準(zhǔn)噶爾盆地南北緣荒漠種子植物區(qū)系特征

孔曉晶，安沙舟，劉慧敏

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】植物區(qū)系是植物界在一定的自然地理?xiàng)l件下演化的結(jié)果。它以種群的方式存在，組成各地植被的實(shí)體，是自然地理環(huán)境的反映和環(huán)境變遷的鑒證或依據(jù)[1，2]。準(zhǔn)噶爾盆地[3-5](近230 000 km2)位于新疆北部，地處于亞洲內(nèi)陸干燥中心，沙漠和干燥剝蝕平原分布很廣，沖積平原主要分布在盆地的南部，南部平原南起天山北麓，北至沙漠北緣，可分兩帶，北帶為沙漠，南帶為天山北麓山前平原，是主要農(nóng)業(yè)區(qū)。而準(zhǔn)噶爾盆地典型的荒漠植物類(lèi)型在一定程度上能代表新疆荒漠植物的特點(diǎn)。近年來(lái)，隨著自然因素和人為的開(kāi)荒，平原荒漠遭受到破壞，使得資源問(wèn)題越來(lái)越受到重視，各地進(jìn)行很多關(guān)于植物區(qū)系及資源的調(diào)查?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】李紅穎等[6]為配合京津風(fēng)沙源治理工程對(duì)二連浩特地區(qū)進(jìn)行了植被調(diào)查，建立了二連浩特地區(qū)種子植物的名錄。劉佳等[7]通過(guò)對(duì)瑪納斯河中上游低山荒漠進(jìn)行野外考察、標(biāo)本采集和鑒定，確定該區(qū)的植物種類(lèi)，在此基礎(chǔ)上對(duì)該地區(qū)植物區(qū)系特征進(jìn)行分析，揭示該地區(qū)植物區(qū)系的科屬組成、地理成分和植物生活型及生態(tài)型等特征。徐文軒等[8]通過(guò)在新疆北部荒漠草地上進(jìn)行植物群落調(diào)查取樣，分析了其植物群落的組成、物種重要值、豐富度以及群落的蓋度、高度和地上生物量的變化特征。關(guān)于準(zhǔn)噶爾區(qū)系方面，潘曉玲等[9]研究分析了準(zhǔn)噶爾盆地荒漠植物區(qū)系的特點(diǎn)，探討了其發(fā)生途徑和形成年代。程蕓等[10]以新疆植物特有種為研究對(duì)象，對(duì)新疆82個(gè)區(qū)劃單位的植物特有種分布現(xiàn)狀進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，分析了特有種在植物區(qū)系以及地理特征上的分布規(guī)律及其成因，探究了準(zhǔn)噶爾盆地具有的特殊的氣候條件和植物區(qū)系起源的過(guò)程，特有種植物分布相對(duì)較多的特點(diǎn)。楚光明等[11]運(yùn)用形態(tài)解剖學(xué)方法對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地的3種典型荒漠植物木質(zhì)部導(dǎo)管的解剖特征進(jìn)行了觀察和分析，探討了荒漠植物木質(zhì)部導(dǎo)管對(duì)干旱環(huán)境的生態(tài)適應(yīng)性。優(yōu)勢(shì)科對(duì)于一個(gè)地區(qū)的植物區(qū)系起著重要作用，是指種數(shù)多并在植被或植物群落中最常見(jiàn)的科，它直接決定了特定地區(qū)植物區(qū)系的特征及性質(zhì)[12]。生活型是植物在其發(fā)展歷史過(guò)程中，對(duì)于一定生長(zhǎng)環(huán)境長(zhǎng)期趨同適應(yīng)的結(jié)果[13]。植物的科是長(zhǎng)期適應(yīng)地理環(huán)境變遷的產(chǎn)物，因此，科的分布區(qū)具有一定的穩(wěn)定性[14]。依據(jù)吳征鎰[15]先生對(duì)世界種子植物科的分布型系統(tǒng)的研究分類(lèi)，可將準(zhǔn)噶爾南緣北緣地區(qū)荒漠種子植物的46科分為不同的分布區(qū)類(lèi)型，并可歸納為世界分布型、熱帶分布和溫帶分布型。屬是劃分植物區(qū)系的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)[16]，比科更能反映出該地區(qū)植物區(qū)系的地理成分特征?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前，關(guān)于準(zhǔn)噶爾盆地植物學(xué)方面的基礎(chǔ)研究不是很多，而準(zhǔn)噶爾地區(qū)植物區(qū)系系統(tǒng)的研究更鮮有報(bào)道。準(zhǔn)噶爾盆地南北緣荒漠種子植物區(qū)系特征?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】通過(guò)野外實(shí)地考察和形態(tài)分類(lèi)學(xué)的方法，對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地南北緣地區(qū)的植物進(jìn)行了系統(tǒng)的調(diào)查，為該地區(qū)植物資源利用和保護(hù)植物多樣性的研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

研究區(qū)位于新疆北部，該地區(qū)屬溫帶氣候，盆地北部、西部年均溫3～5℃，南部5～7.5℃。無(wú)霜期除東北部為100～135 d外，大多達(dá)150～170 d。年均溫日較差12～14℃。盆地水汽主要來(lái)自西風(fēng)氣流。降水較少且西部多于東部，邊緣多于中心，迎風(fēng)坡多于背風(fēng)坡。盆地邊緣處降水約200 mm，中部100～150 mm。盆地冬季有穩(wěn)定積雪，冬春降水量占年總量30%～45%。年蒸發(fā)量近2 000 mm，平均氣溫4～6℃，最冷月溫度-20℃以下，最熱月22～26℃，年溫差42～44℃，日溫差平均16℃以上，因該區(qū)的荒漠植被基本上依存于自然降水，故與依存于地表徑流的緊縮型植被不同。主體植被的覆蓋度平均可達(dá)30%左右[17，18]。

1.2 方 法

采用野外調(diào)查與室內(nèi)查閱文獻(xiàn)相結(jié)合的方法，分別于2017和2018年的5～9月在準(zhǔn)噶爾盆地南緣地區(qū)(博州、昌吉州、烏魯木齊市)和北緣地區(qū)(阿勒泰地區(qū)、塔城地區(qū))進(jìn)行全面詳細(xì)的野外樣地調(diào)查工作，共完成調(diào)查樣地261個(gè)。每個(gè)樣地中分別設(shè)置了9個(gè)1 m×1 m的草本樣方，5個(gè)10 m×10 m灌木樣方，采集植物標(biāo)本并拍照片，記錄其高度、蓋度、密度、生物量。期間共采集495份植物標(biāo)本，帶回室內(nèi)進(jìn)行鑒定。同時(shí)借助《中國(guó)高等植物科屬檢索表》[16]、《新疆植物志》[19]、《中國(guó)植物志》[20，21]等植物分類(lèi)書(shū)籍和現(xiàn)存標(biāo)本統(tǒng)計(jì)植物名稱(chēng)及種類(lèi)，建立研究區(qū)植物名錄；并結(jié)合李錫文[22]和吳征鎰[23]對(duì)中國(guó)種子植物劃分的分布區(qū)類(lèi)型，通過(guò)統(tǒng)計(jì)、排序以及比較分析等研究方法分析研究植物區(qū)系特征。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)運(yùn)用Microsoft Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)的錄入、計(jì)算與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 準(zhǔn)噶爾盆地南北緣荒漠植物組成

準(zhǔn)噶爾盆地南北緣地區(qū)荒漠種子植物共計(jì)46科，238屬，679種，分別占新疆種子植物科、屬、種總數(shù)的46.00%、33.29%和19.75%，研究區(qū)的植物種類(lèi)相對(duì)豐富。根據(jù)各科含屬數(shù)的多少，將準(zhǔn)噶爾盆地荒漠種子植物分為四個(gè)等級(jí)?？梢钥闯觯瑴?zhǔn)噶爾盆地荒漠種子植物各科所含屬數(shù)差異比較明顯。單屬科和寡屬科(2～4種)構(gòu)成準(zhǔn)噶爾盆地荒漠種子植物科的主體，共有33科，占總科數(shù)的71.74%；但其所含的屬為51屬，占總屬數(shù)的21.43%。含5屬及以上的科共有13科，僅占總科數(shù)的28.26%，但所含屬數(shù)達(dá)到187屬，占總屬數(shù)的78.57%，這些科在準(zhǔn)噶爾盆地荒漠種子植物區(qū)系組成中起著重要的作用。表1

表1 準(zhǔn)噶爾盆地種子植物科內(nèi)屬組成

Table 1 Seed plants of the genera in families composition in Junggar Basin

科內(nèi)含屬數(shù)Families contains genera科數(shù)Families No.占總科數(shù)比例Percentage in total families(%)科內(nèi)總屬數(shù)Total genera of the family占總屬數(shù)比例Percentage in total families(%)12043.48208.402^41328.263113.035^9817.394719.75≥10510.8714058.82總計(jì)46100238100

雖然準(zhǔn)噶爾盆地荒漠種子植物含5～9種及含10種以上的科有25個(gè)科，但這幾科所含種數(shù)卻占總種數(shù)的95.14%。單種科和寡種兩者合計(jì)占該區(qū)總科數(shù)的45.46%，而科內(nèi)所含種數(shù)卻只占4.86%，表明該地區(qū)的區(qū)系優(yōu)勢(shì)現(xiàn)象不太明顯。按科內(nèi)含種數(shù)多少排序，依次為：菊科(Compositae)139種、藜科(Chenopodiaceae)119種、豆科(Leguminosae)60種、十字花科(Cruciferae)54種、禾本科(Gramineae)38種。這5科為該地區(qū)的優(yōu)勢(shì)科。表2

表2 準(zhǔn)噶爾盆地種子植物科內(nèi)種組成

Table 2 Seed plants of the species in families composition in Junggar Basin

科內(nèi)含種數(shù)Families contains genera科數(shù)Families No.占總科數(shù)比例Percentage in total families(%)科內(nèi)總種數(shù)Total genera of the family占總種數(shù)比例Percentage in total genera(%)11021.74101.472^41123.91233.395^91123.917511.05≥101430.4457184.09總計(jì)46100679100

研究表明，該區(qū)種子植物以?xún)H含有1種和寡種(2～4種)的屬為主，前者有111屬，后者有88屬，二者合計(jì)占總屬數(shù)的83.61%，屬內(nèi)總種數(shù)占該區(qū)植物種數(shù)的48.75%。含5種以上的屬有38屬，雖然其只占總屬數(shù)的15.96%，但其所包含的種卻占了總種屬的51.26%，前五屬分別為：豬毛菜屬(Salsola)21種、黃芪屬(Astragalus)21種、霸王屬(Zygophyllum)19種、蒿屬(Artemisia)17種、蔥屬(Allium)13種，是該地植物群落的典型組成成分。表4

表3 準(zhǔn)噶爾盆地種子植物科內(nèi)種組成

Table 3 Seed plants of the species in genera composition in Junggar Basin

屬內(nèi)含種數(shù)Genera contains species屬數(shù)Genera No.占總屬數(shù)比例Percentage in total genera(%)屬內(nèi)總種數(shù)Total species of the genera占總種數(shù)比例Percentage in total species(%)111146.6411116.352^48836.9822032.405^92711.3418927.83≥10125.0415923.42總計(jì)238100679100

2.2 植物生活型

該地區(qū)679種種子植物分別分為喬木、灌木、半灌木、草質(zhì)藤本和草本這五類(lèi)。其中，喬木占1.18%，灌木占11.19%，半灌木占7.95%，草質(zhì)藤本占0.15%，一二年生草本占34.61%，多年生草本占44.29%。可見(jiàn)，該地區(qū)生活型以草本植物為主，其中多年生草本占一定優(yōu)勢(shì)，木本植物只占一小部分，草本植物在準(zhǔn)噶爾南北緣地區(qū)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。表4

表4 準(zhǔn)噶爾盆地種子植物生活型

Table 4 The seed plant life form in Junggar Basin

生活型Life form植物種數(shù)Species No.占總種數(shù)的比例Percentage in total species(%)喬木81.18灌木7611.19半灌木547.95草質(zhì)藤本10.15一二年生草本23534.61多年生草本30544.92合計(jì)679100

2.3 植物區(qū)系地理成分及其分布區(qū)類(lèi)型

2.3.1 科的地理成分

研究表明，世界分布型主要包括溫帶熱帶分布、溫帶分布為主和熱帶分布為主，共有27科，在區(qū)系總科數(shù)中占58.70%，世界分布型是該區(qū)植物區(qū)系科水平上主要的分布區(qū)類(lèi)型，熱帶分布型中只有泛熱帶分布，共有6科，在區(qū)系總科數(shù)中占13.04%；溫帶分布型包括北溫帶分布、北溫帶-南溫帶分布、舊大陸溫帶分布和溫帶亞洲分布共有13科，在總科數(shù)中占28.26%，在準(zhǔn)噶爾南北緣地區(qū)占有一定的主導(dǎo)地位。表5

表5 準(zhǔn)噶爾盆地種子植物科的分布區(qū)類(lèi)型

Table 5 The distribution type tables of seed plants in families in Junggar Basin

分布區(qū)類(lèi)型Areal type科名Families世界分布溫帶熱帶廣布唇形科、玄參科、車(chē)前科、白花丹科、柳葉菜科、豆科、檀香科、瑞香科溫帶分布為主蓼科、藜科、十字花科、薔薇科、亞麻科、傘形科、報(bào)春花科、菊科、禾本科、莎草科、裸果木科熱帶分布熱帶分布為主莧科、景天科、大戟科、旋花科、紫草科、茄科、鳶尾科、粟米草科泛熱帶分布牻牛兒苗科、蕓香科、茜草科、駱駝蓬科、白刺科、山柑科溫帶分布北溫帶分布石竹科、小檗科、罌粟科、百合科、藤黃科北溫帶-南溫帶間斷分布蒺藜科、胡頹子科、麻黃科舊大陸溫帶分布楊柳科、列當(dāng)科、川斷續(xù)科、檉柳科溫帶亞洲分布鎖陽(yáng)科

2.3.2 屬的地理成分

參照吳征鎰先生對(duì)中國(guó)種子植物屬的分布區(qū)類(lèi)型分類(lèi)系統(tǒng)并結(jié)合《新疆植物志》，將準(zhǔn)噶爾南北緣種子植物屬劃分為13個(gè)類(lèi)型，占中國(guó)15個(gè)分布區(qū)類(lèi)型的76.85%，反映了準(zhǔn)噶爾南北緣地區(qū)植物屬的多樣性和其區(qū)系組成的復(fù)雜性。該地區(qū)植物區(qū)系中世界廣布類(lèi)型共有22個(gè)屬，以黃芪屬、堿蓬屬和豬毛菜屬等物種數(shù)最多。由于這些廣布型屬很難反映該地區(qū)植物區(qū)系的特征，故在各分布區(qū)類(lèi)型的統(tǒng)計(jì)中扣除不計(jì)。溫帶成分共有201屬，在該區(qū)系非世界分布總屬中占91.67%，包括北溫帶分布，東亞和北美洲間斷分布，舊大陸溫帶分布，溫帶亞洲分布，地中海區(qū)、西亞至中亞分布，中國(guó)特有，中亞分布和東亞分布。熱帶分布共有14屬，在非世界分布總屬中占6.48%。由此可知，在屬級(jí)水平上，準(zhǔn)噶爾盆地南北緣地區(qū)種子植物區(qū)系以溫帶成分為主，該植物區(qū)系具有明顯的溫帶性質(zhì)，其成分多于地中海區(qū)、西亞至中亞分布類(lèi)型。表6

表6 準(zhǔn)噶爾盆地種子植物屬分布區(qū)類(lèi)型

Table 6 The distribution type of seed plants in genera in Junggar Basin

分布區(qū)類(lèi)型Areal type屬數(shù)Generas quantity占非世界分布總屬數(shù)的比例Proportion of non-world distributed genera(%)1.世界分布22-2.泛熱帶分布104.633.熱帶亞洲和熱帶美洲間斷分布10.464.舊大陸熱帶分布20.937.熱帶亞洲(印度-馬來(lái)西亞)分布10.468.北溫帶分布4721.769.東亞和北美洲間斷分布20.9310.舊大陸溫帶分布4822.2211.溫帶亞洲分布62.7812.地中海區(qū)、西亞至中亞分布5826.8513.中亞分布3616.6714.東亞分布10.4615.中國(guó)特有41.85總計(jì)238100.0

2.4 植物分布特征

準(zhǔn)噶爾盆地南緣地區(qū)與北緣地區(qū)基本處于同一經(jīng)度，雖然被盆地中部的古爾班通古特沙漠隔開(kāi)，但自然環(huán)境較為相似，因此，在區(qū)系成分上有一定程度的聯(lián)系，這種現(xiàn)象主要反映在共有屬、共有種及其相似性[24]上。表7

表7 準(zhǔn)噶爾南北緣地區(qū)種子植物的比較

Table 7 The comparison of seed plants between southern and northern in Junggar Basin

鄰區(qū)Adjacent area總屬數(shù)Total genera共有屬Common genera屬相似系數(shù)Similarity coefficient of genera(%)準(zhǔn)噶爾盆地南緣207準(zhǔn)噶爾盆地北緣18214358.13

準(zhǔn)噶爾盆地南緣地區(qū)有植物43科207屬515種，準(zhǔn)噶爾盆地北緣地區(qū)有植物41科182屬409種；兩地區(qū)共有植物36科143屬262種。經(jīng)計(jì)算，準(zhǔn)格爾盆地兩地區(qū)的荒漠植物科的相似值為75%、屬的相似性系數(shù)為58.13%、種的相似性系數(shù)為39.58%，結(jié)果表明，這兩個(gè)地區(qū)的植物具有較高的相似性，科的相似性表現(xiàn)較為明顯，但由于地理位置、降水量多少等因素的影響，形成了南北緣不同的種子植物區(qū)系分布特征，準(zhǔn)噶爾北緣地區(qū)主要以鹽柴類(lèi)半灌木為主，而準(zhǔn)噶爾南緣地區(qū)主要以蒿類(lèi)半灌木為主。準(zhǔn)噶爾南緣地區(qū)的荒漠種子植物在科、屬、種的數(shù)量上均高于北緣地區(qū)。在屬、種兩地區(qū)存在一定的差異，表現(xiàn)為屬間與種間在兩地區(qū)有一定的替代性分布現(xiàn)象。

3 討 論

準(zhǔn)噶爾盆地處于新疆北部，與整個(gè)新疆地區(qū)相比，植物種數(shù)占新疆種子植物種總數(shù)的19.75%，植物種質(zhì)資源相對(duì)豐富。該區(qū)共有種子植物46科238屬679種，以單屬科和寡數(shù)科為主，兩者共有33科，占總科數(shù)的71.74%，而屬數(shù)僅占了21.43%。該區(qū)系中以單種屬和寡種屬為主，分別是111屬和88屬，兩者共占總屬數(shù)的83.61%，植物種數(shù)占總種數(shù)的48.75%。說(shuō)明該區(qū)自然環(huán)境惡劣，多數(shù)屬僅有極少種分布于此。雖然單種科和寡種科的植物種數(shù)占總種數(shù)的95.14%，但科數(shù)共占總科數(shù)的45.65%，說(shuō)明該區(qū)植物區(qū)系的小科比例較高，較多大科或較大科不多，優(yōu)勢(shì)現(xiàn)象不是很明顯。研究區(qū)中喬木和灌木所占比例為12.37%，而草本所占比例為87.63%，其中多年生草本所占比例為44.29%，占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。從該區(qū)植物科、屬、種的分布類(lèi)型來(lái)看，世界分布科有27科，占總科數(shù)的58.70%；溫帶分布屬有201屬，占總屬數(shù)的84.45%。準(zhǔn)噶爾盆地南北緣種子植物區(qū)系在科的水平上以世界分布型為主，而在屬的水平上則是溫帶成分占有決定優(yōu)勢(shì)，具有明顯的溫帶屬性，雖然屬于世界分布的科相對(duì)較多，但這些科所包含的屬較少。因此，可以認(rèn)為溫帶成分對(duì)準(zhǔn)噶爾南北緣地區(qū)植物群落有明顯貢獻(xiàn)，也反映出該地區(qū)植物分布與氣候條件相適應(yīng)。

4 結(jié) 論

通過(guò)野外調(diào)查和翻閱資料，對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地南北緣地區(qū)荒漠種子植物區(qū)系的統(tǒng)計(jì)分析，從科、屬、種三級(jí)分類(lèi)水平研究了該地區(qū)植物區(qū)系的組成特點(diǎn)、地理分布特征等。其植物區(qū)系的基本特征概括為以下幾點(diǎn)：準(zhǔn)噶爾盆地南北緣植物區(qū)系中物種多樣性較高，種類(lèi)較豐富，區(qū)系中共有種子植物46科238屬679種，分別占新疆全部種子植物科、屬、種總數(shù)的46.00%、33.29%和19.75%；該區(qū)種子植物的單種科和寡種科共有21科，占總科數(shù)的45.65%，區(qū)系的優(yōu)勢(shì)現(xiàn)象不明顯；植物生活型以草本植物為主，占總種數(shù)的79.53%；溫帶分布的科、屬分別占其總數(shù)的58.70%、84.45%，說(shuō)明該地區(qū)溫帶特征明顯，具有典型的溫帶屬性；通過(guò)準(zhǔn)噶爾盆地南緣和北緣的植物分布特征比較，兩地區(qū)的荒漠植物科、屬、種的相似值分別為75%、58.13%、39.58%，這兩個(gè)地區(qū)的植物具有較高的相似性，科的相似性表現(xiàn)最為明顯，但由于一些因素的影響，在植物分布特征上，準(zhǔn)噶爾南緣地區(qū)的荒漠種子植物在科、屬、種的數(shù)量上均高于北緣地區(qū)，故也存在一定的差異性。