準噶爾盆地南北緣荒漠種子植物區系特征

孔曉晶，安沙舟，劉慧敏

(新疆農業大學草業與環境科學學院，烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】植物區系是植物界在一定的自然地理條件下演化的結果。它以種群的方式存在，組成各地植被的實體，是自然地理環境的反映和環境變遷的鑒證或依據[1，2]。準噶爾盆地[3-5](近230 000 km2)位于新疆北部，地處于亞洲內陸干燥中心，沙漠和干燥剝蝕平原分布很廣，沖積平原主要分布在盆地的南部，南部平原南起天山北麓，北至沙漠北緣，可分兩帶，北帶為沙漠，南帶為天山北麓山前平原，是主要農業區。而準噶爾盆地典型的荒漠植物類型在一定程度上能代表新疆荒漠植物的特點。近年來，隨著自然因素和人為的開荒，平原荒漠遭受到破壞，使得資源問題越來越受到重視，各地進行很多關于植物區系及資源的調查。【前人研究進展】李紅穎等[6]為配合京津風沙源治理工程對二連浩特地區進行了植被調查，建立了二連浩特地區種子植物的名錄。劉佳等[7]通過對瑪納斯河中上游低山荒漠進行野外考察、標本采集和鑒定，確定該區的植物種類，在此基礎上對該地區植物區系特征進行分析，揭示該地區植物區系的科屬組成、地理成分和植物生活型及生態型等特征。徐文軒等[8]通過在新疆北部荒漠草地上進行植物群落調查取樣，分析了其植物群落的組成、物種重要值、豐富度以及群落的蓋度、高度和地上生物量的變化特征。關于準噶爾區系方面，潘曉玲等[9]研究分析了準噶爾盆地荒漠植物區系的特點，探討了其發生途徑和形成年代。程蕓等[10]以新疆植物特有種為研究對象，對新疆82個區劃單位的植物特有種分布現狀進行了統計，分析了特有種在植物區系以及地理特征上的分布規律及其成因，探究了準噶爾盆地具有的特殊的氣候條件和植物區系起源的過程，特有種植物分布相對較多的特點。楚光明等[11]運用形態解剖學方法對準噶爾盆地的3種典型荒漠植物木質部導管的解剖特征進行了觀察和分析，探討了荒漠植物木質部導管對干旱環境的生態適應性。優勢科對于一個地區的植物區系起著重要作用，是指種數多并在植被或植物群落中最常見的科，它直接決定了特定地區植物區系的特征及性質[12]。生活型是植物在其發展歷史過程中，對于一定生長環境長期趨同適應的結果[13]。植物的科是長期適應地理環境變遷的產物，因此，科的分布區具有一定的穩定性[14]。依據吳征鎰[15]先生對世界種子植物科的分布型系統的研究分類，可將準噶爾南緣北緣地區荒漠種子植物的46科分為不同的分布區類型，并可歸納為世界分布型、熱帶分布和溫帶分布型。屬是劃分植物區系的標準和依據[16]，比科更能反映出該地區植物區系的地理成分特征。【本研究切入點】目前，關于準噶爾盆地植物學方面的基礎研究不是很多，而準噶爾地區植物區系系統的研究更鮮有報道。準噶爾盆地南北緣荒漠種子植物區系特征。【擬解決的關鍵問題】通過野外實地考察和形態分類學的方法，對準噶爾盆地南北緣地區的植物進行了系統的調查，為該地區植物資源利用和保護植物多樣性的研究提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

研究區位于新疆北部，該地區屬溫帶氣候，盆地北部、西部年均溫3～5℃，南部5～7.5℃。無霜期除東北部為100～135 d外，大多達150～170 d。年均溫日較差12～14℃。盆地水汽主要來自西風氣流。降水較少且西部多于東部，邊緣多于中心，迎風坡多于背風坡。盆地邊緣處降水約200 mm，中部100～150 mm。盆地冬季有穩定積雪，冬春降水量占年總量30%～45%。年蒸發量近2 000 mm，平均氣溫4～6℃，最冷月溫度-20℃以下，最熱月22～26℃，年溫差42～44℃，日溫差平均16℃以上，因該區的荒漠植被基本上依存于自然降水，故與依存于地表徑流的緊縮型植被不同。主體植被的覆蓋度平均可達30%左右[17，18]。

1.2 方 法

采用野外調查與室內查閱文獻相結合的方法，分別于2017和2018年的5～9月在準噶爾盆地南緣地區(博州、昌吉州、烏魯木齊市)和北緣地區(阿勒泰地區、塔城地區)進行全面詳細的野外樣地調查工作，共完成調查樣地261個。每個樣地中分別設置了9個1 m×1 m的草本樣方，5個10 m×10 m灌木樣方，采集植物標本并拍照片，記錄其高度、蓋度、密度、生物量。期間共采集495份植物標本，帶回室內進行鑒定。同時借助《中國高等植物科屬檢索表》[16]、《新疆植物志》[19]、《中國植物志》[20，21]等植物分類書籍和現存標本統計植物名稱及種類，建立研究區植物名錄；并結合李錫文[22]和吳征鎰[23]對中國種子植物劃分的分布區類型，通過統計、排序以及比較分析等研究方法分析研究植物區系特征。

1.3 數據處理

所有數據運用Microsoft Excel 2007進行數據的錄入、計算與分析。

2 結果與分析

2.1 準噶爾盆地南北緣荒漠植物組成

準噶爾盆地南北緣地區荒漠種子植物共計46科，238屬，679種，分別占新疆種子植物科、屬、種總數的46.00%、33.29%和19.75%，研究區的植物種類相對豐富。根據各科含屬數的多少，將準噶爾盆地荒漠種子植物分為四個等級。可以看出，準噶爾盆地荒漠種子植物各科所含屬數差異比較明顯。單屬科和寡屬科(2～4種)構成準噶爾盆地荒漠種子植物科的主體，共有33科，占總科數的71.74%；但其所含的屬為51屬，占總屬數的21.43%。含5屬及以上的科共有13科，僅占總科數的28.26%，但所含屬數達到187屬，占總屬數的78.57%，這些科在準噶爾盆地荒漠種子植物區系組成中起著重要的作用。表1

表1 準噶爾盆地種子植物科內屬組成

Table 1 Seed plants of the genera in families composition in Junggar Basin

科內含屬數Families contains genera科數Families No.占總科數比例Percentage in total families(%)科內總屬數Total genera of the family占總屬數比例Percentage in total families(%)12043.48208.402^41328.263113.035^9817.394719.75≥10510.8714058.82總計46100238100

雖然準噶爾盆地荒漠種子植物含5～9種及含10種以上的科有25個科，但這幾科所含種數卻占總種數的95.14%。單種科和寡種兩者合計占該區總科數的45.46%，而科內所含種數卻只占4.86%，表明該地區的區系優勢現象不太明顯。按科內含種數多少排序，依次為：菊科(Compositae)139種、藜科(Chenopodiaceae)119種、豆科(Leguminosae)60種、十字花科(Cruciferae)54種、禾本科(Gramineae)38種。這5科為該地區的優勢科。表2

表2 準噶爾盆地種子植物科內種組成

Table 2 Seed plants of the species in families composition in Junggar Basin

科內含種數Families contains genera科數Families No.占總科數比例Percentage in total families(%)科內總種數Total genera of the family占總種數比例Percentage in total genera(%)11021.74101.472^41123.91233.395^91123.917511.05≥101430.4457184.09總計46100679100

研究表明，該區種子植物以僅含有1種和寡種(2～4種)的屬為主，前者有111屬，后者有88屬，二者合計占總屬數的83.61%，屬內總種數占該區植物種數的48.75%。含5種以上的屬有38屬，雖然其只占總屬數的15.96%，但其所包含的種卻占了總種屬的51.26%，前五屬分別為：豬毛菜屬(Salsola)21種、黃芪屬(Astragalus)21種、霸王屬(Zygophyllum)19種、蒿屬(Artemisia)17種、蔥屬(Allium)13種，是該地植物群落的典型組成成分。表4

表3 準噶爾盆地種子植物科內種組成

Table 3 Seed plants of the species in genera composition in Junggar Basin

屬內含種數Genera contains species屬數Genera No.占總屬數比例Percentage in total genera(%)屬內總種數Total species of the genera占總種數比例Percentage in total species(%)111146.6411116.352^48836.9822032.405^92711.3418927.83≥10125.0415923.42總計238100679100

2.2 植物生活型

該地區679種種子植物分別分為喬木、灌木、半灌木、草質藤本和草本這五類。其中，喬木占1.18%，灌木占11.19%，半灌木占7.95%，草質藤本占0.15%，一二年生草本占34.61%，多年生草本占44.29%。可見，該地區生活型以草本植物為主，其中多年生草本占一定優勢，木本植物只占一小部分，草本植物在準噶爾南北緣地區占絕對優勢。表4

表4 準噶爾盆地種子植物生活型

Table 4 The seed plant life form in Junggar Basin

生活型Life form植物種數Species No.占總種數的比例Percentage in total species(%)喬木81.18灌木7611.19半灌木547.95草質藤本10.15一二年生草本23534.61多年生草本30544.92合計679100

2.3 植物區系地理成分及其分布區類型

2.3.1 科的地理成分

研究表明，世界分布型主要包括溫帶熱帶分布、溫帶分布為主和熱帶分布為主，共有27科，在區系總科數中占58.70%，世界分布型是該區植物區系科水平上主要的分布區類型，熱帶分布型中只有泛熱帶分布，共有6科，在區系總科數中占13.04%；溫帶分布型包括北溫帶分布、北溫帶-南溫帶分布、舊大陸溫帶分布和溫帶亞洲分布共有13科，在總科數中占28.26%，在準噶爾南北緣地區占有一定的主導地位。表5

表5 準噶爾盆地種子植物科的分布區類型

Table 5 The distribution type tables of seed plants in families in Junggar Basin

分布區類型Areal type科名Families世界分布溫帶熱帶廣布唇形科、玄參科、車前科、白花丹科、柳葉菜科、豆科、檀香科、瑞香科溫帶分布為主蓼科、藜科、十字花科、薔薇科、亞麻科、傘形科、報春花科、菊科、禾本科、莎草科、裸果木科熱帶分布熱帶分布為主莧科、景天科、大戟科、旋花科、紫草科、茄科、鳶尾科、粟米草科泛熱帶分布牻牛兒苗科、蕓香科、茜草科、駱駝蓬科、白刺科、山柑科溫帶分布北溫帶分布石竹科、小檗科、罌粟科、百合科、藤黃科北溫帶-南溫帶間斷分布蒺藜科、胡頹子科、麻黃科舊大陸溫帶分布楊柳科、列當科、川斷續科、檉柳科溫帶亞洲分布鎖陽科

2.3.2 屬的地理成分

參照吳征鎰先生對中國種子植物屬的分布區類型分類系統并結合《新疆植物志》，將準噶爾南北緣種子植物屬劃分為13個類型，占中國15個分布區類型的76.85%，反映了準噶爾南北緣地區植物屬的多樣性和其區系組成的復雜性。該地區植物區系中世界廣布類型共有22個屬，以黃芪屬、堿蓬屬和豬毛菜屬等物種數最多。由于這些廣布型屬很難反映該地區植物區系的特征，故在各分布區類型的統計中扣除不計。溫帶成分共有201屬，在該區系非世界分布總屬中占91.67%，包括北溫帶分布，東亞和北美洲間斷分布，舊大陸溫帶分布，溫帶亞洲分布，地中海區、西亞至中亞分布，中國特有，中亞分布和東亞分布。熱帶分布共有14屬，在非世界分布總屬中占6.48%。由此可知，在屬級水平上，準噶爾盆地南北緣地區種子植物區系以溫帶成分為主，該植物區系具有明顯的溫帶性質，其成分多于地中海區、西亞至中亞分布類型。表6

表6 準噶爾盆地種子植物屬分布區類型

Table 6 The distribution type of seed plants in genera in Junggar Basin

分布區類型Areal type屬數Generas quantity占非世界分布總屬數的比例Proportion of non-world distributed genera(%)1.世界分布22-2.泛熱帶分布104.633.熱帶亞洲和熱帶美洲間斷分布10.464.舊大陸熱帶分布20.937.熱帶亞洲(印度-馬來西亞)分布10.468.北溫帶分布4721.769.東亞和北美洲間斷分布20.9310.舊大陸溫帶分布4822.2211.溫帶亞洲分布62.7812.地中海區、西亞至中亞分布5826.8513.中亞分布3616.6714.東亞分布10.4615.中國特有41.85總計238100.0

2.4 植物分布特征

準噶爾盆地南緣地區與北緣地區基本處于同一經度，雖然被盆地中部的古爾班通古特沙漠隔開，但自然環境較為相似，因此，在區系成分上有一定程度的聯系，這種現象主要反映在共有屬、共有種及其相似性[24]上。表7

表7 準噶爾南北緣地區種子植物的比較

Table 7 The comparison of seed plants between southern and northern in Junggar Basin

鄰區Adjacent area總屬數Total genera共有屬Common genera屬相似系數Similarity coefficient of genera(%)準噶爾盆地南緣207準噶爾盆地北緣18214358.13

準噶爾盆地南緣地區有植物43科207屬515種，準噶爾盆地北緣地區有植物41科182屬409種；兩地區共有植物36科143屬262種。經計算，準格爾盆地兩地區的荒漠植物科的相似值為75%、屬的相似性系數為58.13%、種的相似性系數為39.58%，結果表明，這兩個地區的植物具有較高的相似性，科的相似性表現較為明顯，但由于地理位置、降水量多少等因素的影響，形成了南北緣不同的種子植物區系分布特征，準噶爾北緣地區主要以鹽柴類半灌木為主，而準噶爾南緣地區主要以蒿類半灌木為主。準噶爾南緣地區的荒漠種子植物在科、屬、種的數量上均高于北緣地區。在屬、種兩地區存在一定的差異，表現為屬間與種間在兩地區有一定的替代性分布現象。

3 討 論

準噶爾盆地處于新疆北部，與整個新疆地區相比，植物種數占新疆種子植物種總數的19.75%，植物種質資源相對豐富。該區共有種子植物46科238屬679種，以單屬科和寡數科為主，兩者共有33科，占總科數的71.74%，而屬數僅占了21.43%。該區系中以單種屬和寡種屬為主，分別是111屬和88屬，兩者共占總屬數的83.61%，植物種數占總種數的48.75%。說明該區自然環境惡劣，多數屬僅有極少種分布于此。雖然單種科和寡種科的植物種數占總種數的95.14%，但科數共占總科數的45.65%，說明該區植物區系的小科比例較高，較多大科或較大科不多，優勢現象不是很明顯。研究區中喬木和灌木所占比例為12.37%，而草本所占比例為87.63%，其中多年生草本所占比例為44.29%，占有絕對優勢。從該區植物科、屬、種的分布類型來看，世界分布科有27科，占總科數的58.70%；溫帶分布屬有201屬，占總屬數的84.45%。準噶爾盆地南北緣種子植物區系在科的水平上以世界分布型為主，而在屬的水平上則是溫帶成分占有決定優勢，具有明顯的溫帶屬性，雖然屬于世界分布的科相對較多，但這些科所包含的屬較少。因此，可以認為溫帶成分對準噶爾南北緣地區植物群落有明顯貢獻，也反映出該地區植物分布與氣候條件相適應。

4 結 論

通過野外調查和翻閱資料，對準噶爾盆地南北緣地區荒漠種子植物區系的統計分析，從科、屬、種三級分類水平研究了該地區植物區系的組成特點、地理分布特征等。其植物區系的基本特征概括為以下幾點：準噶爾盆地南北緣植物區系中物種多樣性較高，種類較豐富，區系中共有種子植物46科238屬679種，分別占新疆全部種子植物科、屬、種總數的46.00%、33.29%和19.75%；該區種子植物的單種科和寡種科共有21科，占總科數的45.65%，區系的優勢現象不明顯；植物生活型以草本植物為主，占總種數的79.53%；溫帶分布的科、屬分別占其總數的58.70%、84.45%，說明該地區溫帶特征明顯，具有典型的溫帶屬性；通過準噶爾盆地南緣和北緣的植物分布特征比較，兩地區的荒漠植物科、屬、種的相似值分別為75%、58.13%、39.58%，這兩個地區的植物具有較高的相似性，科的相似性表現最為明顯，但由于一些因素的影響，在植物分布特征上，準噶爾南緣地區的荒漠種子植物在科、屬、種的數量上均高于北緣地區，故也存在一定的差異性。