西咸新區(qū)種子植物多樣性研究

王藝菲,周建云,李 榮,張振源,彭少兵*

(1.西北農(nóng)林科技大學 林學院,陜西 楊陵 712100;2.陜西省林業(yè)科學院,陜西 西安 710003)

植物多樣性是經(jīng)濟社會發(fā)展的基礎,它不僅為人類提供生存資源,還對維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和多樣性起重要作用[1]。植物區(qū)系是在環(huán)境變化、地質(zhì)變化及自身演變等特定歷史條件的綜合影響下,某一地區(qū)、時期或分類群所有植物的總和[2]。植物區(qū)系可以穩(wěn)定地反映群落所處區(qū)域的自然條件和植物群落的性質(zhì),是研究植物多樣性和植物資源開發(fā)利用的前提[3],為區(qū)域生物多樣性保護、物種入侵、物種改良等提供科學依據(jù)[4]。當前城市化進程的加快,引起生境破碎化、外來物種多樣性增加、物種同質(zhì)化、分布均質(zhì)化等一系列問題[5]。因此人們開始加大對植物資源保護的關(guān)注,并對快速城市化背景下的城市植物多樣性組成及變化進行深入研究。

西咸新區(qū)地處關(guān)中平原腹地,整體地勢北高南低,地形地貌以平原與黃土臺塬為主,四季冷暖干濕分明,擁有豐富的植物資源和氣候優(yōu)勢。西咸新區(qū)正處在快速建設發(fā)展時期,城市綠地是當?shù)鼐用竦闹饕蓓瑘鏊?研究該區(qū)域的植物多樣性,不僅有助于探索建立城鎮(zhèn)化過程生物多樣性保護新模式,響應西咸新區(qū)總體規(guī)劃中建設“生態(tài)田園新城”的號召,還有助于維持城市生態(tài)平衡,塑造高品質(zhì)城區(qū)生態(tài)環(huán)境,然而目前尚未見對西咸新區(qū)植物多樣性的研究報道。本研究通過在西咸新區(qū)進行實地調(diào)查,結(jié)合查閱資料,開展西咸新區(qū)種子植物名錄編制及其地理區(qū)系成分分析,以期為該區(qū)域生物多樣性保護和植物資源合理開發(fā)利用積累數(shù)據(jù)基礎,為將來城市公園綠地規(guī)劃以及城市生態(tài)文明建設提供參考。

1 研究區(qū)概況

西咸新區(qū)位于西安市與咸陽市之間(108°31′47″-108°58′19″E,34°10′15″-34°33′16″N),總面積882 km2。屬暖溫帶大陸性季風氣候,夏季炎熱多雨,冬季寒冷干燥,全年日照時數(shù)2 100 h,年降水量530～720 mm,年均氣溫13.6 ℃,年主導風向東北風,無霜期213 d,海拔400～700 m[6],土壤類型以濕陷性黃土、婁土為主,能夠滿足多種農(nóng)作物生長。

2 材料與方法

2.1 外業(yè)調(diào)查

于2021年在西咸新區(qū)采用樣線法調(diào)查植物種類,按照縣域植被多樣性調(diào)查與評估技術(shù)規(guī)定,綜合考慮不同地形地貌、海拔段、坡位、坡向等進行樣線布設,樣線覆蓋了調(diào)查范圍內(nèi)各個生境,共計27條樣線,每條調(diào)查線路長度不低于3 km,通過徒步行走開展樣線調(diào)查,記錄所觀察到的種子植物種類。對現(xiàn)場無法鑒定到的物種拍攝照片或采集標本,通過查閱《中國植物志》[7]《陜西植物志》[8]《陜西植被》[9]《秦嶺植物志》[10]等專業(yè)權(quán)威著作或請教有關(guān)專家進行鑒定。

2.2 編制植物名錄

對研究材料進行分類整理,并走訪當?shù)鼐用窦坝嘘P(guān)機構(gòu),基于此編寫出《西咸新區(qū)種子植物名錄》,名錄中全部物種的種名、屬名、科名校對以《中國植物志》為主要參考。

2.3 植物區(qū)系分析

研究結(jié)果中西咸新區(qū)的數(shù)據(jù)來自本次外業(yè)調(diào)查,全國數(shù)據(jù)引自《中國植物志》。采用Excel 2010進行調(diào)查數(shù)據(jù)的整理和相關(guān)指標的計算,運用數(shù)理統(tǒng)計方法劃分科、屬、種數(shù)量等級,運用植物區(qū)系地理學原理,依據(jù)《世界種子植物科的分布區(qū)類型》[11]劃分科的分布區(qū)類型,依據(jù)《中國種子植物屬的分布區(qū)類型》[12]劃分屬的分布區(qū)類型,并在科、屬水平上對西咸新區(qū)植物區(qū)系組成及區(qū)系地理成分進行分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 西咸新區(qū)種子植物物種組成

統(tǒng)計結(jié)果顯示,西咸新區(qū)共有種子植物112科353屬671種(含39變種、7亞種、2變型、4栽培變種),其中裸子植物4科8屬21種,占該區(qū)種子植物科、屬、種總數(shù)的3.60%、2.30%、3.10%;被子植物108科345屬650種,占總數(shù)的96.40%、97.70%、96.90%,可見被子植物在西咸新區(qū)種子植物區(qū)系中占絕對優(yōu)勢,而裸子植物較為匱乏;被子植物中雙子葉植物共93科292屬554種,占總數(shù)的83.04%、82.72%、82.56%;單子葉植物共15科53屬96種,占總數(shù)的13.39%、15.01%、14.31%(表1)。

表1 西咸新區(qū)種子植物科、屬、種統(tǒng)計

西咸新區(qū)種子植物生活型統(tǒng)計表明,草本植物是本區(qū)域植物的主體,共388種,占該區(qū)種子植物總數(shù)的57.82%;其次是喬木,共148種,占總數(shù)的22.06%;再次是灌木,共108種,占總數(shù)的16.10%;然后是藤本,共15種,占總數(shù)的2.24%,竹類最少僅12種,占總數(shù)的1.79%(表2)。

表2 西咸新區(qū)種子植物生活型組成

3.2 西咸新區(qū)種子植物科的組成及地理成分分析

3.2.1 西咸新區(qū)種子植物科的多樣性 西咸新區(qū)種子植物共有112科671種,以各科物種數(shù)量為依據(jù),將西咸新區(qū)種子植物劃分為單種科(1種)、小科(2～5種)、中等科(6～20種)、較大科(21～50種)和大科(>51種)5個等級[13-14]。

單科種數(shù)量最多,有銀杏科(Ginkgoaceae)、杜仲科(Eucommiaceae)等世界范圍內(nèi)的單型科32科,共含32屬32種占該區(qū)域總科數(shù)、總屬數(shù)、總種數(shù)的28.57%、9.07%、5.77%;小科有胡桃科(Juglandaceae)、榆科(Ulmaceae)、?？?Moraceae)等51科96屬161種,占該區(qū)域總科數(shù)、總屬數(shù)、總種數(shù)的45.54%、27.20%、23.99%,在該群落中單科種和小科雖不占主導地位,但卻體現(xiàn)了西咸新區(qū)植物區(qū)系的復雜性和多樣性;中等科有松科(Pinaceae)、小蘗科(Berberidaceae)、木蘭科(Magnoliaceae)等24科,共含102屬241種,占該區(qū)域總科數(shù)、總屬數(shù)、總種數(shù)的21.43%、28.90%、35.92%;較大科有豆科(Fabaceae)、唇形科(Lamiaceae)、禾本科(Gramineae)等3科,占總科數(shù)、總屬數(shù)、總種數(shù)的2.68%、17.00%、14.16%;大科的科數(shù)最少,只有薔薇科(Rosaceae)和菊科(Asteraceae)2科,卻是灌木層和草本層的主要組成成分,菊科和薔薇科僅占總科數(shù)的1.79%,卻占總屬數(shù)、總種數(shù)的17.85%、21.16%,顯然在本區(qū)域種子植物區(qū)系中占有重要的地位(表3)。

表3 西咸新區(qū)種子植物科的級別統(tǒng)計

3.2.2 西咸新區(qū)種子植物科的地理成分 在植物區(qū)系研究中,科是能體現(xiàn)出總體特征的高級分區(qū)指標,強調(diào)了類群之間演化的共有屬性以及階段性,比屬的歷史更漫長,具有一定的穩(wěn)定性。根據(jù)吳征鎰[12]劃分世界種子植物科的分布區(qū)類型的原則,對西咸新區(qū)種子植物區(qū)系的地理成分進行分析表明(表4),西咸新區(qū)種子植物的112科可分為10種分布型,缺失了熱帶亞洲至熱帶非洲分布、熱帶亞洲分布、溫帶亞洲分布、地中海區(qū)、西亞至中亞分布和中亞分布這5個分布類型。

表4 西咸新區(qū)種子植物科的分布區(qū)類型

世界分布科共40科,占總科數(shù)的35.71%,包含了本地區(qū)大部分優(yōu)勢科,如菊科、薔薇科、禾本科(Gramineae)等。該分布類型包括的科數(shù)最多,但分布范圍較廣,難凸顯區(qū)系的性質(zhì),在區(qū)系分析中地位不突出,因此在統(tǒng)計分析時暫不進行考慮[15-16]。

熱帶分布科(第2～7型)共36科,占非世界廣布科的50.00%,其中泛熱帶分布及其變型最多,共28科,占非世界廣布科的38.89%,包括豆科、葫蘆科(Cucurbitaceae)等優(yōu)勢科,以及衛(wèi)矛科(Celastraceae)、無患子科(Sapindaceae)等,此處所謂的熱帶成分,是指我國泛熱帶成分中向北分布、擴展到亞熱帶甚至溫帶地區(qū)的科,而不是典型的純熱帶科[17]。

溫帶分布科(第8～14型)共34科,占非世界廣布科的47.22%,其中北溫帶分布及其變型最多,共26科,占非世界廣布科的36.11%,包括十字花科(Brassicaceae)、忍冬科(Caprifoliaceae)、百合科(Liliaceae)等。

中國特有科僅銀杏科(Ginkgoaceae)、杜仲科(Eucommiaceae)2科,占非世界廣布科的2.78%。與全國種子植物科的分布類型比較,西咸新區(qū)世界分布科所占比重高于全國,熱帶成分所占比重低于全國,溫帶成分所占比重高于全國。從科級水平上看,西咸新區(qū)種子植物中世界廣布科最多,熱帶分布科略高于溫帶分布科,這表明西咸新區(qū)種子植物科級區(qū)系呈現(xiàn)出一定的熱帶-溫帶過渡性特點(表4)。

3.3 西咸新區(qū)種子植物屬的組成及地理成分分析

3.3.1 西咸新區(qū)種子植物屬的多樣性 西咸新區(qū)種子植物共有353屬671種,根據(jù)屬內(nèi)種數(shù),可將西咸新區(qū)種子植物劃分為單種屬(僅1種)、小屬(2～5種)、中屬(6～9種)、大屬(>10種)4個等級(表5)。

表5 西咸新區(qū)種子植物屬的級別統(tǒng)計

單種屬所含屬數(shù)最多,有銀杏屬(Ginkgo)、杜仲屬(Eucommia)、七葉樹屬(Aesculus)等218屬,共含218種,分別占該區(qū)域總屬數(shù)和總種數(shù)的61.76%和32.49%;小屬有側(cè)柏屬(Platycladus)、柳屬(Salix)、榆屬(Ulmus)等119屬,共含331種,分別占總數(shù)的33.71%和49.33%;該區(qū)系種子植物小于5種的屬達到了337屬,占總屬數(shù)95.47%,種數(shù)達到了549種,占總數(shù)的81.82%,在屬的數(shù)量上占據(jù)主導地位;中屬有刺柏屬(Juniperus)、薔薇屬(Rosa)、桃屬(Amygdalus)等12屬,包含86種,分別占總數(shù)的3.40%和12.82%;大屬有楊屬(Populus)、槭屬(Acer)、蒿屬(Artemisia)3屬,包含36種,分別占總數(shù)的0.85%和5.37%?？梢?西咸新區(qū)種子植物的屬主要由單種屬和小屬組成,大屬的數(shù)量雖少但優(yōu)勢性明顯。

3.3.2 西咸新區(qū)種子植物屬的地理成分 植物區(qū)系研究中,屬的區(qū)系比科的區(qū)系更能體現(xiàn)出植物進化過程中的分布情況以及區(qū)域地理特征[18]。根據(jù)中國種子植物屬的分布類型的劃分方法[19],將西咸新區(qū)353屬種子植物劃分為15種分布型,全國種子植物的15個分布區(qū)均有代表(表6)。

表6 西咸新區(qū)種子植物屬的分布區(qū)類型

生態(tài)幅大、適應性強的世界分布屬有50屬,占總屬數(shù)的14.16%,包括槐屬(Sophora)、大戟屬(Euphorbia)、鼠尾草屬(Salvia)等。

熱帶分布屬有96屬,占總屬數(shù)的31.68%,其中泛熱帶分布及其變型最多,有43屬,占非世界廣布屬的14.19%,包含衛(wèi)矛屬(Euonymus)、黃楊屬(Buxus)、冬青屬(Ilex)等。

溫帶分布屬有202屬,占非世界廣布屬的66.67%,其中北溫帶分布及其變型共有75屬,居該區(qū)域各分布區(qū)類型之首,占非世界廣布屬的24.75%,包括槭屬(Acer)、鳶尾屬(Iris)、楊屬(Populus)等。

中國特有屬僅銀杏屬、蠟梅屬(Chimonanthus)、杜仲屬、文冠果屬(Xanthoceras)、華蟹甲屬(Sinacalia)5屬,占非世界廣布屬的8.91%。與全國種子植物屬的分布類型比較,西咸新區(qū)世界分布屬所占比重高于全國,熱帶成分所占比重低于全國,溫帶成分所占比重高于全國,表明該區(qū)域種子植物屬級區(qū)系地理成分多樣,溫帶成分占絕對優(yōu)勢,種子植物區(qū)系溫帶性質(zhì)顯著。

3.4 珍稀瀕危及國家重點保護植物

保護珍稀植物是生物多樣性保護中的一項重要工作[20]。西咸新區(qū)位于變異復雜的過渡地帶,具有優(yōu)異的生態(tài)條件,植物成分復雜多樣,分布有蠟梅(Chimonanthuspraecox)、文冠果(Xanthocerassorbifolium)、華蟹甲(Sinacaliatangutica)等我國特有屬種,還有銀杏(Ginkgobiloba)、杜仲(Eucommiaulmoides)等孑遺植物。

按國務院2021年發(fā)布的《國家重點保護野生植物名錄(2021版)》,西咸新區(qū)被列入國家級重點保護野生植物名錄的有蘇鐵(Cycasrevoluta)、銀杏、鵝掌楸(Liriodendronchinense)、中華獼猴桃(Actinidiachinensis)等4種。

3.5 入侵植物

入侵物種不是本地的原生區(qū)系成分,而是從國外進入中國,并已經(jīng)對當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生一定不良影響的物種[21]。入侵植物不僅對當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴重影響,導致其物種多樣性降低、某些特異物種消失,同時一些惡性入侵植物已嚴重影響到國民經(jīng)濟發(fā)展和居民的生產(chǎn)生活[22]。

根據(jù)野外調(diào)查結(jié)果(表7),西咸新區(qū)有入侵植物7科8屬8種,除菊科含一枝黃花屬(Solidago)、飛蓬屬(Erigeron)外,其他的科都是單科單屬。在這些入侵種中,加拿大一枝黃花(Solidagocanadensis)已被列為農(nóng)業(yè)重大外來入侵植物,對我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)安全造成了嚴重危害。西咸新區(qū)入侵植物均為草本,適應性強,繁殖能力強,應加強監(jiān)測和防控。

表7 西咸新區(qū)入侵植物名單

4 結(jié)論與討論

西咸新區(qū)植物資源豐富,共有種子植物112科353屬671種,其中裸子植物4科8屬21種,被子植物108科345屬650種,可見當前西咸新區(qū)的生物多樣性保護工作卓有成效。在科、屬組成上,區(qū)域內(nèi)種子植物以寡種科、寡種屬為主,屬和種趨向于集中在多種科、多種屬內(nèi),大科在研究區(qū)的區(qū)系組成和群落構(gòu)建中占主導地位,且大科基本都是本區(qū)的世界分布型優(yōu)勢科,這與其他學者對周邊地區(qū)的研究相符[23-24]。

西咸新區(qū)種子植物科的區(qū)系可劃分為10個分布區(qū)類型,世界廣布型、熱帶性質(zhì)分布型、溫帶性質(zhì)分布型的科數(shù)分別為40、36、34科,以世界廣布型占優(yōu)勢,熱帶性質(zhì)科略多于溫帶性質(zhì)科,體現(xiàn)出植物交匯的特點。西咸新區(qū)擁有中國種子植物屬15個分布區(qū)的全部類型,世界廣布型、熱帶性質(zhì)分布型、溫帶性質(zhì)分布型的屬數(shù)分別為50屬、96屬、202屬,以溫帶性質(zhì)屬占絕對優(yōu)勢,可見該區(qū)系在屬的分布區(qū)呈現(xiàn)為溫帶性質(zhì)[25]。西咸新區(qū)種子植物中還包括了一些間斷分布的科屬,這可能是引種培育外來樹種的結(jié)果。區(qū)系中還含有松科(Pinaceae)、殼斗科(Fagaceae)、樺木科(Betulaceae)等一些較古老的科,體現(xiàn)了區(qū)系具有一定的古老性[26-28]。本區(qū)系地理成分類型的復雜,既反映出西咸新區(qū)植物地域性強的特征,也反映出西咸新區(qū)區(qū)域生境類型多樣、植物的豐富度高的特征。

西咸新區(qū)正在大面積開發(fā)建設中,人為干擾活動多,因此要依據(jù)當前的植物資源狀態(tài)和價值類型進行保護管理,可以適當通過風景園林手段把一些瀕危植物移植在公園、植物園或環(huán)境相似的區(qū)域,并精心養(yǎng)護,使它們得到保護和繁育[29]。在未來的城市園林綠化植物規(guī)劃中,要以鄉(xiāng)土植物為主增加適生植物,引種馴化并應用在園林綠化中,以增加植物多樣性。西咸新區(qū)發(fā)現(xiàn)外來入侵物種,它們的傳播快、繁殖力旺盛、適應性強,是破壞當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)功能的重要因素[30],對鄉(xiāng)土植物生存造成威脅,應因地制宜實施物理清除、噴施藥劑、生物防治等措施進行清理。本研究為西咸新區(qū)植物資源合理開發(fā)利用積累數(shù)據(jù)基礎,為城市公園綠地規(guī)劃建設提供參考,將來西咸新區(qū)的植物多樣性如何變化,還需持續(xù)監(jiān)測。