【科学论文】罗布泊及周边地区植物区系和植被特征兼论植被的恢复与保护#

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王立辉1 于顺利*2 周晋峰3 卢善龙4


(1. 西藏自治区高原生物研究所,拉萨850002. 中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室,北京1000933. 中国生物多样性保护和绿色发展基金会,北京1000354. 中国科学院空天信息创新研究院,北京,100101


摘要:在对罗布泊及周边地区植物和植被资源广泛调查基础上,分析了该区植物的区系成分阐述该区的植被类型及其物种组成、结构,计算了主要群落的物种丰富度及多样性,研究了该区主要植被类型的演替规律,并在此基础上提出该区的植被保护恢复的建议。结果显示:罗布泊及其周边地区共有种子植物275374种,其中包括栽培植物2种,省级保护植物7生活型以草本植物占绝对优势木本植物以灌木为主,乔木树种极少。该区藜科(Chenopodiaceae)和禾本科(Poaceae)种类最多,单种科和单种属占较大的比例。该区区系成分分布最多的为世界广布类型,其次为北温带分布类型和地中海区、西亚至中亚地区分布类型。该区主要植被类型有胡杨林、多枝柽柳灌丛、芦苇群落、花花柴群落、黑果枸杞群落、铃铛刺灌丛群落、骆驼刺群落、沙拐枣群落等,这些群落物种丰富度和多样性指数、结构简单、物种组成单一,符合典型荒漠生态系统的特点。通过对胡杨更新表和群落的结构分析,部分胡杨林群落处于退化阶段、部分胡杨林更新正常,群落退化的原因就是由于水资源的极度匮乏,建议进一步规划好当地水资源的利用。


关键词罗布泊及其周边地区;植物区系组成植被类型;物种多样性特征;植被的恢复与保护

王立辉于顺利周晋峰卢善龙.罗布泊及周边地区植物区系和植被特征兼论植被的恢复与保护.生物多样性保护与绿色发展.第1卷第1.2022年2月,ISSN2749-9065


Flora analysis and vegetation characteristics of Luobupo and its surrounding regions as well as discussion on their restoration and conservation

Wang Lihui1, Yu Shunli2, Zhou Jinfeng3, Lu Shanlong4

1. Institute of Plateau Biology of Tibet Autonomous RegionLahsa; 2. State Key Laboratory of Vegetation and Environmental Change, Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences; 3. China Biodiversity Conservation and Green Development Foundation, 4. Key Laboratory of Digital Earth Science Aerospace Information Research Institute, Chinese Academy of Sciences. State Key Laboratory of Remote Sensing Science, Beijing, 100101


Abstract On basis of wide investigation on plant and vegetation resources of Luobupo and its surrounding regions, their flora elements were analyzed and their vegetation types including species composition and structure were described. On basis of these, their species richness and diversity were calculated. Suggestions on restoration and protection of plants resources were provided after studying succession trends of the dominant vegetation in Luobupo and its surrounding regions. Results showed that there were 74 species, 53 genus and 27 families of seed plants, including 2 cultivated species and 7 protected species listed by the government of Xinjiang Autonomous Region. Herbs are the dominant growth forms, followed by wooden plants in which shrubs are abundant and trees are rare. This region have the most abundant species of Chenopodiaceae and Poaceae as well as more mono-species families or genera. Cosmopolitan genus is the dominant distribution types, followed by Northern Temperate and Mediterranean & Western Asia to Central Asia types. The dominant vegetation types are Populus euphratica biomes, Tamarix ramosissima biomes, Phragmites australis biomes, Karelinia caspia biomes, Lycium ruthenicum biomes, Halimodendron halodendron biomes, Alhagi sparsifolia biomes and Typha angustifolia biomes with lower species richness and diversity and simple structure, corresponding to desert vegetation diversity traits. Some Populus euphratica forests are being in degradation stage owing to water shortage in soil, therefore, local water resource utility planning should be conducted carefully for future reasonable availability.


Key words: Luobupo and its surrounding regions, flora, vegetation types, species diversity traits, restoration and protection of vegetation


1 绪论

植物是地球生态系统的第一生产力的生产者,是维系整个生态系统生态平衡、正常运转的基础。一般说,对区域自然资源的综合考察,植物的本底调查是最根本的和最基础的工作。罗布泊地区的资源考察,当然也不例外,植物资源植被资源的调查是不可缺少的内容对区域植物区系、植被类型的物种组成和结构研究区域植被恢复和保护的前提(王继和等2008)

群落多样性指群落在外貌、组成、结构、功能和动态方面表现出的丰富多彩与千差万别,群落多样性的研究生态学研究中不可缺少的基础工作,几十年来从未间(马克平等,1996;张锦春等2006;程芸等,2018)。对群落组成、结构研究及多样性的测定可以反应群落及其环境的保护现状,可以预知其演替趋势,从而为控制和减少濒危物种的丧失保护生态系统关键等等具有重要意义(张锦春等2006)

罗布泊及其周边区域位于中国新疆塔里木盆地东部,中国最大沙漠塔克拉玛干沙漠的最东缘,是世界上著名的干旱中心,公元330年以前该处湖水尚较多,其西北侧的繁华楼兰城为著名的“丝绸之路”之咽喉,之后由于气候变迁及人类水利工程影响,导致上游来水减少,直至干涸,现仅为大片盐壳。近几十年来,包括兴修水利、引水放水、农业灌溉等人类活动,曾一度导致塔里木河的断流[1],这些严重影响了罗布泊及其周边地区的植物和植被资源分布。到底罗布泊及其周边地区植物资源现状如何,迄今为止,尚未见报道

全球气候有转暖趋势已经是个不争的事实[2]尤其近年来,我国的西部地区包括甘肃、内蒙、新疆、西藏等地区降雨都有增多、绿化面积有增大趋势[3]。正当此时,罗布泊及其周边地区进行科学考察,研究罗布泊及其周边地区植物和植被资源的现状演替规律预测其发展趋势,并植物资源进行长期的定点观测,可为西北地区的绿色发展和重大工程决策提供科学支撑。


2 研究方法


2.1 地点描述

该文所提及罗布泊及其周边区域,主要在新疆焉耆县、博湖县、库尔勒市、尉犁县以及若羌县境内,地理坐标大约86°45'04.92—92°01'19.56 39°35'20.48—41°49'05.27属于塔里木河流域塔里木河位于新疆南疆塔里木盆地,由和田河、叶尔羌河、喀什噶尔河和阿克苏河于阿瓦提县肖加克附近汇流而成,是我国最大的内陆河。塔里木河流域属温带荒漠气候,气候干燥、降雨稀少、蒸发强烈、光热资源丰富,平原区年均降水仅2080 mm,蒸发量高达25003 000mm,最大风速40 m/s,年均温度10 以上,无霜期160240d[4],海拔780米左右。


罗布泊及其周边考查范围图

Fig.1 Investigation areal map of Luobupo and its surrounding regions

1.png


2.2 调查和研究方法

植物分布的种类调查采用样线法和样地法结合的方法,植被资源的调查采用样地、样方法进行自然样地的选择一般选择人类活动轻微的典型地区,森林生态系统样方调查面积一般为10m×10m20m×20m灌木生态系统一般设置5m×5m草本生态系统样方调查面积一般为1m×1m每个地点一般设置至少3样方作为重复。记录每个样方出现的物种、统计物种个体数量,测定物种的高度、盖度。乔木层的更新采用每木检尺测量胸径GPS(HOLUX Technology Inc., Taiwan)测定每个样地的地理位置。共设置样方121个,其中森林生态系统样方23个,灌木生态系统样方24个,草本生态系统样方74个。物种丰富度选用Gleason指数D

D=S/lnA式中A为单位面积,S为群落中的物种数目草本群落计算时按照面积2m2统计物种)[5]

物种多样性指数选用Shannon —Wiener 指数H (H =-Pi ln PiPi为此物种个体占总个体数的比例) [5]

方差分析比较了乔木群落、灌木群落和草本群落多样性指数的差异显著性。


3 结果


3.1罗布泊及其周边地区植被物种组成区系基本特征

在罗布泊及其周边地区共发现有种子植物275374种,其中裸子植物111种,被子植物 265273,其中包括栽培植物2种,即:陆地棉和南瓜。列入新疆保护植物1保护的有蓝枝麻黄(Ephedra glauca)、灰胡杨(Populus pruinosa)、胀果甘草(Glycyrrhiza inflata)、罗布麻(Apocynum venetum)、大叶白麻(Poacynum hendersonii)、白麻(Poacynum pictum)2保护的有塔里木沙拐枣(Calligonum roborovski)被子植物占区域种子植物总数的98.6%在数量上占绝对优势。罗布泊及其周边地区植物种类组成如表1 所示。


1   罗布泊及其周边地区植物科、种的数量

Table 1 Number of plant families, genus and species in Luobupo and its surrounding regions


科中文名

科拉丁名

科的数量

属的数量

种的数量

藜科

Chenopodiaceae

1

9

16

菊科

Asperaceae

1

5

5

豆科

Leguminosae

1

4

5

禾本科

Poaceae

1

6

7

柽柳科

Tamaricaceae

1

2

4

蒺藜科

Zygophyllaceae

1

1

2

蓼科

Polygonaceae

1

1

2

百合科

Liliaceae

1

1

2

杨柳科

Salicaceae

1

2

5

夹竹桃科

Apocynaceae

1

2

3

莎草科

Cyperaceae

1

3

3

毛茛科

Ranunculaceae

1

2

2

麻黄科

Ephedraceae

1

1

1

胡颓子科

Elaeagnaceae

1

1

2

十字花科

Cruciferae

1

1

1

榆科

Ulmaceae

1

1

1

茄科

Solanaceae

1

1

2

苋科

Amaranthaceae

1

1

1

石竹科

Caryophyllaceae

1

1

1

蔷薇科

Rosaceae

1

1

1

小二仙草科

Iridaceae

1

1

1

香蒲科

Typhaceae

1

1

2

锦葵科

Malvaceae

1

1

1

罗藦科

Asclepiadaceae

1

1

1

车前科

Plantaginaceae

1

1

1

葫芦科

Cucurbitaceae

1

1

1

茨藻科

Najadaceae

1

1

1

总计


27

53

74



由表1 可知,罗布泊及其周边地区种子植物各科具有大都比较少,含6 属以上的科仅有 2如藜科9属、禾本科6共含15 分别占总科数的7.4%占属数28.3%而含15 属的有 2538 属,分别占总科数的92.6%属数71.7%这些单属科和少属科在区系组成中占有重要地位。科内种的组成与科内属的组成相似,含种数较多的科少,含种数较少的科多,含10 种以上的科有 1 16种,占总科数的 3.7% 总种数的21.6% ; 29 种的科有1446 种,占总科数的 51.9%总种数的86.8%此外,含1 种的科高达12个科12种,占总科数的 44.4%总种数的16.2%由此也反映了当地自然条件的恶劣生境的单一另外,在自然分布的种类中,乔木生活型只占7.35%灌木占19.12%,草本(包括两种草质藤本73.53%


3.2罗布泊及其周边地区植物区系地理成分的分布类型

根据野外调查资料,依照吴征镒(1991) 《中国种子植物属的分布区类型》[6]罗布泊及其周边地区种子植物的51自然属归入11个分布类型(见表2)。吴征镒认为在植物区系的统计和分析中,这一分类等级具有最高的利用价值,一个属所包含的种常具有同一起源和相似的进化趋势,所以从植物地理学的观点来看,属能较准确地反映植物系统发育过程中的进化分化情况和地区性特性[7]

罗布泊及其周边地区共有51个自然分布属植物(2),其最多的为世界分布类型15占属总数量29.4%,即藜属(Chenopodium)、碱蓬属(Suaeda)、猪毛菜属(Salsola)、苋属(Amaranthus)、铁线莲属(Clematis)、独行菜属(Lepidium)、狐尾藻属(Myriophyllum)、车前属(Plantago)、茨藻属(Najas)、香蒲属(Typha)、甜茅属(Glyceria)、芦苇属(Phragmites)、薹草属(Carex)、藨草属(Scirpus)、莎草属(Cyperus)其次为北温带分布类型,共11 占总属数的21.5%,有杨属(Populus)、柳属(Salix)、榆属(Ulmus)、盐角草属(Salicornia)、米努草属(Minuartia)、碱毛茛属(Halerpestes)、胡颓子属(Elaeagnus)、枸杞属(Lycium)、蒲公英属(Taraxacum)、还阳参属(Crepis)、拂子茅属(Calamagrostis);地中海区、西亚至中亚地区分布类型也有11,占总属数的21.5%,有沙拐枣属(Calligonum)、盐爪爪属(Kalidium)、盐穗木属(Halostachys)、盐生草属(Halogeton)、盐节木属(Halocnemum)、假木贼属(Anabasis)、铃铛刺属(Halimodendron)、甘草属(Glycyrrhiza)、骆驼刺属(Alhagi)、霸王属(Zygophyllum)、花花柴属(Karelinia); 泛热带分布类型5占总属数的9.8%,有麻黄属(Ephedra)、苦马豆属(Sphaerophysa)、鹅绒藤属(Cynanchum)、狗尾草属(Setaria)、虎尾草属(Chloris)旧世界温带分布类型3占总属数的5.8%,有柽柳属(Tamarix)、水柏枝属(Myricaria)、芨芨草属(Achnatherum东亚和北美洲间断分布类型有罗布麻属(Apocynum1占总属数的2.0%中国特有分布类型有河西菊属(Hexinia)1占总属数的2.0%;东亚分布类型占总属数的2.0%,有狗娃花属(Heteropappus)1属;中亚分布类型占总属数的2.0%,有白麻属(Poacynum)1属;旧世界热带分布类型占总属数的2.0%,有天门冬属(Asparagus)1属;温带亚洲分布类型占总属数的2.0%,有地蔷薇属(Chamaerhodos)1属。


2布泊及其周边地区种子植物属的分布区类型数量及百分比

Table 2 Number and percentages of genus distribution types of seed plants in Luobupo and its surrounding regions

分布区类型Distribution types

数量Number

百分比/% Percentages

世界分布 Cosmopolitan

15

29.4

泛热带分布 Pantropic

5

9.8

旧世界热带分布 Tropical Asia & Tropical America

1

2.0

北温带分布 Northern Temperate

11

21.5

东亚和北美间断分布 Eastern Asia & Northern American disjuncted

1

2.0

旧世界温带分布 Old World Temperate

3

5.8

温带亚洲分布 Temperate Asia

1

2.0

地中海区、西亚至中亚地区分布Mediterranean & Western Asia to Central Asia

11

21.5

中亚分布 Central Asia

1

2.0

东亚分布 Eastern Asia

1

2.0

中国特有分布 Endemic to China

1

2.0

合计 Total

51

100



3.3 罗布泊及其周边区域的主要植被类型及物种多样性特征


罗布泊及其周边区域植被类型较为丰富,植被类型或群落类型按照优势种确定,优势群落主要有胡杨林群落、芦苇群落、多枝柽柳群落,还有大面积的棉花但群落内的物种丰富度较低,多样性指数偏低(3)胡杨林群落100m2样方内有植物种类1-5个,芦苇群落1 m2样方内有植物种类1-3,多枝柽柳群落25 m2样方内有1-5种类。经方差分析,结果表明胡杨林群落的多样性指数显著高于芦苇等草本群落,显著低于多枝柽柳等灌木群落。   

   

3 罗布泊及其周边区域样地物种丰富度及多样性

Table 3 Species richness and diversity indices of communities in Luobupo and its surrounding regions

序号

Number

植被类型Vegetation types

平均物种丰富度 (D)

Average species richness

平均物种多样性指数(H)

Average species diversity

1

胡杨林群落

Populus euphratica biomes

0.48±0.19

0.56±0.37

2

芦苇群落

Phragmites australis biomes

5.03±2.53

0.21±0.27

3

多枝柽柳群落

Tamarix ramosissima biomes

0.88±0.25

0.70±0.21

4

花花柴群落

Karelinia caspia biomes

4.10±0.31

0.25±0.28

5

黑果枸杞群落

Lycium ruthenicum

5.62±0.15

0.56±0.32

6

铃铛刺群落

Halimodendron halodendron biomes

0.52±0.14

0.35±0.23

7

骆驼刺群落

Alhagi sparsifolia biomes

5.05±0.72

0.39±0.26

8

香蒲群落

Typha angustifolia biomes

6.49±0.72

0.33±0.33

9

沙拐枣群落

Calligonum mongolicum biomes

2.73±0

0±0

10

小叶碱蓬群落

Suaeda microphylla biomes

2.73±0

0±0

11

短穗柽柳群落

Tamarix laxa biomes

0.31±0

0±0

12

胀果甘草群落

Glycyrrhiza inflata biomes

5.77±0

0.64 ± 0

13

白麻群落

Poacynum pictum biomes

2.89±0

0±0

14

杂草群落

Mixed herb biomes

5.93±2.14

0.44±0.35

15

杂灌丛群落

Mixed shrub biomes

0.93±0.62

0.66±0.66

16

陆地棉人工群落

Gossypium hirsutum artificial communities

5.05±0.72

0.14±0.09


3.4胡杨林更新和演替

罗布泊及其周边区域的胡杨林主要分布于塔里木河流域,从调查的样方资料来看,胡杨林群落有两种类型即更新不良好的群落(4)和更新正常的群落(5)。更新不好的群落只有成年树,没有幼苗和幼树更新正常的群落既有成年树,又有幼苗和幼树。


4 罗布泊及其周边地区胡杨林更新数据退化群落

Table 4 Regeneration data of Populus euphratica forests in Luobupo and its surrounding regions

中文名

拉丁名

胸径(cm

高度(m

株数

胡杨

Populus euphratica

30-40

7

1

20-30

5-5.8

2

10-20

3.5-4.5

4







5   罗布泊及其周边地区胡杨林更新数据正常群落

Table 5 Regeneration data of Populus euphratica forests in Luobupo and its surrounding regions

中文名

拉丁名

胸径(cm

高度(m

株数

胡杨

Populus euphratica

30-56

3

3

2

1

1

1

0.8

1

1

0.8-1

4







4 讨论

在所考察的罗布泊及其周边地区,植物种类较为贫乏,缺乏植物生存的良好生境,其植物区系以藜科、禾本科植物种类占优势。罗布泊地区土壤盐碱化沙化严重,藜科植物多生活在干旱、半干旱及盐碱土地区,往往对干旱气候、盐碱化土壤具有较高的适应能力。禾本科对环境的适应性也很强,作为草本植物,其比乔木、灌木分布广,草本个体数量之多,居高等植物之冠,不少为荒漠草原优势种或建群种,两者与罗布泊及周边地区恶劣自然条件相适应,故而藜科和禾本科物种分布最多。

该区一些药用植物有,罗布麻(Apocynum venetum)、白麻(Poacynum pictum)、蓝枝麻黄(Ephedra glauca)多枝柽柳(Tamarix ramosissima)胀果甘草(Glycyrrhiza inflata)沙拐枣(Calligonum mongolicum)黑果枸杞(Lycium ruthenicum)沙枣(Elaeagnus angustifolia)等。饲用植物有盐生草(Halogeton arachnoideus)盐节木(Halocnemum strobilaceum)骆驼刺(Alhagi sparsifolia)、铃铛刺(Halimodendron halodendron)、芦苇(Phragmites australis)胡杨(Populus euphratica)、榆树(Ulmus pumila)叶等。绿化植物胡杨、几种柽柳另有几种荒漠植物极具研究价值如河西菊(Hexinia polydichotoma)等。

按照照吴征镒(1991)“中国种子植物属的分布区类型”划分理论,发现世界分布类型的属分布最多,因为其生态幅度较宽,适应能力强,能在罗布泊及周边地区严酷环境中更好的生存[8];北温带分布类型和地中海区、西亚至中亚地区分布类型为该区的次优势属,因为罗布泊及周边地区的的位置虽然位于南疆,纬度低,该处海拔在800m左右,尚属于温带地区,因此北温带分布类型成为了罗布泊及周边地区植物区系的重要组成部分;因为新疆处于欧亚大陆腹地,靠近西亚、地中海地区,因此该区的植物区系来源有较多的地中海区、西亚至中亚地区分布类型。北温带成分很高,与野骆驼自然保护区相似因为地理位置二者相近,甚至小部分重合,但与野骆驼自然保护区的区系成分略有差异主要是因为该区包括较多的水生环境湖泊、河流水库等

胡杨原始林仅分布于我国新疆的塔里木河流域内蒙古的额济纳旗,其生境要求为沙质土壤且土壤含水量适度土壤水分过多会导致死亡,而土壤水分太缺乏,胡杨也不能生存个别地段胡杨林群落结构明显,除了乔木层外,尚有灌木层和草本层。芦苇群落主要分布在有水的地方,即河的两岸、湖的岸边,在该区分布较为广泛往往组成单优群落。多枝柽柳灌丛是该区分布最广的一种柽柳群落,分为灌木层和草本层,它对土壤的湿度要求也较高,次于芦苇多分布于冲积河道低地。其他群落如香蒲花花柴群落、黑果枸杞群落、铃铛刺群落、骆驼刺群落等在该区零星分布,分布面积小,有些人为活动人为干扰造成的,如花花柴群落骆驼刺群落等。

由于该区的群落种类稀少,群落类型的命名按照优势种确定,群落的盖度、密度、频度、重要值的指标数据,都极为简单,故群落特征数据没有单独呈现。所调查的胡杨林群落每10m*10m面积1-5个维管植物种类1m*1m面积内有1-3物种,其物种丰富度和多样性指数低于暖温带山地[5],主要原因在于该区降雨量少,气候干旱,土壤条件在大部分时段处于干旱状态,二是土壤沙化、盐碱化严重,很多植物在此不能生存,土壤贫瘠导致部分区域植物的密度不高由此导致该区的植物多样性不高该区群落的多样性指数最高值为0.70 (3)与他地比较算是较低的。

近年来,随着塔里木河下游输水,罗布泊及其周边地区的植被面积有所扩大,特别是灌丛的面积[9. 10], 大面积的胡杨林恢复了生机,遏制住了胡杨大树死亡、胡杨林面积退化的趋势。经过调查那些输水没有影响到离河岸较远的胡杨林仍在退化、甚至有消失的趋势因此需要进一步规划、合理分配当地的水资源。


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(以上内容转载自《绿色科技》第23卷第18