渭河上游流域木本植物調(diào)查與多樣性研究

付翠紅，毛潤(rùn)科，張嘉倫 ，王小軍，顏曉魯，謝小婭

(1.甘肅省小隴山林業(yè)實(shí)驗(yàn)局李子林場(chǎng)，甘肅 天水 741000；2.甘肅省小隴山林業(yè)實(shí)驗(yàn)局種苗管理站，甘肅 天水 741000；3.甘肅省小隴山林業(yè)實(shí)驗(yàn)局左家林場(chǎng)，甘肅 兩當(dāng) 742400；4.甘肅省小隴山林業(yè)實(shí)驗(yàn)局云坪林場(chǎng)，甘肅 兩當(dāng) 742400)

1 研究背景

渭河是黃河的最大支流，發(fā)源于甘肅省渭源西南部高程3508 m的豁豁山，上源稱清源河，經(jīng)隴西、武山、甘谷、天水等縣市，在天水市麥積區(qū)東岔鄉(xiāng)牛背里村流入陜西境內(nèi)[1]，于潼關(guān)匯入黃河，總流域面積13.48 km2[2]。

習(xí)近平總書(shū)記在蘭州市黃河治理蘭鐵泵站項(xiàng)目點(diǎn)視察和黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展座談會(huì)上指出“甘肅是黃河流域重要的水源涵養(yǎng)區(qū)和補(bǔ)給區(qū)，要首先擔(dān)負(fù)起黃河上游生態(tài)修復(fù)、水土保持和污染防治的重任”?！包S河治理，重在保護(hù)，要在治理”“表象在黃河，根子在流域”[3]。渭河上游流域人類活動(dòng)歷史悠久，是中華民族的發(fā)祥地之一，以伏羲文化、大地灣遺址文化、秦早期文化、麥積山石窟文化和三國(guó)古戰(zhàn)場(chǎng)文化為代表，歷史文化資源燦爛豐富。

由于特殊的地形地貌、土壤氣候，加之早期人類活動(dòng)影響劇烈等原因，渭河流域生態(tài)系統(tǒng)退化、水源涵養(yǎng)功能降低，水土流失一度非常嚴(yán)重。渭河流域是全國(guó)水土保持和植被恢復(fù)的重點(diǎn)區(qū)域，近年來(lái)，在天然林保護(hù)、水源涵養(yǎng)林建設(shè)、退耕還林還草、封山育林等生態(tài)修復(fù)工程和小流域綜合治理的實(shí)施后，生態(tài)環(huán)境得到有效恢復(fù)，環(huán)境保護(hù)取得一定成效，森林覆蓋率逐年提高。

然而，渭河流域生態(tài)環(huán)境依然脆弱，流域內(nèi)植被退化、物種減少、環(huán)境污染、人為干擾、生態(tài)惡化等風(fēng)險(xiǎn)仍然存在。Tao Yang et al.[4]人認(rèn)為，綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)對(duì)恢復(fù)流域生態(tài)系統(tǒng)健康具有重要意義，而恰當(dāng)有效的評(píng)價(jià)方法是進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的前提。渭河流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控的關(guān)鍵是改善水質(zhì)和保護(hù)生物完整性。森林生物多樣性是整個(gè)生物多樣性的重要組成部分，森林生物多樣性包括遺傳多樣性、物種多樣性、生態(tài)系統(tǒng)多樣性3個(gè)層次[5]。植物多樣性是生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)[6]，植物適應(yīng)對(duì)策、植物-水文-土壤之間的相互作用、尺度和格局對(duì)生態(tài)過(guò)程的影響[7]，是目前植物多樣性形成機(jī)制研究的主要內(nèi)容。

通過(guò)調(diào)查分析渭河上游流域分布的木本植物多樣性，為渭河上游流域生態(tài)修復(fù)、重建及生物多樣性保護(hù)、林木種質(zhì)資源開(kāi)發(fā)利用提供參考。

2 研究區(qū)概況

本文研究區(qū)域?yàn)槲己釉搭^至寶雞峽的渭河上游流域，河長(zhǎng)430 km[8]，支流眾多，流域面積大于1000 km2的有漳河、榜沙河、葫蘆河、籍河、散渡河、牛頭河等。研究區(qū)屬于半干旱、半濕潤(rùn)氣候過(guò)渡區(qū)，流域內(nèi)平均氣溫6～11 ℃，年日照時(shí)數(shù)2000～2420 h，年降水量400～600 mm，多集中在夏、秋兩季。年均徑流量20×108m3[8]。流域南北兩岸分屬不同的地貌單元，北岸為黃土高原峁梁溝壑區(qū)，海拔多在1200～1900 m之間，南岸為北秦嶺山地—渭河峽谷區(qū)，海拔多在1000～3000 m之間。研究區(qū)屬華北、華中、蒙新和喜馬拉雅植物交匯處，樹(shù)種成分復(fù)雜，森林資源豐富。土壤以棕壤和褐土為主。

3 調(diào)查對(duì)象

以渭河上游流域分布的木本植物為主要調(diào)查研究對(duì)象，包括喬木、灌木、竹類及藤本植物。研究重點(diǎn)關(guān)注植物分類、物種多樣性及分布規(guī)律、種間關(guān)系及生態(tài)位、植物群落分布與生境的適應(yīng)性、物種的聚集性等方面。

4 調(diào)查方法

調(diào)查于2015～2018年的4～5月和7～10月進(jìn)行，采用線路調(diào)查和典型樣地調(diào)查的野外調(diào)查方法，選擇具代表性的地點(diǎn)設(shè)置調(diào)查樣地，樣地大小為20 m×33 m或33 m×20 m。調(diào)查統(tǒng)計(jì)樣地內(nèi)木本植物種類、數(shù)量、生活型、高度、蓋度、人為活動(dòng)影響等因子，利用地理信息和影像信息結(jié)合手段，對(duì)木本植物進(jìn)行GPS地理定位，依據(jù)各物種所能觀察到的形態(tài)、生物學(xué)現(xiàn)狀和生境信息等，進(jìn)行分類鑒定，整理編寫(xiě)木本植物名錄。

5 多樣性指數(shù)測(cè)定方法

多樣性指數(shù)測(cè)定方法[9-10]，如下：

物種豐富度(S)：

S=出現(xiàn)在樣地中的物種數(shù)

(1)

Simpson指數(shù)(優(yōu)勢(shì)度指數(shù))(D)：

D=1-∑Pi2

(2)

Shannon-Wiener指數(shù)(香農(nóng)-威納指數(shù))(H)：

H=-∑(Pi)(Pi)

(3)

Pielou指數(shù)(均勻度指數(shù))(E)：

E=H//InS

(4)

Jaccard指數(shù)(相似性指數(shù))(Cj)：

Cj=c/(a+b-c)

(5)

式中：S為出現(xiàn)在樣方中的物種數(shù)；Pi為群落中第i個(gè)種的重要值，物種重要值(IV)=(相對(duì)多度+相對(duì)優(yōu)勢(shì)度+相對(duì)高度)/3；ni為第i個(gè)種的個(gè)體數(shù)目，N為群落中所有種的個(gè)體總數(shù)，pi=ni / N，表明第i個(gè)種的相對(duì)多度；a、b為兩樣地種的物種數(shù)，c為兩樣地共有的物種數(shù)。

6 結(jié)果與分析

6.1 研究區(qū)木本植物種類的多樣性

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)分布木本植物511種(含種下等級(jí))，隸屬67科168屬，多為闊葉落葉樹(shù)種，其中：?jiǎn)棠?42種，占比27.7%；灌木306種，占比59.8%；藤本60種，占比11.7%；竹類3種，占比0.5%。裸子植物18種，隸屬5科10屬，占比3.5%；被子植物493種，分屬62科57屬，占比96.5%。

6.2 研究區(qū)木本植物科屬種構(gòu)成的多樣性

對(duì)研究區(qū)木本植物調(diào)查統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，樺木科、虎耳草科、鼠李科、葡萄科、榆科、山茱萸科6個(gè)區(qū)域較大科(11～20種)84種，薔薇科、忍冬科、木犀科、豆科、衛(wèi)矛科、槭樹(shù)科、楊柳科7個(gè)區(qū)域大科(>20種)248種，分別占研究區(qū)木本植物總數(shù)的16.44%和48.53%(詳見(jiàn)表1)。

表1 渭河流域木本植物不同科含種數(shù)統(tǒng)計(jì)

葡萄屬、蛇葡萄屬、椴樹(shù)屬、五加屬、杜鵑花屬等61個(gè)區(qū)域寡種屬(2～5種)含176種，胡枝子屬、南蛇藤屬、獼猴桃屬、蘋(píng)果屬、栒子屬等15個(gè)區(qū)域中等屬(6～10種)含種116種，分別占研究區(qū)木本植物總數(shù)的34.44%和22.70%。槭屬、忍冬屬2個(gè)區(qū)域大屬(>20種)43種，占研究區(qū)木本植物總數(shù)的8.41%(詳見(jiàn)表2)。

表2 渭河流域木本植物各類屬含種數(shù)統(tǒng)計(jì)

6.3 研究區(qū)優(yōu)勢(shì)種特征

通過(guò)調(diào)查統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)灌木類樹(shù)種優(yōu)勢(shì)明顯，紫枝柳、雞桑、鮮黃小檗、東陵繡球、木姜子、山梅花、寶興茶藨子、甘肅山楂、灰栒子、黃薔薇、美麗胡枝子、角翅衛(wèi)矛、凍綠、樺葉莢蒾(IV分別為12.4、13.4、15.6、17.5、17.9、19、20.1、21.4、21.6、22.3、23、24.5、26.6、27.8)等分布明顯占優(yōu)；喬木樹(shù)種次之，銳齒槲櫟(變種)、華山松、油松、遼東櫟、色木槭、野核桃、冬瓜楊、千金榆、春榆、漆、青榨槭、梾木、遼東水蠟樹(shù)(亞種)(IV分別為12.4、13.4、15.6、17.5、17.9、19、20.1、21.4、21.6、22.3、23、24.5、26.6、27.8)等重要值較高，為優(yōu)勢(shì)種。

6.4 研究區(qū)物種多樣性特征

比較發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)木本植物物種豐富度(S)最大的為天然原生林，天然原生林保存面積很小，物種分布立體而豐富，喬木、灌木、藤本搭配合理，林地空間利用率高，物種多樣化程度高，S 值可達(dá)50～55；天然次生林次之，天然次生林灌木樹(shù)種占優(yōu)，且相互競(jìng)爭(zhēng)激烈，喬木、灌木交雜叢生。研究區(qū)多見(jiàn)的櫟類混交林，分布相對(duì)較多，區(qū)域差異較大，S值在30～50之間；人工林S值在15～30之間；荒山荒地S值<15。Shannon-Wiener指數(shù)(H)、Pielou指數(shù)(E)同物種豐富度(S)與水熱條件同步，由東向西、由南向北依次遞減。調(diào)查樣地之間Jaccard指數(shù)(Cj)比較發(fā)現(xiàn)，沿緯線比較，Cj值差距較小，沿經(jīng)線比較，Cj值差距較大。

7 結(jié)論與討論

通過(guò)對(duì)研究區(qū)木本植物多樣性的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)分布木本植物511種(含種下等級(jí))，隸屬67科168屬，以闊葉落葉樹(shù)種為主。灌木樹(shù)種在數(shù)量上占優(yōu)，喬木樹(shù)種次之，藤本和竹類種類較少，群落類型主要為櫟類和油松、華山松為主要樹(shù)種組成的針闊混交林，灌木林和人工純林面積較小。經(jīng)過(guò)多年保護(hù)，群落結(jié)構(gòu)相對(duì)完整向好，但穩(wěn)定性較差，應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)保護(hù)。通過(guò)多分布物種Simpson指數(shù)(D)及重要值(IV)的比對(duì)發(fā)現(xiàn)，銳齒槲櫟(變種)、遼東櫟、青榨槭、色木槭、東陵繡球、木姜子、山梅花、寶興茶藨子、甘肅山楂、灰栒子、黃薔薇、華山松、油松、冬瓜楊、野核桃、千金榆等鄉(xiāng)土樹(shù)種在研究區(qū)群落中占有重要地位，在生態(tài)修復(fù)和植樹(shù)造林時(shí)可搭配種植，有利于保證群落未來(lái)發(fā)展方向和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。