桂林天坑资源调查及其植物应用价值研究*

唐健民，邹 蓉，朱成豪，高丽梅，熊雅兰，韦 霄，熊忠臣

(广西壮族自治区中国科学院广西植物研究所，广西喀斯特植物保育与恢复生态学重点实验室，广西桂林 541006)

0 引言

天坑(Tiankeng)，即具有巨大空间，陡峭的岩壁，竖井状态等醒目的外形特征，发育在连续沉积厚度及其含水层包气带厚度巨大(地下水位深埋)的可溶性岩层中，从地下通向地面，四周岩壁封闭而峭立，平面宽度与深度大于百米甚至达数百米以上，底部与地下河相连接的一种大型喀斯特负地形[1]。天坑作为一种新型的喀斯特形态，具有很高的地质、探险、旅游、生物、环境等多领域的研究和开发价值。广西是全国喀斯特地貌主要分布区域，喀斯特地貌面积达9.87×104km2，占广西总面积的51%，主要分布于桂东北、桂西、桂西南地区，喀斯特岩溶峰林地貌是天坑地貌形成、发育和演化的基础[2]。广西发现的天坑如大石围天坑群、好龙天坑、文雅天坑、高峰天坑、龙包天坑等，主要分布于桂西的乐业、凤山、巴马，桂西南的平果、融安等县；桂北地区的环江、罗城、七星区、全州县有零星分布。

桂林拥有得天独厚的漓江山水生态景观资源，享有“山水甲天下”的美誉，桂林喀斯特是“中国南方喀斯特”系列的重要地貌形态部分，在世界具有独一无二的地位，代表了“中国南方喀斯特”地貌演化史的完美过程。桂林目前报道发现的天坑有全州石脚盆天坑群和普陀山天坑。桂林这样的喀斯特特色地貌区域是否仅有两个地区分布着天坑资源,本研究对此进行了探索及科考调查；同时对喀斯特天坑区域的植物进行调查研究，分析其开发及应用价值，为桂林喀斯特资源可持续利用提供科学数据。

随着2018年桂林获批建设国家可持续发展议程创新示范区，如何针对喀斯特地貌特征，促进景观资源的可持续利用，推动生态产业转型升级，实现喀斯特石漠化地区生态修复和环境保护，是桂林可持续发展亟待解决的瓶颈问题[3-4]。天坑具有稀有、雄奇、险峻、壮观、生态环境独特等综合属性，充分利用天坑的自然资源，进行以“景观资源可持续利用”为主题，以转变发展观念、创新发展模式、提高发展质量为主线，按照生态资源保护利用、生态产业发展、生态环境改善、生态文明建设的思路，提供优质生态产品和生态服务，以创新驱动发展为动力，着力解决制约桂林可持续发展的瓶颈问题[5]。本研究对桂林地区的天坑分布、类型及植物资源进行充分了解，为桂林可持续旅游发展提供基础资料，为桂林喀斯特景观资源可持续利用丰富自然资源信息。

1 材料与方法

1.1 自然地理概况

桂林市位于广西壮族自治区东北部，地处东经109°36′50″—111°29′30″，北纬24°15′23″—26°23′30″，南北长236 km、东西宽189 km。桂林市位于南岭山系西南部、岩溶盆地北端中部，处在“湘桂夹道”中，地形为西部、北部及东南部高，中部较低；以中山或低中山地形为主。桂林市地处低纬地区，属亚热带季风气候，境内气候温和，雨量充沛，无霜期长，光照充足，热量丰富，夏长冬短，四季分明且雨热基本同季。年平均气温接近19.1℃，年平均降雨量1 887.6 mm，年平均相对湿度为76%，年平均日照时数为1 447.1 h。

1.2 方法

通过材料收集及实地调查研究，对桂林地区天坑资源分布区、地理位置、大小、发育类型进行统计；对天坑岩溶地区的植被和生境进行野外调查，样方选择10 m×10 m大小，记录树种、冠幅、密度、生态类型等。

2 结果与分析

2.1 桂林天坑的分布情况

天坑按形成方式主要分为塌陷型和侵蚀型。喀斯特地貌的地表是大部分裸露的碳酸盐岩峰丛，地下河流纵横，水系发达；地下水系统集中从地下深处溶蚀碳酸盐岩层，源源不断输出崩塌及塌陷物，直至整个地下空间露出地表而形成的天坑[6]。多数天坑都是塌陷型，如大石围天坑、号龙天坑、交乐天坑、玉良天坑等；桂林普陀山天坑是广西为数不多发育于峰林平原的峰丛中的天坑，其割切了所在地貌的形态(山顶、山腰、洼地等)，使得天坑主要发育于岩溶峰丛山区的地貌背景，增加了进入的难度。目前，根据朱学稳等[1]和罗书文等[7]对天坑等级的定义，将天坑分为4个等级，分别是特(超)级、大型、中型、小型。调查发现桂林天坑的分布数量为17，大型1座，中型6座，小型10座，中小型的天坑分布较多，分布也比较广泛(表1，图1)。石脚盆天坑群的规格是桂林天坑群中最大的，且石脚盆天坑群有9座天坑，都是漏斗型。灵川南圩、永福乾龙、兴安白石天坑都是小型天坑，属倒漏斗型。全州东山土溪和恭城下莫天坑属井筒型天坑。

表1 桂林地区的天坑及规模参数

Table 1 Tiankeng and scale parameters in Guilin area

天坑名称Tiankeng name地理位置Location海拔Altitude(m)最大洞深Maximum depth of cave(m)洞口面积The area of cave (m2)形态特征Morphological characteristics规模Scale石脚盆天坑群Shijiaopen tian-keng group庵潭AntanN:25°40′22″E:111°3′11″382110362×512L大型Large辽波潭LiaobotanN:25°39′48″E:111°3′43″42054165×146L中型Middle萝卜潭LuobotanN:25°39′48″E:111°3′44″42058183×260L中型Middle白石潭BaishitanN:25°39′57″E:111°3′36″41060152×265T中型Middle滴滴潭DiditanN:25°40′6″E:111°3′29″36160108×128L中型Middle巴掌岩BazhangyanN:25°40′22″E:111°3′9″3685080×85L小型Small

续表1

Continued table 1

天坑名称Tiankeng name地理位置Location海拔Altitude(m)最大洞深Maximum depth of cave (m)洞口面积The area of cave (m2)形态特征Morphologicalcharacteristics规模Scale连鱼岩LianyuyanN:25°40′19″E:111°3′9.72″3725276×80L小型Small灯草潭DengcaotanN:25°39′48″E:111°3′38″3964583×115L小型Small恰波潭QiabotanN:25°40′31″E:111°3′18″4215686×90L小型Small桂林普陀山天坑Putuoshan tiankeng of GuilinN:25°16′34″E:110°18′35″25070100×110L中型Middle灵川南圩天坑Nanxu tiankeng of LingchuanN:25°03′41″E:110°30′42″2346542×47D小型Small永福乾龙天坑Qianlong tiankeng of YongfuN:24°58′39″E:110°8′6″2605541×23D小型Small恭城下莫天坑1号Xiamo tiankeng No.1 of GongchengN:24°52′56″E:110°45′2″24050118×81T中型Middle恭城下莫天坑2号Xiamo tiankeng No.2 of GongchengN:24°52′56″E:110°44′55″2186050×50J小型Small全州东山土溪天坑1号Dongshan Tuxi tiankeng No.1 of QuanzhouN:25°52′15E:111°17′43″6454548×28J小型Small全州东山土溪天坑2号Dongshan Tuxi tiankeng No.2 of QuanzhouN:25°52′14″E:111°17′48″6154240×43J小型Small兴安白石天坑Baishi tiankeng of Xing'anN:25°25′4″E:111°41′53″4257540×25D小型Small

注：T—退化天坑,D—倒漏斗型，J—井筒型，L—漏斗型

Note:T—Degraded tiankeng,D—Inverted funnel type,J—Wellbore type,L—Funnel type

图1 桂林地区天坑分布示意图

Fig.1 Schematic diagram of tiankeng distribution in Guilin area

2.2 各天坑岩溶地貌主要植被

天坑从发育开始就有植物侵入，随着天坑成长壮大和衰老，植物经历定居、适应、竞争到形成稳定群落。天坑区域主要以石灰岩为主，有少量的山地土壤分布，天坑内部四周峭壁土壤稀少、质地较薄肥力低；而天坑底部多为腐殖质，水分和肥力都很高，有利于植物的生长。石脚盆天坑群以后期天坑为主，发育后期的天坑光照充足、植被群落发育较为稳定且丰富，后期天坑以喜阳的乔木树种为主，如南酸枣Choerospondiasaxillaris、喜树Camptothecaacuminata等。中期的天坑空气潮湿、光照有限，例如东山土溪天坑乔木树种则是以喜阴湿为主，如桂北木姜子Litseasubcoriacea、杨梅蚊母树Distyliummyricoides等；中期天坑植被主要是以灌木和草本为主，如野独活M.sinensi、荚蒾V.dilatatum、蜘蛛抱蛋Aspidistraelatior等。早期的天坑光照少、土壤稀薄，植物则以草本植物为主阴生灌木为辅，耐荫性高，分布较多的有蜘蛛抱蛋Aspidistraelatior、楼梯草Elatostemainvolucratum、长柄冷水花Pileaangulatasubsp.petiolaris、凤仙花Impatiensbalsamina、革叶粗筒苣苔Briggsiamihieri、牛耳朵Chiritaeburnea、黄花石蒜Lycorisaurea等(表2)。

表2 桂北地区各天坑植物群落主要植物

Table 2 Main plant communities of tiankeng in northern Guangxi

天坑名称Tiankeng name植物分类Plant classification乔木Tree灌木Shrub草本Herb藤本Vine石脚盆天坑群Shijiaopen tiankeng group南酸枣Ch.axillaris、喜树C.acuminata、苦楝树M.a-zedarach、大叶野樱P.zippe-liana、枸骨木C.wilsoniana方竹Ch.quadrangularis、板凳果P.axillaris、短序十大功劳M.breviracema、勾儿茶B.sinica、荚蒾V.dilatatum青蒿A.carvifolia、天门精C.abrotanoides、醉鱼草B.lind-leyana、金线草An.filiforme、肾萼金腰Ch.delavayi、鸡骨常山A.yunnanensis、假万寿竹D.fuscopicta、玉竹P.odo-ratum厚果崖豆藤M.pachycarpa、常春藤H.nepalensis、乌藤U.tonkinensisvar、金银花L.japonica、龙须藤B.champio-nii全州东山土溪天坑Dongshan Tuxi tiankeng of Quanzhou桂北木姜子L.subcoriacea、喜树C.acuminata、杨梅蚊母树D.myricoides九里香M.exotica、南天竹N.domestica、蚬壳花椒Z.dissitum、荚蒾V.dilatatum半蒴苣苔H.henryi、斑叶蜘蛛抱蛋A.elatior、凤仙花I.balsamina、楼梯草E.involu-cratum、杜若P.japonica鸡矢藤H.Paederiae、常春藤H.nepalensis、扶芳藤E.for-tunei、金线吊乌龟S.cepha-rantha灵川南圩天坑Nanxu tiankeng of Lingchuan水杨梅A.rubella、厚壳桂C.chinensis、构树B.papyrif-era、棒柄花C.brevipetiola-tum白饭树F.virosa、虾公木B.fordii、荚蒾V.dilatatum、紫金牛A.japonica半蒴苣苔H.henryi、灵川小花苣苔P.lingchuanensis、黄花石蒜L.aurea、凤仙花I.balsamina使君子Q.indica、铁线莲C.florida、牛尾菜S.riparia永福乾龙天坑Qianlong tiankeng of Yongfu八角枫A.chinense、清香桂S.ruscifolia、松树Pines、樟树C.camphora虾公木B.fordii、野独活M.sinensis羊奶子E.pungens红背山麻杆A.trewioide蚂蝗七D.fimbrisepalus、三叶青T.hemsleyanum、何首乌F.multiflora、半夏P.ter-nata石柑子P.chinensis、五叶爬山虎P.quinquefolia兴安白石天坑Baishi tiankeng of Xing'an岩樟 C.saxatile、南方桂樱L.australis、水杨梅A.rubella石山棕G.argyrata、鸭脚木S.heptaphylla、白饭树F.vir-osa、粗糠柴M.philippensis、石山榕F.parrifolia长柄冷水花P.angulata sub-sp.petiolaris、水田七T.plan-taginea、六棱菊L.alata、革叶粗筒苣苔B.mihieri、牛耳朵Chirita eburnea鸡矢藤H.paederiae普陀山天坑Putuoshan tiankeng南酸枣Ch.axillaris、松树Pines、苦楝树M.azedarach、青冈Q.glauca、冬青I.chinensis紫金牛A.japonica、金樱子R.laevigata、檵木L.chinense三叶五加A.trifoliatus五节芒Miscanthus floridu-lus、野菊花Dendranthema indicum、牛耳朵Chirita eburnea龙须藤B.championii恭城下莫天坑Xiamo tiankeng of Gongcheng铜钱树C.sinensis、构树B.papyrifera羊奶子E.pungens、白饭树F.virosa、黄檀D.hupeana、紫珠C.nudiflor四块瓦Ch.holostegius、对叶百部S.tuberosa牛尾菜S.riparia

2.3 具有开发价值的植物

2.3.1 花卉观赏植物

桂林喀斯特天坑及岩溶地貌区域孕育了许许多多的奇花异草，尤其是苦苣苔科植物。花卉观赏植物有①苦苣苔科：桂林小花苣苔Chiritopsisrepandavar.guilinensis、长萼报春苣苔Primulinalongicalyx、牛耳朵ChiritaeburneaHance、永福报春苣苔Primulinayongfuensis、半蒴苣苔HemiboeahenryiClarke、蚂蝗七Chiritafimbrisepala；②秋海棠科：秋海棠Begoniagrandis、癞叶秋海棠Begonialeprosa；③凤仙花科：凤仙花Impatiensbalsamina；④天门冬科：蜘蛛抱蛋Aspidistraelatior；⑤荨麻科：冷水花Pileanotata、楼梯草Elatostemainvolucratum；⑥石蒜科：黄花石蒜Lycorisaurea；⑦虎耳草科：天胡荽金腰Chrysospleniumhydrocotylifolium。

2.3.2 绿化、观赏树种

绿化、观赏树种有①黄杨科：清香桂SarcococcaruscifoliaStapf；②樟科：厚壳桂Cryptocaryachinensis、桂北木姜子Litseasubcoriacea、润楠Machilusnanmu；③大戟科：棒柄花Cleidionbrevipetiolatum；④蓝果树科：喜树Camptothecaacuminata；⑤使君子科：使君子Quisqualisindica；⑥漆树科：黄连木PistaciachinensisBunge；⑦鼠李科：铜钱树Paliurushemsleyanus；⑧番荔枝科：野独活Miliusabalansae。

2.3.3 香料植物

香料植物有①芸香科：九里香Murrayaexotica、小黄皮Clausenaemarginata、花椒Zanthoxylumbungeanum、长叶蚬壳花椒Zanthoxylumdissitum；②五加科：三叶五加Eleutherococcustrifoliatus；③樟科：香樟Cinnamomumcamphora。

2.3.4 药用植物

药用植物有①防己科：金线吊乌龟Stephaniacephalantha；②紫金牛科：紫金牛Ardisiajaponica、百两金Ardisiacrispa；③小檗科：阔叶十大功劳Mahoniabealei、短序十大功劳Mahoniabreviracema；④天门冬科：玉竹Polygonatumodoratum、假万寿竹Disporopsisfuscopicta、天门冬Asparaguscochinchinensis、龙须菜Asparagusschoberioides；⑤黄杨科：板凳果Pachysandraaxillaris；⑥夹竹桃科：鸡骨常山Alstoniayunnanensis；⑦蓼科：何首乌Fallopiamultiflora、金线草Antenoronfiliforme、虎杖Reynoutriajaponica；⑧菊科：千里光Senecioscandens、苍耳Xanthiumsibiricum、青蒿Artemisiacarvifolia；⑨百部科：对叶百部Stemonatuberosa；⑩金粟兰科：四块瓦Chloranthusholostegius；葡萄科：三叶青Tetrastigmahemsleyanum；忍冬科：金银花Lonicerajaponica；海金沙科：海金沙Lygodiumjaponicum等等。

2.3.5 新种及新记录

桂林喀斯特天坑内发现的新种有①石脚盆天坑：全州螺序草Spiradiclisquanzhouensis[8]；②灵川南圩天坑：灵川小花苣苔Primulinalingchuanensis[9]；③桂林普陀山天坑：长萼报春苣苔[10]。新记录有全州东山土溪天坑：小黄皮Clausenaemarginata(2019年，桂北)。

3 讨论

通过此次对桂林地区的喀斯特天坑进行详细调查研究，发现了新的天坑分布点。原有分布点：全州石脚盆天坑群(待开发)和桂林普陀山天坑(七星公园内，待开发成天坑旅游点)；新发现的分布点：永福乾龙天坑(已开发洞穴旅游)、全州东山土溪天坑(待开发)、恭城下莫天坑(待开发)、兴安白石天坑(初步的探险旅游)、灵川南圩天坑(待开发)(图2)。新分布点的发现为桂林全州、兴安、永福、恭城各县增加了喀斯特旅游新资源，天坑资源将会成为桂林喀斯特地貌旅游、探险、养生开发的处女地。

喀斯特岩溶地区植被相对简单，但特殊地貌造就奇花异境，桂林岩溶石山蕴藏着丰富多彩的花卉观赏植物[11]。这些植物通过人工驯化可以应用于园林景观中，不仅极大地增加喀斯特风景园林景观效果，而且将驯化产品应用于市场，将对桂林景观资源可持续利用的发展具有较大的推动作用。

图2 部分待开发天坑照片

天坑四周为陡峭的岩壁，底部与地下河动力系统相联系，使得天坑能在一定程度上接受太阳辐射及地下河输送的雾气，构成天坑独特的生态环境，其特殊性造成很多植物发生变化，进而产生新的变种并被发现；甚至很多植物把其特殊的环境变成“避难所”。特殊的喀斯特地貌致使植物具有独特的习性，具有抗旱性、抗逆性、耐酸性等特点的植物都可以应用于岩溶石山公园的建设及风景盆栽的设计。

由于此次调查的人力、物力不足，未能对桂林地区进行地毯式调研，经过初步调查,目前发现17座天坑，但随着科研调查的不断深入和新兴技术(无人机)的加入，相信桂林还会发现类似的天坑陆续被发现,但同时其必将受到人为干扰。由于岩溶地貌的特殊性，植物一旦破坏就很难修复，因此，希望在开发天坑资源的同时保护好原生境植物，并对特色植物进行培育和发展。

4 结论

广西桂林地区丰富的喀斯特地质环境和地下水为天坑的发育提供了天然的地质环境。通过实地调查，发现属湘江流域全州县的天坑有11个，其天坑类型发育比较完整，植物种类丰富多样，植物群落类型多样；漓江水系发现的天坑有6个，分布较为分散，分布于灵川、永福、恭城各县区。天坑的类型主要以早期和中期天坑为主，群落植物组成多为草本和灌木植物，天坑区域分布大量的苦苣苔科、秋海棠科和荨麻科等花卉观赏植物，具有非常好的喀斯特景观植物资源。