涇河干流甘肅段種子植物多樣性調查及生態保護對策

呂小旭，關鑒茹，袁菲菲，易蘇雯，張文靜，樊 敏，趙小榮

（甘肅醫學院，甘肅平涼 744000）

黃河流域生態保護和高質量發展是重大國家戰略；黃河流域生態問題表象在黃河，根在流域，黃河支流眾多，各支流的水土流失和生態環境狀況對維護黃河流域的水資源和生態安全至關重要[1-2]。涇河是渭河最大的一級支流，也是黃河的二級支流，以洪水猛烈、輸沙量大著稱（居全國江、河支流之冠），是渭河和黃河洪水、泥沙的主要來源之一。涇河流域屬大陸性氣候，涇河及各級支流均深切于梁、塬、峁和黃土溝壑鑲嵌的黃土地貌景觀中；涇河干流甘肅段主要流經太統-崆峒山國家級自然保護區、平涼市區和涇川縣城區，流經的城市生活區和河谷農田區受人為活動影響較大，生態保護難度大[3-4]。部分學者對涇河流域降水量變化、氣候變化對徑流量的影響及水系分維特征等進行研究[4-6]，從水文環境等方面為生態保護提供參考。生態保護離不開對生態系統多樣性的研究，涇河流域植物多樣性方面的研究尚屬空白，相關基礎數據缺乏。植物區系是指某一地區或某一時期，某一分類群、某類植被等所有植物種類的總稱[7]。植物區系的研究內容主要有區系統計和區系成分分析等，研究植物區系可為植物資源開發、物種引種與馴化、植物多樣性保護及農、林和牧的遠景規劃提供科學依據。本研究根據實地調查資料和相關文獻，采用植物區系成分、多樣性指數和優勢度指數分析等方法，對涇河干流甘肅段種子植物進行植物多樣性及植物區系量化分析，以期為涇河流域保護及河流生態資源的可持續利用提供依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

涇河起源于寧夏回族自治區涇源縣，甘肅段主要流經平涼市區、涇川縣，從陜西省長武馬寨鄉湯渠進入陜西，經高陵陳家灘匯入渭河[8]。甘肅段除太統-崆峒山自然保護區為森林生態系統外，其他區域均為城市生態系統和農田生態系統。

1.2 基礎資料獲取

通過走訪當地居民，查閱相關文獻和《崆峒山植物志》[9]，了解涇河干流甘肅段地形地貌和植物種類分布狀況，掌握沿線人為活動情況，為樣線、樣方設置和野外調查做好前期準備工作。

1.3 實地調查

2019年7—8月，結合樣線法和樣方法，調查農田、城市和森林3 種不同生態系統中植物的整體情況。森林生態系統指涇河流入甘肅后經過的太統-崆峒山自然保護區段，城市生態系統指涇河流經的平涼市崆峒區城區和涇川縣城區，農田生態系統指涇河流經的其他河谷農田區。野外調查時，重點調查種子植物種類和植物多樣性等指標。

1.3.1 樣線法[10]

根據涇河流域群落結構和地理環境，選取合適路線，通過樣線法調查各生態系統種子植物種類。

1.3.2 樣方法[10]

根據各生態系統在涇河干流甘肅段所占的比例及植物分布特點，設置樣方，調查植物多樣性。在森林生態系統河段設立10個樣地，在城市生態系統河段設立16個樣地，在農田生態系統河段設立27個樣地；共53 個樣地（表1）。每個樣地包含1 個喬木樣方（10 m×10 m）、1個灌木樣方（5 m×5 m）和4個草本樣方（1 m×1 m）。

表1 涇河干流甘肅段樣地分布Tab.1 Distributions of sample plots in Gansu section in main stream of Jinghe river

1.4 數據處理

1.4.1 多樣性分析法

采用Simpson 指數（K）、Pielou 均勻度指數（J）和優勢度指數（D），通過相關性和相似性分析方法，研究不同環境因素與植物物種多樣性和植被多樣性的關系。各指數計算公式如下[11-15]：

式中，Pi=Ni/N，Ni為第i種物種的個體數，i=1，2，3，4…；N為個體總數；S為物種數。

式中，H為Shannon-Wiener多樣性指數。

1.4.2 植物區系分析

按照吳征鎰[16]的中國種子植物分布區類型劃分，對涇河干流甘肅段植物區系科和屬的分布區類型進行統計分析。

所有數據均采用Excel 2016軟件處理。

2 結果與分析

2.1 涇河干流甘肅段種子植物組成

涇河干流甘肅段共有種子植物62 科165 屬223種（表2）。農田生態系統中有種子植物43 科100 屬130 種，城市生態系統中有種子植物29 科78 屬92種，森林生態系統中有種子植物38 科83 屬100 種。不同生態系統的科、屬和種數差別不大，植物種類有一定重復。

表2 涇河干流甘肅段不同生態系統種子植物數量統計Tab.2 Quantity statistics of seed plants in different ecosystems in Gansu section in main stream of Jinghe river

2.2 涇河干流甘肅段種子植物科、屬和種組成分析

2.2.1 涇河干流甘肅段種子植物科、屬和種分析

按科所含種數統計，涇河干流甘肅段種子植物種數＞10 的優勢科有5 科，依次為菊科（Composi?tae）、豆科（Leguminosae）、禾本科（Gramineae）、唇形科（Labiatae）和薔薇科（Rosaceae），包含97 種，占總種數的43.50%；含1 ～10 種的有29 科，包含98 種，占總種數的43.95%；含1 種的有28 科，占總種數的12.55%（表3）。按屬所含種數統計，位于前5 的優勢屬為蒿屬（Artemisia）、蓼屬（Polygonum）、委陵菜屬（Potentilla）、老鸛草屬（Geranium）和藜屬（Chenopodium），包含25 種，占總種數的11.21%；種數＞5的有2 屬，包含12 種，占總種數的5.38%；含1 ～5 種的有36 屬，包含84 種，占總種數的37.67%；含1 種的有127屬，占總種數的56.95%。

表3 涇河干流甘肅段種子植物優勢科和屬統計Tab.3 Statistics on dominant families and genera of seed plants in Gansu section in main stream of Jinghe river

2.2.2 不同生態系統種子植物優勢科分析

按科所含種數統計，在農田生態系統中，菊科、禾本科、豆科和蓼科（Polygonaceae）所含種數較多，包含55 種，占農田生態系統總種數的42.31%；在城市生態系統中，菊科、豆科、禾本科和唇形科所含種數較多，包含49 種，占城市生態系統總種數的53.26%；在森林生態系統中，菊科、薔薇科、唇形科和禾本科所含種數較多，包含46 種，占森林生態系統總種數的46.00%（表4）。

表4 涇河干流甘肅段不同生態系統種子植物優勢科統計Tab.4 Statistics on dominant families of seed plants in different ecosystems in Gansu section in main stream of Jinghe river

2.3 植物區系分析

涇河干流甘肅段種子植物165 屬可劃分成15個分布區類型（表5）。

表5 涇河干流甘肅段種子植物屬分布型Tab.5 Genus distribution patterns of seed plants in Gansu section in main stream of Jinghe river

北溫帶分布型占主要地位，有49 屬，占總屬數的29.70%。其中，喬木有楊屬（Populus）、榆屬（Ulmus）和櫟屬（Quercus）等；灌木有胡頹子屬（Elaeagnus）和忍冬屬（Lonicera）等；草本有薊屬（Cirsium）、蓼屬（Polygonum）和葎草屬（Humulus）等。

舊世界溫帶、世界廣布和泛熱帶3 個分布型在植物區系中占比較大。舊世界溫帶分布型有33屬，占總屬數的20.00%，主要有鵝絨藤屬（Cynanchum）、苜蓿屬（Medicago）和旋覆花屬（Inula）；世界廣布型有30 屬，占總屬數的18.18%，主要有香蒲屬（Typha）、蒿屬和蒼耳屬（Xanthium）；泛熱帶分布型有18 屬，占總屬數的10.91%，主要有曼陀羅屬（Datura）和木藍屬（Indigofera）。

中國特有分布型有3 屬，分別為欒樹屬（Koelreuteria）、羌活屬（Notopterygium）和翼蓼屬（Pteroxygonum）。

2.4 種子植物多樣性分析

多樣性指數總體趨勢因生態系統不同而不同（表6）。Simpson 指數表現為森林＞城市＞農田，值較接近；Pielou 均勻度指數表現為森林＞城市＞農田；優勢度指數普遍較低，表現為農田＞城市＞森林。

表6 涇河干流甘肅段種子植物多樣性指數Tab.6 Diversity indexes of seed plants in Gansu section in main stream of Jinghe river

3 討論與結論

涇河干流甘肅段共有種子植物62 科165 屬223種。黃河中游濕地植物有23 科61 屬75 種[17]，涇河干流甘肅段植物種類的豐富程度優于黃河中游濕地。涇河干流甘肅段種子植物中，優勢科為菊科、豆科、禾本科、唇形科和薔薇科，優勢屬為蒿屬、蓼屬、委陵菜屬、老鸛草屬和藜屬；黃河中游濕地植物優勢科為豆科、菊科和禾本科，優勢屬為藜屬、胡枝子屬（Lespedeza）、蒿屬和香蒲屬[17]，兩個研究結果相似。根據中國珍稀瀕危植物信息，涇河干流甘肅段種子植物中，有1種國家二級珍稀瀕危植物，為豆科野大豆（Glycine soja），珍稀瀕危植物較少。

涇河干流甘肅段種子植物中，含1 種的科有28個，占總科數的45.16%，占總種數的12.56%，單種科數量較多，說明涇河干流甘肅段種子植物科的種類廣泛，從科級水平上表明該區域植物多樣性較高。對該區的3 個不同生態系統進行優勢科分析，菊科在涇河干流甘肅段種子植物中占有絕對優勢，在3個生態系統中，所含種數均最多；禾本科在農田生態系統中、豆科在城市生態系統中及薔薇科在森林生態系統中也處于重要地位。

涇河干流甘肅段種子植物中，含10 種以上的優勢科有5 科，占涇河干流甘肅段種子植物總科數的8.06%，包含97 種，占種子植物總種數的43.50%，是涇河干流甘肅段種子植物的主要組成部分。

依據植物區系學，在植物進化過程中，植物的屬可以看作是分類學特征相對穩定、占有一定分布區的單位；植物的屬在不同的地理環境下，呈現出顯著的地區差異；相比于科，屬能更好地反映植物系統發育過程中的進化分化情況和地區性特征[18]。涇河干流甘肅段種子植物屬的分布型有15 個，表明植物區系地理成分復雜多樣。該區的植物區系以溫帶分布型為主，北溫帶分布型占重要優勢。涇河干流甘肅段植物區系屬溫帶性質，并由多種地理區系組成，聯系較廣泛。涇河干流甘肅段植物區系特有性不高，中國特有分布型僅有3屬，分別為欒樹屬、羌活屬和翼蓼屬，占總屬數的1.82%。

涇河干流甘肅段種子植物Simpson 指數表現為森林生態系統＞城市生態系統＞農田生態系統，Pielou 均勻度指數表現為森林生態系統＞城市生態系統＞農田生態系統，優勢度指數表現為農田生態系統＞城市生態系統＞森林生態系統。物種多樣性與物種豐富度和均勻度指數呈密切正相關，與生態優勢度呈負相關[19]。因此，涇河干流甘肅段種子植物多樣性表現為森林生態系統＞城市生態系統＞農田生態系統。本研究調查的森林生態系統處于自然保護區內，對比農田和城市生態系統，該生態系統保護較好，少有人為干涉；城市生態系統中，人口多，人類活動量大，但當地政府對河道進行整治管理，人類在該區活動較少，對該區的植被破壞較少；農田生態系統中，人類活動頻繁，種植成片農作物并使用除草劑，對該生態系統產生了一定的不良影響。

4 涇河干流甘肅段生態保護對策

4.1 因地制宜，充分發揮自然保護區作用

本次調查的涇河干流甘肅段森林生態系統主要位于太統-崆峒山自然保護區，該保護區成立于2005年。調查結果顯示，該區植物多樣性最高，水土流失較少，對生態系統的保護效果最好。因此，在河流生態保護中，可選擇適宜區域建立保護區，如建立濕地保護區等，充分發揮自然保護區對生態系統的改善作用，服務黃河流域的高質量生態保護。

4.2 深入調查，掌握基礎資料

近年來，部分地方綠化不注重本土樹種的應用，大量引入外來樹種，對本土樹種生存造成很大的危害，生物多樣性降低。因此，在制定相關保護對策時，需深入研究，科學論證。查閱相關資料發現，涇河干流甘肅段的相關研究較少，基礎資料空白較多。本研究從植物多樣性方面對涇河干流甘肅段進行研究。在進行涇河流域生態保護的高質量發展規劃時，需掌握更多的基礎資料，全面分析，科學謀劃，保證保護措施的科學性。

4.3 科學謀劃，建立高質量的城市生態系統

平涼市政府為貫徹落實《平涼市城市總體規劃（2012—2030）》和《關于加快2015年中心城市建設前期工作的通知》（平涼市人民政府辦公室），提出“中心城區景觀系統規劃和中心城區綠地水系規劃”的總體要求。本次調查發現，經過對涇河流經平涼城區段的綜合治理，涇河干流甘肅段城市生態系統的植物多樣性較高，生態保護效果良好，高于農田生態系統。黃河主要干、支流流經城市較多，相關城市需科學謀劃，制定相應的城市河流生態系統保護措施，加強黃河流域的城市生態系統保護和建設。

4.4 加大宣傳，推進生態保護理念全民化

本次調查發現，涇河干流甘肅段農田生態系統多樣性較低，除與生態系統本身屬性有關外，還與普通民眾不注重生態保護、隨意使用農藥和化肥等有關。因此，保護河流生態系統，需提高民眾生態保護意識，在農業生產生活中注重生態保護，合理使用農藥和化肥，不隨意污染河流。生態保護理念全民化不僅是各級政府的工作，民間團體、社會組織、學校和媒體機構均需做好生態保護理念的宣傳，共同促進民眾生態保護意識。