赤水河上游山地石漠苔藓植物资源及其水土保持研究结题报告王登富

赤水河上游山地石漠苔藓植物资源及其水土保持研究结题报告王登富贵州师范大学2019.10.18主要内容➢研究的背景➢研究的目的和意义➢研究方法和材料➢研究结果➢研究结论➢研究主要成果➢附件研究的背景早在1972年，周恩来就强调,“茅台酒厂上游100km内，不允许因工矿建设影响酿酒用水，更不能建化工厂”（王恺，2007）。随着人为活动的频繁，该地区的生态问题已渐渐凸显，植被破坏、水土流失、石漠化地区的出现等环境问题。更为凸显的是石漠化现象严重性，导致水土流失现象的频繁发生，该问题已受到相关部门的高度重视。因此，对于研究赤水河上游山地的生态环境问题具有十分重要意义。苔藓植物是高等植物中的一个独特类群，以孢子进行繁殖，其独特性表现在配子体占优势，孢子体寄生在配子体上。苔藓植物分布广泛，具有特殊的生态功能，对土壤有机质积累、森林沼泽化、水土保持和涵养水源、营养物质的循环与贮存和森林的更新等方面具有十分重要的生态学作用。苔藓植物作为一种先锋植物，能很好的生存在喀斯特山地河谷地区，并且易于与土壤形成结皮现象，提高了岩石的持水量。另外，苔藓植物的毛细管作用，可进一步增加营养物质的保留，对蓄水作用起到一定的效果。基于这些特殊的性质，在喀斯特河谷山地石漠地区生态治理过程中，在土壤性质改善和更新及保水固土等方面发挥着十分重要的作用。因此，本项目选择赤水河上游山地河谷石漠苔藓植物作为研究素材，旨在探明喀斯特山地河谷石漠苔藓植物在水土保持中的作用。研究的目的和意义基于苔藓植物在生态恢复中的作用、喀斯特地区的特殊性和重要性的认识，认为对赤水河上游山地苔藓植物水土保持的研究具有必要性—以贵州地区为研究背景，结合前期的研究工作，进一步开展河谷喀斯特山地苔藓植物资源的组成、苔藓植物区系分布、苔藓植物与土壤肥力的相关性和苔藓植物与蓄水成土的相关性等方面的研究。通过这些研究，在充分认识河谷喀斯特山地苔藓植物包括种类组成、区系分布、生物量、成土量等现状及其变化规律的基础上，为喀斯特河谷山地苔藓植物资源的保护及水土保持提供科学的数据和潜在利用价值。研究方法和材料一、试验方法：（1）野外调查，样品采集。（2）野外土壤pH及岩性的测定。（3）实验室内样品鉴定、统计和分析。（4）实验室内苔藓植物丰富度计算。（5）实验室内苔藓植物生物多样性计算。（6）实验室内苔藓植物生物量、成土量测定。（7）实验室内苔藓植物总氮浓度测定。（8）实验室内土壤总氮浓度测定。二、试验方案：（1）野外对土壤pH的测定及岩性的测定。（2）采用SMARTe-320数码显微镜、BDS200倒置显微镜和HWG-1型双筒解剖镜对植物样观察鉴定。（3）生物量、成土量等测定：去除杂物，将苔藓植物和泥土分离，然后过60目和80目分样筛，直至苔藓植物冲洗干净为止；将清洗干净的苔藓植物室温晾干24小时，然后用电子天平称量其鲜重；将称完鲜重的苔藓植物放入恒温干燥箱60℃干燥48小时，同一天平称量干重；将称完干重的苔藓植物充分吸水后放置于细网上至不滴水时称量饱和吸水重。（4）生物量等的计算：生物量（gm-2）=干重（gdm-2）×盖度（%）×102成土率（%）=[结皮层总重（gdm-2）-干重（gdm-2）]/干重（gdm-2）成土量（gm-2）=生物量（gm-2）×成土率（%）饱和吸水率（%）=[饱和吸水重（gdm-2）-干重（gdm-2）]/干重（gdm-2）饱和吸水量（gm-2）=生物量（gm-2）×饱和吸水率（%）（5）丰富度计算：利用样地设定和样方采样相结合的方法，对赤水河上游山地河谷不同生境苔藓植物丰富度比较，可反映出各梯度苔藓植物的丰富程度及相关性。（6）生物多样性计算：生物多样性量度采用α多样性和β多样性完成，其中α多样性指数采用公式Shannon-Weiner多样性指数，该多样性指数反映了物种的不确定性因素，H越大，不确定性越大，物种的多样性越大；而β多样性反映着两个生境中物种间的周转情况。（7）总氮浓度的测定：苔藓植物总氮浓度的测定同土壤总氮浓度的测定，采用定氮仪自动分析法测定并结合凯氏定氮的方法测定植物体和土壤中总氮的浓度，并进行比较分析。三、试验材料：（1）苔藓植物样品，优势苔藓植物作为试验材料。（2）苔藓结皮土壤作为试验材料。研究结果一、赤水河上游山地苔藓植物物种多样性赤水河上游山地苔藓植物经过鉴定共计种类15科19属28种，苔类植物有4科4属5种，齿萼苔科（Geocalycaceae）植物有2种。藓类植物有11科15属23种，优势的科是灰藓科（Hypnaceae）（含5属8种）；其次是青藓科（Brachytheciaceae）（含1属3种）、羽藓科（Thuidiaceae）（含1属2种）、曲尾藓科（Dicranaceae）（含1属2种）和凤尾藓科（Fissidentaceae）（含1属2种）。生活型有3种类型，交织型(64.29%)、矮丛集型(28.57%)和平铺型(7.14%)，交织型苔藓植物占最大优势，这主要取决于森林植被中的植被型、湿度和荫蔽度等环境因子。而从苔藓植物种类多样性也可看出，其优势科为交织型苔藓植物，易于生长在森林植被中，作为地被物之一，参与微生态系统的循环。二、赤水河上游山地主要森林植被中苔藓生物多样性苔藓植物生物多样性反映出一个地区苔藓植物的丰富程度和生境多样性情况。本研究利用丰富度指数和α多样性指数对该地区苔藓植物多样性进行分析研究。苔藓植物物种丰富度大小依次表现为:竹叶林(2.131)＞残存阔叶林(0.687)＞人工植被地(0.515)＞灌木林(－0.676)＞谷顶区(－1.213)＞针叶林(－1.444)。苔藓植物α多样性具有一定的规律性，表现为:竹叶林(3.170)＞残存阔叶林(3.000)＞人工植被地(2.807)＞灌木林(2.322)＞针叶林=谷顶区(1.585)。这与该地区苔藓植物丰富度的规律性基本保持一致，均出现在竹叶林区最大，这与植被型、湿度和荫蔽度等生态因子相关，同时符合了该地区河谷小气候特点和地貌形态的分布规律。ABCDEF-2-10123生境HabitatsS-丰富度指数S-speciesrichness图1赤水河上游主要森林植被中苔藓物种丰富度柱形图01234ABCDEFH-多样性H-diversityindex生境Habitats图2赤水河上游主要森林植被中苔藓植物α多样性散点图ABCDEFA00.3630.4850.1931.2221.222B00.8480.1701.5851.585C00.6780.7370.737D01.4151.415E00F0表1赤水河上游主要森林植被中苔藓植物α多样性指数差异三、赤水河上游山地主要森林植被中苔藓植物β多样性应用β多样性指数对赤水河上游主要森林植被中苔藓植物多样性研究，β多样性反映着2种植被林型(生境)中苔藓植物间物种的周转情况。灌木林—残存阔叶林与残存阔叶林—谷顶区等区域苔藓植物β多样性均最高，为1.000，竹叶林—残存阔叶林区苔藓植物β多样性次之，为0.938，人工植被地区—竹叶林与灌木林—谷顶区生境中均最小，均为0.857。对赤水河上游主要森林植被中苔藓植物β多样性的研究得出，在大气候相同的情况下，苔藓植物β多样性随着林型的变化而变化，物种间的周转情况差异大，使得林木间的更新也各有不同，为了保护其生物多样性，政府应加大宣传力度，减少植被和生态环境的破坏。ABCDEFA0.8571.0000.9290.8891.000B0.9230.9380.9090.909C1.0000.8570.857D0.9091.000E1.000F表2赤水河上游主要森林植被中苔藓植物β多样性指数四、赤水河上游山地苔藓植物成土功能研究通过对5种结皮苔藓生物量等指标的测定分析，生物量在0.40～36.80g·m-2的范围内，成土量在9.60～249.20g·m-2的范围内，可看出长喙灰藓均达到最大，拟脆枝曲柄藓均最小。成土率变化范围在563.16%～2587.50%内，其中拟脆枝曲柄藓最大，为2587.50%，长喙灰藓最小，为563.16%，说明该地区丛集型结皮苔藓植物生物量小，成土量小，成土快，而交织型苔藓植物生物量大，成土量大。因此，可以选择长喙灰藓进行组培快繁试验，繁殖大量的植物体，对于在赤水河上游地区水土治理进程和物质循环等方面至关重要。生物量与成土量，生物量与干重，成土量与干重均呈极显著正相关，即干重越大，生物量越大，成土量越大，反之越小，而生物量与成土率，成土量与成土率呈显著的负相关，即生物量大，成土量大，成土慢，反之快。苔藓Bryophytes鲜重Freshweight/g干重Dryweight/g生物量Biomass/gm-2成土量Pedogenesisquantity/gm-2成土率Pedogenesisrate/%羽枝青藓B.plumosum0.430.3819.00145.00763.16长帽绢藓E.dolichocucullatus1.700.5728.50160.50677.17长喙灰藓H.fujiyamae2.070.9236.80249.20563.16皱叶麻羽藓C.rugulosifolium0.370.290.8020.702400.00拟脆枝曲柄藓C.subfragilis0.320.240.409.602587.50表3赤水河上游典型植被中结皮苔藓植物生物量、成土量项目Project鲜重Freshweight干重Dryweight生物量Biomass成土量Pedogenesisquantity成土率Pedogenesisrate鲜重Freshweight1干重Dryweight.952*1.012生物量Biomass.948*.982**1.014.003成土量Pedogenesisquantity.901*.984**.986**1.037.002.002成土率Pedogenesisrate-.795-.853-.930*-.914*1.108.066.022.030表4赤水河上游典型植被中结皮苔藓植物各参数值相关性分析五、赤水河上游山地苔藓植物与土壤总氮浓度特征研究利用凯氏定氮法对苔藓和土壤总氮浓度测定分析，苔藓植物总氮浓度在1.20%～1.87%的范围内，长喙灰藓最大，拟脆枝曲柄藓最小;土壤总氮浓度为0.07%～0.50%的范围内，长喙灰藓—土壤最大，拟脆枝曲柄藓—土壤最小，说明植物与土壤总氮浓度差异大，拟脆枝曲柄藓与土壤总氮浓度相差倍数最大，约17.14倍，但植物与土壤总氮浓度均呈现先增大后减小的趋势变化规律。说明在赤水河上游水土流失严重的环境区域，苔藓植物以其特有的功能在生物—土壤—岩石生物地球化学过程中起到了十分重要的作用。苔藓Bryophytes植物质量Plantquality/g土壤质量Soilquality/g植物TN浓度Planttotalnitrogen/%土壤TN浓度Soiltotalnitrogen/%羽枝青藓B.plumosum0.33±0.011.51±0.121.64±0.120.12±0.07长帽绢藓E.dolichocucullatus0.45±0.031.51±0.091.82±0.150.36±0.06长喙灰藓H.fujiyamae0.39±0.051.27±0.031.87±0.110.50±0.09皱叶麻羽藓C.rugulosifolium0.18±0.011.55±0.111.65±0.160.18±0.04拟脆枝曲柄藓C.subfragilis0.22±0.061.52±0.081.20±0.130.07±0.02表5赤水河上游典型植被中结皮苔藓植物和土壤中总氮浓度3504004505005506000.00.51.01.52.02.5植物-Plant土壤-Soil海拔(m)Altitude(m)总N浓度(%)TotalN(%)图3苔藓植物和土壤TN浓度的海拔动态图中的点表示各个海拔苔藓和土壤总氮浓度的平均值研究结论（1）对赤水河上游山地典型森林植被中苔藓植物资源调查分析发现，苔藓植物15科19属28种，苔类植物有4科4属