蘭州市南北兩山草本植物多樣性研究

許宏剛，張建旗，朱亞靈，黃蓉，丑歡歡

(蘭州市園林科學研究所，甘肅 蘭州 730070)

物種多樣性是現代生態學研究的熱點問題之一，是物種豐富度和分布均勻性的綜合反映，體現了群落結構類型、組織水平、發展階段、穩定程度和生境差異，也可揭示植被組織水平的生態基礎，能反映生物群落在組成、結構、功能和動態方面表現出的異質性[1]。國內對植物物種多樣性的研究多集中在不同海拔梯度[2]、不同林齡[3]、不同植物群落[4]、不同研究尺度[5]等方面。草本植物在凈化空氣、保持水土、維持生態平衡以及綠化環境等方面發揮著重要的作用，對土壤氮和有機碳氮循環有明顯的促進作用，并且可以有效限制外來物種入侵，提高生物多樣性。對于干旱半干旱地區，草本植物對該地區植被恢復和重建森林群落和冠層群落更為重要[6-8]。

近年來，隨著我國經濟水平的不斷提高，生態環境越來越受到人們的重視。全國各城市均統籌推進國土綠化，爭創“全國森林城市”，正是由于國土綠化的持續推進，全國各城市周邊的綠化穩步提升，城市生態環境得到改善。蘭州市為兩山夾一河地貌特征，南北兩山作為城市的組成部分，其環境質量對蘭州市城區生態環境具有重要的影響，但其特殊的地理位置和氣候環境，決定了蘭州市南北兩山的綠化，在很大程度上須依靠草本植物。因此，研究草本植物多樣性，對蘭州市城市生態環境的改善具有重要的意義。但蘭州市對于兩山草本植物的研究的深度和廣度不夠[9]，有馬良杰[10]、武利玉[11]、劉樂樂[12]、王梅[13]等對蘭州市范圍內野生草本植物進行了研究，但對草本植物的開發和應用尚未形成系統系統性，因此，通過對蘭州市南北兩山草本植物種類、數量及多樣性等方面的研究，以期為蘭州市生物多樣性研究以及南北兩山植被恢復重建提供理論借鑒和方法參考，同時為建設“宜居、宜游、宜業”城市，推動蘭州市的可持續發展提供參考。

1 試驗設計與方法

1.1 研究區概況

蘭州市位于甘肅省中部，地處N 35°32′～37°05′，E 102°45′～104°30′。地形為半山地、山地和河川谷地3種類型，山地占總面積的65%[14]。蘭州市地帶性植被以草原為主，地帶性土壤為由黃土母質發育而成的灰鈣土[15]。植被類型為人工植被和自然植被類型，其中自然植被類型多為旱生型灌木和草本植物，由于該區域氣候干旱、降水稀少、蒸發量大、生態環境惡劣，生態修復難度較大。

1.2 樣地設置及植被調查

2017年7～8月在植物生長旺盛期，對蘭州市近郊4區南北兩山的草本植物群落進行全面勘察，在城關區、七里河區、安寧區、西古區根據海拔梯度選擇調查樣地，設置樣方，大小為1 m×1 m，每個樣地設5個重復，分別記錄植物名稱和密度，實測其高度，目測其蓋度(由專人進行估測)，若遇群落結構復雜且變化較大、植物分布不規則時，則提高樣方數目和取樣范圍，同時記錄新發現的植物種類，直到不再增加新種類為止。同時記錄樣方的海拔高度、坡度、坡向、經緯度、調查時間與地點、土壤類型及整體植物的生長勢等。具體樣地設置見表1。

表1 樣地的基本情況

1.3 數據處理

應用Excle 2007對所調查的數據進行處理分析。計算公式為：

密度=植物總株數/樣方面積；草本樣方的蓋度由專人估測；物種重要值=(相對密度+相對蓋度+相對高度) /300[16-17]。

Margalef豐富度：Ma=(S-1)/LnN

Pielou均勻度指數：E=H/lnS

式中：N為群落中全部物種的個體數；S為物種數目；ni為第i個種的個體數；Pi為種i的個體數占群落總個體的比例[18-20]。

2 結果與分析

2.1 蘭州市南北兩山面山草本植物種類構成

在整個調查區域內野生草本植物共23科50屬64種(圖1)，優勢科主要集中在禾本科、菊科、豆科、藜科、蒺藜科等(表2)，其中種數最多的是禾本科和菊科植物，分別占全部種的23.44%和18.75%，并且在南北兩山生長良好。

表2 蘭州市南北兩山面山草本植物科屬組成表

圖1 蘭州市南北兩山面山草本植物物種組成統計

以安寧區和西固區所屬南北兩山面山草本植物科、屬數量較多，城關區科屬數量最少，七里河區草本植物品種數量最多，共49種(圖1)，這是因為七里河區面山為南側，生境較好，植物生長旺盛。

2.2 蘭州市南北兩山面山草本植物群落重要值特征

對蘭州市南北兩山面山調查區域草本植物重要值前十的種類進行分析，冰草在4個區均有生長；刺沙蓬、鋪散亞菊在3個區出現，賴草、細裂亞菊、長芒草、中華隱子草和豬毛蒿在2個區內出現，但較弱于冰草；白蓮蒿、臭蒿、鵝絨藤、虎尾草等均出現在1個區。冰草和鋪散亞菊在所生長區域內南北兩山面山重要值相對較高，均大于0.40，由此可見，冰草和鋪散亞菊對于蘭州市南北兩山生態環境的適應性和生態修復能力較強，為南北兩山面山上的優勢草種(表3)。

表3 蘭州市南北兩山草本植物重要值分析

2.3 植物群落物種多樣性及優勢度特征

物種多樣性是對群落結構和功能復雜性的一種度量，不僅能夠反映植物群落的空間(地帶性)特征，而且還反映群落的時間(演替動態)特征，因此對物種多樣性的研究有助于更好地認識群落的組成、結構、功能和動態，掌握群落演替的一般規律[21]。4個區南北兩山面山中，七里河區草本植物的Margalef豐富度、Simpson多樣性以及生態優勢度均最高，分別為0.465、0.812和0.523，而均勻度西固區最高，為0.733。安寧區的物種Margalef豐富度和Simpson多樣性最低，分別為0.233和0.624，植物的多樣性在一定程度上反應了土壤中水分空間分布的異質性(圖2)。

圖2 蘭州市南北兩山草本植物多樣性指數

3 討論

蘭州地區深居內陸，遠離海洋，地處干旱地區，且來自海洋的暖濕氣流與諸多山脈走向相垂直，導致暖濕氣流不易到達，造成該區域氣候干旱，降水稀少，生態環境脆弱，自然植被稀疏，因此植被的微氣候效應就顯得極為重要[22-23]。在整個調查區域內草本植物共23科50屬64種，優勢科主要集中在禾本科、菊科、豆科、藜科、蒺藜科等，其中種數最多的是禾本科和菊科。重要值作為應用最廣的物種特征值，是物種的綜合數量指標，能夠表征物種在群落中的地位和作用[24]。本研究中，冰草在各區南北兩山面山均有分布，說明其具有良好的環境適應性，鋪散亞菊和沙刺蓬在3個區內出現，且重要值相對較高，說明鋪散亞菊和沙刺蓬能夠較好地適應蘭州市南北兩山的干旱環境。另外，菊科的植物種類最多，細裂亞菊、蒔蘿蒿，禾本科中的賴草、中華隱子草、長芒草等分布較廣，重要值也較高，說明其能夠適應蘭州南北兩山面山生長環境。

物種多樣性作為群落功能結構的基本特征，能表征群落組成和指示生境狀況[25]。草本植物對水熱因子敏感，其物種組成會對水熱條件做出劇烈響應，其多樣性產生差異主要是物種豐富度變化造成的[26-27]。朱愛民等[28]提出的物種特異性理論，不同的外界條件適于不同的物種生存，在本研究中，生境類型間的差異，直接體現在光照、土壤含水量、土壤養分等因素的不同，形成不同水文環境梯度的土壤結構、養分含量及通氣透水性。七里河區的Margalef豐富度、Simpson多樣性以及生態優勢度均最高，說明七里河區的草本植物多樣性優于其他區域，這是由于七里河區與其他3個區相比，生境較好，其南北兩山面山處于陰坡，陰坡受到太陽輻射較少，蒸發量少，土壤含水量較高，植物生長良好，另一方面，由于坡面植物生長較好，又可截留一部分自然降水，而減少地表徑流，防止水土流失，為植物生長提供好的生長條件，二者形成良性循環，使該區域生長的植物種類較豐富，生長勢也較好。城關區、安寧區、西固區南北兩山面山均位于陽坡，接受太陽輻射遠大于陰坡，蒸發量大，土壤含水量較低，適宜生長的植物較少，從而導致植物生長稀疏，在降水量較大時，容易造成水土流失，干旱時容易風沙化，使植物生長的立地條件較差，這與譚建德[29]研究的結果一致。

南北兩山的綠化是蘭州市國土綠化的重要組成部分。隨著蘭州市國土綠化工作的推進，南北兩山生態環境的保護日益受到重視。國土綠化過程中植被建設是遵從裸地植被群落到草到灌到喬的演替規律，且優先發展草灌植物[6]。黃蓉等[30]也提出在以后的蘭州荒山生態恢復與重建中應以草本和灌木植物為主，喬木為輔。可見草本植物在南北兩山生態修復扮演重要角色。雖然七里河區、安寧區的草本植物種數較城關區、西固區多。但總體而言，由于受到自然環境的限制，蘭州市近郊4區南北兩山面山的草本植物群落相對較單一，建議在南北兩山面山綠化時應不斷優化植物群落空間結構，增加植物多樣性和群落的穩定性，同時通過一些工程措施，增加雨水的入滲和蓄積，改善南北兩山植物生長的立地條件，使蘭州市南北兩山面山的植被覆蓋率得到大幅度的增加，提高南北兩山綠化對改善蘭州市生態環境的貢獻率。

4 結論

蘭州市南北兩山面山草本植物共23科50屬64種，七里河區物種最為豐富。優勢科主要集中在禾本科、菊科、豆科、藜科、蒺藜科等。冰草在4個區均有生長，說明其生長范圍廣，適應性強；刺沙蓬、鋪散亞菊在3個區出現說明其適應性較強，但較弱于冰草；白蓮蒿、臭蒿、鵝絨藤、虎尾草等均出現在一個區，說明其適應性較弱。冰草和鋪散亞菊在所生長區域南北兩山面山重要值相對較高，為南北兩山面山上的優勢草種。七里河區草本植物的Margalef豐富度、Simpson多樣性以及生態優勢度均最高，均勻度西固區最高，安寧區的物種Margalef豐富度和Simpson多樣性均最低。在南北兩山面山綠化時應不斷優化植物群落空間結構增加植物多樣性和群落的穩定性。