加拿大东部泥炭地中苔藓植物分布和栖息地偏好的环境驱动因素

《Brain Behavior and Immunity Integrative》：Environmental drivers of bryophyte distribution and habitat preference in Sphagnum peatlands of Eastern Canada

泥炭地苔藓分布受水化学（pH、EC等）和宏观气候（降水、温度）主导，伴生植被及光照影响显著。通过分析加拿大东部168个泥炭地站点1403个样方，揭示37种优势苔藓的生态群组特征，划分7类栖息地并建立区域参考生态系统，为保护与修复提供科学依据。

　　这项研究聚焦于加拿大东部地区由泥炭藓主导的泥炭地中的苔藓类植物的生境偏好及其生态群落结构。通过分析168个泥炭地中的1403个样方，研究人员揭示了这些生态系统中苔藓类植物的分布规律，并探讨了影响其分布的环境因素。研究结果不仅加深了对泥炭地生态系统的理解，还为泥炭地的修复和保护提供了重要的理论依据。

### 研究背景与意义

泥炭地在加拿大占据约12%的陆地面积，主要分布于寒带地区。它们在生态系统中扮演着关键角色，如碳储存、水文调节和养分循环等。其中，泥炭藓（*Sphagnum*）是泥炭地植被的核心组成部分，作为“工程师物种”，对泥炭地的形成和维持起着重要作用。然而，尽管在北美西部地区和欧洲已有大量关于泥炭藓生态位的研究，但加拿大东部的泥炭地苔藓类植物的生境偏好和生态群落结构却缺乏系统性的描述。

本研究填补了这一知识空白，通过综合分析不同气候区域的泥炭地生态系统，识别了苔藓类植物的生态群落，探讨了其与环境梯度之间的关系。研究结果有助于理解泥炭地生态系统的功能和结构，为应对气候变化对生物多样性和生态系统功能的影响提供了科学依据。

### 研究方法与数据来源

本研究选取了加拿大东部的168个泥炭地样点，涵盖了新不伦瑞克省和魁北克省的138个自然泥炭地复合体。这些样点主要分布在三个主要气候区域：大西洋地区（新不伦瑞克）、五大湖和圣劳伦斯低地地区（魁北克）以及东北森林地区（魁北克）。研究数据来源于1993年至2008年间的多次调查，包括三个不同的数据来源：Poulin（2002）、Pouliot（2011）以及Rochefort未发表的数据。

在植被调查方面，研究采用了分层抽样和系统抽样两种方法。分层抽样用于99个样点，每样点随机放置三个0.65平方米的样方；系统抽样则用于69个样点，每样点沿一条样带等距放置0.5平方米的样方。通过这种方式，研究人员能够更全面地反映样点的异质性和植物群落的多样性。

在环境梯度的分析中，研究综合考虑了宏观气候条件（如年降水量、季节性干旱指数、生物温度）和水体化学特征（如pH值、电导率、钙、镁、钠、硫酸盐、铝和铁的浓度）。这些变量不仅影响苔藓类植物的分布，还与植被结构密切相关。例如，水体pH值和电导率的变化会影响植物的生存环境，而宏观气候条件则决定了植物的生长周期和分布范围。

### 研究结果与发现

研究通过聚类分析将37种苔藓类植物、38种维管植物以及三种地面覆盖类型（裸露泥炭、枯枝落叶、开放水域）分为七个生态群组。这些群组代表了不同尺度的生境类型，从微观的苔藓斑块到宏观的泥炭地结构。每个群组都表现出特定的环境偏好和植被组成。

#### 1. **群组1：沼泽草坪/丘陵**
该群组包括五种苔藓类植物，如* Sphagnum capillifolium*、* S. fuscum*、* Polytrichum strictum*、* Pohlia nutans*和* Aulacomnium palustre*。这些物种主要分布在低纬度、湿润且有较高遮蔽度的环境中。它们的pH值和硫酸盐浓度接近整体平均值，表明其适应性较强，能够广泛分布于多种生境。

#### 2. **群组2：沿海沼泽草坪/丘陵**
该群组以* Sphagnum austinii*、* S. flavicomans*和* Fuscocephaloziopsis connivens* subsp. *connivens*为主。这些物种多出现在具有海洋影响的泥炭地中，如新斯科舍省的Cap-Lumière和魁北克的Havre-St-Pierre等地。它们对较高的钠浓度和降水量表现出偏好，反映了其与海洋环境的关联性。

#### 3. **群组3：树冠下的微地形**
该群组包括* Sphagnum magellanicum*复合种、* S. angustifolium*、* Pleurozium schreberi*、* Dicranum polysetum*和* Lophocolea heterophylla*。这些物种多出现在由树木、灌木和枯枝落叶遮蔽的微地形中，显示出对较高遮蔽度和较低pH值的偏好。它们的分布与低纬度、湿润的气候条件密切相关，尤其是在五大湖和圣劳伦斯低地地区。

#### 4. **群组4：湿润草坪**
该群组以* Sphagnum fallax*、* S. papillosum*和* S. pulchrum*为主。这些物种偏好开放的生境，如平坦的泥炭地表面，且pH值略高于其他群组。它们多出现在低温、高降雪量的地区，如魁北克的东北森林区。这些区域的气候条件较为寒冷，适合这些苔藓类植物的生长。

#### 5. **群组5：矿质化草坪**
该群组包括* Sphagnum subsecundum*、* S. subfulvum*、* S. warnstorfii*和* Campylium stellatum*。这些物种主要分布在矿质化（即含有较多矿物质）的泥炭地中，且偏好较高的钙和钠浓度。它们的分布与寒冷的气候条件相关，特别是在魁北克的东北森林区。

#### 6. **群组6：池塘边缘的湿润地毯**
该群组仅包含一种苔藓类植物——* Odontoschisma fluitans*，它在池塘边缘的湿润地毯中广泛分布。该物种偏好较浅的水体和较低的遮蔽度，常出现在开放水域附近。其分布范围广泛，涵盖了所有三个气候区域，表明其具有较强的适应性。

#### 7. **群组7：具有池塘的泥炭地**
这是研究中最大的一个群组，包括15种苔藓类植物和13种维管植物。其中，* Sphagnum rubellum*是该群组中最常见的苔藓类植物，具有广泛的生态位。该群组的物种分布较为广泛，涵盖了多种生境类型，表明它们对环境条件的适应性较强。此外，该群组中的一些物种如* Mylia anomala*和* Dicranum undulatum*也与群组1中的物种具有相似的生态偏好。

### 生态群落与环境梯度的关系

研究发现，苔藓类植物的分布主要受宏观气候条件和水体化学特征的影响。例如，年降水量（ATR）和季节性干旱指数（SAI）对苔藓类植物的分布具有显著影响，而水体pH值和电导率（EC）则对物种的生境偏好起到关键作用。遮蔽度（由维管植物覆盖度决定）也对苔藓类植物的分布产生影响，特别是在某些气候条件下，遮蔽度成为决定植被结构的重要因素。

此外，研究还发现，不同气候区域的泥炭地生态系统存在显著差异。例如，大西洋地区的泥炭地通常具有较高的pH值和钠浓度，且气候较为湿润，而东北森林地区的泥炭地则更寒冷，生长季节较短。这种差异导致了不同区域苔藓类植物的生态偏好有所不同，同时也影响了植被结构和覆盖度。

### 研究意义与应用

这项研究不仅揭示了加拿大东部泥炭地苔藓类植物的生态群落结构，还为泥炭地的修复和保护提供了科学依据。通过识别关键的环境驱动因素，研究人员能够更准确地预测苔藓类植物的分布模式，并据此制定生态修复策略。例如，在泥炭地恢复过程中，可以根据目标区域的环境条件选择合适的苔藓类植物，以促进生态系统的恢复和稳定性。

此外，研究结果还对生态学理论的发展具有重要意义。泥炭地生态系统在全球碳循环中扮演着重要角色，而苔藓类植物作为其核心组成部分，其分布模式和生态位的识别有助于理解泥炭地的生态功能和结构。这不仅对生态学研究具有参考价值，也为环境管理和气候变化应对提供了重要的数据支持。

### 研究局限与未来展望

尽管本研究在方法上具有一定的创新性，但仍存在一些局限性。例如，研究未将水位深度（WTL）作为主要解释变量，这可能影响对某些苔藓类植物分布模式的全面理解。此外，研究数据主要来源于1993年至2008年间的调查，缺乏长期的生态监测数据，这可能限制对泥炭地生态系统变化趋势的评估。

未来的研究可以进一步整合历史数据和长期监测数据，以更全面地评估泥炭地生态系统的动态变化。同时，结合分子生物学和生态建模技术，可以更深入地探讨苔藓类植物的遗传多样性和生态适应性，从而为生态修复和保护提供更加精准的指导。

### 结论

本研究通过对加拿大东部泥炭地苔藓类植物的生态位分析，揭示了不同环境因素对苔藓类植物分布的影响。研究结果表明，宏观气候条件、水体化学特征以及维管植物的遮蔽度是决定苔藓类植物群落结构和分布模式的关键因素。这些发现不仅有助于理解泥炭地生态系统的复杂性，也为生态修复和保护提供了科学依据。随着全球气候变化的加剧，保护和恢复这些关键生态系统显得尤为重要，而对苔藓类植物生态位的深入研究将成为实现这一目标的重要基础。