贵州烂泥沟金矿区苔藓-蕨类植物区系及其生态恢复潜力研究
烂泥沟金矿位于贵州省黔西南州贞丰县境内，是世界级大型露天开采的卡林型金矿，其特点是储量丰富，但品位较低(6g/t左右)。此特点导致冶炼会产生大量的废矿石，矿石中的大量重金属流入环境，对生态环境将造成严重的危害；而露天开采对生物多样性会带来毁灭性的破坏，其开采后所造成的石漠化也使得大多数物种无法生存。鉴于烂泥沟金矿还处在开采的早期阶段，部分矿山还未剥离，为了记录和保存该区的苔藓和蕨类植物资源，以及评价对环境适应性较强的苔藓和蕨类植物在矿山生态恢复中的潜力，对烂泥沟金矿区的苔藓、蕨类植物区系作了详细调查，在此基础上对部分苔藓植物、蕨类植物及其基质作了重金属元素分析。此外，采矿除了带来重金属污染以外，还会造成石漠化，为了探讨苔藓植物在石漠化治理中的作用，对喀斯特石漠苔藓植物结皮进行了研究。
通过对961份苔藓植物标本和339份蕨类植物标本进行整理鉴定，共统计出苔藓植物31科，82属，197种；其中苔11科，19属，27种；藓20科，63属，170种；蕨类植物14科，20属，36种。不同生境(矿区边缘、选厂、冶炼厂、废矿堆积处、矿山和喀斯特石漠区域)苔藓植物科、属、种，蕨类植物科、属、种的相似性系数计算显示，苔藓植物科相似性系数多数在40％以上，但因重金属含量的差异使得矿区边缘和矿渣堆积处只有35.7％，；属相似性系数最低的达到20.1％；种相似性系数最低达到7.2％，最高的也只有35％。而蕨类植物科相似性系数比较高，最低的也达到47.1％；属相似性系数普遍都在50％以上；种的相似性系数与苔藓植物种的相似性系数相比也相对较高。
苔藓植物无论是按属统计还是按种统计，优势科均为丛藓科Pottiaceae、灰藓科Hypnaceae、真藓科Bryaceae和牛毛藓科Ditrichaceae，说明这4个科的物种对该区域的环境有较好的适应性，对该区域的植被构成起到一定的作用。优势属为真藓属Bryum Dill．、凤尾藓属Fissidens Hedw．、泽鲜属Philonotis Brid．、小石藓属Weisia Hedw．、湿地藓属Hyophila Brid．和丝瓜藓属Pohlia Hedw．，总共包含了66种苔藓植物，占总种数的33.5％。通过对蕨类植物优势科属的分析得出，凤尾蕨科Pteridaceae的凤尾蕨属Pteris L．的植物是最适合在该区域生长的，而通过野外调研发现，凤尾蕨属的蜈蚣草Pteris vittata L．是该区域分布范围最广的蕨类植物。
苔藓植物的生活型可以划分为：矮丛集型(Short turfs)、高丛集型(Tallturfs)、平铺型(Mats)、交织型(Wefts)、垫状(Cushions)和悬垂型(Pendants)六种类型。以矮丛集型(Short turfs)和交织型(Wlefts)占据绝对优势。
苔藓植物区系地理成分划分为14种：世界成分、泛热带分布、热带美洲和热带亚洲间断分布、旧世界热带分布、热带亚洲至热带大洋洲分布、热带亚洲至热带非洲分布、热带亚洲分布、北温带分布、东亚和北美洲际间断分布、旧世界温带分布、温带亚洲分布、地中海．西亚至中亚分布、东亚分布和中国特有种，区系成分多样化。相比较，蕨类植物的区系地理成分就少得多，仅有6种类型：泛热带分布、热带亚洲至热带大洋洲分布、热带亚洲分布、温带亚洲分布、东亚分布和中国特有种。
利用原子吸收光谱仪和原子荧光光谱仪测量了金灰藓[Pylaisiellapolyantha(Hedw．)Grout]、黄色真藓原变种(Bryum pallescens Schleich．exSchwaegr．var．pallescens)、牛毛藓[Ditrichum heteromallum(Hedw．)Britt．]、阔叶小石藓(Weisia planifolia Dix．)、短叶小石藓(Weisia semipallida C．Muell．)和红毛细羽藓[Cyrto—hypnum versicolor(C．Muell．)Buck et Crum]6种苔藓植物、蜈蚣草(Pteris vittata L．)和紫茎泽兰(Eupatorium adenophorum Spreng.)及其基质中Au、Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Co、As和Hg9种重金属含量发现，苔藓植物基质As平均浓度高达222.378 mg/kg，最高达到294.295 mg/kg，最低的也有149.978 mg/kg；土壤Hg的平均浓度高达23.516 mg/kg，最高的有37.241 mg/kg，最低的1.617mg/kg，蜈蚣草基质的As和Hg的含量也很高，As达到717.844mg/kg，Hg达到3.174mg/kg，紫茎泽兰基质As浓度为666.021mg/kg，Hg的浓度为4.206mg/kg，均超过国家规定的土壤质量3级标准的数倍以上，说明烂泥沟金矿区土壤已经受到As和Hg污染的威胁。植物重金属含量的测定和富集系数的计算发现这6种苔藓植物、蜈蚣草和紫茎泽兰对复合重金属都具有一定的耐受性。具体为：金灰藓对Cu、Zn、Cd、Cr、Co、Hg；黄色真藓原变种对Cu、Zn、Cd、Cr、Co；牛毛藓对Cu、Zn、Pb、Cd、Co；阔叶小石藓对Zn、Cd、Cr；短叶小石藓对Cu、Zn、Cd、Cr；红毛细羽藓对Zn、Cd、Cr、Co都有一定的富集作用，在矿山生态恢复中可以作为先锋植物来做进一步的研究。蜈蚣草除了对As的含量最高外，对Cr元素的含量也较高，根、叶柄和羽片分别为127.2mg/kg、98.47mg/kg和156.1mg/kg，富集系数分别为2.835、2.195和3.48。而紫茎泽兰根、茎和叶对Cr元素的富集系数分别是：3.286、9.532和8.191；对Cd元素的富集系数分别为：2.95、1.66和3.73。但从元素含量对比可以看出，除了个别的元素如As是蜈蚣草的含量最高以外，其他的几种重金属含量在总体．卜都是苔藓植物明显高于蜈蚣草和紫茎泽兰，蜈蚣草和紫茎泽兰在As以外的元素含量上没有明显区别，说明在矿山环境中，苔藓植物对复合重金属的吸收效果是最好的，其加上蜈蚣草是矿山生态恢复比较理想的植物组合，从植物对重金属的富集系数来看，也可以得到相类似的结论。
通过本次研究发现在金矿山蜈蚣草对As的富集规律同陈同斌的研究结果是基本一致的，但由于金矿多种重金属伴生的特征使得蜈蚣草对As的富集量相对较少。此外，在土壤As浓度为718mg/kg时，蜈蚣草羽片对As的富集系数为0.6。因此，引起蜈蚣草对As富集系数由1开始下降的土壤临界浓度可能在700mg/kg左右，至于具体的数据还需要通过室内实验来进一步的探索。
对喀斯特石漠生物结皮层13种藓类植物成土量、吸水量和吸水率等测定和计算的结果显示，平均成土量在438 kg/hm2～18350 kg/hm2，即使成土量最少的小口小石藓[Weisia Microstoma(Hedw．)C．Muell．]也达到每公顷438kg。平均饱和吸水率在780.43％～1705.56％，最高的达到2228.57％，最低的也有512.99％。平均饱和吸水量在1256.5 kg/hm2～18434.1kg/hm2，最高的达到68140.3kg/hm2。这些特性非常有利于苔藓植物在干旱缺水且土壤极少的喀斯特石漠区域生存，也说明苔藓植物在石漠化治理方面具有很大的潜力，这就为类似烂泥沟金矿这类开采矿山会导致石漠化的矿山生态恢复提供了有效的途径和参考价值。
苔藓植物;蕨类植物;生态恢复;烂泥沟金矿;石漠化治理
贵州师范大学
硕士
植物学
张朝晖
2009
中文
Q949.3;X171.4
107
2009-08-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）