植物科学与技术论文
植物科学与技术论文
植物在生长过程中,如果适当的添加一些科学技术,对于植物的健康成长是有一定的帮助的。下文是我为大家整理的关于植物生长的科学论文,希望能对大家有所帮助。
摘要:在长期的进化过程中,植物通过体内水分平衡即根系吸收水和叶片蒸腾水之间的平衡来适应周围的水环境。不同的水体对于水生植物的影响不尽相同,本文通过水体与水生植物的发展过程,分析了不同水体对水生植物的生长的影响。
关键词:水体;水生植物;水位;波浪;生长;影响
1水体与水生植物
1.1概念
水体指的是液态和固态水体所覆盖的地球空间。水圈中的水上界可达大气对流层顶部,下界至深层地下水的下限。包括大气中的水汽、地表水、土壤水、地下水和生物体内的水。各种水体参加大小水循环,不断交换水量和热量。水圈中大部分水以液态形式储存于海洋、河流、湖泊、水库、沼泽及土壤中;部分水以固态形式存在于极地的广大冰原、冰川、积雪和冻土中;水汽主要存在于大气中。三者常通过热量交换而部分相互转化。
水生植物一般指能在水中生长的植物。水生植物主要分为挺水植物、浮叶植物、漂浮植物和沉水植物四大类,有时把一些水缘植物和喜湿植物也划归水生植物。水生植物具有保存生物多样性、净化水质、美化水景和固坡护岸的作用。
1.2水体和水生植被的发展阶段
描述水生植被演替系列多通过植物群落的空间排列顺序(生态系列)来推断时间演替系列。水体沿岸带有沉水植物群落、挺水植物群落和湿生植物群落,它们代表了淡水水生植物群落演替的不同阶段。水生植被的演替以植被优势种的演替为代表。水生境中的原生演替是从藻类开始,路径是:藻类→沉水植被→浮叶植被→挺水植被→湿生植被→陆生植被,最终结局是水生植物和水体消失。逆向演替也称为退化,表现为其演替方向与原生演替相反。演替的结果是植被结构趋于简化,生物多样性下降。
任何水体一经产生就开始了在物理、化学和生物因子等方面的相互作用,早期环境因子起主导作用,到后期生物因子又占主导作用。同一生活型的不同水生植物可能是水体和水生植被不同发展阶段的代表性种类。例如,沉水植物苦草和竹叶眼子菜是水体发展早期的优势种,适宜水位波动大的环境,它们呈稀疏分布,群落生物量低。当水位逐步稳定后,水生植物的优势种可能更替为微齿眼子菜、黑藻和穗花狐尾藻等,水底密闭起来,群落生物量增加。
2水体水位对水生植物的影响
在自然生境中,水位很少保持不变,面对这种动态条件,植物通常会产生形态可塑性以及改变地下生物量和地上生物量的分配方式确保生存。对于整个群落而言,水位变动产生的影响也很显著。
2.1植物形态的改变
以无性繁殖为主的水生植物,尤其是具有较遗传延展性的个体,能够通过改变植物本身的形态来适应水深在时空上较大的变化。如在深水里,蓖齿眼子菜的生活型从原来的毛刷型变为聚合型。这是有利的,能够增强植物的功能。各种生活型植物对于水深的变动呈现不同的形态。挺水植物对水位梯度的形态改变,主要包括生长形态、繁殖和生物量分配模式的改变。形态方面,主要包括叶柄伸长、异型叶的产生,茎长、茎数、茎直径、匍匐茎直径和匍匐茎等级的改变。如芦苇幼苗在淹没状态下其节间距会增长。这种增长有2个可能的机制,由于向周围水体释放的截短而导致乙烯浓度升高的或是由于溶氧减少导致乙烯产生增高的一种协调。在淹没期间,部分淹水植物所有的被淹没的叶子都会衰老,只有末端的叶子会偶尔幸存。繁殖的变化主要包括花期、花序长度、花瓣宽度以及繁殖器官干重等的改变。如芦苇在水位下降后其种子有很高的萌发率。浮叶根生植物改变的形态主要表现在叶和花。如水位上升,浮叶植物荇菜的叶柄迅速伸长,但是支撑叶片的叶柄和茎变得更脆弱。浮叶植物菱有相对发达的根系统,在一定范围内的水位变动下,菱仍能固定在底泥中,而且幼叶能通过叶柄的伸长维持在表面。水位的升高导致花以及芽苞被水淹,无法形成种子,水位降低并不会影响花和果实的产生。沉水植物的也很显著,如苦草在深水中具有较高的株高,叶更长更薄,因为在光强较弱的深水中合成单位干物质需要更多叶面积去获得光资源。而在水较浅时,光强太大会抑制其生长,叶子变成紫红色来调节对所需光资源的摄取。
2.2植物数量的增加
水位对植物产生的另一个显著影响是改变其数量。对于不同生活型的植物而言,水深影响其生物量的机理是不一样的。水深直接地影响挺水植物群落的数量,通过减小光照强度间接地影响沉水植物群落数量。对于同 种植 物,水位的变动能改变地下数量和地上数量的分配比例。挺水植物随着水位的增加,茎重在整株数量中的比例上升,地下部分比例就会降低,分配到根和根状茎的数量降低,在风浪的作用下更容易被连根拔起。
2.3植物物种的多样性
在沿岸带,通常水生植物生物多样性很高,其原因之一是水位波动使得沿岸带一直处于干扰状态。根据中度干扰法则,适度的干扰有利于物种多样性的提高。水位波动引起湿地种子库的再生也是重要原因,而且这种作用与洪涝和干旱发生的频率以及持续时间相关。水位的短期变动和长期变动,特别是水位下降,通过建立和破坏低多样性集群的外来物种入侵,从而影响物种多样性。水位下降是多种植物成功萌发和存活的先决条件,为适应浅水生活的物种建立创造了机会,也能支持新的外来物种的成功入侵。水位下降会阻止优势种控制整个群落,从而增加物种多样性。然而,在高水位条件下,很多湿地植物种的根茎萌发受抑制,降低了物种的多样性;如莱茵河畔在河流低泄量期间,夏季特大洪水会引起水生植物物种多样性减少。可见高水位和低水位对物种多样性的影响是不同的,相对于高水位,低水位的作用更显著而且有利。
3波浪形态的水体对水生植物的影响
江、河、湖岸浪蚀是这些水体顺向演替的自然过程,浪蚀淤积也是影响这些水体寿命的重要因素。在自然界随着水体的演替,岸坡趋缓并沉积土壤,为水生植物的生存繁衍创造了条件,植物的生长减缓了水岸的侵蚀,是演替的阻力,但植物体的腐烂沉积、水中有机质含量的大幅度提高,丰富了水体营养,提高了水体生物量,从这个角度说水生植物对整个水体的演替是有贡献的。
商住区和公共绿地内部的小水系一般来说范围小、禁航、水流缓慢,对岸线冲刷、侵蚀较小,对水生植物的种植生长影响不大。江河湖泊等水体由于风浪、船形波或水流急速冲刷给水生植物的种植、生存带来很大困难。如风浪和船形波将会直接或通过堤岸反射,强烈地直接拍打或摇动植物体,从而使植物叶片破碎、茎被折断,甚至植物体被连根拔起,影响植物的生长甚或导致其死亡。
4沼泽地对水生植物的影响
沼泽是指地表过湿或有薄层常年或季节性积水,土壤水分几达饱和,生长有喜湿性和喜水性沼生植物的地段。由于沼泽地土壤水多、缺氧,故沼生植物有发达的通气组织,有不定根和特殊的繁殖能力。沼泽可生长的水生植物很多,如萱草、泽泻、慈菇、海芋、花菖蒲、千屈菜、梭鱼草、小婆婆纳等。沼泽植被以挺水植物为主,多属于莎草科、禾本科及藓类和少数木本植物。
5结束语
水生植物具有观赏、净化以及生物多样性高的特点。水生植物及其环境是许多鸟类、鱼类和其他动物的栖息地和繁殖场所,在生物多样性保护方面具有重要意义。另一方面,水生植物及其环境又是一种脆弱的生态系统,易受到人类活动的影响。水体与水生植物关系也随着人类的活动影响,变得互动起来,水体的污染问题在水生植物的作用下也得到了很好的解决。
摘 要: 植物生长三维动画已经越来越广泛地应用在各个领域,如城市规划、影视娱乐、 广告 宣传等。对植物生长三维动画的研究内容、演示方式、动画特点进行归纳与概括。从软件技术的角度对植物生长三维动画的表现形式、研究现状、关键技术、制作 方法 、适用对象、优缺点进行研究、分析和比较,对该领域未来的发展趋势进行了展望。为有效推进植物数字可视化建设和提高动画创作效率提供参考。
关键词: 三维技术; 植物; 生长; 动画
0 引言
植物是大自然的重要组成部分,随着计算机三维动画技术的发展,植物生长三维动画被广泛应用于 教育 、科研、遥感、游戏、数字影视等众多领域。
1 植物生长三维动画的生长方式
经过大量的理论和实证研究, 总结 了植物生长三维动画方式,主要有以下几种。
⑴ 破土而出式
植物最初是生长在暗地里的一颗种子,慢慢破土而出,拔节而长,枝繁叶茂,开花结果。这类生长动画便于演示植物动态的生长过程,营造出生命和希望爆发的活力。
⑵ 藤蔓伸展式
不少影视作品和建筑艺术动画中都能看到藤蔓植物慢慢伸展,绝强地依附攀援,增加场景生机和活力的景象。除了绿化的作用,这类动画给人以在逆境中不屈服,顽强展示生命力和活力之意。
⑶ 层叠上升式
层叠上升式比较符合林木类植物的生长规律。植物按照一定的层次从地面节节往上拉升,叶子、花、果等则以粒子形态般急剧增长,就像地面赋予无穷无尽的生命力和活力一样,给人以强烈的视觉冲击和神奇的创意享受。
⑷ 迷幻障眼式
迷幻障眼式是植物生长中比较虚幻、神化的方式,好比变 魔术 ,往往借助于强烈光效、迷幻烟雾等效果来实现,光效、烟雾之后植物出现在面前。
图1 植物生长三维动画方式
2 植物生长三维动画关键技术
植物生长三维动画有许多方法。3ds max、MAYA等三维软件都带有植物模型,粒子系统也能实现植物生长动画效果。但是三维软件自带的植物模型种类较少,粒子系统又难以实现较为真实、自然的生长动画效果。植物插件的出现,能有效解决动画效果和创作效率上的问题,成为三维动画创作的热门工具。下面就几款主要的植物插件进行分析和比较,以助于提高应用者的动画创作效率。
2.1 Ivy Generator和Guruware Ivy插件
Ivy Generator是德国康斯坦茨大学开发的一款藤本三维软件,主要用于模拟以攀爬为主的藤本或草本植物的生长。通过对生长参数的调节,可随机生成不同形态的藤本植物模型。其特点是不需要应用复杂的植物生长机理模型,侧重于计算机图形学,迅速生成逼真的植物模型,追求基于视觉效果的真实性[1]。但Ivy Generator不能直接实现植物生长动画,只有将模型输出成OBJ和MLT材质物体,再导入3ds max等三维软件中制作动画效果。该插件的系统耗用较大,不适合表现大规模的植物场景[2]。
Guruware Ivy是Ivy Generator的改进版本。Guruware Ivy使用更方便,功能亦有增强,通过为Age(藤蔓年龄)属性设置关键帧可以轻松实现藤蔓生长、攀爬的动画效果[3]。
2.2 XFrog
XFrog是德国Greenworks公司开发的三维植物软件,可实现植物的直观交互建模和生长模拟。XFrog所有的树叶、枝干、花朵等都采用实物扫描,使得模型更加真实,开放的光年系统和层级的表现方式,使其操作性更简便,可控性更强[4]。XFrog在植物生长模拟过程中,通过关键帧动画实现,有两种方法。①起始和结束关键帧为同一关键帧。可以保证模型拥有相同的拓扑结构,生成动画较为平滑。但应尽量减少直接修改植物参数的操作,否则会大大降低动画的真实感。②起始和结束关键帧为不同关键帧。可以把起始关键帧的模型细化,缺点是XFrog插补的部分较多,不如第一种方法的动画效果平滑自然[5]。 2.3 GrowFX
GrowFX是俄罗斯Exlevel公司基于3ds max平台开发的一款植物插件,可创建参数化的树木、花草及其他植物模型,自由创建风力和生长动画效果,前提是要有GrowFX调节出来的未塌陷的文件[6]。GrowFX除了可使用官方的植物库资源,还有灵活的自由度。通过植物年龄、生长方向、风效、动画效果等随机参数的调节,快捷得到植物的其他形态。
2.4 Vue
Vue是一个专业的CG景观设计工具套组,可以制作出逼真的自然环境,还可以和3ds max等三维软件套用。Vue可以在现有植物库基础上进行再加工和改造,容易产生新的植物形态和物种,根据用户实际需要自由形成植物生长、形态变化等动画效果。Vue操作简便、场景表现逼真。云计算的建模方式、快速的渲染时间等特点,使得它特别适合表现自然空间大场景,主要用于中、远景表现[7-8]。
2.5 T-Gen插件
T-Gen是第一个完全整合进SoftImage|XSI的植物生成插件,拥有强大的灵活性和无穷的可能性。可以使用几乎所有XSI工具对其产生的植物模型、材质、层级结构做进一步修改。T-Gen各类参数几乎都可用于设置动画效果,强大的优化工具使其在植物生长动画方面有着快速、高效的优势。
2.6 SpeedTree、TreeStorm和Forest Pack Pro
SpeedTree、TreeStorm和Forest Pack Pro都是目前在建筑漫游动画和园林设计中比较常用的植物插件,拥有强大的植物库,模型真实感强,绘制效率高,支持植物动力学,可模拟风吹植物动画效果,分别适宜表现中近景和大片的远景植物[9-10]。但它们没有植物生长动画功能,凭借丰富的软件开发接口可以和3ds max等三维软件结合使用,以实现植物生长动画效果。
3 结束语
植物生长三维动画将缓慢的植物生长过程动态化、形象化展现。本文所介绍的几种植物三维生长动画关键技术,因各自不同的特点和优势,在表现一些大型的自然场景中,往往需要把多种方式相结合。
由于植物结构复杂,表面细节丰富,使其无论在三维建模、动态模拟方面都存在较大难度,以下问题有待进一步深入研究:①当前主要实现单株植物的三维模拟,缺乏对于大规模植物生长动画场景的模拟研究;②植物形态受到光照、风力、温度等自然环境因素影响,对更为复杂、逼真的植物生长交互模拟将是未来的一个重要研究方向。
参考文献:
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[6] Grow FX定制树[EB/OL].[2012-10-29
[7] 于淼,杨立新.基于Vue软件的景观场景表现技术的应用研究[J].中国园艺文摘,2011.3:94
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[10] 刘颖,罗岱,黄心渊.基于OSG的SpeedTree植物模型绘制研究[J].计算机工程与设计,2012.6:2406-2407
植物学本科优秀毕业论文:花卉水培技术运用分析
植物学本科优秀毕业论文:花卉水培技术运用分析
自古以来种花赏花一直被视为陶冶情操,放松心情的不二选择。传统花卉在种植过程中,污染较大,且有土栽培卫生清洁难度较大,越来越难以满足现代人对于赏花的追求。因为水培花卉开始出现在人们的视野中,其独特的培育方法,造就其污染小,方便栽培栽培,卫生清洁等诸多优点。水培花卉的生活环境在水中,植株本身可以是半没入水也可以整体入水,其摄取营养的方式很特别正如土培花卉从土中摄取营养成一样,它是从水中获取。培育者水中加入营养液,如硝酸钙、硝酸钾、硝酸镁、硫酸亚铁和钼酸铵等,花卉通过根系吸收溶解在水中的营养成分,供植物体本身的生长繁殖。其培育方式不仅打破了传统花卉培育过程中的种种局限,而且花盆的'原则也较以往呈现出很大的灵活性。培育过程简单,平时在花卉料理,清洁卫生方面都十分省事。与传统的土培花卉相比水培花卉具有的观赏与艺术价值更是无可比拟。具有相当大的培育前景。
1适宜培育花卉的种类
水培花卉技术要求植物的根系能够满足水生的条件,常见适合水培技术的花卉种类有观叶类、天南星科、观花类和仙人掌类等。这些水培花卉都具有如下共同特点。植株容易成活,根部不易腐烂、环境调整合适是枝繁叶茂,是花卉市场的宠儿,培育者短期可产生经济效应[1]。
1.1 仙客来
仙客来又叫萝卜海棠、植物学将其归类为报春花科,仙客来属。处于开花期的仙客来十分美丽,翠绿的叶片中间伸出一簇花朵,犹如火炬一般。花瓣由五瓣花瓣组成,花色分为玫红色、粉红色、黄色及白色。叶子大小适中,边缘呈锯齿状,叶面部分泛白。整体看来犹如其名字一般,似天外仙客,站立于绿叶上方,婉约动人。仙客来性喜温暖,怕炎热[2]。
1.2 富贵竹
1.3 旱伞草
1.4万年青
1.5 鹅掌柴
1.6 水仙
2 水培花卉的繁育
2.1 水培容器的选择
2.2 水培材料的获取与处理
2.2 建立苗床
2.3 营养液的配制
2.4 繁育花苗
3水培花卉的栽培技术
3.1 换水施肥
3.2 控制水位及水温
3.3 控制湿度与通风补氧
3.4 及时修剪与病虫害防治
4 水培花卉的注意事项
5 水培花卉市场前景
综上水培花卉本身具有观赏性、增氧、增湿效应、干净卫生等诸多优点,使用价值大,再加上花卉普通家庭都能消费的起,市场前景可观。水培花卉属是一个刚刚起步的产业,我国目前还缺乏采用工厂化链条式的生产花卉培育基地,竞争力比较少,正处于一个可获取高额利润的时期[18]。目前,水培花卉在我国处于刚开始的阶段,具有显著的优势。在国内市场占有率有望扩大。水培花卉一出现,立即在花卉市场占有一定的份额,自身具有的干净、简约、美观等诸多土培花卉无可比拟的优点很快走在了花卉市场的前面。在北、上、广等一线城市,以及太原等二线城市,水培花卉深受欢迎,一举成为人们高雅、健康的消费时尚[19]。相信未来某一天,水培花卉将会走进我们每个人的生活...
写一篇关于植物的科学小论文(500字以内)
小学生科技论文关键注意三点:科学性、创造性、实践性。其中科学性是重点,他要求选题科学、研究方法正确论据确凿、符合逻辑。而且文字简洁。创造性就是要有自己的新意见,新发现,这点可能较难。而实践性就是动手能力,能不能看出文章有别人带刀就从此看出。另外,小学生科技论文最常见的形式有科学观察小论文、科学实验小论文、科学考察小论文和科学说明小论文。(一)科学观察小论文 科学观察小论文,是指青少年对某事物或自然现象通过周密细致的观察,并对取得的材料和数据进行认真的分析、综合研究后得出结论,作出科学的解释和描述。 湖南廖郝同学的爸爸经常咳嗽,他通过长期、反复的观察,发现了风向与爸爸咳嗽有着十分密切的关系,并查出了“罪魁祸首”--湖南橡胶厂的大烟囱里飘来很多烟气,里面含有二氧化硫,爸爸一闻到它,咽喉部就产生过敏反应,反射性地引起咳嗽。他的《爸爸的咳嗽》这篇小论文主要是利用观察这一研究方式得出结论,属于科学观察小论文,获得了第二届全国青少年科学讨论会三等奖。 需要注意的是,科学观察小论文中研究的对象是客观存在的自然事物或现象,是在自然发光的条件下不加以人为控制发生的,所以文中所描述的内容应是作者所观察的对象、过程和它产生的条件、各种现象,不能附加人为的任何条件或个人偏见。另外,观察是一项长期的、系统的、反复进行的活动,需要作者耐心、细致、锲而不舍的精神。 (二)科学实验小论文 科学实验小论文,有时也称“实验报告”,是青少年对研究的对象创设特定的条件,经过反复实验,对获取的材料和数据进行分析、综合得出结论而写出的文章。它着眼于对实验过程的客观叙述以及实验现象的科学解释。 爬山虎能爬墙,这是许多同学所知道的。但是,爬山虎为什么能爬墙呢?武汉的熊斌同学通过观察发现这与爬山虎的“触角”有关,接着他测算了平均每一米长的爬山虎茎干上有25个吸附在墙上的“触角”,并作了“触角的拉力测定和吸附作用”实验,实验目的明确,实验步骤详尽,数据准确,说明力强,得出的结论真实可信,不失为一篇优秀的科学实验小论文。 (三)科学考察小论文 你想研究某一与人们生活息息相关的水域污染程度、某地的空气污染源,弄清某奇石奇山的演化过程、某范围动植物资源及分布情况等,你就得实地考察。通过调查、访问、实地勘探等考察方式为主要研究手段写出的小论文称为科学考察小论文。有时也称为“科学考察报告”、“科学调查报告”。 荣获第五届全国青少年科学讨论会一等奖的《愿胜天水库的水常绿》一文中,小作者们对水库的地理生态环境、库容等作了实地考察,并力所能及地进行了实测,找出水库存在的隐患,提出了较为合理的建议。文中除写明了考察时间、对象、内容及综合分析得出的结论外,还绘出了“胜天水库集雨图”、“强烈侵蚀中山示意图”,加上一些实际数据,使读者对考察对象有比较概括清晰的认识。 写科学考察小论文时,有时还应将有关动植物、岩石、土壤等标本或照片附在文后,以增强说服力。 (四)科学说明小论文 科学说明小论文是指作者通过利用翔实可靠的资料对某一自然现象或自然事物进行解释和说明的一类小论文。一般来说,它并不直接采用观察、实验、考察等研究手段,而主要是从书刊资料、师长等地方获取丰富的第二手材料,并经过自己的综合分析、逻辑推理,用自己所理解的语言阐明某一观点。 《为什么说贵阳是祖国的第二春城》是获第二届全国青少年科学讨论会三等奖的小论文,该文作者的研究方法有其特别之处,一是利用广播、电视,坚持记录整理贵阳与昆明两地的天气和温度;二是利用现成的科研成果《中国气候图集》找出有代表性的重庆、北京的气温情况来同贵阳、昆明相比较;三是从书上查证昆明与贵阳1、4、7月和10月的平均气温,进而综合分析得出结论。 这类文章虽然没有前三类的亲自实践得到论据,但它毕竟是通过作者精心地收集整理资料,综合分析提出了新的观点,新的见解,所以也承认它是科学小论文。 特别提醒的是,写科学说明小论文是,千万不要提出一个问题后就赶忙查资料,再不加分析地原本照抄、作出解释,这样没有新意,没有新的见解的文章只能算是一般性科普文章,不能称为科学小论文,更不能培养自己研究问题的能力。满意请采纳
求一篇植物生物学论文,急~~~
藻 类
藻类植物是地球上最重要的初级生产者,它们光合同化生产有机碳的总量约为高等植物的7倍,同时固氮藻类(和固氮细菌)每年约能固定1.7亿t的氮素。因此,藻类不仅是人类和动物极其重要的食物源,而且它们光合作用中放出的氧也是大气中氧的最重要的来源。不言而喻,它们对自然生态系统的物质循环及环境质量有着深刻的影响。
藻类植物广泛地分布在海洋和各种内陆水体中(包括湖泊、水库、江河、溪水、沼泽、池塘、泉水、冰雪等)以及潮湿地表,其中生长在内陆淡水水体中的为淡水藻,分布于海洋和内陆咸水水体中的为咸水藻。中国的藻类包括有:原核生物中的蓝藻门;原生生物的硅藻门、甲藻门、金藻门、黄藻门、隐藻门、裸藻门以及属于植物界的红藻门、褐藻门、绿藻门和轮藻门,其中海藻已记录的共2458种(详细情况将在海洋一节中讨论),这里仅讨论中国淡水藻类的多样性及其所受威胁。
1、中国淡水藻类的多样性
由于中国幅员辽阔,自然环境复杂多样,使得中国淡水藻类资源也十分丰富而多样。近一个世纪的调查研究表明,淡水藻类中的各个门类在中国都有发现,而且种类都非常丰富。已知全世界藻类植物约有40000种,其中淡水藻类有25000种左右,而中国已发现的(包括已报道的和已鉴定但未报道的)淡水藻类约9000种。但是,由于国内尚有不少地区未进行过藻类调查,即使已进行藻类调查的有些地区,也并不十分全面,加之多数门类的淡水藻类在中国的调查研究还缺乏深度和广度,因此中国淡水藻类的物种数应远远超过9000种,估计约有12000至15000种(按占世界淡水藻类种数的50%~60%计)。
淡水红藻和褐藻,它们是海陆演变过程中残留在淡水中的孑遗生物,几乎都生长在清洁、温度偏低、且较稳定的水体环境中,如泉水、井水、溪水中(特别是泉水环境),其分布区相当狭窄,而且具有一定的封闭性。它们在这些环境中长期适应的结果,形成了不少珍稀特有的种类,这对研究地球环境的变化及生物自身的演变具有较高的学术价值。它们在世界各地的淡水中均分布得较稀少,在中国,半个世纪以来对这些藻类的采集研究,发现有些种类仅记录到一次。这样的藻类共有12种,包括淡水褐藻类的层状石皮藻(Lithoderma zonatum),以及淡水红藻类的绞纽串珠藻(Batrachospermum intortum)、中华串珠藻(B. sinense)、中华链珠藻(Sirodotia sinica)、中华鱼子菜(Lemanea sinica)和鹧鸪菜窄变种(Caloglossa leprieurii var. angusta)等,它们应该列入珍稀物种。
2、中国淡水藻类资源受威胁的状况
(1)物种受威胁的状况 虽然中国的淡水藻类资源非常丰富,但是由于自然环境的变化和人类的活动(特别是工业和城市的发展),有些罕见的种已遭受灭绝或处于濒临灭绝的境地,其中受威胁最严重的是淡水红藻和褐藻。近几十年来,中国北方许多地区由于气候干旱或工业发展而过量抽采地下水,引起地下水位下降,使一些著名泉区的水源枯竭或濒临枯竭。泉城济南、山西晋祠和娘子关的泉源就是著名的例子。泉水枯竭,使那些依赖泉水环境生长的特有藻类(特别是淡水红藻)面临厄运,有些已荡然无存。淡水褐藻更为珍稀,中国仅在40年代初于四川重庆嘉陵江中发现过,几十年来由于环境的演变,也已消失。
最近10多年来,中国经济高速发展,不少泉水资源得到了开发利用,但是由于人们对泉水环境缺乏保护意识,因而造成生长在其中的淡水红藻和其他泉水生物面临濒危,有的甚至灭绝。南京浦口珍珠泉,过去生长有十分丰富的淡水红藻:外界串珠藻(Batrachos-permum ectocarpum)和美芒藻(Compsopogon spp.)。但是随着旅游区的开发,如今那里的红藻几乎绝迹。山西太原晋祠也有外果串珠藻生长,1994年去调查时尚有部分存在。1995年由于泉水枯竭,已经消亡。可以设想那些正在进行开发的泉源(旅游或饮料),如果不注意对泉源环境的保护,那么藻类和其他泉水生物也可能面临同样的厄运。
在其他生长大型淡水藻类的水体中,也往往由于人类活动引起环境变化,招致大型淡水藻类的消失,如江苏阳澄湖,湖中大型轮藻植物出现成片死亡。又如武汉东湖中的原来主要藻类——鼓藻类(desmids),它们主要生长在清洁的水体中,但自70年代以来由于富营养化过程的加剧,逐渐被蓝藻、绿球藻等耐污藻类所取代。类似的情况,已是十分常见。
(2)物种多样性结构受破坏的状况 在正常情况下,一个生态系统(特别是水生生态系统)中,藻类群落的物种结构保持着良好的多样性状态,即种类多,但每个种的个体不多,这时藻类群落发挥出良好的生态效益——保持水质良好状态,且水产丰富。但是当水生生态系统发生逆向转化——受重金属污染或高度富营养化时,藻类群落物种结构的多样性被破坏,某些物种超常生长而导致有害的赤潮(海洋中)或水华(淡水中)发生,并造成管道阻塞,水质恶化,危及渔业生产,甚至出现鱼类中毒现象。随着工业化和城市化进程的加快,这种严重的环境问题已屡见不鲜。中国常见的能形成有害水华的藻类有:蓝藻,常有毒,其中主要的是微囊藻(Microcystis),还有鱼腥藻(Anabaena)、项圈藻(Anabaenopsis)、颤藻(Oscillatoria)、束丝藻(Aphanizomenon)等,它们在中国许多地方都有大面积的发生,危害很大;小定鞭藻(Prymnesium parvum),属定鞭藻类,有毒,它们的水华已引起多起养殖鱼类的中毒事件;硅藻,也偶有大面积发生,其中以1991年冬春之交,湖北省汉江发生的约200km范围的硅藻水华——梅尼小环藻(Cyclotella meneghiniana)最为典型,这次水华造成很大危害,严重地影响了武汉市和沿江地区的工业生产和居民生活。
3、中国淡水藻类的保护
从上述可知,中国淡水藻类资源虽很丰富,但目前已受到严重的威胁,如不及时采取措施进行保护,许多珍稀种类可能很快灭绝。特别应该指出的是,当前人们对生物多样性保护的注意力主要放在大型动、植物上,对像藻类这样的微型生物很少注意,这一情况必须改变。在保护大型动、植物的同时,应加强对小型植物的保护。
地 衣
1、中国地衣的多样性
地衣是一群特殊的真菌,这群特殊真菌通常只是与藻类或蓝细菌处于互惠共生的生态系统中才能生存于自然界。因此,地衣本身也是共生生态系统多样性的体现。全世界迄今已知的地衣物种约20000种,而中国还不到2000种。就在这2000种中约200种为中国所特有。然而,无论是全世界或中国实际存在的地衣物种远不止这个数字。尤其是中国地衣物种多样性的调查研究才刚刚起步。
2、中国珍稀濒危地衣及其受威胁状况
由于大气污染和森林采伐,中国许多地方地衣多样性面临威胁。依存于森林树皮附生的中国及东亚特有种,如黄袋衣(Hypogymnia hypotrypa)、粉黄袋衣(H. hypotrypella)、霜袋衣(H. pruinosa)、蜡光袋衣(H. laccata)、横断山袋衣(H. hengduanensis)以及云南石耳(Umbilicaria yunnana)等种类的生存都面临着威胁。因为,它们的兴衰存亡与森林生态系统多样性的兴衰存亡息息相关。如产于云南丽江和台湾阿里山松林中的中国特有附生种中华疱脐衣(Lasallia mayebarae)在系统演化上具有重要意义。然而,在云南丽江,这种世界珍稀物种已被森林火灾所吞噬。随着旅游业的大规模发展,特产于华山岩石上的世界珍奇地衣华脐鳞(Rhizoplaca huashanensis)的生存也面临威胁。此外,在抗癌和抗艾滋病毒方面具有潜力的东亚食用地衣美味石耳(U. esculenta)也因无节制的采收与买卖而在中国庐山等地濒临绝迹。若不采取必要的保护措施,在日用香料工业中颇受青睐的扁枝衣(Evernia mesomorpha)和丛枝树花(Ramalina fastigiata),与抗前列腺炎药物有关的戴氏石蕊(Cladonia delavayi)以及在降血压方面有效的地茶(Thamnolia vermicularis)和雪地茶(Th. subuliformis)等地衣的生存也逃不脱因无节制采收与开发所带来的厄运。
3、对地衣的保护
由于人类对地衣本质的认识经历了一个漫长的过程,在开发利用方面,地衣尚处于“未开垦的处女地”状态。因而,它是一个潜力很大的生物资源宝库。此外,地衣在自然界生长极为缓慢,加强对地衣的保护以便可持续利用已是我们所面临的迫切任务。
保护地衣多样性除了必须保护它赖以生存的森林生态系统多样性以外,应注意以下保护和可持续利用的措施:
(1)对于日用化工香料、药用和食用地衣资源应采取分区、按年、有计划、有节制地轮换采收。
(2)对于在科学上有重要意义的世界珍稀物种,如陕西华山的华脐鳞,云南丽江的中华疱脐衣,以及庐山的美味石耳等中国和东亚特有种,应选择合适地段,建立珍稀地衣保护小区加以保护。
(3)对上述一些重要地衣同时还应采取菌、藻分离真培养,进行室内保存。对地衣物种进行多层次的系列保护措施是地衣物种多样性保护和可持续利用的重要方向。
(4)加强对中国地衣物种多样性的调查、采集、分离、培养和研究,以便在地衣多样性遭受破坏之前使之受到保护,研究和可持续利用。
苔 藓
1、苔藓植物的多样性
中国的苔藓植物十分丰富。全世界有苔藓植物23000种,中国有2200种,占全世界的9.1%。
中国苔藓植物的特点是:
(1)特有类群丰富。根据近几十年调查的结果,仅见于中国的特有苔藓属和主要分布于亚洲东部(仅少数涉及邻近地区)的东亚特有苔藓属共35个,占中国苔藓植物属数的7.09%。它们共含有48个种、亚种或变种,占中国苔藓植物种总数的2.2%(表1)。这些特有属、种在中国西南部横断山区、长江流域中游山区和东南沿海山区存在3个分布中心(表2);
(2)在系统发生上居关键位置的类群多,如原始类型藻苔目(Takakiales)藻苔科(Takakiaceae)藻苔属(Takakia)的两个种;藻苔(T. lepidozioides)和角叶藻苔(T. ceratophylla)在中国西藏地区的察隅、波密及米林县的高寒山地都有发现;
(3)热带、亚热带成分占优势。
3、苔藓植物的保护
苔藓植物除了科学价值外,还有很重要的经济价值。在药用方面,苔藓作为“清热解毒”的中草药已有数百年历史。明朝李时珍在《本草纲目》中就记载了金发藓(Polytrichum commune)和暖地大叶藓(Rhodobryum giganteum)等,暖地大叶藓长期以来在中国西南地区被称作“茴心草”,用来治疗心血管病。
传统上,泥炭藓属(Sphagnum)植物或泥炭一直是花卉、苗木栽培或移植的重要包扎材料和园艺肥料,迄今尚无更佳的替代物。
中国历来是世界上五倍子出口的主要国家之一。经过近半个世纪的研究,中国科学家发现,在五倍子生产周期中,苔藓植物作为五倍子蚜虫的冬寄主是五倍子增产不可缺少的一个环节。迄今为止,至少已发现有约20种苔藓植物可作为五倍子蚜虫的冬寄主植物。
此外,苔藓还是监测环境污染的良好指示植物。苔藓与地衣对大气中的SO2,CO和HF反应极为敏感。在中国,钟帽藓(Venturiella sinensis)、高领藓(Glyphomitrium humilli-mum)和兜瓣耳叶苔(Frullania muscicola)等均系常见的树干附生种类,它们对大气污染有较强的敏感性,可在环境监测方面加以利用。
总之,苔藓植物与人类的生存有密切的关系,对它们的保护我们必须给以高度的注意。
蕨类植物
1、中国蕨类植物的多样性
全世界有蕨类植物10 000~12 000种,中国有2 200~2 600种,占世界种数的22%。由于中国地域广大,自然条件复杂多样,除了热带少数科属外,中国拥有的科属数几乎占世界的95%,这说明中国的蕨类植物有极高的多样性。
中国分布有在探讨物种进化系统问题上十分重要的种类,如原始类群裸蕨纲的松叶蕨(Psilotum mudum)、天星蕨(Christensenia)。有些属如光叶蕨(Cystoathyrium)、中国蕨(Sinopteris),其分布区狭小,为中国特有,它们的发现对研究该科中属的演化关系有一定意义。而在四川东部长江沿岸发现的圆肾铁线蕨(Adiantum reniforme),其原产地在大西洋的Madeira群岛。中国变种荷叶铁线蕨(Adiantum reniforme var. sinense)的出现,为研究间断分布及中国和非洲蕨类种的关系提供了很好的材料。能生长在海拔4350m高山寒冻荒漠的严酷环境中的玉龙蕨(Sorolepidium glaciale)是研究蕨类形态和生态条件关系的重要属种。仅产中国西南的湖南石灰岩壁的荚囊蕨(Struthiopteris eburnea)是典型的石灰岩钙质土的重要种属。
根据不完全统计,中国特有的蕨类植物有500~600种,占已知中国蕨类植物的25%左右,重要特有属及代表种见表1。
2、蕨类植物受威胁和濒危状况
随各地区植物考察的深入,不断有蕨类植物新种被发现,但与此同时也有一些种由于环境改变或人为破坏而消失或濒临灭绝(表2)。除上面提到的特有和濒危属种(表1和表2)外。还有些种类虽然不限产中国,但在中国仅局部地区有分布,如鹿角蕨(Platycerium wallichii)仅产靠近缅甸边境的盈江,而埃及苹(Marsilea aegyptica)仅产新疆的局部水域。像这些种类的个体数量不多,分布区狭窄,如不保护,很易绝灭。类似的濒危种类还有很多,估计约占中国蕨类总数的30%左右,其中重要的有101种(表3)。
导致蕨类植物濒危有以下多种原因:
(1)森林破坏,造成空气湿度降低,以及地下水位下降,使原有生态环境改变,影响植物种的生存和繁殖,如1963年在四川二郎山团牛坪海拔2450m处林下发现的光叶蕨,1984年专程前往该地,发现森林消失,气候干燥,只在灌丛中找到一株。
(2)工农业建设事业的发展使局部地区一些植物种消失,如中华水韭,荷叶铁线蕨。
(3)由于对一些药用及观赏植物只宣传其价值,而不强调保护的重要,使一些蕨类植物遭受毁灭性的摧残,如鹿角蕨近年已难见到。
(4)旅游区对一些小型稀少植物不加保护,致使其遭践踏而无法生长,如瓶儿小草(Ophioglossum thermale)。
3、加强对蕨类植物的保护
蕨类植物与人们的生活有密切关系,它们之中很多种是传统的中药和民间草药,约占全部种类的10%。如贯众(Cyrtomium fortunei)、海金沙(Lygodium japonica)、骨碎补(Davallia barometz)能够健骨补肾,还有绵马鳞毛蕨(Dryopteris crassirhizoma)和石韦(Pyrrosia)等。又如金毛狗脊蕨(Cibotium baronetz)具有补肝肾,强腰膝的功效,近年来出口需求量很大,每年超过百吨。虽然这个种分布较广,也不能不限量出口加以保护。蕨类植物多为阴生,叶质坚厚,宜作观叶植物及插花的切叶材料。还有少数种类如菜蕨(Cal-lipteris esculenta)、蕨(Pteridium aquilinum var. Latiusculum)、荚果蕨(Matteuccia struthiopteris)等的拳卷叶芽,加工后可作蔬菜并出口;满江红(Azolla imbricata)的叶下具有和蓝藻中的念珠藻共生结构,可固定空气中的氮,是水稻的优良绿肥。总之,蕨类植物与其他绿色植物一道共同创造了地球表面人类生存所必需的环境条件。因此,加强对蕨类植物的保护是我们不可推卸的责任。首先,对急需保护的一些稀有濒危种类应建立专门的保护区,如贵州赤水的桫椤自然保护区。其次,对某些特殊植物因建设需要不能保证在原地生存,如长江三峡工程的启动,受威胁的荷叶铁线蕨需要在相同或相近的气候土壤环境条件的安全地点建立试验场,促使其能在野生条件下易地繁衍。同时加强宣传,提高广大群众和干部对生物多样性保护的认识,禁止对某些有经济价值蕨类植物的滥采乱挖也很重要。
裸子植物
裸子植物是原始的种子植物,其发生发展历史悠久。最初的裸子植物出现在古生代,在中生代至新生代它们是遍布各大陆的主要植物。现代生存的裸子植物有不少种类出现于第三纪,后又经过冰川时期而保留下来,并繁衍至今的。据统计,目前全世界生存的裸子植物约有850种,隶属于79属和15科,其种数虽仅为被子植物种数的0.36%,但却分布于世界各地,特别是在北半球的寒温带和亚热带的中山至高山带常组成大面积的各类针叶林。
1、中国裸子植物的多样性
中国疆域辽阔,气候和地貌类型复杂。在中生代至新生代第三纪一直是温暖的气候,第四纪冰期时又没有直接受到北方大陆冰盖的破坏,基本上保持了第三纪以来比较稳定的气候,致使中国的裸子植物区系具有种类丰富,起源古老,多古残遗和孑遗成分,特有成分繁多和针叶林类型多样等特征。
据统计,中国的裸子植物有10科34属约250种,分别为世界现存裸子植物科、属、种总数的66.6%、41.5%和29.4%,是世界上裸子植物最丰富的国家。在中国的裸子植物中有许多是北半球其他地区早已灭绝的古残遗种或孑遗种,并常为特有的单型属或少型属。如特有单种科——银杏科(Ginkgoaceae);特有单型属有水杉(Metasequoia)、水松(Glyptostrobus)、银杉(Cathaya)、金钱松(Pseudolarix)和白豆杉(Pseudotaxus);半特有单型属和少型属有台湾杉(Taiwania)、杉木(Cunninghamia)、福建柏(Fokienia)、侧柏(Platy-cladus)、穗花杉(Amentotaxus)和油杉(Keteleeria),以及残遗种,如多种苏铁(Cycas spp.)、冷杉(Abies spp.)等。
中国的裸子植物虽仅为被子植物种数的0.8%,但其所形成的针叶林面积却略高于阔叶林面积,约占森林总面积的52%。在中国东北、华北及西北地区的针叶林中裸子植物物种较少,在西南地区针叶林中则有丰富的裸子植物物种。在华南、华中及华东地区除原生针叶林外,更常见的是大面积人工杉木林、马尾松林和柏木林。
2、中国裸子植物面临的威胁及其保护问题
虽然中国具有极为丰富的裸子植物物种及森林资源,但由于多数裸子植物树干端直、材质优良和出材率高,所以其所组成的针叶林常作为优先采伐的对象,使利该资源正在受到强烈的人类活动的威胁和破坏。如50年代中国最大的针叶林区——东北大、小兴安岭及长白山区的天然林被不同程度地开发利用,60年代至70年代另一大针叶林区——西南横断山区的天然林又相继被强烈采伐,仅在交通不便的深山和河谷深切的山坡陡壁,以及自然保护区内尚有天然针叶林保存。华中、华东和华南地区,因人口密集和经济发展的需求,中山地带的各类天然针叶林多被砍伐,代之而起的是人工马尾松林、杉木林和柏木林。随着各类天然针叶林采伐和破坏,原有生态环境发生改变,加快了林下生物消失和濒危的速度。同时,具有重要观赏价值和经济价值的裸子植物亦破坏严重,如攀枝花苏铁(Cycas panzhihuaensis)、贵州苏铁(C. guizhouensis)、多歧苏铁(C. multipinnata)和叉叶苏铁(C. micholitzii)均在新发表或新的分布点发现后就遭到大肆破坏。三尖杉(粗榧)属(Cephalotaxus)和红豆杉(紫杉)属(Taxus)植物自60年代和80年代末至90年代初发现为新型抗癌药用植物后,就立即遭到大规模采伐破坏,使资源急剧减少。
中国有平均海拔4500m以上的巨大青藏高原,也有广阔的平原低地,山岭重叠、河川纵横、气候多样、地质古老,这些是决定中国生物多样性丰富多彩的主要因素,在被子植物方面表现最为清楚,中国被子植物多样性至少有以下三个特点,
(1)生态类型齐备 各种生活型的植物从乔木、半乔木(如梭梭属(Haloxylon))、灌木、半灌木(如沙拐枣属(Calligonum))、小半灌木(如蒿属(Artemisia))、直到多年生草和一年生草,无不具有。生态类群方面,从高山冻原植物(如多瓣木(Dryas octopetala)、松毛翠(Phyllodoce caerulea))到热带雨林种类;从超旱生荒漠植物到潮湿低地的湿生、水生种类;从高寒风大环境的青藏高原垫状植物到华南热带海滨的红树林,各种类型都有代表。
各个气候带都有大量代表科属,例如,桦木科(Betulaceae)、壳斗科栎属(Quercus)的落叶树种,以及杨柳科(Salicaceae)、忍冬科(Caprifoliaceae)、小檗科(Berberidaceae)等是温带的代表;樟科(Lauraceae)、木兰科(Magnoliaceae)、山茶科(Theaceae)、壳斗科的常绿树种,金缕梅科(Hamamelidaceae)以及冬青科(Aquifoliaceae)、五加科(Araliaceae)、蓝果树科(Nyssaceae),还有单种的连香树科(Cercidiphyllaceae)和水青树科(Tetracentraceae)等是亚热带的代表;至于中国热带森林中包含的科就更多了,常见的科有龙脑香科(Dipterocarpaceae)、番荔枝科(Annonaceae)、橄榄科(Burseraceae)、山榄科(Sapotaceae)、楝科(Melisceae)、藤黄科(Guttiferae)、使君子科(Combretaceae)、天料木科(Samydaceae)、大戟科(Euphorbiaceae)和四数木科(Datiscaceae)等。
(2)原始古老成分很多 在植物系统学研究中,被认为是比较原始的或早期发生的被子植物类群,在中国分布不少,有些仅仅分布于中国。中国的木兰科(Magnoliaceae)、毛茛科(Ranunculaceae)、水青树科、连香树科、三白草科(Saururaceae)、金粟兰科(Chloranthaceae)、金缕梅科和木通科(Lardizabalaceae)等科的植物,在研究被子植物的起源和系统发育方面的重要性,早已为中外学者所公认。近年来,中国在被子植物化石的发现和研究方面取得了丰硕的成果,这些成果对于揭示被于植物的物种多样性,以及揭示被子植物的系统发育,都有十分重要的意义。
(3)特有类型极其丰富 中国被子植物有极其多种多样的分布区类型,其中特有类型所占比重极大。到目前为止,统计中国被子植物持有属共有246个,特有种约17000种。古老孑遗种伯乐树(Bretschneidera sinensis)、连香树(Cercidiphyllum japonicum)、领春木(Euptelea pleiospermum)、昆栏树(Trochodendron aralioides)、银缕梅(单氏木)(Shaniodendron subaequalum)、水青树(Tetracentron sinensis)、半日花(Helianthe-mum songoricum)、四合木(Tetracena mongolica)、鹅掌楸(Liriodendron chinensis)和珙桐(Davidia involucrata)等都是中国特有的例子。这些植物的研究对于认识中国乃至世界被子植物的系统发育和物种多样性形成的历史过程都是极为重要的。
中国被子植物特有属、种主要分布于秦岭-大别山一线以南,横断山脉以东的东南部地区,其中又有三个特有属、种分布相对集中的待有现象中心:(i)川东-鄂西-湘西北中心,这里的被子植物特有木本属几乎均为落叶乔木或灌木,具有温带性质;(ii)川西-滇西北中心,即横断山脉南段,这里的草本属在全部属中占的比例较高,被子植物的木本属几乎全为落叶乔木或灌木,青藏高原的快速和强烈隆升使本区产生大量新特有种,大大丰富了中国被子植物的多样性;(iii)滇东南-桂西中心,由于地理位置偏南,处于北回归线附近,居泛北极植物区和古热带植物区的分界线上,其乔木持有屑中几乎一半为常绿植物,
特有藤本届全部为木质藤本植物,它们所隶屑的科均为热带分布的科,显示出明显的热带性。
3、大力加强对中国被子植物的保护
被子植物在大型植物中数量最多,而且与人类的衣、食、医药、工业原料等关系最为密切。被子植物大量灭绝无疑会对人类造成很大的威胁,因而我们必须格外重视对被子植物的保护。为了有效保护它们,必须研究它们受威胁的方式、程度和灭绝过程,从而制定合理的保护策略。在这方面,进行种群存活力的分析(PVA),确定最小能存活种群(MVP)是核心内容。
在目前尚无条件对每一个种进行深入的PVA分析的情况下,把保护的范围适当扩大是有必要的,否则,一个种灭绝以后,就再也不能挽回了。
与此同时,应该特别重视减少造成物种濒危和灭绝的因素,如防止森林破坏,禁止对有经济价值的种类的过度采挖,尽量多建立一些保护区,加强保护区的管理,必要时采取迁地保护措施(变野生为栽培)等等。所有这些,还必须以立法和政策加以保证。只有这祥,中国丰富的被子植物物种多样性才能得到有效的保护,使它不仅为中国人民,也为全人类的福祉作出应有贡献。
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