葉爾羌河流種子植物區(qū)系特點(diǎn)及其資源多樣性研究

布美熱木·克力木，高思美，哈里布努爾，張凱，艾沙江·阿不都沙拉木*

(1. 喀什大學(xué) 生命與地理科學(xué)學(xué)院，新疆 喀什 844006； 2. 新疆帕米爾高原生物資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 喀什 844006)

植物區(qū)系指一特定自然區(qū)域或國(guó)家、地區(qū)所有植物種類的總稱[1-2]，它是在地球地貌不斷變化過(guò)程中植物自身發(fā)展演化的結(jié)果[2-3]。植物區(qū)系往往受到環(huán)境變化、生態(tài)系統(tǒng)變遷、人類活動(dòng)、海陸演變等因素的影響；其中人類對(duì)自然環(huán)境及資源的盲目開發(fā)導(dǎo)致生態(tài)失衡、環(huán)境惡化、物種多樣性的降低、物種滅絕，最后改變了原有的植物區(qū)系[1,3-4]。因此，對(duì)自然區(qū)域的植物區(qū)系的研究，揭示該區(qū)域演化過(guò)程具有重要的意義。據(jù)相關(guān)研究報(bào)道，國(guó)外的植物區(qū)系研究較早，大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)完成了植物區(qū)系本底調(diào)查。我國(guó)植物學(xué)研究胡先骕于1926年至1936年最早系統(tǒng)的研究了中國(guó)東部森林植物區(qū)系和全國(guó)植物區(qū)系的性質(zhì)、成分和中國(guó)植物區(qū)系分區(qū)的問(wèn)題，并比較研究了中國(guó)和北美東部木本植物區(qū)系的關(guān)系等[5]。而劉慎諤于1934～1944年，對(duì)我國(guó)西北、西南及東北植物區(qū)系特點(diǎn)進(jìn)行研究，并分為8個(gè)區(qū)[6-7]。吳征鎰院士對(duì)中國(guó)種子植物進(jìn)行更深入的研究(屬為15個(gè)分布區(qū)類型及31個(gè)變型)，奠定了現(xiàn)代中國(guó)植物區(qū)系的理論基礎(chǔ)[8]。

我國(guó)作為全球植物多樣性最豐富的國(guó)家，特別重視植物區(qū)系及自然環(huán)境演變有關(guān)的研究[3-9]，并取得了較好的研究成果。葉爾羌河流的植物區(qū)系、植物資源和植被的相關(guān)研究為該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境和生物多樣性研究與保護(hù)提供了基礎(chǔ)性資料，為區(qū)域規(guī)劃提供了重要的科學(xué)依據(jù)。但現(xiàn)在大多是在前期植物區(qū)系調(diào)查結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行區(qū)系質(zhì)量評(píng)估以及群落學(xué)結(jié)合的研究[5]。西北地區(qū)的植物區(qū)系研究比較薄弱，發(fā)展比較緩慢，尤其是新疆南部區(qū)域的植物區(qū)系方面很少有報(bào)道。

葉爾羌河流在南疆具有非常重要的地位[10]，該流域分布著許多的藥用植物，但這些藥用植物的分布區(qū)系也未見報(bào)道。近年來(lái)我國(guó)大力開展一帶一路發(fā)展戰(zhàn)略，葉爾羌河流的經(jīng)濟(jì)地位尤為重要。因此，本研究以葉爾羌河流選為研究區(qū)域，對(duì)該區(qū)域的植物資源多樣性、藥用植物種類、瀕危情況以及植物區(qū)系特征、地理分布和結(jié)構(gòu)開展了研究。本研究為該流域植物種質(zhì)資源的保護(hù)和開發(fā)提供理論依據(jù)，同時(shí)為以后中國(guó)植物區(qū)系的研究提供了參考價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 研究概況

葉爾羌河流(含葉爾羌河、提孜那甫河、柯克亞河和烏魯克河)是我國(guó)南疆最重要的流域之一[11]。發(fā)源于喀喇昆侖山的喬戈里峰， 由南向北流經(jīng)塔什庫(kù)爾干、葉城、澤普、莎車、麥蓋提及巴楚等六個(gè)縣，河流長(zhǎng)達(dá)1 000 km，最后在阿克蘇地區(qū)的阿瓦提縣與和田河匯合后注入塔里木河。該區(qū)域光熱資源充足，干旱少雨，蒸發(fā)強(qiáng)烈，具有典型的內(nèi)陸干旱氣候特點(diǎn)。葉爾羌河流流域面積1.08×104km2，平均年徑流6.43×1010m3[11]；因其特殊的地理位置，孕育了豐富的野生動(dòng)植物資源，其中包含許多珍貴的藥用植物資源，具有開發(fā)保護(hù)價(jià)值[9-12]。

1.2 研究方法

本研究中葉爾羌河流的植物種類通過(guò)2016～2017年度對(duì)葉爾羌河流的植物資源進(jìn)行調(diào)研及查閱相關(guān)資料整理鑒定。借助中國(guó)植物數(shù)字標(biāo)本館中《中國(guó)植物志》[13]、《新疆植物志》[14]等相關(guān)工具書的描述和最新的研究進(jìn)行鑒定[15]。藥用植物類群按《新疆藥用植物志》和《新疆中草藥》等圖書中描述的植物類群來(lái)確定。瀕危植物類群種類參考覃海寧等[16]的瀕危等級(jí)名錄來(lái)確定。特有種的鑒定借鑒了《新疆塔里木盆地特有和珍稀維管植物》中的記錄。對(duì)于本地區(qū)植物資源類別鑒定按照《中國(guó)種子植物區(qū)系地理》和《中國(guó)植物區(qū)系與植被地理》等工具書[1,3]。

2 研究結(jié)果

2.1 葉爾羌河流種子植物的組成結(jié)構(gòu)

葉爾羌河流的種子植物共有56科266屬759種，其中裸子植物有3 科3屬8種，被子植物共有53科263屬751種。該區(qū)域的藥用植物共有44科 104屬222種，其中雙子葉植物有 34 科83屬186種，而單子葉植物有9科20屬35種。該區(qū)域的被子植物在該區(qū)藥用植物中占的比例最大(占所有植物的99.5%)。藥用植物科屬種數(shù)占所有植物類群的78.57%，39.09%及29.25%，以上結(jié)果表明該區(qū)域的藥用植物種類較豐富(表1)。

表1 葉爾羌河流種子植物科屬種數(shù)量統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of families, genera and species of seed plants on Yarkand River

2.2 優(yōu)勢(shì)科屬的組成結(jié)構(gòu)

葉爾羌河流種子植物中，含20種以上的科有菊科Compositae(149種，19.6%)、禾本科Poaceae(96種，12.6%)、豆科Fabaceae (93種，12.3%)、十字花科Cruciferae (48種，6.3%)、莎草科Cyperaceae (33種，4.3%)、藜科Chenopodiaceae (26種，3.4%)、石竹科Caryophyllaceae (26種，3.4%)、毛茛科Ranunculaceae (25種，3.3%)及唇形科Labiatae (22種，2.9%)。以上9科的種類占該區(qū)域植物類群的68.25%(518種)，而其他9優(yōu)勢(shì)科的118種占15.55%(表2)。該區(qū)域分布藥用植物中，含10種以上的科有菊科Compositae(45種，20.3%)、豆科Fabaceae (29種，13.1%)、毛茛科Ranunculacea(14種，6.3%)、禾本科Poaceae(12種，5.4%)及唇形科Labiatae (12種，5.4%)。以上5大科的種類占該區(qū)域植物類群的50.45%(112種)，其他7個(gè)優(yōu)勢(shì)科的46種占20.72%。該區(qū)域的優(yōu)勢(shì)科種類與藥用植物種類間存在顯著的正相關(guān)性(r=875, P<0.001)，這說(shuō)明植物種類是影響該區(qū)域藥用植物多樣性的主要因素。雙子植物類群的薔薇科Rosaceae、楊柳科Salicaceae、紫草科Boraginaceae、龍膽科Gentianaceae、茄科Solanaceae、景天科Crassulaceae、蓼科Polygonaceae及百合科Liliaceae等科種數(shù)上雖不占優(yōu)勢(shì)，但卻構(gòu)成該區(qū)域群落結(jié)構(gòu)的重要類群。

表2 葉爾羌河流植物區(qū)系的優(yōu)勢(shì)科屬組成Table 2 Dominant families and genus in total and medicinal species richness across in Yarkand River

葉爾羌河流種子植物中，種類多于15種以上的屬有豆科的棘豆屬Oxytropis(35種，4.6%)和黃耆屬Astragalus(23種，3.0%)、菊科的蒲公英屬Taraxacum(22種，2.9%)和蒿屬Artemisia(19種，2.5%)以及禾本科的苔草屬Carex(16種，2.1%)和早熟禾屬Poa(15種，2.0%)。以上6個(gè)大屬的種類(130種)占該區(qū)域植物類群的17.1%，而其他9個(gè)優(yōu)勢(shì)屬的83種占10.94%。該區(qū)域分布藥用植物中，種類多于5種以上的屬有菊科的蒿屬Artemisia(11種，5.0%)和蒲公英屬Taraxacum( 6種，2.7%)、豆科的棘豆屬Oxytropis(5種，2.3%)和黃屬Rheuml(5種，2.3%)、百合科的蔥屬Allium(5種，2.3%)。以上5個(gè)屬的種類(32種)占該區(qū)域植物類群的14.4%，而其他19個(gè)優(yōu)勢(shì)屬的54種占24.3%。該區(qū)域的優(yōu)勢(shì)屬種類與藥用植物種類間未存在明顯的相關(guān)性。優(yōu)勢(shì)屬中雖然禾本科的屬數(shù)較多，但卻藥用植物里菊科的屬數(shù)較多。

2.3 植物區(qū)系特點(diǎn)

葉爾羌河流種子植物區(qū)系主體上以北溫帶和地中海、西亞至中亞分布為主。除去世界分布的55屬159種外，北溫帶分布的屬，種比例最高，有77(36.5%)屬316(52.6%)種。其次是地中海、西亞至中亞分布，有43(20.4%)屬78(13%)種。然后依次是舊世界溫帶分布、泛熱帶分布、中亞分布、溫帶亞洲分布、東亞和北美洲間斷分布、東亞分布及舊世界熱帶分布。葉爾羌河流植物區(qū)系中北溫帶分布的屬種的比例最高，東亞分布和舊世界熱帶分布所占的比例最低。從藥用植物的地理成分看，除去世界分布的25屬45種外，北溫帶分布屬，種比例最高，有31(39.3%)屬78(44.1)種。其次是舊世界溫帶分布，有14(17.7%)屬，37(20.9%)種。然后依次是泛熱帶分布、地中海、西亞至中亞分布、溫帶亞洲分布、中亞分布、東亞分布、東亞和北美洲間斷分布，葉爾羌河流植物區(qū)系中北溫帶分布的屬種的比例最高。該區(qū)域優(yōu)勢(shì)屬種與藥用植物屬種的分布規(guī)律很相似(表3)。

表3 葉爾羌河流種子植物及藥用植物區(qū)系科屬種的分布區(qū)類型Table 3 Areal-types at family, genus and species level of the flora of total and medicinal seed plants in Yarkand River

2.4 特色和瀕危物種現(xiàn)狀

葉爾羌河流種子植物中，在我國(guó)僅分布于該區(qū)域的特有種有35科96屬151種；其中種類多于10種以上的科有菊科Compositae(25種，16.56%)、豆科Fabaceae(14種，9.27%)、禾本科Poaceae(12種，7.95%)、十字花科Cruciferae(11種，7.28%)、毛茛科Ranunculaceae(11種，7.28%)及唇形科Labiatae(11種，7.28%)。以上六大科的種類(84種)占該區(qū)域分區(qū)特有植物類群的55.62%，而其他13優(yōu)勢(shì)科的51種占33.78%。藥用植物類群中菊科、毛茛科、蓼科、豆科及唇形科的種類最多；特有種類的科屬種分別占該區(qū)總種子植物科、屬和種的62%、36%和20%。從分析結(jié)果來(lái)看，特有種中北溫帶、地中海及中亞分布區(qū)的成分最多。特有種里古地中海和中亞分布的毛茛科、楊柳科及蓼科的種類較多。

葉爾羌河流的瀕危種子植物有22科32屬41種，分別占該區(qū)總種子植物科、屬及種的39%、12%及5.4%；而藥用植物中的瀕危物種有20科24屬27種，分別占該區(qū)藥用植物科、屬及種的45%、23%及12%。瀕危植物中，種類多于2種的科有禾本科等10科，而在藥用植物中有蓼科等6科。瀕危植物中有較古老的楊柳科Salicaceae、麻黃科Ephedraceae、毛茛科Ranunculaceae及蓼科Polygonaceae等類群的種類，禾本科Poaceae及菊科Compositae等進(jìn)化類群的瀕危情況較嚴(yán)重。

3 討論與結(jié)論

3.1 物種多樣性及藥用植物類群

葉爾羌河流作為南疆的最大河流之一，由于境內(nèi)地貌復(fù)雜和氣候特點(diǎn)，形成明顯的區(qū)域性氣候差異，由此孕育了較豐富的植物資源。該區(qū)域共有種子植物共有56科266屬759種，藥用植物共有44科104屬222種。該區(qū)域的植物種類主要是以草本為主，種子植物資源從帕米爾高原到塔里木盆地邊緣逐漸遞減[12,17]。由于靠近塔克拉瑪干沙漠邊緣，條件比較惡劣，所以分布的植被相對(duì)較少。帕米爾高原與塔里木盆地之間的環(huán)形地貌對(duì)該區(qū)域植物種類的分布格局產(chǎn)生了影響。此外，該區(qū)域不同地理位置的環(huán)境脅迫導(dǎo)致了群落組成和植被類型的變化，進(jìn)而形成獨(dú)特的植物區(qū)系。該區(qū)域是古老植物及進(jìn)化植物類群交叉區(qū)，古老的毛茛科、楊柳科、石竹科及藜科等類群的藥用植物種類較多，藥用植物科、屬、種數(shù)分別占所有植物類群78.57%，39.09%及29.28%。同時(shí)，藥用植物多樣性與物種多樣性間存在相關(guān)性，且該區(qū)域優(yōu)勢(shì)科屬種與藥用植物科屬種的分布規(guī)律很相似。由此可見，葉爾羌河流物種多樣性是影響該區(qū)域藥用植物多樣性的主要因素。因此，我們要加強(qiáng)對(duì)該區(qū)域植物多樣性的保護(hù)力度及措施。

3.2 植物區(qū)系特點(diǎn)

該區(qū)域植物類群中有熱帶(泛熱帶及舊世界熱帶分布)、溫帶(北溫帶分區(qū)、舊世界溫帶分布、溫帶亞洲分布)、亞洲(東亞和及北美洲間斷分布、東亞分布、中亞分布)、地中海分布及世界分布的植物成分。但葉爾羌河流種子植物植物區(qū)系主體上以北溫帶分布為主，藥用植物中北溫帶和舊世界溫帶分布的植物類群多，屬于溫帶植物區(qū)系。由于葉爾羌河流經(jīng)的縣市較多，加上河流上中下游的流經(jīng)量不同，它的植物區(qū)系雖主要屬于北溫帶分布類型，區(qū)系分布較為明顯，但河流沿邊生長(zhǎng)的植物因受氣候及人為等各種因素的影響，生態(tài)環(huán)境存在著很大的差異[1,18]。因此，該區(qū)域靠近昆侖山的邊緣有北溫帶分布區(qū)的植物類群，而在靠近塔里木盆地的沙漠環(huán)境中古老的地中海和中亞植物類群最多，展現(xiàn)植物交匯的特點(diǎn)。該區(qū)域中裸子植物和古老的雙子葉植物類群較豐富，在進(jìn)化生物學(xué)研究具有獨(dú)特的地理優(yōu)勢(shì)。

珍稀植物的保護(hù)是生物多樣性保護(hù)的重點(diǎn)工作之一[19]。葉爾羌河流的瀕危植物共22科32屬41種，藥用瀕危植物20科24屬27種；瀕危植物中有較古老的楊柳科、麻黃科、毛茛科及蓼科等類群的種類，這些類群的種類比其他類群少。禾本科、菊科等進(jìn)化類群的瀕危情況較嚴(yán)重，這可能與過(guò)度放牧、草原退化、自然環(huán)境的片段化以及氣候變化有關(guān)[2,19-20]。因此我們?cè)趯?duì)該地區(qū)合理開發(fā)的同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)保護(hù)，要建立自然保護(hù)區(qū)和植物資源庫(kù)；實(shí)施圈地保護(hù)及控制牧民過(guò)度放牧，合理管理畜牧業(yè)的發(fā)展；應(yīng)制定相應(yīng)的法律法規(guī)，加大宣傳力度； 同時(shí)加強(qiáng)瀕危植物有關(guān)瀕危機(jī)制的研究力度。該區(qū)域植物生物多樣性的保護(hù)不僅關(guān)系到植物多樣性的分布，同時(shí)對(duì)藥用植物的合理開發(fā)與利用也至關(guān)重要。

總之，葉爾羌河流植物區(qū)系及資源多樣性方面具有以下特點(diǎn)：該區(qū)域的植物種類較豐富，地理成分以北溫帶和地中海、西亞至中亞分布為主；藥用植物資源多，所含藥用植物、瀕危和特有物種種類較多。因此，應(yīng)該建立藥用植物種子資源庫(kù)，同時(shí)應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)瀕危物種的保護(hù)；對(duì)該區(qū)域植物種質(zhì)資源合理開發(fā)利用的同時(shí)提出相應(yīng)的措施，保護(hù)物種的多樣性。