兰州市南北两山草本植物多样性研究

许宏刚，张建旗，朱亚灵，黄蓉，丑欢欢

(兰州市园林科学研究所，甘肃 兰州 730070)

物种多样性是现代生态学研究的热点问题之一，是物种丰富度和分布均匀性的综合反映，体现了群落结构类型、组织水平、发展阶段、稳定程度和生境差异，也可揭示植被组织水平的生态基础，能反映生物群落在组成、结构、功能和动态方面表现出的异质性[1]。国内对植物物种多样性的研究多集中在不同海拔梯度[2]、不同林龄[3]、不同植物群落[4]、不同研究尺度[5]等方面。草本植物在净化空气、保持水土、维持生态平衡以及绿化环境等方面发挥着重要的作用，对土壤氮和有机碳氮循环有明显的促进作用，并且可以有效限制外来物种入侵，提高生物多样性。对于干旱半干旱地区，草本植物对该地区植被恢复和重建森林群落和冠层群落更为重要[6-8]。

近年来，随着我国经济水平的不断提高，生态环境越来越受到人们的重视。全国各城市均统筹推进国土绿化，争创“全国森林城市”，正是由于国土绿化的持续推进，全国各城市周边的绿化稳步提升，城市生态环境得到改善。兰州市为两山夹一河地貌特征，南北两山作为城市的组成部分，其环境质量对兰州市城区生态环境具有重要的影响，但其特殊的地理位置和气候环境，决定了兰州市南北两山的绿化，在很大程度上须依靠草本植物。因此，研究草本植物多样性，对兰州市城市生态环境的改善具有重要的意义。但兰州市对于两山草本植物的研究的深度和广度不够[9]，有马良杰[10]、武利玉[11]、刘乐乐[12]、王梅[13]等对兰州市范围内野生草本植物进行了研究，但对草本植物的开发和应用尚未形成系统系统性，因此，通过对兰州市南北两山草本植物种类、数量及多样性等方面的研究，以期为兰州市生物多样性研究以及南北两山植被恢复重建提供理论借鉴和方法参考，同时为建设“宜居、宜游、宜业”城市，推动兰州市的可持续发展提供参考。

1 试验设计与方法

1.1 研究区概况

兰州市位于甘肃省中部，地处N 35°32′～37°05′，E 102°45′～104°30′。地形为半山地、山地和河川谷地3种类型，山地占总面积的65%[14]。兰州市地带性植被以草原为主，地带性土壤为由黄土母质发育而成的灰钙土[15]。植被类型为人工植被和自然植被类型，其中自然植被类型多为旱生型灌木和草本植物，由于该区域气候干旱、降水稀少、蒸发量大、生态环境恶劣，生态修复难度较大。

1.2 样地设置及植被调查

2017年7～8月在植物生长旺盛期，对兰州市近郊4区南北两山的草本植物群落进行全面勘察，在城关区、七里河区、安宁区、西古区根据海拔梯度选择调查样地，设置样方，大小为1 m×1 m，每个样地设5个重复，分别记录植物名称和密度，实测其高度，目测其盖度(由专人进行估测)，若遇群落结构复杂且变化较大、植物分布不规则时，则提高样方数目和取样范围，同时记录新发现的植物种类，直到不再增加新种类为止。同时记录样方的海拔高度、坡度、坡向、经纬度、调查时间与地点、土壤类型及整体植物的生长势等。具体样地设置见表1。

表1 样地的基本情况

1.3 数据处理

应用Excle 2007对所调查的数据进行处理分析。计算公式为：

密度=植物总株数/样方面积；草本样方的盖度由专人估测；物种重要值=(相对密度+相对盖度+相对高度) /300[16-17]。

Margalef丰富度：Ma=(S-1)/LnN

Pielou均匀度指数：E=H/lnS

式中：N为群落中全部物种的个体数；S为物种数目；ni为第i个种的个体数；Pi为种i的个体数占群落总个体的比例[18-20]。

2 结果与分析

2.1 兰州市南北两山面山草本植物种类构成

在整个调查区域内野生草本植物共23科50属64种(图1)，优势科主要集中在禾本科、菊科、豆科、藜科、蒺藜科等(表2)，其中种数最多的是禾本科和菊科植物，分别占全部种的23.44%和18.75%，并且在南北两山生长良好。

表2 兰州市南北两山面山草本植物科属组成表

图1 兰州市南北两山面山草本植物物种组成统计

以安宁区和西固区所属南北两山面山草本植物科、属数量较多，城关区科属数量最少，七里河区草本植物品种数量最多，共49种(图1)，这是因为七里河区面山为南侧，生境较好，植物生长旺盛。

2.2 兰州市南北两山面山草本植物群落重要值特征

对兰州市南北两山面山调查区域草本植物重要值前十的种类进行分析，冰草在4个区均有生长；刺沙蓬、铺散亚菊在3个区出现，赖草、细裂亚菊、长芒草、中华隐子草和猪毛蒿在2个区内出现，但较弱于冰草；白莲蒿、臭蒿、鹅绒藤、虎尾草等均出现在1个区。冰草和铺散亚菊在所生长区域内南北两山面山重要值相对较高，均大于0.40，由此可见，冰草和铺散亚菊对于兰州市南北两山生态环境的适应性和生态修复能力较强，为南北两山面山上的优势草种(表3)。

表3 兰州市南北两山草本植物重要值分析

2.3 植物群落物种多样性及优势度特征

物种多样性是对群落结构和功能复杂性的一种度量，不仅能够反映植物群落的空间(地带性)特征，而且还反映群落的时间(演替动态)特征，因此对物种多样性的研究有助于更好地认识群落的组成、结构、功能和动态，掌握群落演替的一般规律[21]。4个区南北两山面山中，七里河区草本植物的Margalef丰富度、Simpson多样性以及生态优势度均最高，分别为0.465、0.812和0.523，而均匀度西固区最高，为0.733。安宁区的物种Margalef丰富度和Simpson多样性最低，分别为0.233和0.624，植物的多样性在一定程度上反应了土壤中水分空间分布的异质性(图2)。

图2 兰州市南北两山草本植物多样性指数

3 讨论

兰州地区深居内陆，远离海洋，地处干旱地区，且来自海洋的暖湿气流与诸多山脉走向相垂直，导致暖湿气流不易到达，造成该区域气候干旱，降水稀少，生态环境脆弱，自然植被稀疏，因此植被的微气候效应就显得极为重要[22-23]。在整个调查区域内草本植物共23科50属64种，优势科主要集中在禾本科、菊科、豆科、藜科、蒺藜科等，其中种数最多的是禾本科和菊科。重要值作为应用最广的物种特征值，是物种的综合数量指标，能够表征物种在群落中的地位和作用[24]。本研究中，冰草在各区南北两山面山均有分布，说明其具有良好的环境适应性，铺散亚菊和沙刺蓬在3个区内出现，且重要值相对较高，说明铺散亚菊和沙刺蓬能够较好地适应兰州市南北两山的干旱环境。另外，菊科的植物种类最多，细裂亚菊、莳萝蒿，禾本科中的赖草、中华隐子草、长芒草等分布较广，重要值也较高，说明其能够适应兰州南北两山面山生长环境。

物种多样性作为群落功能结构的基本特征，能表征群落组成和指示生境状况[25]。草本植物对水热因子敏感，其物种组成会对水热条件做出剧烈响应，其多样性产生差异主要是物种丰富度变化造成的[26-27]。朱爱民等[28]提出的物种特异性理论，不同的外界条件适于不同的物种生存，在本研究中，生境类型间的差异，直接体现在光照、土壤含水量、土壤养分等因素的不同，形成不同水文环境梯度的土壤结构、养分含量及通气透水性。七里河区的Margalef丰富度、Simpson多样性以及生态优势度均最高，说明七里河区的草本植物多样性优于其他区域，这是由于七里河区与其他3个区相比，生境较好，其南北两山面山处于阴坡，阴坡受到太阳辐射较少，蒸发量少，土壤含水量较高，植物生长良好，另一方面，由于坡面植物生长较好，又可截留一部分自然降水，而减少地表径流，防止水土流失，为植物生长提供好的生长条件，二者形成良性循环，使该区域生长的植物种类较丰富，生长势也较好。城关区、安宁区、西固区南北两山面山均位于阳坡，接受太阳辐射远大于阴坡，蒸发量大，土壤含水量较低，适宜生长的植物较少，从而导致植物生长稀疏，在降水量较大时，容易造成水土流失，干旱时容易风沙化，使植物生长的立地条件较差，这与谭建德[29]研究的结果一致。

南北两山的绿化是兰州市国土绿化的重要组成部分。随着兰州市国土绿化工作的推进，南北两山生态环境的保护日益受到重视。国土绿化过程中植被建设是遵从裸地植被群落到草到灌到乔的演替规律，且优先发展草灌植物[6]。黄蓉等[30]也提出在以后的兰州荒山生态恢复与重建中应以草本和灌木植物为主，乔木为辅。可见草本植物在南北两山生态修复扮演重要角色。虽然七里河区、安宁区的草本植物种数较城关区、西固区多。但总体而言，由于受到自然环境的限制，兰州市近郊4区南北两山面山的草本植物群落相对较单一，建议在南北两山面山绿化时应不断优化植物群落空间结构，增加植物多样性和群落的稳定性，同时通过一些工程措施，增加雨水的入渗和蓄积，改善南北两山植物生长的立地条件，使兰州市南北两山面山的植被覆盖率得到大幅度的增加，提高南北两山绿化对改善兰州市生态环境的贡献率。

4 结论

兰州市南北两山面山草本植物共23科50属64种，七里河区物种最为丰富。优势科主要集中在禾本科、菊科、豆科、藜科、蒺藜科等。冰草在4个区均有生长，说明其生长范围广，适应性强；刺沙蓬、铺散亚菊在3个区出现说明其适应性较强，但较弱于冰草；白莲蒿、臭蒿、鹅绒藤、虎尾草等均出现在一个区，说明其适应性较弱。冰草和铺散亚菊在所生长区域南北两山面山重要值相对较高，为南北两山面山上的优势草种。七里河区草本植物的Margalef丰富度、Simpson多样性以及生态优势度均最高，均匀度西固区最高，安宁区的物种Margalef丰富度和Simpson多样性均最低。在南北两山面山绿化时应不断优化植物群落空间结构增加植物多样性和群落的稳定性。