西咸新區種子植物多樣性研究

王藝菲,周建云,李 榮,張振源,彭少兵*

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

植物多樣性是經濟社會發展的基礎,它不僅為人類提供生存資源,還對維持生態系統的穩定性和多樣性起重要作用[1]。植物區系是在環境變化、地質變化及自身演變等特定歷史條件的綜合影響下,某一地區、時期或分類群所有植物的總和[2]。植物區系可以穩定地反映群落所處區域的自然條件和植物群落的性質,是研究植物多樣性和植物資源開發利用的前提[3],為區域生物多樣性保護、物種入侵、物種改良等提供科學依據[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、物種同質化、分布均質化等一系列問題[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。

西咸新區地處關中平原腹地,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勢。西咸新區正處在快速建設發展時期,城市綠地是當地居民的主要休憩場所,研究該區域的植物多樣性,不僅有助于探索建立城鎮化過程生物多樣性保護新模式,響應西咸新區總體規劃中建設“生態田園新城”的號召,還有助于維持城市生態平衡,塑造高品質城區生態環境,然而目前尚未見對西咸新區植物多樣性的研究報道。本研究通過在西咸新區進行實地調查,結合查閱資料,開展西咸新區種子植物名錄編制及其地理區系成分分析,以期為該區域生物多樣性保護和植物資源合理開發利用積累數據基礎,為將來城市公園綠地規劃以及城市生態文明建設提供參考。

1 研究區概況

西咸新區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,能夠滿足多種農作物生長。

2 材料與方法

2.1 外業調查

于2021年在西咸新區采用樣線法調查植物種類,按照縣域植被多樣性調查與評估技術規定,綜合考慮不同地形地貌、海拔段、坡位、坡向等進行樣線布設,樣線覆蓋了調查范圍內各個生境,共計27條樣線,每條調查線路長度不低于3 km,通過徒步行走開展樣線調查,記錄所觀察到的種子植物種類。對現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]等專業權威著作或請教有關專家進行鑒定。

2.2 編制植物名錄

對研究材料進行分類整理,并走訪當地居民及有關機構,基于此編寫出《西咸新區種子植物名錄》,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 植物區系分析

研究結果中西咸新區的數據來自本次外業調查,全國數據引自《中國植物志》。采用Excel 2010進行調查數據的整理和相關指標的計算,運用數理統計方法劃分科、屬、種數量等級,運用植物區系地理學原理,依據《世界種子植物科的分布區類型》[11]劃分科的分布區類型,依據《中國種子植物屬的分布區類型》[12]劃分屬的分布區類型,并在科、屬水平上對西咸新區植物區系組成及區系地理成分進行分析。

3 結果與分析

3.1 西咸新區種子植物物種組成

統計結果顯示,西咸新區共有種子植物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,占該區種子植物科、屬、種總數的3.60%、2.30%、3.10%;被子植物108科345屬650種,占總數的96.40%、97.70%、96.90%,可見被子植物在西咸新區種子植物區系中占絕對優勢,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,占總數的83.04%、82.72%、82.56%;單子葉植物共15科53屬96種,占總數的13.39%、15.01%、14.31%(表1)。

表1 西咸新區種子植物科、屬、種統計

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

表2 西咸新區種子植物生活型組成

3.2 西咸新區種子植物科的組成及地理成分分析

3.2.1 西咸新區種子植物科的多樣性 西咸新區種子植物共有112科671種,以各科物種數量為依據,將西咸新區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]。

單科種數量最多,有銀杏科(Ginkgoaceae)、杜仲科(Eucommiaceae)等世界范圍內的單型科32科,共含32屬32種占該區域總科數、總屬數、總種數的28.57%、9.07%、5.77%;小科有胡桃科(Juglandaceae)、榆科(Ulmaceae)、?？?Moraceae)等51科96屬161種,占該區域總科數、總屬數、總種數的45.54%、27.20%、23.99%,在該群落中單科種和小科雖不占主導地位,但卻體現了西咸新區植物區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,占該區域總科數、總屬數、總種數的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、總屬數、總種數的2.68%、17.00%、14.16%;大科的科數最少,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的1.79%,卻占總屬數、總種數的17.85%、21.16%,顯然在本區域種子植物區系中占有重要的地位(表3)。

表3 西咸新區種子植物科的級別統計

3.2.2 西咸新區種子植物科的地理成分 在植物區系研究中,科是能體現出總體特征的高級分區指標,強調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,具有一定的穩定性。根據吳征鎰[12]劃分世界種子植物科的分布區類型的原則,對西咸新區種子植物區系的地理成分進行分析表明(表4),西咸新區種子植物的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、西亞至中亞分布和中亞分布這5個分布類型。

表4 西咸新區種子植物科的分布區類型

世界分布科共40科,占總科數的35.71%,包含了本地區大部分優勢科,如菊科、薔薇科、禾本科(Gramineae)等。該分布類型包括的科數最多,但分布范圍較廣,難凸顯區系的性質,在區系分析中地位不突出,因此在統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)等優勢科,以及衛矛科(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,這表明西咸新區種子植物科級區系呈現出一定的熱帶-溫帶過渡性特點(表4)。

3.3 西咸新區種子植物屬的組成及地理成分分析

3.3.1 西咸新區種子植物屬的多樣性 西咸新區種子植物共有353屬671種,根據屬內種數,可將西咸新區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 西咸新區種子植物屬的級別統計

單種屬所含屬數最多,有銀杏屬(Ginkgo)、杜仲屬(Eucommia)、七葉樹屬(Aesculus)等218屬,共含218種,分別占該區域總屬數和總種數的61.76%和32.49%;小屬有側柏屬(Platycladus)、柳屬(Salix)、榆屬(Ulmus)等119屬,共含331種,分別占總數的33.71%和49.33%;該區系種子植物小于5種的屬達到了337屬,占總屬數95.47%,種數達到了549種,占總數的81.82%,在屬的數量上占據主導地位;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,分別占總數的0.85%和5.37%?？梢?西咸新區種子植物的屬主要由單種屬和小屬組成,大屬的數量雖少但優勢性明顯。

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

表6 西咸新區種子植物屬的分布區類型

生態幅大、適應性強的世界分布屬有50屬,占總屬數的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,居該區域各分布區類型之首,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,表明該區域種子植物屬級區系地理成分多樣,溫帶成分占絕對優勢,種子植物區系溫帶性質顯著。

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]。西咸新區位于變異復雜的過渡地帶,具有優異的生態條件,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年發布的《國家重點保護野生植物名錄(2021版)》,西咸新區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系成分,而是從國外進入中國,并已經對當地生態系統產生一定不良影響的物種[21]。入侵植物不僅對當地生態系統產生嚴重影響,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濟發展和居民的生產生活[22]。

根據野外調查結果(表7),西咸新區有入侵植物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)已被列為農業重大外來入侵植物,對我國農業生產和生態安全造成了嚴重危害。西咸新區入侵植物均為草本,適應性強,繁殖能力強,應加強監測和防控。

表7 西咸新區入侵植物名單

4 結論與討論

西咸新區植物資源豐富,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,可見當前西咸新區的生物多樣性保護工作卓有成效。在科、屬組成上,區域內種子植物以寡種科、寡種屬為主,屬和種趨向于集中在多種科、多種屬內,大科在研究區的區系組成和群落構建中占主導地位,且大科基本都是本區的世界分布型優勢科,這與其他學者對周邊地區的研究相符[23-24]。

西咸新區種子植物科的區系可劃分為10個分布區類型,世界廣布型、熱帶性質分布型、溫帶性質分布型的科數分別為40、36、34科,以世界廣布型占優勢,熱帶性質科略多于溫帶性質科,體現出植物交匯的特點。西咸新區擁有中國種子植物屬15個分布區的全部類型,世界廣布型、熱帶性質分布型、溫帶性質分布型的屬數分別為50屬、96屬、202屬,以溫帶性質屬占絕對優勢,可見該區系在屬的分布區呈現為溫帶性質[25]。西咸新區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果。區系中還含有松科(Pinaceae)、殼斗科(Fagaceae)、樺木科(Betulaceae)等一些較古老的科,體現了區系具有一定的古老性[26-28]。本區系地理成分類型的復雜,既反映出西咸新區植物地域性強的特征,也反映出西咸新區區域生境類型多樣、植物的豐富度高的特征。

西咸新區正在大面積開發建設中,人為干擾活動多,因此要依據當前的植物資源狀態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、植物園或環境相似的區域,并精心養護,使它們得到保護和繁育[29]。在未來的城市園林綠化植物規劃中,要以鄉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。西咸新區發現外來入侵物種,它們的傳播快、繁殖力旺盛、適應性強,是破壞當地生態系統功能的重要因素[30],對鄉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。本研究為西咸新區植物資源合理開發利用積累數據基礎,為城市公園綠地規劃建設提供參考,將來西咸新區的植物多樣性如何變化,還需持續監測。