青崖寨和老禿頂子國家級自然保護區植物區系比較研究

苑知言，張 華，張 俊，王效葦

(遼寧師范大學 地理科學學院 ，遼寧 大連 116029)

1 引言

自然保護區是通過法律規定設立的，能有效保護生物多樣性和生態系統功能的地理空間[1]。植物多樣性作為生物多樣性重要的組成部分，這一點在森林生態系統中體現得尤為明顯，因此對森林生態系統類型自然保護區的植物多樣性進行研究十分必要。植物區系是某個時期、某個地區所包含的全部植物種類，是在一定的自然環境和歷史條件下植物長期演變發展的結果，直接反映著某區域的自然地理特征，也關系到地球表層自然環境變遷[2]。研究植物區系可以明確植物物種組成，揭示植物的起源和演化，為植物的馴化和保護提供依據[3]。通過對不同地區的植物區系進行比較分析，能夠了解地區間植物區系的親疏關系，進一步確定在起源、演化、地理分布上的關聯性與獨立性和區系特征。目前已有學者對此進行了大量研究[3～8]。丁圣彥對伏牛山和雞公山植物區系的基本組成、地理成分、地域差異與相似性進行了比較研究，進一步揭示了河南省的植被分布特征和地理環境演變[4]。于夢凡基于樣地調查數據，并參考吳征鎰的屬分布區類型，對遼寧青龍河自然保護區與周邊地區植物區系進行了比較分析[5]。馬國青對遼寧努魯兒虎山國家級自然保護區植物區系及地理成分進行了研究，并與同緯度的老禿頂子進行了植物區系分化強度比較[6]。青崖寨國家級自然保護區位于河北省武安市太行山脈南段，植物物種種類豐富，具有代表性。

老禿頂子國家級自然保護區位于遼寧省東部長白山脈西南方向，仍保存有較好的原始森林生態系統，具有完整的植被垂直帶譜?？v觀已有研究，對青崖寨和老禿頂子植物區系的比較研究尚未見報道?；诖耍疚囊浴逗颖鼻嘌抡匀槐Ｗo區科學考察報告》和《老禿頂子國家級自然保護區科學考察報告集》中的植物名錄為基礎數據源，采用Sprensen相似性系數[9]，對兩個自然保護區植物區系的物種組成、地理成分和區域聯系進行統計和分析，以期進一步揭示兩地植物區系的區別和聯系，為日后的研究和保護提供參考。

2 研究區概況

青崖寨國家級自然保護區位于河北省南部武安市，距武安市47.5km，西與山西省接壤，南與河南省毗鄰，地理坐標為東經113°45′16″～113°54′01″，北緯36°50′30′′～37°01′05″，總面積15164 hm2，其中核心區面積5784 hm2，緩沖區面積3546 hm2。保護區位于太行山隆起與華北平原沉降帶的接觸部，以元古界長城系地層分布最為廣泛，屬太行山南段東坡低山丘陵地區，最高峰青崖寨海拔1898.7 m。氣候類型為溫帶大陸性季風氣候，冬季干燥，年平均氣溫11.1 ℃，年平均降水量653.3 mm，雨量充沛，降水季節和年際變化大。保護區內主要有南、北洺河兩條季節性河流，土壤類型以褐土為主，棕壤少量分布。

老禿頂子自然保護區位于遼寧省本溪市桓仁縣與撫順市新賓縣交界處的八里甸子、華來、平頂山3個鄉鎮內，距桓仁縣56 km，地理坐標為東經124°41′13″～125°5′15″，北緯41°11′11″～41°21′34″，北部靠近吉林省，總面積15217.3 hm2，其中核心區面積2800.2 hm2，緩沖區面積9505.6 hm2。保護區屬長白山脈龍崗支脈向西南延伸部分，受中生代燕山運動的影響。主峰老禿頂子海拔1367.3 m，有“遼寧屋脊”之稱，山地高差大，有大面積第四紀冰川遺留的“亂石窖”地貌。氣候類型為溫帶大陸性季風氣候，兼有特殊的小氣候，濕潤，冷涼，年平均氣溫6.2 ℃，年平均降水量827.8 mm，雨量充沛。保護區周圍有十余條四季長流的水道，土壤類型以棕壤和暗棕壤為主。

3 研究方法

將《河北青崖寨自然保護區科學考察報告》和《老禿頂子國家級自然保護區科學考察報告》中的植物名錄作為基礎數據來源，對維管束植物科、屬、種的數量進行統計，從而分析兩地植物區系的物種組成；采用Sprensen系數[9]，分析兩地植物區系的相似性。計算公式為：

(1)

式(1)中，Ss為科、屬、種相似性系數，A,B分別為兩地全部科、屬、種數，c為兩地共有科、屬、種數。

4 結果與分析

4.1 植物區系的物種組成

青崖寨自然保護區的維管束植物共計105科，417屬，892種，分別占中國維管束植物總科數的29.75%，12.56%，3.01%，其中蕨類植物12科，17屬，30種；裸子植物3科，4屬，5種；被子植物90科，396屬，857種。老禿頂子自然保護區的維管束植物共計124科，510屬，1220種，分別占中國維管束植物總科數的35.13%，15.36%，4.11%，其中蕨類植物19科，29屬，60種；裸子植物4科，10屬，33種；被子植物101科，471屬，1127種。

從科、屬、種的數量來看，老禿頂子的植物種類明顯多于青崖寨。這是因為老禿頂子雖然緯度更高，但受地質歷史和地理條件影響，有大面積第四紀冰川遺留的“跳石塘”地貌，且距離海洋更近，降水更加充沛，境內河流眾多，形成以濕潤、冷涼為特征的小氣候，生境更加復雜，加之人類干擾強度較小，保留有明顯的植被垂直和較完整的原始森林生態系統。

4.1.1 科的組成

科能夠反映物種間比較廣泛的親緣關系，在植物區系研究中將其作為高級分區的指標，從總體上反映一定區域的區系特征和與其他區系的聯系。蕨類植物中，蹄蓋蕨科(Athyriaceae)、卷柏科(Selaginellaceae)和木賊科(Equisetaceae)為青崖寨的優勢科，占該地區蕨類植物總科數的25%。蹄蓋蕨科(Athyriaceae)、鱗毛蕨科(Dryopteridaceae)、水龍骨科(Polypodiaceae)、卷柏科(Selaginellaceae)和木賊科(Equisetaceae)為老禿頂子的優勢科，占該地區蕨類植物總科數的26.32%。其中蹄蓋蕨科(Athyriaceae)作為兩地蕨類植物的最大優勢科，又是中國蕨類植物中最具溫帶性質的大科代表，因此從優勢科層面反映出兩個自然保護區的蕨類植物區系具有很強的溫帶性質。

種子植物中，依據各科所含種數將科劃分5個等級，含10種以上的科為優勢科，分別對青崖寨和老禿頂子種子植物科的組成進行統計(表1)，并將兩地排名前十位的優勢科進行比較(表2)。

由表1可見，小型科所占比重最高，單種科次之。青崖寨的單種科如防己科(Menispermacea)、金栗蘭科(Chloranthaceae)和小型科如杜鵑花科(Ericaceae)、胡桃科(Juglandaceae)、榆科(Ulmaceae)合占總科數比重的75.26%，老禿頂子的單種科如銀杏科(Ginkgoaceae)、亞麻科(Linaceae)和小型科如酢漿草科(Oxalidaceae)等合占總科數比重為68.57%。由表2可見，兩地共有的優勢科較多，如菊科(Compositae)、薔薇科(Rosaceae)、禾本科(Gramineae)、豆科(Leguminosae)等,說明兩個自然保護區在大科組成上具有明顯的相似性。

表1 青崖寨與老禿頂子自然保護區種子植物科屬組成

4.1.2 屬的組成

屬是植物區系地理中次一級的區劃分類階元，它們的差異特點在歷史上是較古老和穩定的，同一屬內所含的種理論上具有單一的起源和較一致的演化趨勢，因此是進一步研究植物區系特征和起源演化的重要尺度[10]。

蕨類植物中,青崖寨的優勢屬有卷柏屬(SelaginellaSpring)、木賊屬(EquisetumL.)、蹄蓋蕨屬(AthyriumRoth)，占該地區蕨類植物總屬數17.65。老禿頂子的優勢屬有鱗毛蕨屬(DryopterisAdans)、蹄蓋蕨屬(AthyriumRoth)、卷柏屬(SelaginellaSpring)和木賊屬(EquisetumL.)，占該地區蕨類植物總屬數的13.79。其中蹄蓋蕨屬(AthyriumRoth)、卷柏屬(SelaginellaSpring)和木賊屬(EquisetumL.)是兩地的共同優勢屬，卷柏屬(SelaginellaSpring)和木賊屬(EquisetumL.)是世界分布屬，蹄蓋蕨屬(AthyriumRoth)雖然除南極洲和大洋洲外也廣布于全世界，但主要分布在北溫帶，因此從優勢屬層面也反映出兩個自然保護區的蕨類植物區系具有一定的溫帶性質，這與上文優勢科的結論相吻合。

表2 青崖寨與老禿頂子自然保護區種子植物優勢科的組成及比較

表3 青崖寨與老禿頂子自然保護區種子植物優勢屬的組成及比較

種子植物中，依據各屬所含種數將科劃分5個等級，含10種以上的科為優勢屬，分別對青崖寨和老禿頂子種子植物屬的組成進行統計(表1)，并將兩地排名前十位的優勢屬進行比較(表3)。

由表1可見，單種屬所占比重最高，達50%以上，小型屬所占比重也較高，超過30%。青崖寨的單種屬如金栗蘭屬(ChloranthusSwartz)、透骨草屬(PhrymaL.)、地榆屬(Sanguisorba)和小型屬如杜鵑花屬(RhododendronL.)、車前屬(PlantagoL.)、鳶尾屬(IrisL.)合占總屬數的比重高達90.37%，老禿頂子的單種屬如銀杏屬(GinkgoL.)、亞麻屬(Linum)和小型屬如酢漿草屬(OxalisL.)等合占總屬數的比重達88.57%。由表3可見，兩地共同的優勢屬僅有蓼屬(PolygonumL)、蒿屬(Artemisia)、委陵菜屬(PotentillaL.)，說明兩個自然保護區在大屬組成上存在較大的分歧。

4.2 植物區系相似性分析

青崖寨和老禿頂子自然保護區的植物區系間既相互聯系，又存在一定的差異。在植物地理學研究中，常采用科或屬或種相似性系數作為兩個地區植物區系相似程度的數量指標，應用相似性系數可以清楚地確定二者的相關程度，是衡量兩地植物區系親疏關系的最可靠參數[9]。在此采用Sprensen相似性系數對兩地維管束植物科、屬、種的相似性進行計算，以此比較青崖寨和老禿頂子自然保護區植物區系之間的差異與聯系(表4)。

表4 青崖寨與老禿頂子自然保護區維管束植物科、

由表4可見，在科、屬的水平上，青崖寨和老禿頂子植物區系的相似性系數分別為76.86%、56.53%，相似程度較高，一定程度上說明兩地植物區系聯系較為密切，有共同的植物起源，且都含有較多的溫帶成分，均有華北植物區系的特征。在種的水平上，青崖寨和老禿頂子植物區系的相似性系數為25.85%，相似性程度較低，說明由于地理位置、自然地理環境的差異，兩地植物區系仍具有顯著的地域分異。

5 結語

兩個自然保護區植物區系的物種種類豐富，且區域單種科、屬所占的比重較大，殘余種較多，反映了植物區系起源的復雜性和古老性。造成老禿頂子自然保護區雖然緯度更高，但植物種數量遠遠多于青崖寨自然保護區的原因可能是老禿頂子相對距海更近，降水更充沛，且境內河流眾多，形成了特殊的小氣候，加之廣泛分布第四紀冰期遺留的“跳石塘”地貌，生境更加特殊，人類干擾強度小，有明顯的垂直帶譜和較完整的原始森林生態系統。兩個自然保護區都具有強烈的溫帶性質，從優勢科、屬的地理成分分析能反映這一點，這與兩地所在的地理位置及自然地理環境是相符的。

在科、屬的水平上兩地植物區系的相似性系數分別為76.86%、56.53%，具有較高的相似性，說明兩地兼有華北植物區系的共性。在種的水平上相似性系數為25.85%，相似性較低，說明由于地理位置、自然環境的差異，兩地植物區系聯系不夠緊密。

兩個自然保護區的植物區系都具有明顯的過渡性。青崖寨自然保護區接近暖溫帶南緣，處于溫帶向泛熱帶分布類型的過渡。老禿頂子自然保護區位于長白植物區系的西南邊緣，兼有華北植物區系的過渡帶。