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中国西南岩溶区是中国生物多样性分布中心之一。该区生态系统不断退化,生物多样性大量丧失,不同岩溶地球化学背景下植被恢复的速度与成林性质存在明显差异。本研究选取纯灰岩、纯白云岩和不纯碳酸盐岩三种岩性的岩溶环境,对其元素地球化学特征及其中植物群落的种类组成与物种多样性进行了对比研究。全文分为概述、不同岩溶环境的地球化学特点、不同岩溶地球化学背景的物种多样性、不同岩溶地球化学背景的植物群落种类组成特征,以及结论和讨论五个部分。文章初步阐明了贵州茂兰喀斯特森林自然保护区和广西马山县弄拉屯两个典型岩溶环境的元素地球化学特征,植物群落物种多样性和物种组成差异。主要研究要点如下:
1.采用典型样方法,在海拔,坡度、坡向等环境因子相近似,岩性类型不同的条件下,在贵州茂兰喀斯特森林自然保护区和广西马山县弄拉屯有代表性的地段做样地调查,以重要值为依据计算各样地的多样性指数。多样性指数选用如下几种:Patrick和Ggleason物种丰富度指数,Simpson和Shannon-Wiener物种多样性指数,Pielou和Alatalo均匀度指数,Jaccard和Sφransen群落相似性系数。多样性比较有如下结果:(1)在800m2范围内,茂兰原生林区乔木层多样性为纯白云岩区>纯灰岩区>不纯碳酸盐岩区,灌木层和草本层为纯灰岩区>纯白云岩区>不纯碳酸盐岩区。当取样面积达1600m2时,石灰岩区乔木层和灌木层的多样性均最大,只有草本层为白云岩区最大。三种岩性类型中,以不纯碳酸盐岩区的生物多样性最低。在同面积条件下,茂兰乔木层多样性比弄拉高,灌木层和草本层则都不如弄拉的高,总的物种数也以弄拉的更高。(2)在群落的不同层次,茂兰岩溶原生林区都是乔木层>灌木层>草本层,弄拉次生林则表现出灌木层>乔木层>草本层。(3)在岩溶峰丛的不同坡向生物多样性也存在差异,在石灰岩区群落的乔木层和灌木层物种丰富度、多样性指数均以南坡最高,草本层则没有随坡向的变化规律。在白云岩区,乔木层多样性以东坡最高,灌木层仍以南坡最高,草本层则以北坡最高。(4)各样地间的相似性系数都很低。相同岩性类型内的样地相似度要高于不同岩性类型之间的相似度。面积对相似性系数影响不明显。不同样地间物种周转率相当高。在不同岩性类型区,物种变化速率表现为白云岩区高于石灰岩区。
2.茂兰调查区,不同岩溶地球化学背景富有特有科、属和种。科、属和种的组成都表现为纯灰岩区>纯白云岩区>不纯碳酸盐岩区。在样地中,仅见于一种岩性类型的科有15科,其中纯灰岩区和纯白云岩区各有七科,不纯碳酸盐岩区只有1科。仅见于一种岩性类型的属有85属,其中纯灰岩区38属,纯白云岩区35属,不纯碳酸盐岩区12属,仅为前二者的约1/3。仅见于一种岩性类型的种有254种,占总种数的73.84%,其中有105种仅分布于石灰岩区,110种只分布于纯白云岩区,只有29种只分布于不纯碳酸盐岩区。
3.在各样地采集岩石、土壤和岩溶泉水样品,分析其元素地球化学特征。(1)尽管茂兰样方的碳酸盐岩多为纯灰岩和纯白云岩,但是纯灰岩含有更高的Si、Al和Fe,其含量在纯白云岩区的10倍以上。(2)纯灰岩区的土壤pH值在7.53-7.69之间,略偏碱,纯白云岩土壤pH值在6.1-6.9之间,为中性偏弱酸性。石灰岩区土壤有更高的钙、镁含量。纯白云岩区土壤微量元素含量普遍高于纯灰岩区,其中Mn、Zn、Co要高出约1-2倍。(3)纯灰岩区岩溶泉水比不纯碳酸盐岩区的具有更高的钙离子和铁离子,后者镁离子的含量明显增多。