西咸新区种子植物多样性研究

王艺菲,周建云,李 荣,张振源,彭少兵*

(1.西北农林科技大学 林学院,陕西 杨陵 712100;2.陕西省林业科学院,陕西 西安 710003)

植物多样性是经济社会发展的基础,它不仅为人类提供生存资源,还对维持生态系统的稳定性和多样性起重要作用[1]。植物区系是在环境变化、地质变化及自身演变等特定历史条件的综合影响下,某一地区、时期或分类群所有植物的总和[2]。植物区系可以稳定地反映群落所处区域的自然条件和植物群落的性质,是研究植物多样性和植物资源开发利用的前提[3],为区域生物多样性保护、物种入侵、物种改良等提供科学依据[4]。当前城市化进程的加快,引起生境破碎化、外来物种多样性增加、物种同质化、分布均质化等一系列问题[5]。因此人们开始加大对植物资源保护的关注,并对快速城市化背景下的城市植物多样性组成及变化进行深入研究。

西咸新区地处关中平原腹地,整体地势北高南低,地形地貌以平原与黄土台塬为主,四季冷暖干湿分明,拥有丰富的植物资源和气候优势。西咸新区正处在快速建设发展时期,城市绿地是当地居民的主要休憩场所,研究该区域的植物多样性,不仅有助于探索建立城镇化过程生物多样性保护新模式,响应西咸新区总体规划中建设“生态田园新城”的号召,还有助于维持城市生态平衡,塑造高品质城区生态环境,然而目前尚未见对西咸新区植物多样性的研究报道。本研究通过在西咸新区进行实地调查,结合查阅资料,开展西咸新区种子植物名录编制及其地理区系成分分析,以期为该区域生物多样性保护和植物资源合理开发利用积累数据基础,为将来城市公园绿地规划以及城市生态文明建设提供参考。

1 研究区概况

西咸新区位于西安市与咸阳市之间(108°31′47″-108°58′19″E,34°10′15″-34°33′16″N),总面积882 km2。属暖温带大陆性季风气候,夏季炎热多雨,冬季寒冷干燥,全年日照时数2 100 h,年降水量530～720 mm,年均气温13.6 ℃,年主导风向东北风,无霜期213 d,海拔400～700 m[6],土壤类型以湿陷性黄土、娄土为主,能够满足多种农作物生长。

2 材料与方法

2.1 外业调查

于2021年在西咸新区采用样线法调查植物种类,按照县域植被多样性调查与评估技术规定,综合考虑不同地形地貌、海拔段、坡位、坡向等进行样线布设,样线覆盖了调查范围内各个生境,共计27条样线,每条调查线路长度不低于3 km,通过徒步行走开展样线调查,记录所观察到的种子植物种类。对现场无法鉴定到的物种拍摄照片或采集标本,通过查阅《中国植物志》[7]《陕西植物志》[8]《陕西植被》[9]《秦岭植物志》[10]等专业权威著作或请教有关专家进行鉴定。

2.2 编制植物名录

对研究材料进行分类整理,并走访当地居民及有关机构,基于此编写出《西咸新区种子植物名录》,名录中全部物种的种名、属名、科名校对以《中国植物志》为主要参考。

2.3 植物区系分析

研究结果中西咸新区的数据来自本次外业调查,全国数据引自《中国植物志》。采用Excel 2010进行调查数据的整理和相关指标的计算,运用数理统计方法划分科、属、种数量等级,运用植物区系地理学原理,依据《世界种子植物科的分布区类型》[11]划分科的分布区类型,依据《中国种子植物属的分布区类型》[12]划分属的分布区类型,并在科、属水平上对西咸新区植物区系组成及区系地理成分进行分析。

3 结果与分析

3.1 西咸新区种子植物物种组成

统计结果显示,西咸新区共有种子植物112科353属671种(含39变种、7亚种、2变型、4栽培变种),其中裸子植物4科8属21种,占该区种子植物科、属、种总数的3.60%、2.30%、3.10%;被子植物108科345属650种,占总数的96.40%、97.70%、96.90%,可见被子植物在西咸新区种子植物区系中占绝对优势,而裸子植物较为匮乏;被子植物中双子叶植物共93科292属554种,占总数的83.04%、82.72%、82.56%;单子叶植物共15科53属96种,占总数的13.39%、15.01%、14.31%(表1)。

表1 西咸新区种子植物科、属、种统计

西咸新区种子植物生活型统计表明,草本植物是本区域植物的主体,共388种,占该区种子植物总数的57.82%;其次是乔木,共148种,占总数的22.06%;再次是灌木,共108种,占总数的16.10%;然后是藤本,共15种,占总数的2.24%,竹类最少仅12种,占总数的1.79%(表2)。

表2 西咸新区种子植物生活型组成

3.2 西咸新区种子植物科的组成及地理成分分析

3.2.1 西咸新区种子植物科的多样性 西咸新区种子植物共有112科671种,以各科物种数量为依据,将西咸新区种子植物划分为单种科(1种)、小科(2～5种)、中等科(6～20种)、较大科(21～50种)和大科(>51种)5个等级[13-14]。

单科种数量最多,有银杏科(Ginkgoaceae)、杜仲科(Eucommiaceae)等世界范围内的单型科32科,共含32属32种占该区域总科数、总属数、总种数的28.57%、9.07%、5.77%;小科有胡桃科(Juglandaceae)、榆科(Ulmaceae)、桑科(Moraceae)等51科96属161种,占该区域总科数、总属数、总种数的45.54%、27.20%、23.99%,在该群落中单科种和小科虽不占主导地位,但却体现了西咸新区植物区系的复杂性和多样性;中等科有松科(Pinaceae)、小蘗科(Berberidaceae)、木兰科(Magnoliaceae)等24科,共含102属241种,占该区域总科数、总属数、总种数的21.43%、28.90%、35.92%;较大科有豆科(Fabaceae)、唇形科(Lamiaceae)、禾本科(Gramineae)等3科,占总科数、总属数、总种数的2.68%、17.00%、14.16%;大科的科数最少,只有蔷薇科(Rosaceae)和菊科(Asteraceae)2科,却是灌木层和草本层的主要组成成分,菊科和蔷薇科仅占总科数的1.79%,却占总属数、总种数的17.85%、21.16%,显然在本区域种子植物区系中占有重要的地位(表3)。

表3 西咸新区种子植物科的级别统计

3.2.2 西咸新区种子植物科的地理成分 在植物区系研究中,科是能体现出总体特征的高级分区指标,强调了类群之间演化的共有属性以及阶段性,比属的历史更漫长,具有一定的稳定性。根据吴征镒[12]划分世界种子植物科的分布区类型的原则,对西咸新区种子植物区系的地理成分进行分析表明(表4),西咸新区种子植物的112科可分为10种分布型,缺失了热带亚洲至热带非洲分布、热带亚洲分布、温带亚洲分布、地中海区、西亚至中亚分布和中亚分布这5个分布类型。

表4 西咸新区种子植物科的分布区类型

世界分布科共40科,占总科数的35.71%,包含了本地区大部分优势科,如菊科、蔷薇科、禾本科(Gramineae)等。该分布类型包括的科数最多,但分布范围较广,难凸显区系的性质,在区系分析中地位不突出,因此在统计分析时暂不进行考虑[15-16]。

热带分布科(第2～7型)共36科,占非世界广布科的50.00%,其中泛热带分布及其变型最多,共28科,占非世界广布科的38.89%,包括豆科、葫芦科(Cucurbitaceae)等优势科,以及卫矛科(Celastraceae)、无患子科(Sapindaceae)等,此处所谓的热带成分,是指我国泛热带成分中向北分布、扩展到亚热带甚至温带地区的科,而不是典型的纯热带科[17]。

温带分布科(第8～14型)共34科,占非世界广布科的47.22%,其中北温带分布及其变型最多,共26科,占非世界广布科的36.11%,包括十字花科(Brassicaceae)、忍冬科(Caprifoliaceae)、百合科(Liliaceae)等。

中国特有科仅银杏科(Ginkgoaceae)、杜仲科(Eucommiaceae)2科,占非世界广布科的2.78%。与全国种子植物科的分布类型比较,西咸新区世界分布科所占比重高于全国,热带成分所占比重低于全国,温带成分所占比重高于全国。从科级水平上看,西咸新区种子植物中世界广布科最多,热带分布科略高于温带分布科,这表明西咸新区种子植物科级区系呈现出一定的热带-温带过渡性特点(表4)。

3.3 西咸新区种子植物属的组成及地理成分分析

3.3.1 西咸新区种子植物属的多样性 西咸新区种子植物共有353属671种,根据属内种数,可将西咸新区种子植物划分为单种属(仅1种)、小属(2～5种)、中属(6～9种)、大属(>10种)4个等级(表5)。

表5 西咸新区种子植物属的级别统计

单种属所含属数最多,有银杏属(Ginkgo)、杜仲属(Eucommia)、七叶树属(Aesculus)等218属,共含218种,分别占该区域总属数和总种数的61.76%和32.49%;小属有侧柏属(Platycladus)、柳属(Salix)、榆属(Ulmus)等119属,共含331种,分别占总数的33.71%和49.33%;该区系种子植物小于5种的属达到了337属,占总属数95.47%,种数达到了549种,占总数的81.82%,在属的数量上占据主导地位;中属有刺柏属(Juniperus)、蔷薇属(Rosa)、桃属(Amygdalus)等12属,包含86种,分别占总数的3.40%和12.82%;大属有杨属(Populus)、槭属(Acer)、蒿属(Artemisia)3属,包含36种,分别占总数的0.85%和5.37%。可见,西咸新区种子植物的属主要由单种属和小属组成,大属的数量虽少但优势性明显。

3.3.2 西咸新区种子植物属的地理成分 植物区系研究中,属的区系比科的区系更能体现出植物进化过程中的分布情况以及区域地理特征[18]。根据中国种子植物属的分布类型的划分方法[19],将西咸新区353属种子植物划分为15种分布型,全国种子植物的15个分布区均有代表(表6)。

表6 西咸新区种子植物属的分布区类型

生态幅大、适应性强的世界分布属有50属,占总属数的14.16%,包括槐属(Sophora)、大戟属(Euphorbia)、鼠尾草属(Salvia)等。

热带分布属有96属,占总属数的31.68%,其中泛热带分布及其变型最多,有43属,占非世界广布属的14.19%,包含卫矛属(Euonymus)、黄杨属(Buxus)、冬青属(Ilex)等。

温带分布属有202属,占非世界广布属的66.67%,其中北温带分布及其变型共有75属,居该区域各分布区类型之首,占非世界广布属的24.75%,包括槭属(Acer)、鸢尾属(Iris)、杨属(Populus)等。

中国特有属仅银杏属、蜡梅属(Chimonanthus)、杜仲属、文冠果属(Xanthoceras)、华蟹甲属(Sinacalia)5属,占非世界广布属的8.91%。与全国种子植物属的分布类型比较,西咸新区世界分布属所占比重高于全国,热带成分所占比重低于全国,温带成分所占比重高于全国,表明该区域种子植物属级区系地理成分多样,温带成分占绝对优势,种子植物区系温带性质显著。

3.4 珍稀濒危及国家重点保护植物

保护珍稀植物是生物多样性保护中的一项重要工作[20]。西咸新区位于变异复杂的过渡地带,具有优异的生态条件,植物成分复杂多样,分布有蜡梅(Chimonanthuspraecox)、文冠果(Xanthocerassorbifolium)、华蟹甲(Sinacaliatangutica)等我国特有属种,还有银杏(Ginkgobiloba)、杜仲(Eucommiaulmoides)等孑遗植物。

按国务院2021年发布的《国家重点保护野生植物名录(2021版)》,西咸新区被列入国家级重点保护野生植物名录的有苏铁(Cycasrevoluta)、银杏、鹅掌楸(Liriodendronchinense)、中华猕猴桃(Actinidiachinensis)等4种。

3.5 入侵植物

入侵物种不是本地的原生区系成分,而是从国外进入中国,并已经对当地生态系统产生一定不良影响的物种[21]。入侵植物不仅对当地生态系统产生严重影响,导致其物种多样性降低、某些特异物种消失,同时一些恶性入侵植物已严重影响到国民经济发展和居民的生产生活[22]。

根据野外调查结果(表7),西咸新区有入侵植物7科8属8种,除菊科含一枝黄花属(Solidago)、飞蓬属(Erigeron)外,其他的科都是单科单属。在这些入侵种中,加拿大一枝黄花(Solidagocanadensis)已被列为农业重大外来入侵植物,对我国农业生产和生态安全造成了严重危害。西咸新区入侵植物均为草本,适应性强,繁殖能力强,应加强监测和防控。

表7 西咸新区入侵植物名单

4 结论与讨论

西咸新区植物资源丰富,共有种子植物112科353属671种,其中裸子植物4科8属21种,被子植物108科345属650种,可见当前西咸新区的生物多样性保护工作卓有成效。在科、属组成上,区域内种子植物以寡种科、寡种属为主,属和种趋向于集中在多种科、多种属内,大科在研究区的区系组成和群落构建中占主导地位,且大科基本都是本区的世界分布型优势科,这与其他学者对周边地区的研究相符[23-24]。

西咸新区种子植物科的区系可划分为10个分布区类型,世界广布型、热带性质分布型、温带性质分布型的科数分别为40、36、34科,以世界广布型占优势,热带性质科略多于温带性质科,体现出植物交汇的特点。西咸新区拥有中国种子植物属15个分布区的全部类型,世界广布型、热带性质分布型、温带性质分布型的属数分别为50属、96属、202属,以温带性质属占绝对优势,可见该区系在属的分布区呈现为温带性质[25]。西咸新区种子植物中还包括了一些间断分布的科属,这可能是引种培育外来树种的结果。区系中还含有松科(Pinaceae)、壳斗科(Fagaceae)、桦木科(Betulaceae)等一些较古老的科,体现了区系具有一定的古老性[26-28]。本区系地理成分类型的复杂,既反映出西咸新区植物地域性强的特征,也反映出西咸新区区域生境类型多样、植物的丰富度高的特征。

西咸新区正在大面积开发建设中,人为干扰活动多,因此要依据当前的植物资源状态和价值类型进行保护管理,可以适当通过风景园林手段把一些濒危植物移植在公园、植物园或环境相似的区域,并精心养护,使它们得到保护和繁育[29]。在未来的城市园林绿化植物规划中,要以乡土植物为主增加适生植物,引种驯化并应用在园林绿化中,以增加植物多样性。西咸新区发现外来入侵物种,它们的传播快、繁殖力旺盛、适应性强,是破坏当地生态系统功能的重要因素[30],对乡土植物生存造成威胁,应因地制宜实施物理清除、喷施药剂、生物防治等措施进行清理。本研究为西咸新区植物资源合理开发利用积累数据基础,为城市公园绿地规划建设提供参考,将来西咸新区的植物多样性如何变化,还需持续监测。