指示植物的研究已成為植物地理學在實踐應用中的一個分支。植物和植物群落的種種特征隨空間和時間變化而異，成為人們熾別自然環(huán)境和自然資源的重要依據(jù)。其有效、方便、廉價的優(yōu)點十分突出。
一、基本原則
任何植物和植物群落在一定的環(huán)境條件下生存，是植物之間經過不斷競爭及對環(huán)境條件長期適應的結果。因此，它們總是在一定程度上反映了環(huán)境條件的特點。
作為良好的指示植物(或群落)，應有較高的可靠性。評價其指示能力，可用定量方法。在樣地調查中，指示植物x與指示對象y的出現(xiàn)( )或不出現(xiàn)(-)的組合有4種，即滿意水平，>90%為高可靠水平。此外亦可用X2來檢驗植物與指示對象是否獨立。當計算值大于理論值時，即可確認存在密切共軛關系。
指示環(huán)境的植物特征還包括分布頻度、個體密度、蓋度、生活能力、形態(tài)外貌、種類組成等，但常有一定的地區(qū)性。被指示的環(huán)境特征有氣候、小氣候現(xiàn)狀和歷史變遷，土壤理化性質和肥力，地表水和地下水特征，基巖屬性和地層構造，礦藏分布，環(huán)境污染以及其他間接指示特征。
關于植物和植物群落之間哪一個指示作用最好的問題，學術界有不同看法。應該說各有其作用，而且許多場合二者很難完全分割開來。因為群落由植物組成，是植物生存的具體形式，它的整體特征仍然來自內部植物的生活狀態(tài)。持連續(xù)性觀點的個別性說則更強調種群的生態(tài)獨立性。然而不能把環(huán)境中個別植株的情況夸大為整體特征，必須有一定數(shù)量才構成指示標志。
米爾金與羅津伯格(Миркин，Розенберг 1978)對指示作用研究方法的評論是：使用個別種指示環(huán)境，一般只限于與土壤有固定聯(lián)系者，或類似干旱區(qū)等極端條件，而使用植物群叢作指示工具時，一則群叢本身劃分問題較多，另外不適用于指示非極端的環(huán)境條件，指示精度也較低。但許多人主張利用指示種組評價環(huán)境，即從群落全部組成植物中挑選一些種而成，而這個種組與其他種組按某些比例參加該群落組成。為了提高指示的精確程度，還需要把若干環(huán)境因子細分多個等級，如埃侖伯格(1974)針對中歐1600種植物，將15個因子均劃分出9級，將土壤水分分成12級。然后在環(huán)境梯度上找出植物數(shù)值變化(如多度-蓋度)規(guī)律。
二、指示作用分析
(一)植物的指示作用
許多種植物對環(huán)境條件的要求在某些方面是嚴格的。例如，石松(Lycopodium clavatum)雖然在歐洲、北美和東亞都有分布，在我國的東北、華南、西南也有分布，但它只能生長在氣候相 當濕潤和強酸性的土壤上(pH 4.0—5.5)。又如指示酸性土的植物鐵芒萁、映山紅，從不生長在鹽堿土和鈣質土上，與此相反，南天竹(Nandina domestica)是鈣質土上的指示植物，而海蓬子(即鹽角草)、堿蓬則是鹽堿土的指示植物。在中亞以氯化物為主的鹽土上，海蓬子和多枝檉柳(Tamarix ramosissima)等繁生，以硫酸鹽為主的鹽土上都生長無葉瑣瑣、鹽穗木(Halostachys balangeriana)等。
有的植物能指示氣候環(huán)境，如興安落葉松、牙疙疸指示濕潤寒冷的氣候，烏飯樹(Vaccinium bracteatum)、柃木(Eurya japonica)、油茶指示濕潤亞熱帶氣候，又如桃金娘(Rhodomyrthus tomentosa)、岡松(Baeckea frutescens)等指示華南濕潤的南亞熱帶氣候等等。人們可以根據(jù)這些指示植物的性質，供農林業(yè)生產配置上的參考。
植物對污染物的反應敏感、強烈，用作環(huán)境質量監(jiān)測指標效果甚佳。例如SO2與H2S對植物危害很大。城市空氣中全部塵粒的5—20%含有硫酸，80%來自燒煤。SO2進入葉肉組織與酶中鐵素結合，破壞葉綠素，引起組織脫水，使葉上出現(xiàn)褐斑并逐步擴大，甚至葉子脫落。棉花、大麥、菠菜、萵苣、蘿卜、胡蘿卜、南瓜、向日葵、煙草、甘薯等作物，杉樹、油松、紅松等針葉樹種以及楊樹、桉樹以及許多地衣(如松蘿)都對SO2異常敏感，SO2達到0.1×10-16mol/1即可能造成危害。如果這些植物發(fā)黃變干就需要考慮是否因為空氣中SO2過多。1%濃度的SO2可使菠菜在三小時內發(fā)生嚴重傷害(白色傷斑)，針葉樹亦同樣受害，而且幼株比成熟植株更加敏感。SO2濃度很低時大麥的麥芒便受害變白，落葉松的針葉受害時脫落，附生苔蘚地衣枯死等，都是重要的警報。
根據(jù)植物的生理-形態(tài)特征判斷環(huán)境條件的方法可再以地下水位為例說明。海蓬子、鹽節(jié)木(Halocnemum strobilaceum)等在地下水位低于1.5—2m時具黃-紅色調，只有更淺水位時才具暗綠色。蘆葦在地下水位為0.5—3m條件下可長到2—5m，再深的水位則使它其高度降到1—2m。多枝檉柳的植叢直徑以地下水位埋深2m時最大(10—16m)，埋深1m時，僅2m寬(維諾格拉多夫，1964)。
但是，由于環(huán)境條件的綜合現(xiàn)象，因而在研究利用指示植物時，應該注意到以下幾個方面：
1.首先，任何環(huán)境條件都不是孤立地對植物發(fā)生作用，而是與其他條件結合起來綜合地對植物發(fā)生作用。以酸性土指示植物鐵芒萁為例，并不是任何酸性土上均能找到它，還要有亞熱帶氣候條件的配合。而牙疙疸(Vaccinium vitis-idaea)則是東北大興安嶺的酸性土植物，在長江以南亞熱帶氣候條件下的酸性土上也不能生存。
2.其次，在各種環(huán)境條件中還可區(qū)分出主導因素，例如同樣都分布在河北沿海的海蓬子和白刺(Nitraria sibirica)，它們都是鹽土的指示植物，但它們分布在鹽土的不同環(huán)境下，海蓬子是限于低洼積水處，而白刺是限于排水良好處。這里土壤水分就成了它們分布的主導因素。
3.最后，還應注意植物遺傳上的可變性。植物對環(huán)境的適應，形成了一定的遺傳特性，這是指示植物存在的理論根據(jù)。但是植物的這種遺傳性，在一定的可能范圍之內，也不是絕對不能改變的。很多植物引種，往往是改變了一定的遺傳性才能獲得成功。因此，在研究植物指示性時，還要結合當?shù)禺敃r的具體情況，不要忽視植物本性的可變性。
(二)植物群落的指示作用
如果確認某一植被型僅出現(xiàn)于某固定的氣候類型時，它將是氣候背景最好的指示者。但即使如此也要注意較小尺度環(huán)境變化對它的影響，即它是廣泛分布還是局限在個別小環(huán)境。群落結構和種類組成方面出現(xiàn)的更細微變化，則可指示地形部位、坡向、土質、排水等條件相應狀況。
在我國西北廣泛分布的鹽生植被，由于它們的分布與土壤鹽漬化及地下水條件密切相關，便可利用這些相關性，進行荒地調查和指示水文地質狀況，為改良鹽漬土壤提供依據(jù)。例如在新疆廣泛分布的多枝檉柳群落，它們不同優(yōu)勢植物和伴生植物的結合以及在高度及蓋度上的差異，在土壤含鹽量和地下水位深度等方面均有反映。這可為荒地開墾提供群落學方面的指標。
指示植物群落在生產實踐上還可有廣泛的應用。利用指示植物和群落進行礦藏勘探也是一個方面。這是因為土壤中很多化合物，它們過多或不足，不論對植物的遺傳性或是其外貌都可以發(fā)生深刻的影響。如鈾的存在而引起的放射線，使得植物體發(fā)生了深刻的遺傳變異，我國的研究表明，戟葉堇菜(Viola betonicifolia subsp. nepalensis)是鈾礦的指示植物。鐵影響著植物綠色的強度，氣態(tài)的碳氫化合物對植物的發(fā)育節(jié)律發(fā)生強烈作用，銅的化合物引起花朵顏色的顯著變化。由此可見，基質中某一化學元素的不足或過多就會導致生長在土壤中的植物或群落的死亡，或是發(fā)生變化，形成各種新的類型，或是出現(xiàn)種種病態(tài)和畸形。據(jù)此，可以根據(jù)植物的大片死亡、出現(xiàn)不同于一般典型外貌的特征、出現(xiàn)病態(tài)和畸形等方面，從指示群落學的角度勘探礦藏。
但應該注意的是，同一種物質(如銅)可對不同的植物發(fā)生不同的作用。有時，不同化學元素的作用是相似的，如石油地瀝青和硼的作用。其原因是它們都同樣地破壞了植物細胞分裂的正常進行。還應指出，在閃鋅礦中，含有約70%的各種成分的混雜物，其中每一種成分可對植物發(fā)生一定的專性作用，可使植物在外貌上發(fā)生各種各樣的變化，這就增加了在礦脈勘探時應用植物群落學方法的復雜性。
植物群落中殘留的或新出現(xiàn)的一些其他生境的典型植物，分別指示所在地段環(huán)境變化的軌跡和趨向。但這需要人們很熟悉當?shù)刂参锏纳鷳B(tài)和分布特征，并進行仔細考察。植物殘體化石和孢粉化石所反映的正是地質時期植物群落和相應的自然環(huán)境狀況，成為古地理研究佐證。
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