新疆玛依湖保护区被子植物区系与多样性特点

马占仓,刘建,张欢,王睿,阎平*

(1 石河子大学生命科学学院,新疆 石河子 832003;2 克拉玛依市林业和草原局,新疆 克拉玛依 834000)

玛依湖保护区是克拉玛依市的市级保护区,位于新疆克拉玛依市东南20～50 km处,地处准噶尔盆地中西部。玛依湖原名“无名湖”、“沙湖”,位于玛纳斯河流域中下游,是典型的湖岛型湿地,丰水期湿地总面积可达359平方公里,分为上湖、中湖、下湖。其中上湖主要来自玛纳斯河上游水源补给,中湖、下湖的水源除了玛河上游补给外主要来自克拉玛依市城市外排水[1]。近年来,在玛纳斯河流域各类水源的补给下,玛依湖的湿地出现扩展趋势,湿地周围的戈壁和沙漠、荒漠植被也出现恢复的迹象[2～5],因而加快该区域生态保护和恢复的呼声日益高涨。2017年克拉玛依市政府正式启动对以玛依湖为中心的湿地—荒漠生态保护区计划[6],理清区内植物种类是保护区建设的基础,可为保护区核心区和缓冲区设立以及生态保护策略等提供重要参考。

1 材料与方法

1.1 研究区自然概况

玛依湖保护区地处准噶尔盆地中西部且邻古尔班通古特沙漠,总面积约800 km2,平均海拔270 m。属于典型的大陆性气候,年均降水量较低,约130～200 mm,由南至北逐渐降低。冬冷夏热,夏季日温差较大,约12～18 ℃,光照足、降水少。区内大部分为沙漠或荒漠,土中多含沙砾,土质较低劣,部分区域土壤含盐量高。由于土壤类型、气候及地下潜水的共同影响,玛依湖所在的玛纳斯河中下游流域分布着特有的植被类型。在保护区内沙漠分布着各类旱生植物和短命植物,在盐渍化较重的灰漠土和盐碱地上主要以盐生植被较为丰富。在玛依湖湿地分布着一定数量的湿生、水生植被,在地下水广泛露出的泉水溢出带形成的了沼泽、草甸等湿生植物类群。

1.2 研究方法

本研究团队于2018年夏秋季、2019年春季,针对新疆玛依湖保护区内的种子植物资源进行全面、系统的野外实地考察,采集标本、拍摄照片,并详细记录海拔、经纬度、生境等信息。依据《中国植物志》[7]、《新疆植物志》[8]、《中国沙漠植物志》[9]等工具书准确鉴定标本并分析总结其生活型、生态型特点;依据吴征镒等[10-12]对中国种子植物属的分布区类型划分分析区系地理组成。

2 结果与分析

2.1 被子植物的科属组成

研究表明,新疆玛依湖保护区被子植物共计31科70属102种(不含种下级别),其中双子叶植物24科55属82种,单子叶植物7科15属20种。

2.1.1 科的组成及特点

依据各科所包含植物种数的不同(表1),可将玛依湖保护区31科70属102种被子植物划分为3个类别:1)只含有1种植物的单种科;2)含2～7种植物的寡种科;3)含20种植物以上的较大科,缺少含10～19种的多种科。含20种以上的较大科有1科(藜科)24种,占总科数的3.22%,总种数的23.53%;含2～7种的寡种科有12科60种,占总科数的38.72%,总种数的58.82%;单种科有18科18,占总科数的58.07%,总种数的17.65%。说明该区植物科的组成中以单种科数量最多,是科的主要组成成分。

表1 新疆玛依湖保护区被子植物科的组成统计

从科的属级水平分析(表2),单属科有23科,如蒺藜科Zygophyllaceae、柽柳科Tamaricaceae、眼子菜科Potamogetonaceae、白花丹科Plumbaginaceae、灯心草科Juncaceae等,占科总数的74.19%,含23属,占总属数的32.85%;含2～3属的寡属科有3科,分别是蓼科Polygonaceae、紫草科Boraginaceae和莎草科Cyperaceae,占总科数的9.67%,含9属,占属总数的12.85%;含属数＞3的多属科有5科,依次为藜科Chenopodiaceae(含14属)、禾本科Poaceae(含7属)、十字花科Brassicaceae(含6属)、菊科Asteraceae(含6属)、豆科Fabaceae(含6属),占总科数的16.12%,含38属,占属总数的54.24%。

综合属种数量比较,本区相对较大的科主要有藜科(14/24),其次是禾本科(7/7)、十字花科(6/7)、菊科(6/6)、豆科(5/6)等,也是该区的优势科。

2.1.2 属的组成及特点

对新疆玛依湖荒漠—湿地保护区70属被子植物按所含种数的多少可划分为3个类型(表3)。1)只有1种植物的单种属;2)2～6种植物的寡种属;3)大于6种植物的较大属(表2)。

表2 新疆玛依湖保护区被子植物科属种组成统计

从属的种级水平来看,含6种以上的较大属仅有1个,为猪毛菜属Salsola,占本保护区总属数的1.42%;含2～6种的寡种属有12个,占总属数的17.14%;单种属有57个,占总种数的81.44%,在各类型属中所占比例最高。因此,本保护区属的分化程度高,单种属所含的种占到总种数一半以上,在本保护区植物属的组成上是以单种属为主体的。

2.2 区系地理成分特点

进行植物属的分布区类型划分是研究一个区域植物起源和演化的基础[13-15]。根据吴征镒对中国种子植物区系类型的划分,将保护区内70属102种被子植物划分为8型8亚型(表3)。

表3 新疆玛依湖保护区被子植物属的组成统计

属的分布区中,除世界分布外,地中海区、西亚至中亚分布及其变型占34.69%,所占比重最高;其次为北温带分布及其变型,占19.44%;旧世界(旧大陆)温带分布及其变型有7属,泛(全)热带分布和中亚分布及其变型的均有6属;旧世界分布、温带亚洲分布的属所占比重最低。保护区地处中亚和亚洲中部荒漠交界处,区内地中海、中亚、西亚成分相互交融,表现出明显的过渡性,同时也具典型的温带荒漠性质。

世界分布类型是虽不能反映本保护区的植物区系特征,但所占比例最高,是本区植物不可或缺的一部分。本保护区内世界分布的有21属,金鱼藻属Ceratophyllum、荸荠属Heleocharis、狐尾藻属Myriophyllum、眼子菜属Potamogeton、藨草属Scirpus、香蒲属Typha、灯心草属Juncus、蓼属Persicaria、车前属Plantago等分布在玛依湖浅水区及岸边湿地,均为保护区内湿地、沼泽环境的主要类群。地中海区、西亚至中亚分布及其变型是本保护区的主要成分,角果藜属Ceratocarpus、霸王属Sarcozygium、骆驼刺属Alhagi、假木贼属Anabasis、沙拐枣属Calligonum、梭梭属Haloxylon、盐穗木属Halostachys、盐生草属Halogeton、铃铛刺属Halimodendron、花花柴属Karelinia等中旱生型、盐生型植物分布于保护区大部分荒漠、沙漠,在很多区域作为建群种成了具有单一优势群落,共同展现出保护区独具一格的荒漠景观(表4)。

表4 新疆玛依湖保护区被子植物区系地理成分统计

2.3 生活型、生态型分析

2.3.1 生活型分析

将该区102种被子植物分为乔木、灌木、半灌木、多年生草本和一、二年生草本以及一年生寄生植物6类。从图1可以看出,该区植物生活型以一、二年生草本占绝对优势,有酸模叶蓼、盐生草、褐翅猪毛菜等45种,占总种数的46.39%;多年生草本有33种,占总种数的34.02%;灌木类有15种,占总种数的15.46%,主要是生在沙地的梭梭、白梭梭,生长在地下水位较高的柽柳属植物和生在干旱荒漠的黑果枸杞等和生长在轻度盐碱地的铃铛刺、盐穗木等;半灌木有2种,小叶碱蓬和骆驼刺;乔木类只有胡杨1种。由此可见,该区被子植物生活型较为丰富,以一、二年生草本和多年生草本为主,这与该区隶属的温带植物区系相一致。

图1 新疆玛依湖保护区被子植物生活型组成

此外,在48种一、二年生草本中,短命植物有17种,分别是角果藜Ceratocarpusarenarius、倒披针叶虫实Corispermumlehmannianum、厚翅荠Pachypterygiummulticaulis、螺喙荠Spirorhynchussabulosus、四齿芥Tetracmequadricornis、弯角四齿芥T.recurvata、卷果涩荠Malcolmiascorpioides、盐芥Thellungiella salsuginea、尖喙牻牛儿苗Erodiumoxyrhinchum、硬萼软紫草Arnebiadecumbens、狭果鹤虱Lappulasemiglabra、异形鹤虱L.heteromorpha、疏齿千里光Senecio subdentatus、砂蓝刺头Echinopsgmelinii、羽毛三芒草Stipagrostispennata、齿稃草Schismusarabicus、东方旱麦草Eremopyrumorientale。保护区内有大范围的沙漠,它们是早春主要的地被植物,具有重要的防风固作用,同时也是早春野生动物的主要食物来源,在稳定保护区生态系统方面起到不可替代作用。

2.3.2 生态型组成

通过野外调查可将本保护区被子植物划分为5种生态类型,即中生(35种)、旱生(31种)、湿生(18)、水生(8)和盐生(10)。新疆玛依湖保护区被子植物生态型以中生植物和旱生植物为主。其中中生植物除野胡麻、菟丝子等17种主要分布在小型湿地与荒漠的狭窄过渡带外,还有将近一半的植物为短命植物,说明该区短命植物种类较丰富,旱生植物主要分布于干旱荒漠、沙漠沙地等水分条件较差的环境,主要是藜科大多数植物、蒺藜科霸王属植物和菊科和紫草科鹤虱属等植物;湿生植物数量位居第二,也占有较大比例,它们集中分布在湖泊、河岸及水塘周边的湿生草甸上,主要是蓼科酸模属、蓼属和禾本科碱茅属、獐茅属以及莎草科和灯心草科绝大部分植物。盐生植物有9种,其中典型的盐生植物如多枝柽柳、耳叶补血草等它们主要分布于河流外围形成的次生盐渍化土地中,多以群落的形式分布。水生植物数量最少,共计8种,占总种数的7.84%,其中沉水植物有眼子菜属4种植物和狐尾藻、金鱼藻,共6种;挺水植物水烛和草泽泻,共2种。这与保护区整体所呈现的“荒漠包围湿地,湿地环绕湖泊”的大生境状态相符。

图2 新疆玛依湖保护区被子植物生态型组成

3 讨论

3.1 自然条件严酷,植物组成单一却独具特色

本研究通过对保护区全面踏查,采集地基本涵盖了区内各型群落,分季调查保证了物种的全面性。保护区暑季干旱少雨而蒸发量极大,寒季积雪薄、冻土层厚,大风、寒潮等天气多见,严酷的自然条件决定了该区野生植物种类丰富度不高,但同时也孕育出独特的植被类群,短命植物和盐生植物优势明显。短命植物在本区频繁活跃,其种子利用早春融雪迅速萌发生长,避开暑季高温在6月份之前即完成生活史。保护区内土壤由南到北从荒漠土过度至沙土,局部区域盐碱化程度高,造就了丰富的盐生植物资源,藜科猪毛菜属为代表的植物进化出独特的耐盐和抗旱机理来适应自然环境,区内分布的柽柳属植物基本涵盖了准噶尔盆地分布的种类,并在湿地与荒漠过渡区形成了大面积灌木林,优势明显。

3.2 地理成分多源且复杂

保护区内被子植物属有8型8亚型,其中世界分布型物种数量最多,主要是一些水生、湿生植物,反映出这些物种较强的生态适应性,同时也体现了出保护区内水生和湿生环境的重要性。而本保护区水生环境和湿生环境面积很小,大部分为沙漠或荒漠,气候干旱、少于多风,而且土质低劣多砂、含盐量高,旱生型物种能适应此类恶劣环境,因而区内除去世界分布外地中海区、西亚至中亚分布及其变型所占比重最高,相互交流密切,表现出比较明显的多源性。此外,与北温带分布及其变型和泛(全)热带分布联系紧密,旧世界(旧大陆)温带分布及其变型稍有渗入。对比地理位置基本处于同纬度区的新疆甘家湖梭梭林自然保护区植物组成和区系特点[16],虽然植物种类上明显单一,但是区系组成却具有较高相似性,温带荒漠性质同样明显。

3.3 荒漠植被优势明显

本保护区以荒漠植被为主体,荒漠、沙漠植被与沙地表面的藻类生物结皮共同作用维护着保护区内的生态平衡,避免固定型沙漠向流动性沙漠恶转。梭梭群落中的许多草类为野生动物所喜食,且梭梭耐旱耐盐,无需灌溉即可成活生长,因而成为本保护区极其重要的固沙树种。白梭梭嫩枝和群落中的许多草类也可为野生动物采食,且白梭梭具有优良的固沙性能。假木贼荒漠和小叶碱蓬荒漠群落中的旱生植物、盐生植物种类丰富,它们对恶劣生境的长期适应,进化出耐寒、耐旱、耐盐碱的形态特征、生理机制、繁殖策略,维持着区内大面积荒漠戈壁的物种丰富度和盖度,减缓了沙漠化进程。