阿尔泰山温泉沟森林公园地衣区系的比较研究

姜泽群, 阿不都拉·阿巴斯, 艾尼瓦尔·吐米尔

新疆大学生命科学与技术学院,乌鲁木齐 830046

阿尔泰山温泉沟森林公园地衣区系的比较研究

姜泽群, 阿不都拉·阿巴斯, 艾尼瓦尔·吐米尔*

新疆大学生命科学与技术学院,乌鲁木齐 830046

为了查明阿尔泰山温泉沟森林公园地衣物种组成及区系特征, 对不同海拔采集的地衣进行了种类鉴定和区系分析, 同时对其他11个地区的地衣区系进行了比较。不同地区间的地衣种属相似性采用Czehanowski系数; 地衣的区系丰富性采用左家哺综合系数; 地衣区系地理成分的相关性采用主成分分析和聚类分析法进行了比较。结果表明, 阿尔泰山温泉沟森林公园地衣区系中, 单种科和单种属的比例在该地区地衣种类组成中较高, 分别占该地区地衣总科属数的 40%和 56.52%。属的相似性与额尔齐斯河大峡谷最高为 64.15%, 种的相似性与哈纳斯国家级自然保护区最高为33.96%, 与武夷山地衣的属种相似性最低分别为 27.12% 和 2.27%。地衣科、属、种的丰富度指数, 还是综合性丰富性指数较低, 所比较的12个地区中排在我国第9位。地衣区系地理成分中, 环北极成分占优势, 其次为温带成分和世界广布成分, 与高等植物区系特征相符。

种属相似性; 地衣区系; 丰富度指数; 阿尔泰山; 新疆

1 前言

植物区系是某一地区, 或者是某一时期, 某一分类群, 某类植被等所有植物种类的总成[1-3]。植物区系的形成是植物界在一定的自然历史环境中发展演化和时空分布的综合反映。一个特定区域的植物区系, 不仅反映了这一区域中植物与环境的因果关系, 而且也反映了植物区系在地质历史时期中的演化[1-4]。各地区植物区系之间既有相互联系, 又有独立发展的一面, 具体情况不仅可以反映地区间植物区系之间的联系, 而且能够反映不同地区环境和自然演化史关系的密切程度[4]。研究植物区系的相似性和差异不仅对深入认识区域古地理环境演变和现代地理环境特征有所帮助, 而且能揭示其物种的古老性、复杂性、独特性和多样性[5-6]。因此, 植物区系研究在区域物种多样性的形成机制和变化预测、生物多样性评估等基础理论的研究和应用中具有重要理论和实践价值[5-7]。

阿尔泰山在生物区系演化中, 由于北方适寒湿型泰加类群入侵, 并与亚洲中部适温旱型荒漠类群在域内汇合并相互渗透, 使之生物多样性组成十分独特, 资源高度富集; 并在山地形成了完整的自然景观垂直带谱结构, 此结构是从北极苔原、欧洲-西伯利亚泰加林、北方森林草原以至亚洲中部荒漠等地带性景观在山地的缩影, 因而在研究生物区系起源、类群演化与资源保护与开发上, 具有极高的科学地位[8]。阿尔泰山温泉沟森林公园位于阿尔泰山的中部, 大陆性寒温带冷气候特征明显, 植物资源丰富, 在生物多样性保护方面具有重要的研究价值。但目前有关该地区地衣资源以及区系组成等方面未见研究报道。因此, 本研究根据野外调查数据,并参考前人的研究资料的基础上分析了阿尔泰山温泉沟森林公园地衣区系组成, 同时与国内其他11个地区的地衣区系进行了比较。

2 材料与方法

2.1 研究区概况

阿尔泰山温泉沟森林公园位于福海林场境内,地理坐标为： E 88°45′56″—89°05′31″, N 47°40′42″—48°05′55″, 公园规划面积为 88793 ha。福海林场林区位于额尔齐斯河主要水源地之一的哈拉额尔齐斯河、卓路特河源头。地处E 88°22′35″—89°3′55″, N 47°33′22″—48°10′50″之间, 北与蒙古人民共和国接壤, 东界富蕴林场, 南接福海县, 西与阿勒泰市毗连, 南北长约69 km, 东西宽约53 km。福海林场大体是北高南低的中山地区, 在阿尔泰山断裂构造中形成西北向东南渐趋低下, 西北部山势最高的地形。林场最低海拔854 m, 最高海拔3332 m, 地形复杂, 坡度一般在20°—40°之间, 由于受地质影响, 阶梯发育比较明显, 形成低山带、中山带、亚高山带和高山带四部分。该林区属温带大陆性气候, 冬季漫长而寒冷夏季温凉而短暂, 寒暑变化很大, 境内气温以7月为最高, 温度≥20 ℃, 1月最低, 平均温度为-21.7 ℃, 年降水量500 mm左右, ≥10 ℃ 积温在1800 ℃—2600 ℃之间, 累年平均无霜期为148 d。林区植被垂直分布明显, 包括：(1)低山灌木草原带：在林场南端, 海拔在1100 m以下; (2)山地森林和森林草原带： 海拔 1100 m—2500 m, 以林区主要活动要带, 主要树种有西伯利亚落叶松(Larix sibirica Ledeb.), 西伯利亚云杉(Picea obovata Ledeb.)及疣枝桦(Betula pendula Roth)、山杨(Populus davidiana Dode)等; (3)亚高山草甸带： 海拔在2400—2700 m左右; (4)高山草甸带： 本带下限在海拔2700 m左右[9]。

2.2 研究方法

在野外考察时,根据研究地区的植被和景观特征, 在海拔910 m—2100 m间随机设置样地20个,采集地衣标本 300多份, 拍摄地衣生态照片、记录经纬度和有关环境参数。在实验室进行物种鉴定,查阅文献、借鉴前人研究成果统计出研究区地衣区系数据。地区间地衣区系的相似程度一般采用Czehanowski系数进行计算[5,10-11]：

式(1)中： SC为相似性系数; A为甲地地衣科(属)的数目; B为乙地衣物科(属)的数目; C为两地共有的地衣科(属)的数目。

地衣的区系丰富性采用左家哺综合系数法[12-13],定义：

式中xik表示k个地区第i个地区 m个分类单元中的第k个分类单位数据, xik表示n个地区中m个分类单位中第 k个分类单位的数据的平均值, 其数值越大, 表示该地区区系越丰富, 反之亦然[12-13]。

3 结果与分析

3.1 温泉沟森林公园地衣种类组成

本研究初步确定分布在阿尔泰山温泉沟森林公园的地衣共有56种, 隶属于5目、15科、23属。其中, 文字衣目(Caliciales)含1科, 1属, 1种; 茶渍目(Lecanoralis)含11科, 18属, 46种; 黄枝衣目(Teloschistales)含1科2属7种; 瓶口衣目(Verrucariales)含1科, 1属, 1种; 地卷目(Peltigerales)含1科, 1属, 1种, 详细的地衣名录在另文中报道。

3.2 温泉沟森林公园与其它地区地衣属种相似性比较

12个不同地区地衣种类组成中, 单种科、单种属、优势科和优势属的组成比例见表1。

从表 1可知, 阿尔泰山温泉沟森林公园地衣区系中的单种科和单种属地衣种类占该地区地衣种类中的比例较高, 分别占该地区地衣总科属数的40 %和 56.52 %, 说明了该地区地衣在区系具有古老性质和自然环境的独特性。阿尔泰山温泉沟森林公园地衣中优势科的比例最低为20 %, 说明地衣在科的水平上没有明显的优势现象, 但在属的水平上该地区的优势属占总属数的 21.74 %, 仅次于额尔齐斯河大峡谷。研究一个地区地衣区系特征时, 应与多个地区的地衣属种数、属种相似性、丰富度作比较,不但可以更好的解释该地区地衣物种的多样性, 掌握该地区地衣的演替、迁移以及分布规律。同时, 一个地区与其它地区地衣区系中共有属、种的比较有助于认识和分析他们彼此在地理上和发生上的联系[10]。本文分别从属种数、丰富度、属种相似性等角度将阿尔泰山温泉沟森林公园的地衣种类与其余 11个地区作比较, 见表2。

表1 12个不同地区地衣区系科属的基本组成对比Tab. 1 Comparative analysis on the family and genus composition in 12 different areas

表2 阿尔泰山温泉沟森林公园与其它地区的属种相似性统计Tab. 2 Statistics of genera and species similarity of Hot Spring Forest Park of Altay Mountain, Xinjiang and several other areas

从表 2可知, 研究地区地衣属种的组成与分布在新疆境内的其他 7个地区间的相似性较高, 与分布内地的4个地区间的相似性较低。其中属种相似性最高的分别为额尔齐斯河大峡谷、哈纳斯国家级自然保护区、阿尔泰山两河源国家级自然保护区和托木尔峰国家级自然保护区; 属种相似性最低的是,武夷山分别为27.12 %和2.27 %; 其次为重庆金佛山30.77 % 和2.72 %。我们认为, 在地衣区系属种组成上的这种差异与各地区的自然环境和气候有着紧密的关系, 例如, 重庆的气候属于中亚热带湿润季风区、内蒙古属于中温带半湿润温寒气候区、武夷山属于中亚热带季风气候、河北驼梁山属于温带半湿润季风气候; 而新疆境内的这些地区基本属于大陆性温带、寒温带、半干旱气候。因此, 分布在新疆的地衣种类中耐寒耐旱的种类较多, 壳状地衣种类占优势, 而内地的地衣种类生长在比较潮湿, 湿润的环境, 叶状和枝状地衣的种类比新疆地区多, 从而出现地衣属种相似性间的差异。

3.3 与我国其他地区地衣丰富性比较

我们根据文献资料, 采用左家哺综合系数计算了我国12个地区地衣区系丰富度指数, 见表3。

从表 3中可知, 阿尔泰山两河源自然保护区的地衣丰富度指数最高、其次为托木尔峰国家级自然保护区, 天山一号冰川与内蒙古赛罕乌拉国家自然保护区排最后。虽然阿尔泰山温泉沟森林公园在地理位置上与哈纳斯国家自然保护区和阿尔泰山两河源自然保护区较近, 属于大陆性寒温带干旱气候区,同时受到第四纪冰川的影响, 但丰富度综合排序差异较大, 无论是科、属、种的丰富度指数, 还是综合性丰富性指数均排在12个比较地区中第9位。这可能是与各研究区域取样面积的大小差异和采集的地衣标本数量的不同等因素有关。武夷山与重庆金佛山均地处亚热带季风气候区, 气候温暖潮湿, 空气湿度较大, 植被种群起源较早, 未受到第四纪冰川活动的影响, 故两地的区系中含部分古老成分, 以亚热带常绿阔叶林为主, 多样的环境是造成地衣丰富度较高的主要原因。因此, 武夷山、重庆金佛山地衣物种丰富度综合指数远大于阿尔泰山温泉沟森林公园。内蒙古赛罕乌拉国家自然保护区的气候干燥, 植被相对单一, 生境类型相对较少, 而且受调查范围的限制, 该地区的地衣物种丰富度综合指数最低。河北驼梁山的地衣以北方温带广布种为主,该地区温度较低, 但湿度较大, 属大陆性温带季风气候。此环境下, 生长的地衣多为叶状和枝状, 属于喜湿、耐寒类型, 壳状地衣相对较少, 故而在地衣物种丰富度综合指数较低, 排第10。

3.4 与其他地区地衣区系地理成分的比较

植物区系谱是指某一特定植物区系中各区系成分所占比率的集合, 反映了各种区系成分在该区系中占有的比率或对其区系总体的贡献[21]。本文选择12个地区地衣地理成分区系谱(见表 4)的基础上,采用MVSP(Version 3.13)多元分析软件对12个地区的地衣区系成分进行主成分分析和聚类分析, 见图1和图2。

表3 阿尔泰山温泉沟森林公园与其他地区地衣植物丰富度比较Tab. 3 Comparison of abundance of lichens between Hot Spring Forest Park of Altay Mountain and other areas

表4 12个地区地衣地理成分区系谱Tab. 4 Lichen floristic spectrum of twelve different areas

图1 主成分分析排序图Fig. 1 Ordination of principal component analysis

图2 聚类分析树状图Fig. 2 Cluster analysis dendogram

主成分分析结果表明, 第一主成分的特征根为2091.0, 方差贡献率为76.193 %, 代表全部信息量的76.193 %, 是最重要的主成分; 第二个主成分的特征根值为307.589, 代表全部信息量的11.208 %, 是次要的主成分。前两个主成分的累积方差贡献率为87.401%, 可以作为区系谱中各区地理成分因子的综合指标来分析各地区间的关系。在地衣区系成分中, 对第一排序轴影响最大的是环北极成分(0.733),其次为温带成分(0.475), 中国特有种的影响最小为(0.126); 对第二排轴影响最大的是温带成分(0.618),其次为世界广布成分(0.292), 环北极成分的影响最小为(-0.670)。通过主成分分析和聚类分析图, 我们把12个地区可以分为3个组, 阿尔泰山温泉谷森林公园、哈纳斯国家级自然保护区、内蒙赛罕乌拉国家级自然保护区(1、3、10)为第一组; 额尔齐斯河大峡谷、阿尔泰山两河源国家级自然保护区、恰西雪岭云杉国家级自然保护区、乌鲁木齐南山八一林场和天山一号冰川(2、4、5、6、7)为第二组; 托木尔峰国家级自然保护区、重庆金佛山地、武夷山和河北驼梁山(8、9、11、12)为第三组。从主成分分析排序图1可知, 第一组地衣区系中环北极成分占优势;第二组的地区地衣区系中温带成分和世界广布成分起主导作用。第三组的地衣区系中泛热带成分、东亚和中亚成分的影响较大。

4 讨论与结论

阿尔泰山温泉沟森林公园位于福海林场, 在全球大气环流形势中处于西风带; 从海陆位置上来看,所处亚欧大陆腹地, 远离海洋, 水气来源甚少; 从地形上看, 额尔齐斯河谷地是准噶尔盆地西部三个风口中最开阔的一个, 有利于西风气流进入, 并抬升凝云致雨。也利于冬半年西伯利亚冷空气团爆发南下入侵, 常出现烈风暴雪、风寒霜冻, 降水相对较多, 是全疆较湿润的地区之一[9]。该地区的自然环境独特, 景观类型多样, 植物资源丰富, 是地衣生长和分布的最理想栖息地之一。有关该地区地衣物种多样性方面的研究表明, 分布在该地区的地衣共有56种, 隶属于5目、15科和23属。地衣种类的地理成分主要以环北极成分为主, 其次为温带成分和世界广布成分组成, 同时还包括少量的东亚成分和中国特有种类。地衣种类的地理成分与哈纳斯国家级自然保护区与内蒙赛罕乌拉国家级自然保护区的地衣区系的相似性较高, 这与阿尔泰山高等植物区系特点相一致[8]。通过地区间地衣区系的比较我们认为, 自然地理环境和气候是影响各地区地衣区系地理成分的主要因素。如： 武夷山、驼梁山和金佛山等地的气候属于温暖湿润和半湿润气候带, 地衣区系与热带、亚热带区系有着十分密切的联系, 与东亚成分有着一定的联系[21,23-24]。内蒙古半干旱区山地属于欧亚植物亚区, 赛罕乌拉自然保护区的地衣区系成分较为复杂, 其中以环北极成分、东亚成分为主, 这与该保护区维管束植物区系特点相一致,与保护区属中温带半湿润温寒气候相符合; 体现了过渡性是其突出特点[22]。因此, 内蒙古赛罕乌拉自然保护区与阿尔泰山温泉沟森林公园的地衣区系中环北极成分的作用较大。恰西雪岭云杉林自然保护区和天山一号冰川的气候属于大陆性北温带气候,前者地衣地理区系成分中环北极成分占优势与阿尔泰山温泉沟森林公园相似, 后者地衣区系中, 环北极成分和温带成分的比例相等, 区系组成上与研究地区有着一定的联系。

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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

国家自然科学基金项目(31160005)

姜泽群(1982—), 女, 黑龙江齐齐哈尔人, 硕士研究生, 主要从事资源植物学, E-mail： 792643211@qq.com

*通信作者：艾尼瓦尔·吐米尔, 男, 博士, 教授, 主要从事地衣生态学研究, E-mail： anwartumursk@xju.edu.cn

姜泽群, 阿不都拉·阿巴斯, 艾尼瓦尔·吐米尔. 阿尔泰山温泉沟森林公园地衣区系的比较研究[J]. 生态科学, 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.