桂林天坑資源調(diào)查及其植物應(yīng)用價(jià)值研究*

唐健民，鄒 蓉，朱成豪，高麗梅，熊雅蘭，韋 霄，熊忠臣

(廣西壯族自治區(qū)中國科學(xué)院廣西植物研究所，廣西喀斯特植物保育與恢復(fù)生態(tài)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西桂林 541006)

0 引言

天坑(Tiankeng)，即具有巨大空間，陡峭的巖壁，豎井狀態(tài)等醒目的外形特征，發(fā)育在連續(xù)沉積厚度及其含水層包氣帶厚度巨大(地下水位深埋)的可溶性巖層中，從地下通向地面，四周巖壁封閉而峭立，平面寬度與深度大于百米甚至達(dá)數(shù)百米以上，底部與地下河相連接的一種大型喀斯特負(fù)地形[1]。天坑作為一種新型的喀斯特形態(tài)，具有很高的地質(zhì)、探險(xiǎn)、旅游、生物、環(huán)境等多領(lǐng)域的研究和開發(fā)價(jià)值。廣西是全國喀斯特地貌主要分布區(qū)域，喀斯特地貌面積達(dá)9.87×104km2，占廣西總面積的51%，主要分布于桂東北、桂西、桂西南地區(qū)，喀斯特巖溶峰林地貌是天坑地貌形成、發(fā)育和演化的基礎(chǔ)[2]。廣西發(fā)現(xiàn)的天坑如大石圍天坑群、好龍?zhí)炜?、文雅天坑、高峰天坑、龍包天坑等，主要分布于桂西的樂業(yè)、鳳山、巴馬，桂西南的平果、融安等縣；桂北地區(qū)的環(huán)江、羅城、七星區(qū)、全州縣有零星分布。

桂林擁有得天獨(dú)厚的漓江山水生態(tài)景觀資源，享有“山水甲天下”的美譽(yù)，桂林喀斯特是“中國南方喀斯特”系列的重要地貌形態(tài)部分，在世界具有獨(dú)一無二的地位，代表了“中國南方喀斯特”地貌演化史的完美過程。桂林目前報(bào)道發(fā)現(xiàn)的天坑有全州石腳盆天坑群和普陀山天坑。桂林這樣的喀斯特特色地貌區(qū)域是否僅有兩個(gè)地區(qū)分布著天坑資源,本研究對此進(jìn)行了探索及科考調(diào)查；同時(shí)對喀斯特天坑區(qū)域的植物進(jìn)行調(diào)查研究，分析其開發(fā)及應(yīng)用價(jià)值，為桂林喀斯特資源可持續(xù)利用提供科學(xué)數(shù)據(jù)。

隨著2018年桂林獲批建設(shè)國家可持續(xù)發(fā)展議程創(chuàng)新示范區(qū)，如何針對喀斯特地貌特征，促進(jìn)景觀資源的可持續(xù)利用，推動(dòng)生態(tài)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，實(shí)現(xiàn)喀斯特石漠化地區(qū)生態(tài)修復(fù)和環(huán)境保護(hù)，是桂林可持續(xù)發(fā)展亟待解決的瓶頸問題[3-4]。天坑具有稀有、雄奇、險(xiǎn)峻、壯觀、生態(tài)環(huán)境獨(dú)特等綜合屬性，充分利用天坑的自然資源，進(jìn)行以“景觀資源可持續(xù)利用”為主題，以轉(zhuǎn)變發(fā)展觀念、創(chuàng)新發(fā)展模式、提高發(fā)展質(zhì)量為主線，按照生態(tài)資源保護(hù)利用、生態(tài)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境改善、生態(tài)文明建設(shè)的思路，提供優(yōu)質(zhì)生態(tài)產(chǎn)品和生態(tài)服務(wù)，以創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展為動(dòng)力，著力解決制約桂林可持續(xù)發(fā)展的瓶頸問題[5]。本研究對桂林地區(qū)的天坑分布、類型及植物資源進(jìn)行充分了解，為桂林可持續(xù)旅游發(fā)展提供基礎(chǔ)資料，為桂林喀斯特景觀資源可持續(xù)利用豐富自然資源信息。

1 材料與方法

1.1 自然地理概況

桂林市位于廣西壯族自治區(qū)東北部，地處東經(jīng)109°36′50″—111°29′30″，北緯24°15′23″—26°23′30″，南北長236 km、東西寬189 km。桂林市位于南嶺山系西南部、巖溶盆地北端中部，處在“湘桂夾道”中，地形為西部、北部及東南部高，中部較低；以中山或低中山地形為主。桂林市地處低緯地區(qū)，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，境內(nèi)氣候溫和，雨量充沛，無霜期長，光照充足，熱量豐富，夏長冬短，四季分明且雨熱基本同季。年平均氣溫接近19.1℃，年平均降雨量1 887.6 mm，年平均相對濕度為76%，年平均日照時(shí)數(shù)為1 447.1 h。

1.2 方法

通過材料收集及實(shí)地調(diào)查研究，對桂林地區(qū)天坑資源分布區(qū)、地理位置、大小、發(fā)育類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；對天坑巖溶地區(qū)的植被和生境進(jìn)行野外調(diào)查，樣方選擇10 m×10 m大小，記錄樹種、冠幅、密度、生態(tài)類型等。

2 結(jié)果與分析

2.1 桂林天坑的分布情況

天坑按形成方式主要分為塌陷型和侵蝕型?？λ固氐孛驳牡乇硎谴蟛糠致懵兜奶妓猁}巖峰叢，地下河流縱橫，水系發(fā)達(dá)；地下水系統(tǒng)集中從地下深處溶蝕碳酸鹽巖層，源源不斷輸出崩塌及塌陷物，直至整個(gè)地下空間露出地表而形成的天坑[6]。多數(shù)天坑都是塌陷型，如大石圍天坑、號龍?zhí)炜?、交樂天坑、玉良天坑等；桂林普陀山天坑是廣西為數(shù)不多發(fā)育于峰林平原的峰叢中的天坑，其割切了所在地貌的形態(tài)(山頂、山腰、洼地等)，使得天坑主要發(fā)育于巖溶峰叢山區(qū)的地貌背景，增加了進(jìn)入的難度。目前，根據(jù)朱學(xué)穩(wěn)等[1]和羅書文等[7]對天坑等級的定義，將天坑分為4個(gè)等級，分別是特(超)級、大型、中型、小型。調(diào)查發(fā)現(xiàn)桂林天坑的分布數(shù)量為17，大型1座，中型6座，小型10座，中小型的天坑分布較多，分布也比較廣泛(表1，圖1)。石腳盆天坑群的規(guī)格是桂林天坑群中最大的，且石腳盆天坑群有9座天坑，都是漏斗型。靈川南圩、永福乾龍、興安白石天坑都是小型天坑，屬倒漏斗型。全州東山土溪和恭城下莫天坑屬井筒型天坑。

表1 桂林地區(qū)的天坑及規(guī)模參數(shù)

Table 1 Tiankeng and scale parameters in Guilin area

天坑名稱Tiankeng name地理位置Location海拔Altitude(m)最大洞深Maximum depth of cave(m)洞口面積The area of cave (m2)形態(tài)特征Morphological characteristics規(guī)模Scale石腳盆天坑群Shijiaopen tian-keng group庵潭AntanN:25°40′22″E:111°3′11″382110362×512L大型Large遼波潭LiaobotanN:25°39′48″E:111°3′43″42054165×146L中型Middle蘿卜潭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巴掌巖BazhangyanN:25°40′22″E:111°3′9″3685080×85L小型Small

續(xù)表1

Continued table 1

天坑名稱Tiankeng name地理位置Location海拔Altitude(m)最大洞深Maximum depth of cave (m)洞口面積The area of cave (m2)形態(tài)特征Morphologicalcharacteristics規(guī)模Scale連魚巖LianyuyanN:25°40′19″E:111°3′9.72″3725276×80L小型Small燈草潭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靈川南圩天坑Nanxu tiankeng of LingchuanN:25°03′41″E:110°30′42″2346542×47D小型Small永福乾龍?zhí)炜観ianlong tiankeng of YongfuN:24°58′39″E:110°8′6″2605541×23D小型Small恭城下莫天坑1號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號Xiamo tiankeng No.2 of GongchengN:24°52′56″E:110°44′55″2186050×50J小型Small全州東山土溪天坑1號Dongshan Tuxi tiankeng No.1 of QuanzhouN:25°52′15E:111°17′43″6454548×28J小型Small全州東山土溪天坑2號Dongshan Tuxi tiankeng No.2 of QuanzhouN:25°52′14″E:111°17′48″6154240×43J小型Small興安白石天坑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

圖1 桂林地區(qū)天坑分布示意圖

Fig.1 Schematic diagram of tiankeng distribution in Guilin area

2.2 各天坑巖溶地貌主要植被

天坑從發(fā)育開始就有植物侵入，隨著天坑成長壯大和衰老，植物經(jīng)歷定居、適應(yīng)、競爭到形成穩(wěn)定群落。天坑區(qū)域主要以石灰?guī)r為主，有少量的山地土壤分布，天坑內(nèi)部四周峭壁土壤稀少、質(zhì)地較薄肥力低；而天坑底部多為腐殖質(zhì)，水分和肥力都很高，有利于植物的生長。石腳盆天坑群以后期天坑為主，發(fā)育后期的天坑光照充足、植被群落發(fā)育較為穩(wěn)定且豐富，后期天坑以喜陽的喬木樹種為主，如南酸棗Choerospondiasaxillaris、喜樹Camptothecaacuminata等。中期的天坑空氣潮濕、光照有限，例如東山土溪天坑喬木樹種則是以喜陰濕為主，如桂北木姜子Litseasubcoriacea、楊梅蚊母樹Distyliummyricoides等；中期天坑植被主要是以灌木和草本為主，如野獨(dú)活M.sinensi、莢蒾V.dilatatum、蜘蛛抱蛋Aspidistraelatior等。早期的天坑光照少、土壤稀薄，植物則以草本植物為主陰生灌木為輔，耐蔭性高，分布較多的有蜘蛛抱蛋Aspidistraelatior、樓梯草Elatostemainvolucratum、長柄冷水花Pileaangulatasubsp.petiolaris、鳳仙花Impatiensbalsamina、革葉粗筒苣苔Briggsiamihieri、牛耳朵Chiritaeburnea、黃花石蒜Lycorisaurea等(表2)。

表2 桂北地區(qū)各天坑植物群落主要植物

Table 2 Main plant communities of tiankeng in northern Guangxi

天坑名稱Tiankeng name植物分類Plant classification喬木Tree灌木Shrub草本Herb藤本Vine石腳盆天坑群Shijiaopen tiankeng group南酸棗Ch.axillaris、喜樹C.acuminata、苦楝樹M.a-zedarach、大葉野櫻P.zippe-liana、枸骨木C.wilsoniana方竹Ch.quadrangularis、板凳果P.axillaris、短序十大功勞M.breviracema、勾兒茶B.sinica、莢蒾V.dilatatum青蒿A.carvifolia、天門精C.abrotanoides、醉魚草B.lind-leyana、金線草An.filiforme、腎萼金腰Ch.delavayi、雞骨常山A.yunnanensis、假萬壽竹D.fuscopicta、玉竹P.odo-ratum厚果崖豆藤M(fèi).pachycarpa、常春藤H.nepalensis、烏藤U.tonkinensisvar、金銀花L.japonica、龍須藤B.champio-nii全州東山土溪天坑Dongshan Tuxi tiankeng of Quanzhou桂北木姜子L.subcoriacea、喜樹C.acuminata、楊梅蚊母樹D.myricoides九里香M.exotica、南天竹N.domestica、蜆殼花椒Z.dissitum、莢蒾V.dilatatum半蒴苣苔H.henryi、斑葉蜘蛛抱蛋A.elatior、鳳仙花I.balsamina、樓梯草E.involu-cratum、杜若P.japonica雞矢藤H.Paederiae、常春藤H.nepalensis、扶芳藤E.for-tunei、金線吊烏龜S.cepha-rantha靈川南圩天坑Nanxu tiankeng of Lingchuan水楊梅A.rubella、厚殼桂C.chinensis、構(gòu)樹B.papyrif-era、棒柄花C.brevipetiola-tum白飯樹F.virosa、蝦公木B.fordii、莢蒾V.dilatatum、紫金牛A.japonica半蒴苣苔H.henryi、靈川小花苣苔P.lingchuanensis、黃花石蒜L.aurea、鳳仙花I.balsamina使君子Q.indica、鐵線蓮C.florida、牛尾菜S.riparia永福乾龍?zhí)炜観ianlong tiankeng of Yongfu八角楓A.chinense、清香桂S.ruscifolia、松樹Pines、樟樹C.camphora蝦公木B.fordii、野獨(dú)活M.sinensis羊奶子E.pungens紅背山麻桿A.trewioide螞蝗七D.fimbrisepalus、三葉青T.hemsleyanum、何首烏F.multiflora、半夏P.ter-nata石柑子P.chinensis、五葉爬山虎P.quinquefolia興安白石天坑Baishi tiankeng of Xing'an巖樟 C.saxatile、南方桂櫻L.australis、水楊梅A.rubella石山棕G.argyrata、鴨腳木S.heptaphylla、白飯樹F.vir-osa、粗糠柴M.philippensis、石山榕F.parrifolia長柄冷水花P.angulata sub-sp.petiolaris、水田七T.plan-taginea、六棱菊L.alata、革葉粗筒苣苔B.mihieri、牛耳朵Chirita eburnea雞矢藤H.paederiae普陀山天坑Putuoshan tiankeng南酸棗Ch.axillaris、松樹Pines、苦楝樹M.azedarach、青岡Q.glauca、冬青I.chinensis紫金牛A.japonica、金櫻子R.laevigata、檵木L.chinense三葉五加A.trifoliatus五節(jié)芒Miscanthus floridu-lus、野菊花Dendranthema indicum、牛耳朵Chirita eburnea龍須藤B.championii恭城下莫天坑Xiamo tiankeng of Gongcheng銅錢樹C.sinensis、構(gòu)樹B.papyrifera羊奶子E.pungens、白飯樹F.virosa、黃檀D.hupeana、紫珠C.nudiflor四塊瓦Ch.holostegius、對葉百部S.tuberosa牛尾菜S.riparia

2.3 具有開發(fā)價(jià)值的植物

2.3.1 花卉觀賞植物

桂林喀斯特天坑及巖溶地貌區(qū)域孕育了許許多多的奇花異草，尤其是苦苣苔科植物。花卉觀賞植物有①苦苣苔科：桂林小花苣苔Chiritopsisrepandavar.guilinensis、長萼報(bào)春苣苔Primulinalongicalyx、牛耳朵ChiritaeburneaHance、永福報(bào)春苣苔Primulinayongfuensis、半蒴苣苔HemiboeahenryiClarke、螞蝗七Chiritafimbrisepala；②秋海棠科：秋海棠Begoniagrandis、癩葉秋海棠Begonialeprosa；③鳳仙花科：鳳仙花Impatiensbalsamina；④天門冬科：蜘蛛抱蛋Aspidistraelatior；⑤蕁麻科：冷水花Pileanotata、樓梯草Elatostemainvolucratum；⑥石蒜科：黃花石蒜Lycorisaurea；⑦虎耳草科：天胡荽金腰Chrysospleniumhydrocotylifolium。

2.3.2 綠化、觀賞樹種

綠化、觀賞樹種有①黃楊科：清香桂SarcococcaruscifoliaStapf；②樟科：厚殼桂Cryptocaryachinensis、桂北木姜子Litseasubcoriacea、潤楠Machilusnanmu；③大戟科：棒柄花Cleidionbrevipetiolatum；④藍(lán)果樹科：喜樹Camptothecaacuminata；⑤使君子科：使君子Quisqualisindica；⑥漆樹科：黃連木PistaciachinensisBunge；⑦鼠李科：銅錢樹Paliurushemsleyanus；⑧番荔枝科：野獨(dú)活Miliusabalansae。

2.3.3 香料植物

香料植物有①蕓香科：九里香Murrayaexotica、小黃皮Clausenaemarginata、花椒Zanthoxylumbungeanum、長葉蜆殼花椒Zanthoxylumdissitum；②五加科：三葉五加Eleutherococcustrifoliatus；③樟科：香樟Cinnamomumcamphora。

2.3.4 藥用植物

藥用植物有①防己科：金線吊烏龜Stephaniacephalantha；②紫金?？疲鹤辖鹋rdisiajaponica、百兩金Ardisiacrispa；③小檗科：闊葉十大功勞Mahoniabealei、短序十大功勞Mahoniabreviracema；④天門冬科：玉竹Polygonatumodoratum、假萬壽竹Disporopsisfuscopicta、天門冬Asparaguscochinchinensis、龍須菜Asparagusschoberioides；⑤黃楊科：板凳果Pachysandraaxillaris；⑥夾竹桃科：雞骨常山Alstoniayunnanensis；⑦蓼科：何首烏Fallopiamultiflora、金線草Antenoronfiliforme、虎杖Reynoutriajaponica；⑧菊科：千里光Senecioscandens、蒼耳Xanthiumsibiricum、青蒿Artemisiacarvifolia；⑨百部科：對葉百部Stemonatuberosa；⑩金粟蘭科：四塊瓦Chloranthusholostegius；葡萄科：三葉青Tetrastigmahemsleyanum；忍冬科：金銀花Lonicerajaponica；海金沙科：海金沙Lygodiumjaponicum等等。

2.3.5 新種及新記錄

桂林喀斯特天坑內(nèi)發(fā)現(xiàn)的新種有①石腳盆天坑：全州螺序草Spiradiclisquanzhouensis[8]；②靈川南圩天坑：靈川小花苣苔Primulinalingchuanensis[9]；③桂林普陀山天坑：長萼報(bào)春苣苔[10]。新記錄有全州東山土溪天坑：小黃皮Clausenaemarginata(2019年，桂北)。

3 討論

通過此次對桂林地區(qū)的喀斯特天坑進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)了新的天坑分布點(diǎn)。原有分布點(diǎn)：全州石腳盆天坑群(待開發(fā))和桂林普陀山天坑(七星公園內(nèi)，待開發(fā)成天坑旅游點(diǎn))；新發(fā)現(xiàn)的分布點(diǎn)：永福乾龍?zhí)炜?已開發(fā)洞穴旅游)、全州東山土溪天坑(待開發(fā))、恭城下莫天坑(待開發(fā))、興安白石天坑(初步的探險(xiǎn)旅游)、靈川南圩天坑(待開發(fā))(圖2)。新分布點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)為桂林全州、興安、永福、恭城各縣增加了喀斯特旅游新資源，天坑資源將會成為桂林喀斯特地貌旅游、探險(xiǎn)、養(yǎng)生開發(fā)的處女地。

喀斯特巖溶地區(qū)植被相對簡單，但特殊地貌造就奇花異境，桂林巖溶石山蘊(yùn)藏著豐富多彩的花卉觀賞植物[11]。這些植物通過人工馴化可以應(yīng)用于園林景觀中，不僅極大地增加喀斯特風(fēng)景園林景觀效果，而且將馴化產(chǎn)品應(yīng)用于市場，將對桂林景觀資源可持續(xù)利用的發(fā)展具有較大的推動(dòng)作用。

圖2 部分待開發(fā)天坑照片

天坑四周為陡峭的巖壁，底部與地下河動(dòng)力系統(tǒng)相聯(lián)系，使得天坑能在一定程度上接受太陽輻射及地下河輸送的霧氣，構(gòu)成天坑獨(dú)特的生態(tài)環(huán)境，其特殊性造成很多植物發(fā)生變化，進(jìn)而產(chǎn)生新的變種并被發(fā)現(xiàn)；甚至很多植物把其特殊的環(huán)境變成“避難所”。特殊的喀斯特地貌致使植物具有獨(dú)特的習(xí)性，具有抗旱性、抗逆性、耐酸性等特點(diǎn)的植物都可以應(yīng)用于巖溶石山公園的建設(shè)及風(fēng)景盆栽的設(shè)計(jì)。

由于此次調(diào)查的人力、物力不足，未能對桂林地區(qū)進(jìn)行地毯式調(diào)研，經(jīng)過初步調(diào)查,目前發(fā)現(xiàn)17座天坑，但隨著科研調(diào)查的不斷深入和新興技術(shù)(無人機(jī))的加入，相信桂林還會發(fā)現(xiàn)類似的天坑陸續(xù)被發(fā)現(xiàn),但同時(shí)其必將受到人為干擾。由于巖溶地貌的特殊性，植物一旦破壞就很難修復(fù)，因此，希望在開發(fā)天坑資源的同時(shí)保護(hù)好原生境植物，并對特色植物進(jìn)行培育和發(fā)展。

4 結(jié)論

廣西桂林地區(qū)豐富的喀斯特地質(zhì)環(huán)境和地下水為天坑的發(fā)育提供了天然的地質(zhì)環(huán)境。通過實(shí)地調(diào)查，發(fā)現(xiàn)屬湘江流域全州縣的天坑有11個(gè)，其天坑類型發(fā)育比較完整，植物種類豐富多樣，植物群落類型多樣；漓江水系發(fā)現(xiàn)的天坑有6個(gè)，分布較為分散，分布于靈川、永福、恭城各縣區(qū)。天坑的類型主要以早期和中期天坑為主，群落植物組成多為草本和灌木植物，天坑區(qū)域分布大量的苦苣苔科、秋海棠科和蕁麻科等花卉觀賞植物，具有非常好的喀斯特景觀植物資源。