渭河上游流域木本植物调查与多样性研究

付翠红，毛润科，张嘉伦 ，王小军，颜晓鲁，谢小娅

(1.甘肃省小陇山林业实验局李子林场，甘肃 天水 741000；2.甘肃省小陇山林业实验局种苗管理站，甘肃 天水 741000；3.甘肃省小陇山林业实验局左家林场，甘肃 两当 742400；4.甘肃省小陇山林业实验局云坪林场，甘肃 两当 742400)

1 研究背景

渭河是黄河的最大支流，发源于甘肃省渭源西南部高程3508 m的豁豁山，上源称清源河，经陇西、武山、甘谷、天水等县市，在天水市麦积区东岔乡牛背里村流入陕西境内[1]，于潼关汇入黄河，总流域面积13.48 km2[2]。

习近平总书记在兰州市黄河治理兰铁泵站项目点视察和黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上指出“甘肃是黄河流域重要的水源涵养区和补给区，要首先担负起黄河上游生态修复、水土保持和污染防治的重任”。“黄河治理，重在保护，要在治理”“表象在黄河，根子在流域”[3]。渭河上游流域人类活动历史悠久，是中华民族的发祥地之一，以伏羲文化、大地湾遗址文化、秦早期文化、麦积山石窟文化和三国古战场文化为代表，历史文化资源灿烂丰富。

由于特殊的地形地貌、土壤气候，加之早期人类活动影响剧烈等原因，渭河流域生态系统退化、水源涵养功能降低，水土流失一度非常严重。渭河流域是全国水土保持和植被恢复的重点区域，近年来，在天然林保护、水源涵养林建设、退耕还林还草、封山育林等生态修复工程和小流域综合治理的实施后，生态环境得到有效恢复，环境保护取得一定成效，森林覆盖率逐年提高。

然而，渭河流域生态环境依然脆弱，流域内植被退化、物种减少、环境污染、人为干扰、生态恶化等风险仍然存在。Tao Yang et al.[4]人认为，综合生态风险评价对恢复流域生态系统健康具有重要意义，而恰当有效的评价方法是进行生态风险评价的前提。渭河流域生态风险调控的关键是改善水质和保护生物完整性。森林生物多样性是整个生物多样性的重要组成部分，森林生物多样性包括遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性3个层次[5]。植物多样性是生态系统结构和功能的基础[6]，植物适应对策、植物-水文-土壤之间的相互作用、尺度和格局对生态过程的影响[7]，是目前植物多样性形成机制研究的主要内容。

通过调查分析渭河上游流域分布的木本植物多样性，为渭河上游流域生态修复、重建及生物多样性保护、林木种质资源开发利用提供参考。

2 研究区概况

本文研究区域为渭河源头至宝鸡峡的渭河上游流域，河长430 km[8]，支流众多，流域面积大于1000 km2的有漳河、榜沙河、葫芦河、籍河、散渡河、牛头河等。研究区属于半干旱、半湿润气候过渡区，流域内平均气温6～11 ℃，年日照时数2000～2420 h，年降水量400～600 mm，多集中在夏、秋两季。年均径流量20×108m3[8]。流域南北两岸分属不同的地貌单元，北岸为黄土高原峁梁沟壑区，海拔多在1200～1900 m之间，南岸为北秦岭山地—渭河峡谷区，海拔多在1000～3000 m之间。研究区属华北、华中、蒙新和喜马拉雅植物交汇处，树种成分复杂，森林资源丰富。土壤以棕壤和褐土为主。

3 调查对象

以渭河上游流域分布的木本植物为主要调查研究对象，包括乔木、灌木、竹类及藤本植物。研究重点关注植物分类、物种多样性及分布规律、种间关系及生态位、植物群落分布与生境的适应性、物种的聚集性等方面。

4 调查方法

调查于2015～2018年的4～5月和7～10月进行，采用线路调查和典型样地调查的野外调查方法，选择具代表性的地点设置调查样地，样地大小为20 m×33 m或33 m×20 m。调查统计样地内木本植物种类、数量、生活型、高度、盖度、人为活动影响等因子，利用地理信息和影像信息结合手段，对木本植物进行GPS地理定位，依据各物种所能观察到的形态、生物学现状和生境信息等，进行分类鉴定，整理编写木本植物名录。

5 多样性指数测定方法

多样性指数测定方法[9-10]，如下：

物种丰富度(S)：

S=出现在样地中的物种数

(1)

Simpson指数(优势度指数)(D)：

D=1-∑Pi2

(2)

Shannon-Wiener指数(香农-威纳指数)(H)：

H=-∑(Pi)(Pi)

(3)

Pielou指数(均匀度指数)(E)：

E=H//InS

(4)

Jaccard指数(相似性指数)(Cj)：

Cj=c/(a+b-c)

(5)

式中：S为出现在样方中的物种数；Pi为群落中第i个种的重要值，物种重要值(IV)=(相对多度+相对优势度+相对高度)/3；ni为第i个种的个体数目，N为群落中所有种的个体总数，pi=ni / N，表明第i个种的相对多度；a、b为两样地种的物种数，c为两样地共有的物种数。

6 结果与分析

6.1 研究区木本植物种类的多样性

调查发现，研究区分布木本植物511种(含种下等级)，隶属67科168属，多为阔叶落叶树种，其中：乔木142种，占比27.7%；灌木306种，占比59.8%；藤本60种，占比11.7%；竹类3种，占比0.5%。裸子植物18种，隶属5科10属，占比3.5%；被子植物493种，分属62科57属，占比96.5%。

6.2 研究区木本植物科属种构成的多样性

对研究区木本植物调查统计发现，桦木科、虎耳草科、鼠李科、葡萄科、榆科、山茱萸科6个区域较大科(11～20种)84种，蔷薇科、忍冬科、木犀科、豆科、卫矛科、槭树科、杨柳科7个区域大科(>20种)248种，分别占研究区木本植物总数的16.44%和48.53%(详见表1)。

表1 渭河流域木本植物不同科含种数统计

葡萄属、蛇葡萄属、椴树属、五加属、杜鹃花属等61个区域寡种属(2～5种)含176种，胡枝子属、南蛇藤属、猕猴桃属、苹果属、栒子属等15个区域中等属(6～10种)含种116种，分别占研究区木本植物总数的34.44%和22.70%。槭属、忍冬属2个区域大属(>20种)43种，占研究区木本植物总数的8.41%(详见表2)。

表2 渭河流域木本植物各类属含种数统计

6.3 研究区优势种特征

通过调查统计发现，研究区灌木类树种优势明显，紫枝柳、鸡桑、鲜黄小檗、东陵绣球、木姜子、山梅花、宝兴茶藨子、甘肃山楂、灰栒子、黄蔷薇、美丽胡枝子、角翅卫矛、冻绿、桦叶荚蒾(IV分别为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)等分布明显占优；乔木树种次之，锐齿槲栎(变种)、华山松、油松、辽东栎、色木槭、野核桃、冬瓜杨、千金榆、春榆、漆、青榨槭、梾木、辽东水蜡树(亚种)(IV分别为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)等重要值较高，为优势种。

6.4 研究区物种多样性特征

比较发现，研究区木本植物物种丰富度(S)最大的为天然原生林，天然原生林保存面积很小，物种分布立体而丰富，乔木、灌木、藤本搭配合理，林地空间利用率高，物种多样化程度高，S 值可达50～55；天然次生林次之，天然次生林灌木树种占优，且相互竞争激烈，乔木、灌木交杂丛生。研究区多见的栎类混交林，分布相对较多，区域差异较大，S值在30～50之间；人工林S值在15～30之间；荒山荒地S值<15。Shannon-Wiener指数(H)、Pielou指数(E)同物种丰富度(S)与水热条件同步，由东向西、由南向北依次递减。调查样地之间Jaccard指数(Cj)比较发现，沿纬线比较，Cj值差距较小，沿经线比较，Cj值差距较大。

7 结论与讨论

通过对研究区木本植物多样性的调查发现，研究区分布木本植物511种(含种下等级)，隶属67科168属，以阔叶落叶树种为主。灌木树种在数量上占优，乔木树种次之，藤本和竹类种类较少，群落类型主要为栎类和油松、华山松为主要树种组成的针阔混交林，灌木林和人工纯林面积较小。经过多年保护，群落结构相对完整向好，但稳定性较差，应继续加强保护。通过多分布物种Simpson指数(D)及重要值(IV)的比对发现，锐齿槲栎(变种)、辽东栎、青榨槭、色木槭、东陵绣球、木姜子、山梅花、宝兴茶藨子、甘肃山楂、灰栒子、黄蔷薇、华山松、油松、冬瓜杨、野核桃、千金榆等乡土树种在研究区群落中占有重要地位，在生态修复和植树造林时可搭配种植，有利于保证群落未来发展方向和生态系统的稳定。