烏蘭布和沙漠草本植物的組成和多樣性

張德魁，馬全林，靳虎甲，劉有軍，張錦春，袁宏波，丁 峰，孫 濤，魏懷東，鄭慶鐘，孫立鵬

（1.甘肅省荒漠化防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省治沙研究所，甘肅 蘭州 730010；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)，甘肅 蘭州 730070）

荒漠或沙漠環(huán)境是干旱氣候環(huán)境的指示劑，在這種極端干旱、貧瘠、強(qiáng)風(fēng)沙流的環(huán)境條件下生長發(fā)育的荒漠植物，不僅具有較強(qiáng)的抗逆能力，而且在其脆弱生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的維持和受損生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)重建中起著重要的作用。在烏蘭布和沙漠中，不論是在草原荒漠區(qū)，還是在荒漠化草原區(qū)，不同的各類植被帶內(nèi)均分布著較為豐富的草本植物，這些草本植物不僅能防治風(fēng)沙，還能改善土壤結(jié)構(gòu)和提高土壤肥力，作為防沙治沙和改良土壤的先鋒植物，具有在喬木、灌木無法適應(yīng)的氣候條件下生存的能力，其根系發(fā)達(dá)，生命力強(qiáng)，在脆弱的荒漠生態(tài)系統(tǒng)中能產(chǎn)生明顯的生態(tài)效益，同時(shí)可增加社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益［1，2］。李敬忠等［3］研究認(rèn)為，內(nèi)蒙古的植被生態(tài)治理應(yīng)以草本和灌木為主體，草本植物在維持荒漠生態(tài)系統(tǒng)功能方面起著重要的作用，荒漠生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)、物質(zhì)流動(dòng)和生產(chǎn)力等，都與草本植物的種類、數(shù)量和分布格局密切相關(guān)，相當(dāng)一部分草本植物是荒漠區(qū)動(dòng)物的重要食物來源［4］，是荒漠生態(tài)系統(tǒng)食物鏈中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在烏蘭布和沙漠中，草本植物分布要比木本植物的分布豐富的多，這些草本植物的組成和特點(diǎn)，極大地豐富了烏蘭布和沙漠的生物多樣性。

1 研究區(qū)自然概況

烏蘭布和沙漠地處我國西北荒漠和半荒漠的前沿地帶，地理區(qū)域?yàn)?E 106°09′～106°57′，N 39°16′～40°57′。東北部以河套綠州為界，西部以阿拉善左旗的吉蘭泰—圖庫木公路為界，西北部以狼山為界，東至黃河，南至賀蘭山，總面積約1.4萬km2，是我國的主要沙漠之一，也是人類活動(dòng)歷史悠久和影響較大的地域［5］。沙漠內(nèi)氣候?qū)僦袦貛Ц珊禋夂?，干旱少雨，晝夜溫差大，季風(fēng)強(qiáng)勁。沙漠南部多流沙，中部多壟崗形沙丘，北部多固定和半固定沙丘。年平均降水量102.9 mm，年最大降水量150.3mm，年最小降水量僅33.3 mm，年均氣溫7.8℃，絕對最高氣溫39℃，絕對最低氣溫－29.6℃，年均蒸發(fā)量為2 258.8mm，無霜期為168d，光照3 181h，太陽輻射35.8kJ/cm2，＞10℃的有效積溫3 289.1℃，年均風(fēng)速4.1m/s［6］。植被以強(qiáng)旱生灌木與半灌木為主要生活型，并有旱生多年生草本植物和一年生草本植物。中生喬木樹種多為人工引種栽培，在湖盆沼澤低地分布有中生、濕生、水生草本植物［7］。地帶性土壤為棕鈣土和灰漠土，且具有不同程度的草原和荒漠的過渡性特征。全境以風(fēng)沙土為主，湖盆、洼地則為不同程度的鹽化土，為沙生、鹽生植物生長的天然場所。

2 研究方法

2009年8～9月和2010年8月對內(nèi)蒙古烏蘭布和沙漠天然梭梭林進(jìn)行綜合科學(xué)考察?？疾炱陂g，除對分布在烏蘭布和沙漠中的天然梭梭林做重點(diǎn)調(diào)查外，對分布于烏蘭布和沙漠中的草本植物也兼顧做了調(diào)查，調(diào)查采用樣方法，調(diào)查梭梭林及灌木林地設(shè)置的是大樣方，樣方大小為20m×20m，在大樣方的中心及4個(gè)角上再設(shè)置1m×1m的小樣方，小樣方內(nèi)調(diào)查草本植物，主要調(diào)查草本植物的種名、數(shù)量、密度、蓋度、高度、冠幅、頻度等，在整個(gè)調(diào)查的過程中隨時(shí)記錄出現(xiàn)在小樣方和大樣方之外的其他草本植物種的種名及分布情況。另外，在調(diào)查過程中，對遇見的典型草本植物群落也設(shè)置了樣方，對草本植物做了重點(diǎn)調(diào)查，共調(diào)查典型草本植物群落的8個(gè)樣方，整個(gè)考察共調(diào)查到大樣方65個(gè)（包括8個(gè)典型草本植物群落樣方）。實(shí)地調(diào)查結(jié)合參考相關(guān)文獻(xiàn)和查看標(biāo)本獲取草本植物資料。

考察中對調(diào)查人員有爭議和不認(rèn)識的植物種采集標(biāo)本，請相關(guān)植物學(xué)專家鑒別并記錄植物種類，對草本植物的種類組成、結(jié)構(gòu)及分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 草本植物的種類組成

根據(jù)所采集的植物標(biāo)本及調(diào)查統(tǒng)計(jì)的初步結(jié)果顯示，烏蘭布和沙漠中共有草本植物（包括草質(zhì)藤本植物）種232種，隸屬于41科120屬。

3.1.1 科多樣性組成 41個(gè)科中，含10屬以上的科有3個(gè)，為菊科（19屬）、禾本科（19屬）和藜科（11屬），共49屬，占烏蘭布和沙漠草本植物總屬數(shù)的40.83%；含6～10屬的科只有豆科，有8屬，占烏蘭布和沙漠草本植物總屬數(shù)的6.67%；含2～5屬的科有14個(gè)，如十字花科（5屬）、唇形科（5屬）、莎草科（5屬）、毛茛科（3屬）、蒺藜科（3屬）、紫草科（3屬）、蓼科（2屬）、牻牛兒苗科（2屬）等，占總屬數(shù)的33.33%；1科1屬的共有23科，占總屬數(shù)的19.17%（表1）。

表1 科內(nèi)屬的組成Table 1 The composition of genera in different family

含種數(shù)＞10的有菊科（37種）、禾本科（34種）、藜科（32種）、豆科（22種）和十字花科（13種），共有5科138種，占總種數(shù)的59.48%；含種數(shù)6～10的科有蒺藜科（9種）、莎草科（8種）和唇形科（7種），共有3科24種，占總種數(shù)的10.35%；含2～5種的科有19科，如毛茛科（5種）、薔薇科（5種）、眼子菜科（5種）、紫草科（4種）、列當(dāng)科（4種）、蓼科（3種）等，共計(jì)56種，占總種數(shù)的24.14%；僅1科1種的有14科14種，占總種數(shù)的6.03%，如莧科、馬齒莧科、石竹科、蕓香科、遠(yuǎn)志科等（表2）。

表2 科內(nèi)種的組成Table 2 The composition of species in different family

3.1.2 屬多樣性組成 烏蘭布和沙漠草本植物中沒有含種數(shù)＞10的屬；含6～10種的屬有5屬34種，分別占總屬數(shù)和總種數(shù)的4.17%和14.65%，如黃耆屬含10種、藜屬含6種、霸王屬含6種、蒿屬含6種和風(fēng)毛菊屬含6種；含2～5種的屬有48屬131種，分別占總屬數(shù)和總種數(shù)的40.00%和56.47%，如豬毛菜屬含5種、蟲實(shí)屬含5種、堿蓬屬含5種、沙芥屬含5種、萎陵菜屬含5種、棘豆屬含5種、獨(dú)行菜屬含4種、針茅屬含4種等；僅含1種的屬有67屬，分別占總屬數(shù)和總種數(shù)的55.83%和28.88%，如百花蒿屬、棒頭草屬、單刺蓬屬、雀兒豆屬、芝麻菜屬等（表3）。

表3 屬內(nèi)種的組成Table 3 The composition of species in different genera

3.2 草本植物的生活型組成

植物生活型是植物長期生存在一定的環(huán)境下所形成的一種形態(tài)學(xué)上的適應(yīng)類型，也是各種植物對其生態(tài)條件的綜合作用在外貌上的具體反映。饒基耶爾所提出的主要生活型有：①高位芽植物；②地上芽植物；③地面芽植物；④地下芽植物，或稱隱芽植物；⑤一年生植物［8］。此分類方法對草本植物來說，絕大多數(shù)由于地上部分經(jīng)過一個(gè)生長期后枯死，下一個(gè)生長期又從地下芽或種子新發(fā)出，因此，按以上生活型的分類方法是無法來劃分草本植物的生活型組成。草本植物在烏蘭布和沙漠中的分布要比木本植物豐富的多，是組成烏蘭布和沙漠植被的最基本部分［9］。烏蘭布和沙漠地處荒漠化草原向草原化荒漠的過渡地帶，兼有草原荒漠和荒漠化草原的氣候特征，植物分布草本類要比其他類豐富。草本的高度在50cm以下，是組成群落的植物中物種最多的一類。草本植物依據(jù)其生活型組成主要可分為4大類：一年生植物、二年生植物、多年生植物和草質(zhì)藤本植物（表4）。

表4 草本植物生活型及種類統(tǒng)計(jì)Table 4 Herbaceous life forms and types

烏蘭布和沙漠中共有草本植物（包括草質(zhì)藤本植物種）232種，隸屬于41科120屬，其中多年生草本植物種分布最多，有149種，占到總草本植物種數(shù)的64.22%，分屬于33科80屬，分別占總科數(shù)和總屬數(shù)的80.49%和66.67%，其次，一年生草本植物，有16科41屬71種，分別占總科數(shù)、總屬數(shù)和總種數(shù)的39.02%，34.17%和30.60%，二年生植物只有7科7屬7種，占總科數(shù)、總屬數(shù)和總種數(shù)的17.07%，5.83%和3.02%，草質(zhì)藤本植物最少，僅有3科3屬5種，僅占到總科數(shù)、總屬數(shù)和總種數(shù)的7.32%，2.50%和2.16%。

3.3 草本植物群落多樣性

依據(jù)《中國植被》有關(guān)植被的分類系統(tǒng)和方法［10］，即植物群落學(xué)－生態(tài)學(xué)外貌相結(jié)合的原則，并參考《內(nèi)蒙古植被》［11］、《內(nèi)蒙古西部沙區(qū)荒漠灌叢植被及沙區(qū)生態(tài)建設(shè)》［12］、《中國植被及其地理格局：中華人民共和國植被圖 （1∶1 000 000）說明書》［13］等中有關(guān)內(nèi)蒙古植被的組成及分類描述，烏蘭布和沙漠植被中以草本植物占優(yōu)勢種的主要植物群叢類型見表5。

烏蘭布和沙漠內(nèi)的自然植被主要是沙質(zhì)荒漠、草甸和水生植物3個(gè)類型，其中，以沙質(zhì)荒漠為主要類型［5］。草本植物群叢分屬于這3大類型，從表5草本植物群叢可見，沙質(zhì)荒漠植被類型依然是烏蘭布和沙漠草本植物的主要類型，隨水分條件的差異，草本植物在烏蘭布和沙漠中的分布種類和數(shù)量不同，加上沙漠內(nèi)部地勢的起伏變化，烏蘭布和沙漠內(nèi)呈現(xiàn)出植被各異的獨(dú)特景觀。沙漠內(nèi)豐富的植被景觀，為沙區(qū)野生動(dòng)物提供了良好的棲息地，同時(shí)植被的防風(fēng)、固沙等重大的生態(tài)學(xué)功能為烏蘭布和沙漠的生態(tài)安全作出了重要的貢獻(xiàn)。

3.4 草本植物現(xiàn)狀

固沙植被恢復(fù)重建，就是要在流動(dòng)沙丘、半固定沙丘上，根據(jù)植物的貢獻(xiàn)率來選擇天然固沙植物種，主要是灌木和草本，不能將草本忽略。在荒漠植被中，草本植物與灌木植物共同決定著群落中種群個(gè)體的分布格局。烏蘭布和沙漠的植物區(qū)系屬于泛北極植物區(qū)域亞洲荒漠植物區(qū)，由于干旱的氣候條件，區(qū)系成分以半干旱和干旱地區(qū)的種類占主導(dǎo)地位，且泛北極種少，主要是戈壁種及地中海成分［9］。烏蘭布和沙漠中植物的種類主要是灌木植物和草本植物，而草本植物的種類占絕對優(yōu)勢，沙漠從流動(dòng)沙地、半固定沙地到固定沙地，草本植物的種類和數(shù)量有增加的趨勢，這種情況與國內(nèi)其他沙漠中植物的分布規(guī)律是一致的，即流動(dòng)沙地上草本植物的種類和數(shù)量少，到半固定沙地上草本植物的種類和數(shù)量有所增加，而到固定沙地上草本植物的種類和數(shù)量會(huì)顯著增加，生物多樣性也趨于復(fù)雜。

表5 烏蘭布和沙漠典型草本植物群叢類型Table 5 Typical plant association types of herbaceous in Ulanbuh Desert

烏蘭布和沙漠的東南部是以流動(dòng)沙丘為主的流動(dòng)沙地，在流動(dòng)沙地的下部或丘間低地零星生長著沙蒿（Artemisia desertorum）、沙竹、沙米等，在流動(dòng)沙地上生長的植物種類和數(shù)量均少，全為草本植物；在固定、半固定沙地多以梭梭（Haloxylon ammodendron）、沙冬青（Ammopiptanthus mongolicus）、白刺等灌木和草本植物混生，在水分條件較好的低地，主要是芨芨草（Achnatherum splendins）、蘆葦、馬藺（Iris lactea）等鹽化草甸植物，主要分布在沙漠的西南部古湖積平原區(qū)；沙漠的東北部區(qū)域是古代黃河沖積平原，有較多的低洼地、低濕地或積水湖泊，除一些典型的鹽化草甸植被外，還在積水區(qū)有香蒲、穿葉眼子菜等典型的水生植物；沙漠的東北部區(qū)域是典型的農(nóng)墾區(qū)，在墾區(qū)隨著種植業(yè)的逐步發(fā)展，除農(nóng)作物外，農(nóng)田外圍的農(nóng)田雜草也是墾區(qū)及周圍的重要草本植物生長區(qū)。

草本植物在烏蘭布和沙漠中的生長基本處于良好，除一年生植物沙米、霧冰藜、蟲實(shí)等的生長受上一年度和當(dāng)年度的降水影響外，其他草本植物特別是低洼低濕地的草甸草本植物不受降水的限制和影響，各類草本植物生長良好。

4 結(jié)論

烏蘭布和沙漠中共有草本植物232種，隸屬于41科120屬。含10屬以上的科有菊科（含19屬）、禾本科（含19屬）和藜科（含11屬）共3個(gè)科，含10種以上的科有菊科（含37種）、禾本科（含34種）、藜科（含32種）、豆科（含22種）和十字花科（含13種）共5個(gè)科。

烏蘭布和沙漠中的草本植物依據(jù)其生活型組成可劃分為一年生植物、二年生植物、多年生植物和草質(zhì)藤本植物4大類。植物生活型的組成中多年生草本植物種分布最多，共有149種多年生草本植物，占到總草本植物種數(shù)（232種）的64.22%。其次，為一年生草本植物，共71種，占總草本植物種數(shù)的30.60%。草質(zhì)藤本植物種數(shù)最少，僅有5種，僅占總草本植物種數(shù)的2.16%。

烏蘭布和沙漠內(nèi)以草本植物為優(yōu)勢種的植被中，沙質(zhì)荒漠植被類型依然是主要的植被類型，另外，草甸植被和水生植物也占據(jù)著植被類型中的重要成份。本次調(diào)查中調(diào)查到的典型草本植物群叢類型主要有沙米群叢、沙竹＋沙米群叢、沙生冰草＋蘆葦群叢、沙蔥群叢、芨芨草群叢、馬藺群叢、蘆葦群叢、苦豆子群叢、香蒲群叢等。

烏蘭布和沙漠中草本植物的種類和數(shù)量占著絕對優(yōu)勢，草本植物在流動(dòng)沙地、半固定沙地和固定沙地上的種類和數(shù)量分布差異大。草本植物在烏蘭布和沙漠中的生長良好，除一年生植物的生長受年度降水的影響外，其他草本植物很少受自然降水的影響。

［1］韓瑞宏，毛凱，高桂娟，等.草本植物在防治水土流失和改良土壤中的應(yīng)用［J］.四川草原，2002（2）：22－25.

［2］舒揚(yáng)，劉兆剛，楊素芝.內(nèi)蒙古磴口縣沙化地區(qū)主要草本植物空間分布格局及抽樣技術(shù)［J］.東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，36（9）：42－47.

［3］李敬忠，劉永志，阿拉塔，等.論灌木和草本植物在內(nèi)蒙古生態(tài)建設(shè)中的地位［J］.內(nèi)蒙古畜牧科學(xué)，2003（6）：29－31.

［4］郝占慶，郭水良.長白山北坡草本植物分布與環(huán)境關(guān)系的典范對應(yīng)分析［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2003，23（10）：2000－2008.

［5］烏拉.烏蘭布和沙漠植被及其保護(hù)［J］.陜西林業(yè)科技，2007（4）：133－137.

［6］馬世威.沙漠學(xué)［M］.呼和浩特：內(nèi)蒙古人民出版社，1998：337－339.

［7］宋小琴.烏蘭布和沙漠植物群落演替趨勢與科學(xué)利用土地［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，2007（11）：139.

［8］李揚(yáng)漢.植物學(xué)［M］.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1978.

［9］劉芳.烏蘭布和沙區(qū)的植物資源［J］.內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)（漢文）版，2000，29（3）：215－220.

［10］吳征鎰.中國植被［M］.北京：科學(xué)出版社，1980.

［11］中國科學(xué)院內(nèi)蒙古寧夏綜合考察隊(duì).內(nèi)蒙古植被［M］.北京：科學(xué)出版社，1985.

［12］徐恒剛.內(nèi)蒙古西部沙區(qū)荒漠灌叢植被及沙區(qū)生態(tài)建設(shè)［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2005：5－10.

［13］張新時(shí).中國植被及其地理格局：中華人民共和國植被圖 （1∶1 000 000）說明書［M］.北京：地質(zhì)出版社，2007.