涇河干流甘肅段種子植物多樣性調(diào)查及生態(tài)保護(hù)對(duì)策

呂小旭，關(guān)鑒茹，袁菲菲，易蘇雯，張文靜，樊 敏，趙小榮

（甘肅醫(yī)學(xué)院，甘肅平?jīng)?744000）

黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展是重大國(guó)家戰(zhàn)略；黃河流域生態(tài)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(tài)環(huán)境狀況對(duì)維護(hù)黃河流域的水資源和生態(tài)安全至關(guān)重要[1-2]。涇河是渭河最大的一級(jí)支流，也是黃河的二級(jí)支流，以洪水猛烈、輸沙量大著稱（居全國(guó)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?qū)俅箨懶詺夂颍瑳芎蛹案骷?jí)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(jīng)太統(tǒng)-崆峒山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)、平?jīng)鍪袇^(qū)和涇川縣城區(qū)，流經(jīng)的城市生活區(qū)和河谷農(nóng)田區(qū)受人為活動(dòng)影響較大，生態(tài)保護(hù)難度大[3-4]。部分學(xué)者對(duì)涇河流域降水量變化、氣候變化對(duì)徑流量的影響及水系分維特征等進(jìn)行研究[4-6]，從水文環(huán)境等方面為生態(tài)保護(hù)提供參考。生態(tài)保護(hù)離不開對(duì)生態(tài)系統(tǒng)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(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)缺乏。植物區(qū)系是指某一地區(qū)或某一時(shí)期，某一分類群、某類植被等所有植物種類的總稱[7]。植物區(qū)系的研究?jī)?nèi)容主要有區(qū)系統(tǒng)計(jì)和區(qū)系成分分析等，研究植物區(qū)系可為植物資源開發(fā)、物種引種與馴化、植物多樣性保護(hù)及農(nóng)、林和牧的遠(yuǎn)景規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。本研究根據(jù)實(shí)地調(diào)查資料和相關(guān)文獻(xiàn)，采用植物區(qū)系成分、多樣性指數(shù)和優(yōu)勢(shì)度指數(shù)分析等方法，對(duì)涇河干流甘肅段種子植物進(jìn)行植物多樣性及植物區(qū)系量化分析，以期為涇河流域保護(hù)及河流生態(tài)資源的可持續(xù)利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

涇河起源于寧夏回族自治區(qū)涇源縣，甘肅段主要流經(jīng)平?jīng)鍪袇^(qū)、涇川縣，從陜西省長(zhǎng)武馬寨鄉(xiāng)湯渠進(jìn)入陜西，經(jīng)高陵陳家灘匯入渭河[8]。甘肅段除太統(tǒng)-崆峒山自然保護(hù)區(qū)為森林生態(tài)系統(tǒng)外，其他區(qū)域均為城市生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)。

1.2 基礎(chǔ)資料獲取

通過走訪當(dāng)?shù)鼐用?，查閱相關(guān)文獻(xiàn)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(dòng)情況，為樣線、樣方設(shè)置和野外調(diào)查做好前期準(zhǔn)備工作。

1.3 實(shí)地調(diào)查

2019年7—8月，結(jié)合樣線法和樣方法，調(diào)查農(nóng)田、城市和森林3 種不同生態(tài)系統(tǒng)中植物的整體情況。森林生態(tài)系統(tǒng)指涇河流入甘肅后經(jīng)過的太統(tǒng)-崆峒山自然保護(hù)區(qū)段，城市生態(tài)系統(tǒng)指涇河流經(jīng)的平?jīng)鍪嗅轻紖^(qū)城區(qū)和涇川縣城區(qū)，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)指涇河流經(jīng)的其他河谷農(nóng)田區(qū)。野外調(diào)查時(shí)，重點(diǎn)調(diào)查種子植物種類和植物多樣性等指標(biāo)。

1.3.1 樣線法[10]

根據(jù)涇河流域群落結(jié)構(gòu)和地理環(huán)境，選取合適路線，通過樣線法調(diào)查各生態(tài)系統(tǒng)種子植物種類。

1.3.2 樣方法[10]

根據(jù)各生態(tài)系統(tǒng)在涇河干流甘肅段所占的比例及植物分布特點(diǎn)，設(shè)置樣方，調(diào)查植物多樣性。在森林生態(tài)系統(tǒng)河段設(shè)立10個(gè)樣地，在城市生態(tài)系統(tǒng)河段設(shè)立16個(gè)樣地，在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)河段設(shè)立27個(gè)樣地；共53 個(gè)樣地（表1）。每個(gè)樣地包含1 個(gè)喬木樣方（10 m×10 m）、1個(gè)灌木樣方（5 m×5 m）和4個(gè)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(shù)據(jù)處理

1.4.1 多樣性分析法

采用Simpson 指數(shù)（K）、Pielou 均勻度指數(shù)（J）和優(yōu)勢(shì)度指數(shù)（D），通過相關(guān)性和相似性分析方法，研究不同環(huán)境因素與植物物種多樣性和植被多樣性的關(guān)系。各指數(shù)計(jì)算公式如下[11-15]：

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

式中，H為Shannon-Wiener多樣性指數(shù)。

1.4.2 植物區(qū)系分析

按照吳征鎰[16]的中國(guó)種子植物分布區(qū)類型劃分，對(duì)涇河干流甘肅段植物區(qū)系科和屬的分布區(qū)類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

所有數(shù)據(jù)均采用Excel 2016軟件處理。

2 結(jié)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(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中有種子植物43 科100 屬130 種，城市生態(tài)系統(tǒng)中有種子植物29 科78 屬92種，森林生態(tài)系統(tǒng)中有種子植物38 科83 屬100 種。不同生態(tài)系統(tǒng)的科、屬和種數(shù)差別不大，植物種類有一定重復(fù)。

表2 涇河干流甘肅段不同生態(tài)系統(tǒng)種子植物數(shù)量統(tǒng)計(jì)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(shù)統(tǒng)計(jì)，涇河干流甘肅段種子植物種數(shù)＞10 的優(yōu)勢(shì)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(shù)的43.50%；含1 ～10 種的有29 科，包含98 種，占總種數(shù)的43.95%；含1 種的有28 科，占總種數(shù)的12.55%（表3）。按屬所含種數(shù)統(tǒng)計(jì)，位于前5 的優(yōu)勢(shì)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(shù)的11.21%；種數(shù)＞5的有2 屬，包含12 種，占總種數(shù)的5.38%；含1 ～5 種的有36 屬，包含84 種，占總種數(shù)的37.67%；含1 種的有127屬，占總種數(shù)的56.95%。

表3 涇河干流甘肅段種子植物優(yōu)勢(shì)科和屬統(tǒng)計(jì)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(tài)系統(tǒng)種子植物優(yōu)勢(shì)科分析

按科所含種數(shù)統(tǒng)計(jì)，在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，菊科、禾本科、豆科和蓼科（Polygonaceae）所含種數(shù)較多，包含55 種，占農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)總種數(shù)的42.31%；在城市生態(tài)系統(tǒng)中，菊科、豆科、禾本科和唇形科所含種數(shù)較多，包含49 種，占城市生態(tài)系統(tǒng)總種數(shù)的53.26%；在森林生態(tài)系統(tǒng)中，菊科、薔薇科、唇形科和禾本科所含種數(shù)較多，包含46 種，占森林生態(tài)系統(tǒng)總種數(shù)的46.00%（表4）。

表4 涇河干流甘肅段不同生態(tài)系統(tǒng)種子植物優(yōu)勢(shì)科統(tǒng)計(jì)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(qū)系分析

涇河干流甘肅段種子植物165 屬可劃分成15個(gè)分布區(qū)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(shù)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(gè)分布型在植物區(qū)系中占比較大。舊世界溫帶分布型有33屬，占總屬數(shù)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(shù)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(shù)的10.91%，主要有曼陀羅屬（Datura）和木藍(lán)屬（Indigofera）。

中國(guó)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(shù)總體趨勢(shì)因生態(tài)系統(tǒng)不同而不同（表6）。Simpson 指數(shù)表現(xiàn)為森林＞城市＞農(nóng)田，值較接近；Pielou 均勻度指數(shù)表現(xiàn)為森林＞城市＞農(nóng)田；優(yōu)勢(shì)度指數(shù)普遍較低，表現(xiàn)為農(nóng)田＞城市＞森林。

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

3 討論與結(jié)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(yōu)于黃河中游濕地。涇河干流甘肅段種子植物中，優(yōu)勢(shì)科為菊科、豆科、禾本科、唇形科和薔薇科，優(yōu)勢(shì)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(yōu)勢(shì)科為豆科、菊科和禾本科，優(yōu)勢(shì)屬為藜屬、胡枝子屬（Lespedeza）、蒿屬和香蒲屬[17]，兩個(gè)研究結(jié)果相似。根據(jù)中國(guó)珍稀瀕危植物信息，涇河干流甘肅段種子植物中，有1種國(guó)家二級(jí)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(gè)，占總科數(shù)的45.16%，占總種數(shù)的12.56%，單種科數(shù)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(jí)水平上表明該區(qū)域植物多樣性較高。對(duì)該區(qū)的3 個(gè)不同生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)勢(shì)科分析，菊科在涇河干流甘肅段種子植物中占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，在3個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中，所含種數(shù)均最多；禾本科在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中、豆科在城市生態(tài)系統(tǒng)中及薔薇科在森林生態(tài)系統(tǒng)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(yōu)勢(shì)科有5 科，占涇河干流甘肅段種子植物總科數(shù)的8.06%，包含97 種，占種子植物總種數(shù)的43.50%，是涇河干流甘肅段種子植物的主要組成部分。

依據(jù)植物區(qū)系學(xué)，在植物進(jìn)化過程中，植物的屬可以看作是分類學(xué)特征相對(duì)穩(wěn)定、占有一定分布區(qū)的單位；植物的屬在不同的地理環(huán)境下，呈現(xiàn)出顯著的地區(qū)差異；相比于科，屬能更好地反映植物系統(tǒng)發(fā)育過程中的進(jìn)化分化情況和地區(qū)性特征[18]。涇河干流甘肅段種子植物屬的分布型有15 個(gè)，表明植物區(qū)系地理成分復(fù)雜多樣。該區(qū)的植物區(qū)系以溫帶分布型為主，北溫帶分布型占重要優(yōu)勢(shì)。涇河干流甘肅段植物區(qū)系屬溫帶性質(zhì)，并由多種地理區(qū)系組成，聯(lián)系較廣泛。涇河干流甘肅段植物區(qū)系特有性不高，中國(guó)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(shù)的1.82%。

涇河干流甘肅段種子植物Simpson 指數(shù)表現(xiàn)為森林生態(tài)系統(tǒng)＞城市生態(tài)系統(tǒng)＞農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，Pielou 均勻度指數(shù)表現(xiàn)為森林生態(tài)系統(tǒng)＞城市生態(tài)系統(tǒng)＞農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，優(yōu)勢(shì)度指數(shù)表現(xiàn)為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)＞城市生態(tài)系統(tǒng)＞森林生態(tài)系統(tǒng)。物種多樣性與物種豐富度和均勻度指數(shù)呈密切正相關(guān)，與生態(tài)優(yōu)勢(shì)度呈負(fù)相關(guān)[19]。因此，涇河干流甘肅段種子植物多樣性表現(xiàn)為森林生態(tài)系統(tǒng)＞城市生態(tài)系統(tǒng)＞農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)。本研究調(diào)查的森林生態(tài)系統(tǒng)處于自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，對(duì)比農(nóng)田和城市生態(tài)系統(tǒng)，該生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)較好，少有人為干涉；城市生態(tài)系統(tǒng)中，人口多，人類活動(dòng)量大，但當(dāng)?shù)卣畬?duì)河道進(jìn)行整治管理，人類在該區(qū)活動(dòng)較少，對(duì)該區(qū)的植被破壞較少；農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，人類活動(dòng)頻繁，種植成片農(nóng)作物并使用除草劑，對(duì)該生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了一定的不良影響。

4 涇河干流甘肅段生態(tài)保護(hù)對(duì)策

4.1 因地制宜，充分發(fā)揮自然保護(hù)區(qū)作用

本次調(diào)查的涇河干流甘肅段森林生態(tài)系統(tǒng)主要位于太統(tǒng)-崆峒山自然保護(hù)區(qū)，該保護(hù)區(qū)成立于2005年。調(diào)查結(jié)果顯示，該區(qū)植物多樣性最高，水土流失較少，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)效果最好。因此，在河流生態(tài)保護(hù)中，可選擇適宜區(qū)域建立保護(hù)區(qū)，如建立濕地保護(hù)區(qū)等，充分發(fā)揮自然保護(hù)區(qū)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的改善作用，服務(wù)黃河流域的高質(zhì)量生態(tài)保護(hù)。

4.2 深入調(diào)查，掌握基礎(chǔ)資料

近年來，部分地方綠化不注重本土樹種的應(yīng)用，大量引入外來樹種，對(duì)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(guān)保護(hù)對(duì)策時(shí)，需深入研究，科學(xué)論證。查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，涇河干流甘肅段的相關(guān)研究較少，基礎(chǔ)資料空白較多。本研究從植物多樣性方面對(duì)涇河干流甘肅段進(jìn)行研究。在進(jìn)行涇河流域生態(tài)保護(hù)的高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃時(shí)，需掌握更多的基礎(chǔ)資料，全面分析，科學(xué)謀劃，保證保護(hù)措施的科學(xué)性。

4.3 科學(xué)謀劃，建立高質(zhì)量的城市生態(tài)系統(tǒng)

平?jīng)鍪姓疄樨瀼芈鋵?shí)《平?jīng)鍪谐鞘锌傮w規(guī)劃（2012—2030）》和《關(guān)于加快2015年中心城市建設(shè)前期工作的通知》（平?jīng)鍪腥嗣裾k公室），提出“中心城區(qū)景觀系統(tǒng)規(guī)劃和中心城區(qū)綠地水系規(guī)劃”的總體要求。本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過對(duì)涇河流經(jīng)平?jīng)龀菂^(qū)段的綜合治理，涇河干流甘肅段城市生態(tài)系統(tǒng)的植物多樣性較高，生態(tài)保護(hù)效果良好，高于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)。黃河主要干、支流流經(jīng)城市較多，相關(guān)城市需科學(xué)謀劃，制定相應(yīng)的城市河流生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)措施，加強(qiáng)黃河流域的城市生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和建設(shè)。

4.4 加大宣傳，推進(jìn)生態(tài)保護(hù)理念全民化

本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，涇河干流甘肅段農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)多樣性較低，除與生態(tài)系統(tǒng)本身屬性有關(guān)外，還與普通民眾不注重生態(tài)保護(hù)、隨意使用農(nóng)藥和化肥等有關(guān)。因此，保護(hù)河流生態(tài)系統(tǒng)，需提高民眾生態(tài)保護(hù)意識(shí)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活中注重生態(tài)保護(hù)，合理使用農(nóng)藥和化肥，不隨意污染河流。生態(tài)保護(hù)理念全民化不僅是各級(jí)政府的工作，民間團(tuán)體、社會(huì)組織、學(xué)校和媒體機(jī)構(gòu)均需做好生態(tài)保護(hù)理念的宣傳，共同促進(jìn)民眾生態(tài)保護(hù)意識(shí)。