中楼梯草有26种(含变种),占广西楼梯草总数的30.59%。其中喀斯特洞穴特有种9个,占其喀斯特洞穴类群的34.62%。通过野外考察,随机选取10个典型喀斯特洞穴,并在每个喀斯特洞穴中随机设置3个1×1m2的样方,记录各物种的种类、数量、平均高度和投影面积。统计出包含楼梯草属的群落35种,分别计测出它们的重要值、Audair&Goff多样性指数,发现洞穴中生长的种类较贫乏,以荨麻科(楼梯草属)、卷柏科(卷柏属)、叉蕨科(肋毛蕨属)、茜草科(蛇根草属)、苦苣苔科(报春苣苔属)等为主。(1)重要值重要值超过20的楼梯草可分为两个类型,一类在中国各地广布,包括曲毛楼梯草、华南楼梯草、锐齿楼梯草、显脉楼梯草和渐尖楼梯草。它们对生境要求并不苛刻,因此能在洞穴群落中占据优势地位;另一类为洞穴特有种,包括隐脉楼梯草、巴马楼梯草、圆序楼梯草、侧岭楼梯草属,这几个种类仅分布于洞穴中,它们对环境要求苛刻,但非常适合洞穴的环境,使得它们在洞内群落中处于优势地位。不同洞穴以不同楼梯草为优势种,说明了楼梯草属狭域性分布的特点。(2)多样性指标10个洞穴植物群落的Audair&Goff多样性指数为0.253-0.649,多样性指数相对较低。群落物种组成较少,且优势种明显,在群落中占据了大部分资源。楼梯草种类非常丰富,达到17种。海拔与样方物种总数、Audair&Gofr多样性指数无相关性。洞穴内部形成了一个与外界相对隔绝的环境,海拔的变化对限制洞穴植物生长的因素影响并不大。然而洞穴开口面积与样方物种总数、Audair&Goff多样性指数均成极显著正相关,一方面,光照强度和湿度直接影响洞内植物的生长,另一方面,动物、风可为植物进行传粉,并带入洞外植物的种子。这两方面都与洞穴开口面积有直接关系,且它们都会影响洞内植物的物种多样性。3.生态位指标(1)生态位宽度10个洞穴群落的14个优势种中曲毛楼梯草、华南楼梯草、锐齿楼梯草作为楼梯草属中的广布种在各资源位中均能较充分地利用资源,而圆序楼梯草、巴马楼梯草、侧岭楼梯草作为洞穴特有种仅在某一两个资源位中表现为较多的个体多度,隐脉楼梯草虽为洞穴特有种,但分布范围非常广泛,能很好地适应洞穴环境,在各资源位中均能较充分地利用资源,而显脉楼梯草虽为广布种类,但因其对环境因子需求较为苛刻,在洞穴内基本处于洞穴洞口带或洞口外。(2)生态位重叠10个洞穴14个优势种中重叠值小于0.2的有72对,占全部对数的79.12%。说明包括楼梯草属在内的大部分优势种与其它种间的相似重叠度不高,在资源不足的情况下,它们之间发生利用性竞争的几率也不大。重叠值大于0.5的有7对,仅占全部对数的7.69%,高的重叠值主要发生在广布种与广布种,广布种与洞穴特有种之间。广布种之间在各资源位中的资源利用存在相似性,广布种与洞穴特有种仅在某一两个资源位中的资源利用存在相似性,一方面是因为这些广布种的环境适应能力强,另一方面是因为包括楼梯草属在内的这些优势种均属喜阴、喜湿的类群。4.化学计量特征计测喀斯特洞穴内15种楼梯草叶片的比叶重(leaf mass per area, LMA)和C、N、P含量,分析它们之间的相关性。(1) LMA、C含量及二者的关系喀斯特洞穴楼梯草叶片LMA的范围在0.0191-0.0350之间,种间差异不大。叶片C含量范围是352-635mg·g-1,普遍大于全球492种陆生植物叶片C平均含量(464士32.1mg·g-1),说明喀斯特洞穴内楼梯草属植物有机化合物普遍较高。15种楼梯草的比叶重与C含量显著正相关,反映了喀斯特洞穴内的楼梯草与其他环境类型植物叶片的光合碳同化能力与有机化合物含量的相对一致性,是植物最基本的特征之一。(2)N、P含量及二者的关系15种楼梯草叶片N、P含量范围分别为20.84-32.72mg-g-1和1.04-2.17mg·g-1,其N含量均大于全球平均水平(20.6士12.2mg·g-1),更大于全国平均水平(20.2士8.4mg·g-1),而P含量在全国平均水平(1.46士0.99mg·g-1)的范围内,但小于全球平均水平(1.99士1.49mg·g-1)。 LMA与叶片N和P的含量均显著负相关,N、P含量之间显著正相关,其N:P的变异性相对于N、P含量本身的更稳定,这反映了喀斯特洞穴楼梯草与其他环境类型植物叶片比叶重、N、P含量的相对一致性,这也是植物最基本的特征之一。(3)C:N和C:P及二者的关系15种楼梯草的C:N普遍小于全球水平的22.5或与之持平,而C:P却普遍大于全球水平的232或与之持平,N:P的平均值为16.06士2.67,有研究表明N:P高于16表示受P限制,并从全球格局来看,低纬度地区的热带与亚热带森林更易受P的限制。说明在低纬度地区的喀斯特洞穴内,由于植被生长的环境受到P含量的限制,而N、P之间又存在相互作用的缘故,导致了它们对N利用率很低,但对P利用率很高的结果。
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