蘭州市南北兩山草本植物多樣性研究

許宏剛，張建旗，朱亞靈，黃蓉，丑歡歡

(蘭州市園林科學(xué)研究所，甘肅 蘭州 730070)

物種多樣性是現(xiàn)代生態(tài)學(xué)研究的熱點問題之一，是物種豐富度和分布均勻性的綜合反映，體現(xiàn)了群落結(jié)構(gòu)類型、組織水平、發(fā)展階段、穩(wěn)定程度和生境差異，也可揭示植被組織水平的生態(tài)基礎(chǔ)，能反映生物群落在組成、結(jié)構(gòu)、功能和動態(tài)方面表現(xiàn)出的異質(zhì)性[1]。國內(nèi)對植物物種多樣性的研究多集中在不同海拔梯度[2]、不同林齡[3]、不同植物群落[4]、不同研究尺度[5]等方面。草本植物在凈化空氣、保持水土、維持生態(tài)平衡以及綠化環(huán)境等方面發(fā)揮著重要的作用，對土壤氮和有機碳氮循環(huán)有明顯的促進作用，并且可以有效限制外來物種入侵，提高生物多樣性。對于干旱半干旱地區(qū)，草本植物對該地區(qū)植被恢復(fù)和重建森林群落和冠層群落更為重要[6-8]。

近年來，隨著我國經(jīng)濟水平的不斷提高，生態(tài)環(huán)境越來越受到人們的重視。全國各城市均統(tǒng)籌推進國土綠化，爭創(chuàng)“全國森林城市”，正是由于國土綠化的持續(xù)推進，全國各城市周邊的綠化穩(wěn)步提升，城市生態(tài)環(huán)境得到改善。蘭州市為兩山夾一河地貌特征，南北兩山作為城市的組成部分，其環(huán)境質(zhì)量對蘭州市城區(qū)生態(tài)環(huán)境具有重要的影響，但其特殊的地理位置和氣候環(huán)境，決定了蘭州市南北兩山的綠化，在很大程度上須依靠草本植物。因此，研究草本植物多樣性，對蘭州市城市生態(tài)環(huán)境的改善具有重要的意義。但蘭州市對于兩山草本植物的研究的深度和廣度不夠[9]，有馬良杰[10]、武利玉[11]、劉樂樂[12]、王梅[13]等對蘭州市范圍內(nèi)野生草本植物進行了研究，但對草本植物的開發(fā)和應(yīng)用尚未形成系統(tǒng)系統(tǒng)性，因此，通過對蘭州市南北兩山草本植物種類、數(shù)量及多樣性等方面的研究，以期為蘭州市生物多樣性研究以及南北兩山植被恢復(fù)重建提供理論借鑒和方法參考，同時為建設(shè)“宜居、宜游、宜業(yè)”城市，推動蘭州市的可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 試驗設(shè)計與方法

1.1 研究區(qū)概況

蘭州市位于甘肅省中部，地處N 35°32′～37°05′，E 102°45′～104°30′。地形為半山地、山地和河川谷地3種類型，山地占總面積的65%[14]。蘭州市地帶性植被以草原為主，地帶性土壤為由黃土母質(zhì)發(fā)育而成的灰鈣土[15]。植被類型為人工植被和自然植被類型，其中自然植被類型多為旱生型灌木和草本植物，由于該區(qū)域氣候干旱、降水稀少、蒸發(fā)量大、生態(tài)環(huán)境惡劣，生態(tài)修復(fù)難度較大。

1.2 樣地設(shè)置及植被調(diào)查

2017年7～8月在植物生長旺盛期，對蘭州市近郊4區(qū)南北兩山的草本植物群落進行全面勘察，在城關(guān)區(qū)、七里河區(qū)、安寧區(qū)、西古區(qū)根據(jù)海拔梯度選擇調(diào)查樣地，設(shè)置樣方，大小為1 m×1 m，每個樣地設(shè)5個重復(fù)，分別記錄植物名稱和密度，實測其高度，目測其蓋度(由專人進行估測)，若遇群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜且變化較大、植物分布不規(guī)則時，則提高樣方數(shù)目和取樣范圍，同時記錄新發(fā)現(xiàn)的植物種類，直到不再增加新種類為止。同時記錄樣方的海拔高度、坡度、坡向、經(jīng)緯度、調(diào)查時間與地點、土壤類型及整體植物的生長勢等。具體樣地設(shè)置見表1。

表1 樣地的基本情況

1.3 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用Excle 2007對所調(diào)查的數(shù)據(jù)進行處理分析。計算公式為：

密度=植物總株數(shù)/樣方面積；草本樣方的蓋度由專人估測；物種重要值=(相對密度+相對蓋度+相對高度) /300[16-17]。

Margalef豐富度：Ma=(S-1)/LnN

Pielou均勻度指數(shù)：E=H/lnS

式中：N為群落中全部物種的個體數(shù)；S為物種數(shù)目；ni為第i個種的個體數(shù)；Pi為種i的個體數(shù)占群落總個體的比例[18-20]。

2 結(jié)果與分析

2.1 蘭州市南北兩山面山草本植物種類構(gòu)成

在整個調(diào)查區(qū)域內(nèi)野生草本植物共23科50屬64種(圖1)，優(yōu)勢科主要集中在禾本科、菊科、豆科、藜科、蒺藜科等(表2)，其中種數(shù)最多的是禾本科和菊科植物，分別占全部種的23.44%和18.75%，并且在南北兩山生長良好。

表2 蘭州市南北兩山面山草本植物科屬組成表

圖1 蘭州市南北兩山面山草本植物物種組成統(tǒng)計

以安寧區(qū)和西固區(qū)所屬南北兩山面山草本植物科、屬數(shù)量較多，城關(guān)區(qū)科屬數(shù)量最少，七里河區(qū)草本植物品種數(shù)量最多，共49種(圖1)，這是因為七里河區(qū)面山為南側(cè)，生境較好，植物生長旺盛。

2.2 蘭州市南北兩山面山草本植物群落重要值特征

對蘭州市南北兩山面山調(diào)查區(qū)域草本植物重要值前十的種類進行分析，冰草在4個區(qū)均有生長；刺沙蓬、鋪散亞菊在3個區(qū)出現(xiàn)，賴草、細裂亞菊、長芒草、中華隱子草和豬毛蒿在2個區(qū)內(nèi)出現(xiàn)，但較弱于冰草；白蓮蒿、臭蒿、鵝絨藤、虎尾草等均出現(xiàn)在1個區(qū)。冰草和鋪散亞菊在所生長區(qū)域內(nèi)南北兩山面山重要值相對較高，均大于0.40，由此可見，冰草和鋪散亞菊對于蘭州市南北兩山生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性和生態(tài)修復(fù)能力較強，為南北兩山面山上的優(yōu)勢草種(表3)。

表3 蘭州市南北兩山草本植物重要值分析

2.3 植物群落物種多樣性及優(yōu)勢度特征

物種多樣性是對群落結(jié)構(gòu)和功能復(fù)雜性的一種度量，不僅能夠反映植物群落的空間(地帶性)特征，而且還反映群落的時間(演替動態(tài))特征，因此對物種多樣性的研究有助于更好地認識群落的組成、結(jié)構(gòu)、功能和動態(tài)，掌握群落演替的一般規(guī)律[21]。4個區(qū)南北兩山面山中，七里河區(qū)草本植物的Margalef豐富度、Simpson多樣性以及生態(tài)優(yōu)勢度均最高，分別為0.465、0.812和0.523，而均勻度西固區(qū)最高，為0.733。安寧區(qū)的物種Margalef豐富度和Simpson多樣性最低，分別為0.233和0.624，植物的多樣性在一定程度上反應(yīng)了土壤中水分空間分布的異質(zhì)性(圖2)。

圖2 蘭州市南北兩山草本植物多樣性指數(shù)

3 討論

蘭州地區(qū)深居內(nèi)陸，遠離海洋，地處干旱地區(qū)，且來自海洋的暖濕氣流與諸多山脈走向相垂直，導(dǎo)致暖濕氣流不易到達，造成該區(qū)域氣候干旱，降水稀少，生態(tài)環(huán)境脆弱，自然植被稀疏，因此植被的微氣候效應(yīng)就顯得極為重要[22-23]。在整個調(diào)查區(qū)域內(nèi)草本植物共23科50屬64種，優(yōu)勢科主要集中在禾本科、菊科、豆科、藜科、蒺藜科等，其中種數(shù)最多的是禾本科和菊科。重要值作為應(yīng)用最廣的物種特征值，是物種的綜合數(shù)量指標，能夠表征物種在群落中的地位和作用[24]。本研究中，冰草在各區(qū)南北兩山面山均有分布，說明其具有良好的環(huán)境適應(yīng)性，鋪散亞菊和沙刺蓬在3個區(qū)內(nèi)出現(xiàn)，且重要值相對較高，說明鋪散亞菊和沙刺蓬能夠較好地適應(yīng)蘭州市南北兩山的干旱環(huán)境。另外，菊科的植物種類最多，細裂亞菊、蒔蘿蒿，禾本科中的賴草、中華隱子草、長芒草等分布較廣，重要值也較高，說明其能夠適應(yīng)蘭州南北兩山面山生長環(huán)境。

物種多樣性作為群落功能結(jié)構(gòu)的基本特征，能表征群落組成和指示生境狀況[25]。草本植物對水熱因子敏感，其物種組成會對水熱條件做出劇烈響應(yīng)，其多樣性產(chǎn)生差異主要是物種豐富度變化造成的[26-27]。朱愛民等[28]提出的物種特異性理論，不同的外界條件適于不同的物種生存，在本研究中，生境類型間的差異，直接體現(xiàn)在光照、土壤含水量、土壤養(yǎng)分等因素的不同，形成不同水文環(huán)境梯度的土壤結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分含量及通氣透水性。七里河區(qū)的Margalef豐富度、Simpson多樣性以及生態(tài)優(yōu)勢度均最高，說明七里河區(qū)的草本植物多樣性優(yōu)于其他區(qū)域，這是由于七里河區(qū)與其他3個區(qū)相比，生境較好，其南北兩山面山處于陰坡，陰坡受到太陽輻射較少，蒸發(fā)量少，土壤含水量較高，植物生長良好，另一方面，由于坡面植物生長較好，又可截留一部分自然降水，而減少地表徑流，防止水土流失，為植物生長提供好的生長條件，二者形成良性循環(huán)，使該區(qū)域生長的植物種類較豐富，生長勢也較好。城關(guān)區(qū)、安寧區(qū)、西固區(qū)南北兩山面山均位于陽坡，接受太陽輻射遠大于陰坡，蒸發(fā)量大，土壤含水量較低，適宜生長的植物較少，從而導(dǎo)致植物生長稀疏，在降水量較大時，容易造成水土流失，干旱時容易風(fēng)沙化，使植物生長的立地條件較差，這與譚建德[29]研究的結(jié)果一致。

南北兩山的綠化是蘭州市國土綠化的重要組成部分。隨著蘭州市國土綠化工作的推進，南北兩山生態(tài)環(huán)境的保護日益受到重視。國土綠化過程中植被建設(shè)是遵從裸地植被群落到草到灌到喬的演替規(guī)律，且優(yōu)先發(fā)展草灌植物[6]。黃蓉等[30]也提出在以后的蘭州荒山生態(tài)恢復(fù)與重建中應(yīng)以草本和灌木植物為主，喬木為輔?？梢姴荼局参镌谀媳眱缮缴鷳B(tài)修復(fù)扮演重要角色。雖然七里河區(qū)、安寧區(qū)的草本植物種數(shù)較城關(guān)區(qū)、西固區(qū)多。但總體而言，由于受到自然環(huán)境的限制，蘭州市近郊4區(qū)南北兩山面山的草本植物群落相對較單一，建議在南北兩山面山綠化時應(yīng)不斷優(yōu)化植物群落空間結(jié)構(gòu)，增加植物多樣性和群落的穩(wěn)定性，同時通過一些工程措施，增加雨水的入滲和蓄積，改善南北兩山植物生長的立地條件，使蘭州市南北兩山面山的植被覆蓋率得到大幅度的增加，提高南北兩山綠化對改善蘭州市生態(tài)環(huán)境的貢獻率。

4 結(jié)論

蘭州市南北兩山面山草本植物共23科50屬64種，七里河區(qū)物種最為豐富。優(yōu)勢科主要集中在禾本科、菊科、豆科、藜科、蒺藜科等。冰草在4個區(qū)均有生長，說明其生長范圍廣，適應(yīng)性強；刺沙蓬、鋪散亞菊在3個區(qū)出現(xiàn)說明其適應(yīng)性較強，但較弱于冰草；白蓮蒿、臭蒿、鵝絨藤、虎尾草等均出現(xiàn)在一個區(qū)，說明其適應(yīng)性較弱。冰草和鋪散亞菊在所生長區(qū)域南北兩山面山重要值相對較高，為南北兩山面山上的優(yōu)勢草種。七里河區(qū)草本植物的Margalef豐富度、Simpson多樣性以及生態(tài)優(yōu)勢度均最高，均勻度西固區(qū)最高，安寧區(qū)的物種Margalef豐富度和Simpson多樣性均最低。在南北兩山面山綠化時應(yīng)不斷優(yōu)化植物群落空間結(jié)構(gòu)增加植物多樣性和群落的穩(wěn)定性。