河谷特殊生境植物多樣性特征與生態(tài)適應(yīng)性——以湘西北主要河谷為例.pdf

1、湘西北地處湘、鄂、渝、黔邊區(qū)，以武陵山脈為主體，屬“水杉植物區(qū)系”范疇，是我國(guó)三個(gè)特有現(xiàn)象中心之“鄂西—川東中心”的核心地帶，在我國(guó)乃至整個(gè)東亞植物區(qū)系中具有重要意義。河谷是該區(qū)河流深切形成的一個(gè)自然生態(tài)系統(tǒng)，屬于典型特殊生境，是組成該區(qū)植物區(qū)系的關(guān)鍵地帶。然而，目前對(duì)這一重要和關(guān)鍵地區(qū)的研究還很不深入，是亟待研究的薄弱或者空白地帶。受山體陡壁或懸崖的隔離，河谷特殊生境猶似“島嶼”狀態(tài)，有著獨(dú)特多樣且非地帶性植物區(qū)系，是研究植物物種分化

2、和多樣性形成機(jī)制最為理想的地域。同時(shí)，由于特殊的生態(tài)環(huán)境因子作用，植物在形態(tài)、生理、繁殖等方面有著豐富的多樣化形態(tài)和特殊的適應(yīng)機(jī)制，該地域亦是研究生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和適應(yīng)進(jìn)化機(jī)制的獨(dú)特場(chǎng)所。
　　 本研究選擇湘西北德夯峽谷和猛洞河兩條典型河谷特殊生境為代表，進(jìn)行詳細(xì)的植物調(diào)查、標(biāo)本采集和分類(lèi)研究，在查清該區(qū)植物種類(lèi)基礎(chǔ)上作進(jìn)一步區(qū)系特征和適應(yīng)特性分析，揭示有關(guān)區(qū)系地理問(wèn)題，功能型和繁育系統(tǒng)多樣性及生態(tài)關(guān)聯(lián)性，特殊種系（如地區(qū)特有

3、種、河谷專(zhuān)性種等）的分布及特點(diǎn)，物種輻射分化和生態(tài)適應(yīng)性規(guī)律，為研究特殊生境區(qū)域物種分化和適應(yīng)進(jìn)化、植物多樣性形成與維持機(jī)制等重大科學(xué)問(wèn)題提供理論依據(jù)，也為正在進(jìn)行的《湖南植物志》和地方自然資源持續(xù)利用、保護(hù)和綜合管理提供科學(xué)資料。研究結(jié)果如下：
　　 1.首次定義河谷特殊生境，初步探討其形成原因，結(jié)合外部形態(tài)特征將其分為9個(gè)小生境類(lèi)型，認(rèn)為河谷特殊生境為系列小生境的有機(jī)組合，提出河谷特殊生境生態(tài)效應(yīng)理論及模型。系統(tǒng)歸納和總結(jié)了

4、河谷特生境生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境特征和生態(tài)特性，深入分析其脆弱性原因，并提出治理和保護(hù)方案。
　　 2.從科、屬、種3個(gè)層面系統(tǒng)分析德夯峽谷和猛洞河河谷植物區(qū)系的組成、特征、性質(zhì)、起源及與其他區(qū)系的關(guān)系。德夯峽谷有維管束植物1162種，隸屬于148科566屬，蕨類(lèi)和藤本植物相當(dāng)豐富。組成德夯峽谷植物區(qū)系的科、屬以泛熱帶分布最多，是德夯風(fēng)景區(qū)植物區(qū)系的主體。猛洞河有維管植物129科，389屬，670種（含變種），特有程度高，屬區(qū)系地理分析

5、表明其是一個(gè)從熱帶向溫帶過(guò)渡的區(qū)系。種水平分析表明其屬于東亞和熱帶亞洲植物區(qū)系交匯。利用STATISTICA統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)武陵山區(qū)內(nèi)和我國(guó)其他類(lèi)型（干熱、干暖）河谷植物區(qū)系進(jìn)行聚類(lèi)和主成分分析，揭示該區(qū)河谷的特殊性及其在該區(qū)植物區(qū)系中的重要作用。選擇相對(duì)豐富度、分化指數(shù)，IM值等指數(shù)對(duì)各小生境多樣性分析表明土臺(tái)小生境各指數(shù)均比較高，巖溶洞穴最低。
　　 3．提出“生境專(zhuān)性植物（obligate plant）”概念，并初步調(diào)查湘西北河

6、谷特殊生境有專(zhuān)性植物160種，隸屬于71科121屬。群落中灌木層和草本層的優(yōu)勢(shì)物種大部分為峽谷生境專(zhuān)性種，喬木層優(yōu)勢(shì)植物中專(zhuān)性種較少。河谷特殊生境專(zhuān)性種在生長(zhǎng)型、器官形態(tài)、生活史、生態(tài)適應(yīng)類(lèi)群及適應(yīng)性分區(qū)等方面形成了一系列與環(huán)境相適應(yīng)的特征以及特定的適應(yīng)分布結(jié)構(gòu)。隨著群落演替的進(jìn)行，峽谷生境專(zhuān)性植物由少逐步增多，演替后期則逐步減少。
　　 4．以典型河谷專(zhuān)性植物吉首蒲兒根Sinosenecio jishouensis、鳳凰蜘蛛抱

7、蛋Aspidistra fenghuangensis為代表，研究河谷專(zhuān)性植物生物生態(tài)學(xué)特性、輻射分化適應(yīng)及物種形成過(guò)程。從生態(tài)分布、物候特征、繁殖特性三個(gè)方面系統(tǒng)研究表明吉首蒲兒根的花部構(gòu)成、高度同期的開(kāi)花模式和“刷狀機(jī)制”、瘦果小且無(wú)冠毛、以克隆繁殖為主兼有種子繁殖及間隔子自動(dòng)斷裂等是對(duì)峽谷瀑布特殊生境長(zhǎng)期分化、選擇和適應(yīng)性進(jìn)化的結(jié)果。利用形態(tài)學(xué)和細(xì)胞學(xué)方法研究鳳凰蜘蛛抱蛋的形態(tài)輻射分化特征，修訂和補(bǔ)充描述了鳳凰蜘蛛抱蛋形態(tài)，從染色體

8、數(shù)目和核型動(dòng)態(tài)討論其親緣關(guān)系，從細(xì)胞地理學(xué)角度探討其可能的起源、演化和物種形成過(guò)程，并提出隨體缺失可能有利于物種適應(yīng)新的環(huán)境，是進(jìn)化的表征。
　　 5．從根、莖、葉、花和果實(shí)各方面探討了河谷特殊生境植物功能性狀多樣性及其適應(yīng)意義。河谷特殊生境植物根分為5種類(lèi)型，莖有3種形態(tài)；葉級(jí)以中型葉為主，葉質(zhì)以紙質(zhì)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，兩面均無(wú)毛的種類(lèi)最多；花性狀中以小花類(lèi)居多，顏色以淺色為主；果實(shí)性狀以干果占較大比例，以機(jī)械傳播作為主要的傳播方式。