不同生境苔类和角苔类植物对生态环境的指示作用

黄文琥，王之明，梁 盛

1.贵州省环境监测中心站，贵州 贵阳 550081 2.赤水桫椤国家级自然保护区管理局，贵州 赤水 564700

利用生物的组分、个体、种群或群落对环境污染或环境变化所产生的反应，从生物学角度，为环境质量的监测和评价提供依据的监测方法，称为生物监测[1-2]。生物监测因能直接反映环境质量对生态系统的影响并具有连续监测功能等作用和优点，日益受到人们的广泛重视。生物监测技术常用的方法有指示生物法、群落结构法、生物测试法、残毒测定法[3-4]。随着城市化、工业化等人类活动对全球环境的影响,环境的污染负荷日益增加，迫切需要灵敏的指示生物来反映环境中污染的程度及变化。苔藓植物具有很强的吸附保留重金属元素的能力,其解剖构造亦很简单,只由单层或少数几层细胞构成,污染物质可从背腹两面侵入叶细胞之中。苔藓植物的这些简单的结构使其具有植物体抗性弱,对环境变化敏感等特点,其反应敏感度是种子植物的10倍,因此是一类良好的生物指示植物,被世界各国广泛应用为环境变化的指示物[5-6],吴玉环等常用苔藓植物监测环境污染物质及污染程度的变化[7]，Walton、曹同、方炎明等也认为苔鲜植物对环境重金属污染物反应敏感且吸收容量较大，在环境监测、重金属污染研究等方面都具有重要的价值[8-10]。苔藓植物分为藓类、苔类及角苔类，其中苔类、角苔类植物叶面积较大，与环境接触面更大，环境敏感性更强。由于苔类、角苔类植物对环境质量要求很高，且分布范围也相对较少。所以，苔类、角苔类植物对生态环境监测的专题研究鲜见报道。苔类、角苔类植物对生态环境监测的指示作用研究可推动苔类、角苔类植物在生态环境监测领域的应用。

选择3个研究区——代表自然条件下丹霞地貌的黔北赤水丹霞世界自然遗产地、代表自然条件下喀斯特地貌的香纸沟省级风景名胜区、代表矿区环境条件下的烂泥沟卡林型金矿区，对比由于不同地质背景和生态环境条件而引起的苔类和角苔类的物种差别，从而进一步分析探讨特殊种类的苔类、角苔类植物对生态环境的监测指示作用。

1 研究区概况

1.1 黔北丹霞地貌区概况

黔北丹霞地貌地区是指贵州赤水市和习水县西北部的侏罗纪红色岩石分布的地区，面积3 412 km2[11]。该区在地质地貌、气候特征、土壤类型、植被类型上都和贵州高原其他地方有异。黔北丹霞地貌地区的大地构造是全省唯一属四川中台坳范畴的区域——赤水褶皱束，位于贵州高原向四川盆地下降的斜坡地段，多数海拔在500～1 000 m之间[12]。赤水市和习水县生态环境保护较好。根据2012年贵州省生态环境质量监测结果[13]，赤水市、习水县生态环境质量状况为良，生态环境质量指数分别为73.91、67.34，分别列全省第1、第11位。选择干沟、佛光岩、五柱峰沟、十丈洞瀑布和习水县长嵌沟等5个区域为重点研究区域，如图1。

图1 研究区域分布图

1.2 香纸沟喀斯特地貌区概况

香纸沟喀斯特地貌区位于贵州省中部贵阳市乌当区，是以喀斯特为主要地貌的风景区之一[14]，生态环境保护相对较好。根据2012年贵州省生态环境质量监测结果[13]，乌当区生态环境质量状况为良，生态环境质量指数为59.68，列全省43位。选择马脚冲、锅底箐、龙井湾、湘子沟、红子沟、白水河、葫芦冲等7个区域为重点研究区域(图1)。

1.3 烂泥沟卡林型金矿区概况

烂泥沟金矿区位于贵州省黔西南自治州贞丰县沙坪乡境内，烂泥沟金矿是露天开采，矿区大量的植被被砍伐，生态系统遭到破坏。尤其是矿山正在开采的中心区，人为活动和机械的强烈干扰，已经看不到大型植物的存在[15-16]。根据2012年贵州省生态环境质量监测结果[13]，贞丰县生态环境质量指数为53.95，列全省72位。选择矿区边缘、选厂、冶炼厂、废矿堆积处、矿山、喀斯特石漠区域等6个区域为重点研究区域(图1)。

2 研究方法

2.1 标本采集鉴定

分别于2011年11月、2012年5月到赤水市的干沟、佛光岩、五柱峰、十丈洞瀑布和习水县长嵌沟采集苔类、角苔类植物标本156份。将采集的标本进行实验室鉴定分析。

2.2 不同生境苔类、角苔类植物科、属、种比较

将黔北丹霞地貌分布的苔类、角苔类植物与香纸沟喀斯特地貌区[14]、烂泥沟卡林型金矿开采区[15-16]海拔在1 000 m以下的苔类、角苔类植物比较，探究苔类、角苔类植物的分布情况与生态环境的关系。

2.3 相似性系数比较

通过相似性系数计算，研究不同生境苔类、角苔类植物分布的内在联系。种的相似性系数是以种来比较不同地区植物区系相似性程度的数值。即两个地区植物区系的共有种的数量与两个地区植物区系的种类总数之比。

式中：A为甲地区全部种数，B为乙地区全部种数，c为两地区共有种数。种相似性公式也适应于科、属相似性分析[17]。

3 结果与分析

3.1 不同生境苔类、角苔类植物数量、种类统计结果与分析

3.1.1 苔类、角苔类植物统计结果

通过标本整理鉴定，已知黔北丹霞地貌区苔类、角苔类植物22科27属41种，其中包括角苔类植物1科3属3种。通过统计彭涛[14]研究结果，香纸沟喀斯特地貌区苔类、角苔类植物16科23属45种，其中包括角苔类植物1科1属1种。通过统计李冰[16]研究结果，烂泥沟卡林型金矿区苔类植物11科19属27种，没有角苔类植物分布。

在侦查决策过程中，为了实现侦查目的，人们往往追求最优决策，进而根据最优决策来实施侦查行为。所谓最优决策，是指从全部可行方案中选出的能实现目标的最优方案。但是侦查所面对的是复杂多变的刑事案件，且在侦查过程中存在着侦查人员与犯罪分子之间的活力对抗，因而侦查最优决策往往很难实现，因而侦查决策大多数属于一种满意原则下的决策。

3.1.2 分析

黔北丹霞地貌区、香纸沟喀斯特地貌区分布的苔类、角苔类植物在科、属、种数量上都大于烂泥沟卡林型金矿区，黔北丹霞地貌区、香纸沟喀斯特地貌区有角苔类植物分布，烂泥沟卡林型金矿区没有角苔类植物分布。黔北丹霞地貌区、香纸沟喀斯特地貌区都是风景名胜区，生态环境保护较好，烂泥沟卡林型金矿区生态环境遭到破坏，且金矿开采导致土壤环境中砷、汞平均含量超过国家标准5.56、15.68倍[16]，苔类植物种类减少，不适宜角苔类植物生长。

3.2 不同生境苔类、角苔类植物科、属、种比较结果与分析

对黔北丹霞地貌区、香纸沟喀斯特地貌区、烂泥沟卡林型金矿区3种不同生境的苔类、角苔类植物科、属、种进行比较，研究不同生境苔类、角苔类植物的异同，并计算它们之间的相似性系数。

3.2.1 3种不同生境苔类、角苔类植物科比较分析

3.2.1.1 比较结果

比较结果见表1。

表1 3种生境苔类、角苔类植物科比较

由表1可见，3种不同生境分布的苔类、角苔类植物在科水平上相似性系数变化不大，8科苔类植物为黔北丹霞地貌区、香纸沟喀斯特地貌区、烂泥沟卡林型金矿区共有科。12科苔类、角苔类植物为黔北丹霞地貌区与香纸沟喀斯特地貌区共有科。3个研究区域中，扁萼苔科(Radulaceae)、叉苔科(Metzgeriaceae)、蛇苔科(Conocephalum)、角苔科(Anthocerotaceae)等4个科植物为黔北丹霞地貌区与香纸沟喀斯特地貌区特有科，在卡林型金矿区没有分布。按照各共有科包括的植物种数、分布的基质、标本数量、分布的研究区域数，并根据分布的研究区域数占总研究区域数的比例估算分布面积，统计结果见表2、表3。

表2 黔北丹霞地貌、香纸沟喀斯特地貌区特有科植物在黔北丹霞地貌区分布情况统计

表3 黔北丹霞地貌区、香纸沟喀斯特地貌区特有科植物在香纸沟喀斯特地貌区分布情况统计

研究发现3种不同生境分布的苔类、角苔类植物在科水平上相似性系数差别不大，生境对苔类、角苔类植物科分布影响不大。黔北丹霞地貌区与香纸沟喀斯特地貌区的4个共有科中，前者角苔科所含植物种数和标本数量最多，分布区域最广，主要是因为黔北丹霞地貌区生态环境保护极好，人为环境干扰小，适宜角苔科植物生长。黔北丹霞地貌区和香纸沟喀斯特地貌区的扁萼苔科植物种数相对较多，分布广，属适生于生态环境保护较好区域的苔类植物。

3.2.2 3种不同生境苔类、角苔类植物属、种比较分析

3.2.2.1 比较结果

图2、图3显示，黔北丹霞地貌区及香纸沟喀斯特地貌区苔类、角苔类植物属和种的相似性均最大，相似性系数分别为48%、18.6%。3个研究区域中，对黔北丹霞地貌区及香纸沟喀斯特地貌区特有而金矿区没有分布的护蒴苔属(Calypogeia)、扁萼苔属(Radula)、叉苔属(Metzgeria)、蛇苔属(Conocephalum)、魏氏苔属(Wiesnerella)、地钱属(Marchantia)、毛地钱属(Dumortiera)等7个属植物及截叶叶苔(JungermanniatruncataNees)、双齿异萼苔(Heteroscyphuscoalitus(Hook.) Schiffn.)、尖叶扁萼苔(RadulakojanaSteph.)、盔瓣耳叶苔(FrullaniamuscicolaSteph.)、小蛇苔(Conocephalumjaponicum(Thunb.) Grolle)、蛇苔(Conocephalumconicum(L.) Dum.)、毛地钱(Dumortierahirsuta(Sw.) Reinw.)等7个种植物统计分析，见表4～表7，其中，黔北丹霞地貌区及香纸沟喀斯特地貌区的蛇苔属植物分布面积、基质较广，标本数相对较多。从植物种类分析，小蛇苔及蛇苔分布面积、基质也较广，标本数也相对较多。

图2 3种生境苔类、角苔类植物属比较

图3 3种生境苔类、角苔类植物种比较

属名发现植物种数分布基质类型标本数量/个分布区域数/个面积分布比例护蒴苔属2石头、土壤2120%扁萼苔属3石头、树干3120%叉苔属2树干6340%蛇苔属2石头、土壤12360%魏氏苔属1石头22120%地钱属1土壤1120%毛地钱属1石头15120%

表5 黔北丹霞地貌区、香纸沟喀斯特地貌区特有属植物在香纸沟喀斯特地貌区分布情况统计

表6 黔北丹霞地貌区、香纸沟喀斯特地貌区特有种植物在黔北丹霞地貌区分布情况统计

表7 黔北丹霞地貌区、香纸沟喀斯特地貌区特有属植物在香纸沟喀斯特地貌区分布情况统计

3.2.2.2 分析

对黔北丹霞地貌区、香纸沟喀斯特地貌区特有而金矿区没有分布的7个属及7个种植物统计分析发现，蛇苔属植物及小蛇苔、蛇苔在生态环境保护较好地区分布面积大，并且分布较广，属于适生于生态环境保护较好区域的物种。

4 结论

1)角苔类植物主要生长于生态环境保护较好的区域。

2)扁萼苔科、角苔科等2个科苔类、角苔类植物可作为生态环境保护较好区域环境监测指示科植物。

3)蛇苔属植物及小蛇苔、蛇苔2个种苔类植物可作为生态环境保护较好区域环境监测指示属和指示种植物。

[1] 孔繁翔．环境生物学[M]．北京：高等教育出版社，2000.

[2] 吴邦灿，费龙．现代环境监测技术[M]．北京：中国环境科学出版社，1999.

[3] 杨梅.水环境监测中生物监测技术的应用分析[J].中国化工贸易,2011,10：64.

[4] 胡旭刚.论水污染生物监测和检测方法[J].中国水运,2011,11(5):148-149.

[5] 吴鹏程.苔藓植物生物学[M].北京:科学出版社,1998.

[6] Cameron A J,Nickless G.Use of mosses as collectors of air-borne heavy metals near a smelting complex.Water,Air,and Soil Pollution,1977,7(1):117-125.

[7] 吴玉环,黄国宏,高谦,等.苔藓植物对环境变化的响应及适应性研究进展[J].应用生态学报,2001,12(6):943-945.

[8] Walton D W H.The effects of Cryptogams on mineral substrates.In:Miles J.，eds.Primary Succession on land [J].London:Blackwell，1993，33-53.

[9] 安丽,曹同,俞鹰浩.苔藓植物与环境重金属污染监测[J].生态学杂志,2006,25(2):201-206.

[10] 魏海英，方炎明.苔鲜植物与环境重金属污染检测研究进展[J].南京林业大学学报：自然科学版,2004,28(5):77-81.

[11] 黄威廉,屠玉麟,扬龙.贵州植被[M].贵阳:贵州人民出版社,1988.

[12] 熊源新.贵州丹霞地貌藓类植物的研究[J].贵州科学，2001,19(4):54-64.

[13] 黄文琥.贵州省生态环境质量报告[R].贵阳：贵州省环境监测中心站,2012.

[14] 彭涛.香纸沟苔藓植物多样性及其溪流瀑华沉积研究[D].贵阳：贵州师范大学,2006.

[15] 黄文琥.黔西南卡林型金矿苔藓植物研究及其在探矿中的指示作用[D].贵阳：贵州师范大学,2007.

[16] 李冰.贵州烂泥沟金矿区苔鲜一蔽类植物区系及其生态恢复潜力研究[D].贵阳：贵州师范大学,2009.

[17] 张元明,曹同,潘伯荣.新疆山地苔藓植物区系相似性的数量分析[J].西北植物学报,2002,22(3):484-489.