渭河上游流域木本植物調查與多樣性研究

付翠紅，毛潤科，張嘉倫 ，王小軍，顏曉魯，謝小婭

(1.甘肅省小隴山林業實驗局李子林場，甘肅 天水 741000；2.甘肅省小隴山林業實驗局種苗管理站，甘肅 天水 741000；3.甘肅省小隴山林業實驗局左家林場，甘肅 兩當 742400；4.甘肅省小隴山林業實驗局云坪林場，甘肅 兩當 742400)

1 研究背景

渭河是黃河的最大支流，發源于甘肅省渭源西南部高程3508 m的豁豁山，上源稱清源河，經隴西、武山、甘谷、天水等縣市，在天水市麥積區東岔鄉牛背里村流入陜西境內[1]，于潼關匯入黃河，總流域面積13.48 km2[2]。

習近平總書記在蘭州市黃河治理蘭鐵泵站項目點視察和黃河流域生態保護和高質量發展座談會上指出“甘肅是黃河流域重要的水源涵養區和補給區，要首先擔負起黃河上游生態修復、水土保持和污染防治的重任”。“黃河治理，重在保護，要在治理”“表象在黃河，根子在流域”[3]。渭河上游流域人類活動歷史悠久，是中華民族的發祥地之一，以伏羲文化、大地灣遺址文化、秦早期文化、麥積山石窟文化和三國古戰場文化為代表，歷史文化資源燦爛豐富。

由于特殊的地形地貌、土壤氣候，加之早期人類活動影響劇烈等原因，渭河流域生態系統退化、水源涵養功能降低，水土流失一度非常嚴重。渭河流域是全國水土保持和植被恢復的重點區域，近年來，在天然林保護、水源涵養林建設、退耕還林還草、封山育林等生態修復工程和小流域綜合治理的實施后，生態環境得到有效恢復，環境保護取得一定成效，森林覆蓋率逐年提高。

然而，渭河流域生態環境依然脆弱，流域內植被退化、物種減少、環境污染、人為干擾、生態惡化等風險仍然存在。Tao Yang et al.[4]人認為，綜合生態風險評價對恢復流域生態系統健康具有重要意義，而恰當有效的評價方法是進行生態風險評價的前提。渭河流域生態風險調控的關鍵是改善水質和保護生物完整性。森林生物多樣性是整個生物多樣性的重要組成部分，森林生物多樣性包括遺傳多樣性、物種多樣性、生態系統多樣性3個層次[5]。植物多樣性是生態系統結構和功能的基礎[6]，植物適應對策、植物-水文-土壤之間的相互作用、尺度和格局對生態過程的影響[7]，是目前植物多樣性形成機制研究的主要內容。

通過調查分析渭河上游流域分布的木本植物多樣性，為渭河上游流域生態修復、重建及生物多樣性保護、林木種質資源開發利用提供參考。

2 研究區概況

本文研究區域為渭河源頭至寶雞峽的渭河上游流域，河長430 km[8]，支流眾多，流域面積大于1000 km2的有漳河、榜沙河、葫蘆河、籍河、散渡河、牛頭河等。研究區屬于半干旱、半濕潤氣候過渡區，流域內平均氣溫6～11 ℃，年日照時數2000～2420 h，年降水量400～600 mm，多集中在夏、秋兩季。年均徑流量20×108m3[8]。流域南北兩岸分屬不同的地貌單元，北岸為黃土高原峁梁溝壑區，海拔多在1200～1900 m之間，南岸為北秦嶺山地—渭河峽谷區，海拔多在1000～3000 m之間。研究區屬華北、華中、蒙新和喜馬拉雅植物交匯處，樹種成分復雜，森林資源豐富。土壤以棕壤和褐土為主。

3 調查對象

以渭河上游流域分布的木本植物為主要調查研究對象，包括喬木、灌木、竹類及藤本植物。研究重點關注植物分類、物種多樣性及分布規律、種間關系及生態位、植物群落分布與生境的適應性、物種的聚集性等方面。

4 調查方法

調查于2015～2018年的4～5月和7～10月進行，采用線路調查和典型樣地調查的野外調查方法，選擇具代表性的地點設置調查樣地，樣地大小為20 m×33 m或33 m×20 m。調查統計樣地內木本植物種類、數量、生活型、高度、蓋度、人為活動影響等因子，利用地理信息和影像信息結合手段，對木本植物進行GPS地理定位，依據各物種所能觀察到的形態、生物學現狀和生境信息等，進行分類鑒定，整理編寫木本植物名錄。

5 多樣性指數測定方法

多樣性指數測定方法[9-10]，如下：

物種豐富度(S)：

S=出現在樣地中的物種數

(1)

Simpson指數(優勢度指數)(D)：

D=1-∑Pi2

(2)

Shannon-Wiener指數(香農-威納指數)(H)：

H=-∑(Pi)(Pi)

(3)

Pielou指數(均勻度指數)(E)：

E=H//InS

(4)

Jaccard指數(相似性指數)(Cj)：

Cj=c/(a+b-c)

(5)

式中：S為出現在樣方中的物種數；Pi為群落中第i個種的重要值，物種重要值(IV)=(相對多度+相對優勢度+相對高度)/3；ni為第i個種的個體數目，N為群落中所有種的個體總數，pi=ni / N，表明第i個種的相對多度；a、b為兩樣地種的物種數，c為兩樣地共有的物種數。

6 結果與分析

6.1 研究區木本植物種類的多樣性

調查發現，研究區分布木本植物511種(含種下等級)，隸屬67科168屬，多為闊葉落葉樹種，其中：喬木142種，占比27.7%；灌木306種，占比59.8%；藤本60種，占比11.7%；竹類3種，占比0.5%。裸子植物18種，隸屬5科10屬，占比3.5%；被子植物493種，分屬62科57屬，占比96.5%。

6.2 研究區木本植物科屬種構成的多樣性

對研究區木本植物調查統計發現，樺木科、虎耳草科、鼠李科、葡萄科、榆科、山茱萸科6個區域較大科(11～20種)84種，薔薇科、忍冬科、木犀科、豆科、衛矛科、槭樹科、楊柳科7個區域大科(>20種)248種，分別占研究區木本植物總數的16.44%和48.53%(詳見表1)。

表1 渭河流域木本植物不同科含種數統計

葡萄屬、蛇葡萄屬、椴樹屬、五加屬、杜鵑花屬等61個區域寡種屬(2～5種)含176種，胡枝子屬、南蛇藤屬、獼猴桃屬、蘋果屬、栒子屬等15個區域中等屬(6～10種)含種116種，分別占研究區木本植物總數的34.44%和22.70%。槭屬、忍冬屬2個區域大屬(>20種)43種，占研究區木本植物總數的8.41%(詳見表2)。

表2 渭河流域木本植物各類屬含種數統計

6.3 研究區優勢種特征

通過調查統計發現，研究區灌木類樹種優勢明顯，紫枝柳、雞桑、鮮黃小檗、東陵繡球、木姜子、山梅花、寶興茶藨子、甘肅山楂、灰栒子、黃薔薇、美麗胡枝子、角翅衛矛、凍綠、樺葉莢蒾(IV分別為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)等分布明顯占優；喬木樹種次之，銳齒槲櫟(變種)、華山松、油松、遼東櫟、色木槭、野核桃、冬瓜楊、千金榆、春榆、漆、青榨槭、梾木、遼東水蠟樹(亞種)(IV分別為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)等重要值較高，為優勢種。

6.4 研究區物種多樣性特征

比較發現，研究區木本植物物種豐富度(S)最大的為天然原生林，天然原生林保存面積很小，物種分布立體而豐富，喬木、灌木、藤本搭配合理，林地空間利用率高，物種多樣化程度高，S 值可達50～55；天然次生林次之，天然次生林灌木樹種占優，且相互競爭激烈，喬木、灌木交雜叢生。研究區多見的櫟類混交林，分布相對較多，區域差異較大，S值在30～50之間；人工林S值在15～30之間；荒山荒地S值<15。Shannon-Wiener指數(H)、Pielou指數(E)同物種豐富度(S)與水熱條件同步，由東向西、由南向北依次遞減。調查樣地之間Jaccard指數(Cj)比較發現，沿緯線比較，Cj值差距較小，沿經線比較，Cj值差距較大。

7 結論與討論

通過對研究區木本植物多樣性的調查發現，研究區分布木本植物511種(含種下等級)，隸屬67科168屬，以闊葉落葉樹種為主。灌木樹種在數量上占優，喬木樹種次之，藤本和竹類種類較少，群落類型主要為櫟類和油松、華山松為主要樹種組成的針闊混交林，灌木林和人工純林面積較小。經過多年保護，群落結構相對完整向好，但穩定性較差，應繼續加強保護。通過多分布物種Simpson指數(D)及重要值(IV)的比對發現，銳齒槲櫟(變種)、遼東櫟、青榨槭、色木槭、東陵繡球、木姜子、山梅花、寶興茶藨子、甘肅山楂、灰栒子、黃薔薇、華山松、油松、冬瓜楊、野核桃、千金榆等鄉土樹種在研究區群落中占有重要地位，在生態修復和植樹造林時可搭配種植，有利于保證群落未來發展方向和生態系統的穩定。