烏魯木齊市郊地衣分布格局及其與環(huán)境的關(guān)系1)

艾尼瓦爾·吐米爾 買買提·沙塔爾 阿布都拉·阿巴斯

(新疆大學(xué)，烏魯木齊，830046)

隨著全球性生態(tài)環(huán)境的不斷惡化，地衣作為一類對環(huán)境條件特別敏感的生物類群，其多樣性受到了嚴(yán)重威脅，引起了研究者的重視[1－2]。國外有關(guān)城市生態(tài)系統(tǒng)地衣多樣性、群落分布格局及其與環(huán)境因素之間的關(guān)系等方面已有不少報道[3－5]。Loppi等研究意大利中部城市Siena的附生地衣多樣性，并根據(jù)地衣多樣性評價該城市空氣質(zhì)量;Larsen等研究倫敦市區(qū)地衣分布與橡樹樹皮酸度和空氣污染之間的關(guān)系時，發(fā)現(xiàn)倫敦市區(qū)地衣的分布與城市空氣污染，特別是二氧化硫的濃度有關(guān)[6];Davies等報道倫敦附生地衣群落物種分布主要受到城市空氣中氮氧化物的影響[7]。

國內(nèi)有關(guān)地衣群落生態(tài)學(xué)的定量研究還處于起步階段。近年來艾尼瓦爾·吐米爾和阿不都拉.阿巴斯等對新疆烏魯木齊南部山區(qū)，天山西部山脈森林生態(tài)系統(tǒng)地衣群落結(jié)構(gòu)及物種多樣性進行了研究[8－12];李蘇等利用樹干取樣法調(diào)查了云南哀牢山徐家壩地區(qū)原生山地常綠闊葉林及其次生人工林中附生地衣的組成和分布，并收集了各個群落地面上凋落的地衣，分析了林冠層附生地衣的物種組成[13]。

地衣在城市生態(tài)系統(tǒng)中也起著重要的作用，尤其是地衣對于環(huán)境的敏感性，使其成為一種良好的城市環(huán)境質(zhì)量指示植物。因此，研究烏魯木齊市地衣群落物種多樣性及其分布格局特點，評價該地區(qū)環(huán)境綜合質(zhì)量方面具有一定的應(yīng)用價值。同時為今后有效保護新疆地衣資源和合理開發(fā)利用提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

烏魯木齊市位于新疆維吾爾自治區(qū)北部，天山中段北麓、準(zhǔn)噶爾盆地南緣，E86°37'33″～88°58'24″，N42°45'32″～44°08'00″。西北部和東北部與昌吉回族自治州接壤，南部與巴音郭楞蒙古自治州相鄰，東南部與吐魯番地區(qū)交界。地處天山山系北天山西段與東段的結(jié)合部，東、南、西三面環(huán)山，地勢東南高、西北低，北為準(zhǔn)噶爾盆地南緣。海拔680～920 m，市區(qū)平均海拔800 m。有烏魯木齊河、頭屯河、白楊河、柴窩堡湖等水系，烏魯木齊河自西南向北斜貫市區(qū)。該區(qū)屬中溫帶大陸性干旱氣候，春秋兩季較短，冬夏兩季較長，晝夜溫差大。年平均降水量為194 mm，最暖的7、8月平均氣溫為25.7℃，最冷的1月平均氣溫為－15.2℃。

2 研究方法

2.1 野外調(diào)查

于2011年7—9月在烏魯木齊市倉房溝(N43°45.273'、E087°33.088'，海拔 1115 m，位于市南郊，周邊是農(nóng)區(qū)和住宅區(qū))、花兒溝(N43°43.583'、E087°40.253'，海拔 1118 m，位于烏魯木齊南郊，離市中心 7 km)和西山(N43°47.524'、E:087°28.120'，海拔980 m，位于烏魯木齊市南郊25 km)等地進行野外調(diào)查。記錄地衣種類、蓋度、頻度，以及測定各樣點的環(huán)境因子。在各個樣點中分別選取1～3個樣地進行樣方調(diào)查。每個樣地中隨機設(shè)立樣方若干個，樣方大小為20 cm×20 cm。每個樣方中不同種類的蓋度用網(wǎng)格法測定。以地衣植物在樣方中的平均蓋度作為樣點的蓋度。調(diào)查同時記錄樣點的郁閉度、濕度和干擾因素。

2.2 標(biāo)本鑒定方法

采用形態(tài)觀察法，化學(xué)顯色反應(yīng)法(Color test，CT)，地衣微量化學(xué)結(jié)晶檢驗法(Microcrystal test，MCT)，薄層色譜法(Thin－layer chromatography，簡寫TLC)等常用方法對所采集的地衣標(biāo)本進行種類鑒定。

2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

根據(jù)地衣的種類和蓋度，計算樣點的Patrick豐富度指數(shù)、Shannon－Wiener多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)，比較各樣點的多樣性特點。

①Patrick豐富度指數(shù):D=S，其中D為種多樣性指數(shù);S為樣地內(nèi)的種數(shù)。

②Shannon －Wiener多樣性指數(shù)[14]:

式中:N表示全部種的總蓋度;Ni表示每一個種的個體蓋度。

③Pielou均勻度指數(shù)用以下公式來計算，J=H/Hmax，J為均勻度指數(shù);H為實測多樣性值;Hmax為理論上群落多樣性的最大值Hmax=lns，其中s為總種數(shù)。

筆者在野外收集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用 PCORD4.10軟件以樣點為對象，以地衣的蓋度為指標(biāo)，用數(shù)值分析中的除趨勢對應(yīng)分析(DCA)[15－17]對調(diào)查樣點進行分組，分析了各組地衣的總蓋度，展示了各樣點間地衣組成上的關(guān)系。

典范對應(yīng)分析(Canonical Correspondence Analysis，CCA)是當(dāng)前較為有效的分析植物分布與環(huán)境關(guān)系的排序方法[17－19]。本研究對樣點的環(huán)境數(shù)據(jù)按最大值法標(biāo)準(zhǔn)化處理，將地衣蓋度與標(biāo)準(zhǔn)化處理后的環(huán)境數(shù)據(jù)表，用 PC－ORD 4.10進行分析，生成種—環(huán)境因子排序圖，表示種類分布與環(huán)境因子以及樣點與環(huán)境因子間的關(guān)系。

3 結(jié)果與分析

3.1 烏魯木齊市郊地衣種類組成

經(jīng)過對所采標(biāo)本的鑒定，記錄烏魯木齊市郊地衣共有13科17屬43種，其中中國新記錄種1個(帶*號)見表1。從表1可以看出，烏魯木齊市郊地衣中含有5種以上的大科共3個，包括微孢衣科、膜衣科、茶漬科，占總科數(shù)的23.08%，包含有4屬21種，分別占地衣植物總屬數(shù)和總種數(shù)的25.53%和48.84%。其中茶漬科為第一大科，有2屬8種;其次為膜衣科，有1屬7種，見表2。

3.2 地衣物種多樣性分析

對9個樣點分別進行了Patrick豐富度指數(shù)、Shannon－Weiner多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)分析，結(jié)果見表3。

多樣性指數(shù)通常與其組成種的豐富度或多度及種間個體數(shù)分布的均勻度兩個參數(shù)有關(guān)。用其指數(shù)可以定量比較不同地區(qū)或同一地區(qū)不同群落的結(jié)構(gòu)特征。本研究對9個樣點進行了Shannon－Weiner多樣性指數(shù)的分析，可以看出，樣點1—樣點9的多樣性指數(shù)都在2.017～2.774，地衣物種多樣性均較高。其中位于西山的樣點1和樣點2的物種多樣性最高，分別為2.774和2.692;位于花兒溝的3個樣點的地衣物種多樣性均較低。該地區(qū)地衣物種多樣性與樣點離市中心的距離有正相關(guān)，其中西山離市區(qū)的距離較遠，汽車尾氣排放和其他的人為干擾相對比其他樣點較少，因此地衣多樣性較多。相反，花兒溝地區(qū)位于市郊區(qū)，樣點離市區(qū)的距離較近，且該樣點周圍有電廠等廢氣排放源，因此地衣多樣性較低。

烏魯木齊市郊地衣生長基物主要有3種，分別為石生、土生、樹枝生。其中石生種類38種，占總種數(shù)的 88.37%，樹枝生占 0.07%，土生占 0.05%，這與當(dāng)?shù)氐牡乩砑碍h(huán)境是分不開的。烏魯木齊城市比較大，離海洋非常遠，是污染很嚴(yán)重的一座城市。因此，嚴(yán)重的大氣污染和干旱環(huán)境影響地衣的生態(tài)環(huán)境，導(dǎo)致市區(qū)地衣消失，形成了地衣荒漠區(qū)，有地衣分的地區(qū)主要是石生種類占了絕大多數(shù)。

表1 烏魯木齊市郊地衣的種類組成

表2 烏魯木齊市地衣植物優(yōu)勢科統(tǒng)計

從Pielou均勻度指數(shù)的分析中可以看出，除了樣點8的均勻度為0.852較低外，其它樣點地衣群落的均勻指數(shù)都比較高，平均處于0.9416。

3.3 地衣分布格局特征

為了進一步確定43個物種在9個樣點72個樣方中的分布特征(表4)，比較9個樣點之間的相似性，以樣點為對象，地衣蓋度為指標(biāo)(表5)進行了DCA分析。

表3 9個樣點地面生地衣多樣性

除趨勢對應(yīng)分析結(jié)果顯示，9各樣地可分為3各組，見圖1。

樣點組1:共5個樣地，包括位于倉房溝的2個樣地，分別為CF1、CF2和位于花兒溝的3個樣地(HE1、HE2、HE3)，分布在烏魯木齊市南部，處于輕度污染和人為干擾較大的地區(qū)。共有32種地衣，主要地衣有有油平茶漬、深褐微孢衣、亞洲平茶漬、荒漠平茶漬、碎茶漬、墻茶漬、麗石黃衣等。地衣植物總蓋度為2.086%，蓋度最大的是碎茶漬，為0.446%，其次是墻茶漬，為0.326%。

樣地組2:共3個樣地，位于烏魯木齊市西南部西山農(nóng)場，分別為 XS1、XS2、XS3，人為干擾較大。有27種地衣，主要地衣有荒漠平茶漬、有油平茶漬、侵占微孢衣、糙伏毛微孢衣、碎茶漬、小茶漬、L.toninioides和麗石黃衣等。地衣總蓋度為1.277%，蓋度最大的是荒漠平茶漬，其蓋度為0.146%。

表4 烏魯木齊市郊地衣在各樣點的分布

表5 43種地衣在9個樣地中的覆蓋度%

樣地組3:位于倉房溝(CF3)，人為干擾比同地區(qū)其他樣地高，基本沒有樹木和灌木，光照強，干旱。因此，所在的地衣種類少，僅有6各種，主要有荒漠平茶漬、散布茶漬、耳盤網(wǎng)衣、斑點雞皮衣、麗石黃衣等。地衣總蓋度為0.197%。

3.4 地衣分布與環(huán)境關(guān)系

為了更有效地分析烏魯木齊市郊地衣群落分布與環(huán)境因子之間的關(guān)系，對43種地衣的蓋度(表5)及9個樣地的環(huán)境因子運用典范對應(yīng)分析法進行分析，見圖2。9個樣地的環(huán)境因子以五級制表示，見表6。

表6 9個樣地的環(huán)境因子

圖1 9個樣地的除趨勢對應(yīng)分析

從圖2可知，在CCA排序圖中，與第一軸的關(guān)系最大的是人為干擾因素，為正相關(guān)，高達相關(guān)系數(shù)0.517;其次是郁閉度，正相關(guān)，為相關(guān)系數(shù)0.424;再次是濕度，正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.362;最小的是光強，負相關(guān)，僅為相關(guān)系數(shù)－0.075。與第二軸的相關(guān)性，以郁閉度為最大，呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)0.536;其次是光強和干擾，都是負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為－0.231和 －0.123;最小的是濕度，也是負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)－0.014(見表7)。

圖2 43種地衣植物與環(huán)境因子的CCA排序圖

表7 環(huán)境因子與CCA前二個排序軸間的相關(guān)系數(shù)

分析結(jié)果表明，郁閉度、濕度、人為干擾均會影響地衣植物的分布，影響最大的是人為干擾，因為地衣采樣點都位于離市中心不遠的近郊區(qū)，受人類活動的影響較大。其次為郁閉度和濕度，大部分地衣的生長分布需要較豐富的可利用水分，因此郁閉度(間接產(chǎn)生的水分維持作用)和濕度會影響很多地衣種類的分布。4種環(huán)境因子的相關(guān)性列于表8?？梢钥闯觯糸]度與濕度呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.0810;干擾因素與光強也呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.744;光強與與郁蔽度和濕度呈負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)依次為 －0.783 和 －0.906。

表8 4個環(huán)境因子的相關(guān)性分析

根據(jù)圖2中的43種的排序結(jié)果，可將43種地衣分為3個組。

組1:包括風(fēng)滾平茶漬(6)、紅盤橙衣(13)、黃粒黃茶漬(17)、小茶漬(28)、密集黑蜈蚣衣(35)、珊瑚芽蜈蚣衣(36)、紅臍鱗衣(39)、淡腹根石耳(42)。這8個種的蓋度很小，而且只在倉房溝的樣地記錄分布。因此受到了該樣點環(huán)境因子數(shù)據(jù)的影響。

組2:包括亞洲平茶漬(2)、荒漠平茶漬(3)、侵占微孢衣(9)、油黃茶漬(15)、金黃茶漬(16)、堅韌膠衣(19)、雙緣衣(23)、碎茶漬(25)、藍茶漬(26)、散布茶漬(27)、墻茶漬(29)、斑紋網(wǎng)衣(31)、甘肅網(wǎng)衣(32)、耳盤網(wǎng)衣(34)、斑點雞皮衣(37)、麗石黃衣(43)等，共16個種。這些種都是常見種，抗旱性強，對大氣污染表現(xiàn)一定的耐性。

組3:包括赭白平茶漬(4)、有油平茶漬(5)、深褐微孢衣(7)、褐微孢衣(8)、糙伏毛微孢衣(10)、縫裂微孢衣(11)、叢生微孢衣(12)、類銹橙衣(14)、黃茶漬(18)、波緣膠衣(20)、皮果衣覆瓦變種(21)、短絨皮果衣(22)、L.toninioides(24)、多形茶漬(30)、西部網(wǎng)衣(33)、墊臍鱗衣(38)、包氏餅干衣木生變型(40)、盾臍鱗衣(41)等，共18個種。它們大部都生長在比較潮濕、郁閉度較大環(huán)境，且多數(shù)是石生種類。

4 結(jié)論

本研究記錄分布在烏魯木齊市郊的地衣，共有43種隸屬于17科17屬，其中中國新記錄種1個，主要以耐旱性強、巖面生種類為主，分布在西山、花爾溝和倉房溝等離市中心較遠的地區(qū)。根據(jù)DCA排序結(jié)果把該地區(qū)的地衣可分成3個樣點組，并根據(jù)各樣點組優(yōu)勢種的蓋度及密度將3個樣點組劃分為相應(yīng)的3個地衣群落。

運用數(shù)量生態(tài)學(xué)的典范對應(yīng)分析法，確定烏魯木齊市郊區(qū)地衣物種分布與環(huán)境因素之間的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，郁閉度、濕度、人為干擾等因素主要影響研究地區(qū)地衣物種的分布。其中影響最大的是人為干擾，其次為郁閉度和濕度。本研究結(jié)果與Loppi等對意大利Siena市和Montecatini Terme市的地衣群落調(diào)查結(jié)果基本一致[3]，說明在城市中人類活動是影響地衣分布的主要因素之一[20]。

烏魯木齊地區(qū)的地衣物種多樣性及其分布與城市環(huán)境因素有密切的關(guān)系，一般由市中心至郊區(qū)，由污染點至清潔地，不但其地衣種類數(shù)逐步增多，而且地衣生長良好，覆蓋度出現(xiàn)增大，一定程度上反映了烏魯木齊市郊區(qū)環(huán)境質(zhì)量的變化情況。因此，地衣可作為評價城市環(huán)境質(zhì)量變化的生物指示植物，可在今后具有進一步推廣應(yīng)用的價值。

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