江蘇省高郵市植物多樣性與區(qū)系特征分析

沈匯超,辛玉婷,彭 月,王李春曉

(1.江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院 江蘇省環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南京210036;2.江蘇省環(huán)境工程技術(shù)有限公司,南京 210000)

0 引言

植物作為生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)者是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,在維持生態(tài)安全、提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及維護(hù)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展方面具有重要作用[1]。植物多樣性是衡量區(qū)域生態(tài)質(zhì)量的重要參考指標(biāo)。植物區(qū)系是指一定地區(qū)或時(shí)期所有植物種類的總和,是植物界在一定的自然地理?xiàng)l件下特別是自然歷史條件綜合作用下發(fā)展演化的結(jié)果[2-3],因此進(jìn)行植物多樣性調(diào)查及區(qū)系分析是區(qū)域生態(tài)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ),也是植物保護(hù)工作的重點(diǎn)。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,人類活動(dòng)加劇了地表景觀破碎化的進(jìn)程,導(dǎo)致生物多樣性快速喪失,致使人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境面臨嚴(yán)重威脅[3-5]。江蘇省高郵市作為人類活動(dòng)影響劇烈的區(qū)域,植物多樣性受到了較大的影響,區(qū)域生態(tài)安全存在潛在風(fēng)險(xiǎn)。該區(qū)域地表景觀變化較大,水域面積占比高,而水生生態(tài)系統(tǒng)往往相對(duì)脆弱,因此針對(duì)高郵市陸生及水生維管束植物開(kāi)展系統(tǒng)調(diào)查,分析其多樣性和區(qū)系特征,對(duì)于植物多樣性保護(hù)、生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)、植物資源可持續(xù)利用均有重要意義[7]。本研究選取高郵市典型區(qū)域,對(duì)陸生和水生植物進(jìn)行調(diào)查,初步分析其在科、屬、種水平上的多樣性,基于區(qū)系分析探究其植物地理學(xué)特征。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

高郵市位于長(zhǎng)江北岸、淮河流域下游的高郵湖畔,境內(nèi)河湖眾多,溝壑縱橫,總面積為1963 km2,水面率約40%[8],是江蘇省地理幾何中心。地勢(shì)西南略高,東北略低,是典型的水鄉(xiāng)平原,有江蘇省第三大湖高郵湖[9]。高郵市屬于亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候向溫帶季風(fēng)氣候的過(guò)渡區(qū),氣候特點(diǎn)是四季分明,日照充足,雨量豐沛。盛行風(fēng)向隨季節(jié)有明顯變化,春季多為東南風(fēng),夏季多從海洋吹來(lái)的濕熱的東南風(fēng),秋季多為東北風(fēng),冬季盛行干冷的偏北風(fēng)。年平均氣溫為15.0 ℃,年平均降雨量為1033 mm。

1.2 研究方法

選取森林、灌叢、草地、農(nóng)田、湖泊、草塘、沼澤等多種生態(tài)系統(tǒng),于2021年8月進(jìn)行調(diào)查,根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)類型采取適宜的調(diào)查方案。

在森林生態(tài)系統(tǒng)中,設(shè)定50 m×40 m 的樣地。對(duì)于喬木層,采用樣方法(10 m×10 m)觀測(cè)記錄樣方內(nèi)的喬木種類。對(duì)于灌木層,在每個(gè)喬木調(diào)查樣方內(nèi)對(duì)角設(shè)置2個(gè)5 m×5 m的樣方,記錄灌木種類。對(duì)于草本層,在每個(gè)喬木調(diào)查樣方的頂點(diǎn)及中間位置設(shè)置5個(gè)1 m×1 m 樣方,調(diào)查并記錄草本植物種類。在灌叢生態(tài)系統(tǒng)中,設(shè)置1個(gè)500 m2的樣地。對(duì)于灌木層,用樣方法(5 m×5 m)觀測(cè)記錄灌木種類。對(duì)于草本層,在每個(gè)灌木調(diào)查樣方的頂點(diǎn)及中間位置設(shè)置5個(gè)1 m×1 m 樣方,調(diào)查并記錄草本植物種類。在草地、沼澤、草塘、湖泊等生態(tài)系統(tǒng)中采用樣線法開(kāi)展調(diào)查。樣線長(zhǎng)度50～300 m,每隔25 m設(shè)置1個(gè)1 m×1 m或2 m×2 m的樣方,調(diào)查并記錄植物種類。在以上調(diào)查基礎(chǔ)上補(bǔ)充踏查數(shù)據(jù),記錄生長(zhǎng)于固定樣方和樣線外的植物種類。

2 研究結(jié)果與分析

2.1 陸生維管束植物

2.1.1 科的多樣性

科反映物種間較廣泛的親緣關(guān)系,可以反映一定區(qū)域區(qū)系特征的總概況及與其他區(qū)系的聯(lián)系和區(qū)系起源的線索等。維管植物調(diào)查共包括556個(gè)物種,分屬128科392屬(表1)。其中薔薇科植物最多,共有38屬59種,其次為菊科(40屬54種)和禾本科(34屬43種),10～20種的科有唇形科、百合科、十字花科、木犀科和蓼科,有72個(gè)科的屬數(shù)為1。

表1 陸生植物科多樣性統(tǒng)計(jì)

2.1.2 屬和種的多樣性

同屬的種常具有同一起源和相似的進(jìn)化趨勢(shì),較科更能具體反映植物進(jìn)化和變異情況,也能更具體地反映一定區(qū)域的區(qū)系特征。調(diào)查共涉及392個(gè)屬(表2),其中蓼屬(Polygonum)是最大屬,共有植物9種,其次為莧屬(Amaranthus)有植物6個(gè),蕓苔屬(Brassica)、冬青屬(Ilex)、衛(wèi)矛屬(Euonymus)、槭屬(Acer)分別有植物5種,共有10個(gè)屬包含4種植物,19個(gè)屬包含3種植物,66個(gè)屬包含2種植物,另外292個(gè)屬僅包含1個(gè)種。

表2 陸生植物屬多樣性統(tǒng)計(jì)

2.1.3 植物區(qū)系特征

植物區(qū)系多樣性反映了一定區(qū)域植物種類及其變異程度如進(jìn)化水平的多樣性,體現(xiàn)了一定區(qū)域區(qū)系的復(fù)雜程度,是植物長(zhǎng)期發(fā)展、演化及對(duì)變化的環(huán)境長(zhǎng)期適應(yīng)的結(jié)果。根據(jù)吳征鎰[2]對(duì)中國(guó)種子植物屬分布區(qū)類型的劃分,調(diào)查植物的392屬共分為14個(gè)分布區(qū)類型和8個(gè)變型(表3)。

表3 陸生植物屬的分布區(qū)類型

世界分布屬是指在世界普遍分布的屬,廣泛分布于世界各大洲,但往往也有其主要的分布區(qū)。調(diào)查的植物共有世界分布屬52個(gè),以草木和灌木為主,主要包括蓼屬(Polygonum)、眼子菜屬(Potamogeton)、酸模屬(Rumex)、毛茛屬(Ranunculus)等。

泛熱帶分布包括分布于熱帶的各種分布型,調(diào)查共有泛熱帶分布屬45個(gè)。由于高郵地區(qū)處于北亞熱帶到北溫帶的過(guò)渡地帶,利于泛熱帶分布類型的生存,此類型是當(dāng)?shù)鼐S管植物區(qū)系熱帶成分的重要組成部分,包括常見(jiàn)的喬木或灌木,如樸屬(Celtis)、冬青屬(Ilex)、苘麻屬(Abutilon)、木槿屬(Hibiscus)等。

北溫帶分布一般包括廣泛分布于歐洲、亞洲和北美洲溫帶地區(qū)的屬,有些屬甚至能延伸到遠(yuǎn)達(dá)南半球溫帶,但原始分布中心或許仍在北溫帶。調(diào)查中共有37個(gè)屬,該類型是高郵地區(qū)植物區(qū)系最重要的一個(gè)組成部分,該分布類型的喬木、灌木屬多是構(gòu)成植被的主體和建群種,如常綠闊葉林的主要組成樹(shù)種柳屬(Salix)、榆屬(Ulmus)、桑屬(Morus)等。草本植物如鳶尾屬(Iris)、薄荷屬(Mentha)等構(gòu)成了草本層。

2.2 水生植物

2.2.1 科的多樣性

調(diào)查共包括45個(gè)物種,分屬24科37屬(表4)。其中,禾本科植物(5屬5種)和眼子菜科植物(2屬5種)種數(shù)最多,其次為水鱉科(4屬4種)和浮萍科(3屬4種)。含2～3種的科有睡蓮科、龍膽科、茨藻科、蓼科、香蒲科、菱科,另外14個(gè)科都僅包含1個(gè)種。

表4 水生植物科多樣性統(tǒng)計(jì)

2.2.2 屬的多樣性

調(diào)查共涉及35個(gè)屬(表5),其中眼子菜屬(Potamogeton)是最大屬,共有植物4種,其次是浮萍屬(Lemna)、莕菜屬(Nymphoides)、茨藻屬(Najas)、蓼屬(Polygonum)、香蒲屬(Typha)、菱屬(Typha),分別有植物2種,另外30個(gè)屬都僅包含1個(gè)種。

表5 水生植物屬多樣性統(tǒng)計(jì)

2.2.3 植物區(qū)系特征

根據(jù)吳征鎰[3]對(duì)中國(guó)種子植物屬的分布區(qū)類型劃分,調(diào)查植物35屬,共分為6個(gè)類型(表6)。調(diào)查的水生植物中,共有世界分布屬12個(gè),包括蓼屬(Polygonum)、蓮子草屬(Alternanthera)、苦草屬(Vallisneria)、蘆葦屬(Phragmites)、黑藻屬(Hydrilla)、稗屬(Echinochloa)、雀稗屬(Paspalum)、菰屬(Zizania)、眼子菜屬(Potamogeton)物種,是高郵市挺水和濕生植物群落重要的建群種和伴生種,鳳眼蓮屬(Eichhornia)、莕菜屬(Nymphoides)、蓮屬(Nelumbo)和屬于浮葉植物的常見(jiàn)種。

表6 水生植物屬的分布區(qū)類型

泛熱帶分布屬共有9個(gè),其中毛莨屬(Ranunculus)、稗屬(Echinochloa)的物種等是濕生植物的常見(jiàn)種,蓮子草屬(Alternanthera)、大薸屬(Pistia)是該區(qū)域重要的入侵物種。

熱帶亞洲至熱帶大洋洲分布僅有1個(gè)屬,即蓼屬(Polygonum),是濕生植物的常見(jiàn)種。

北溫帶分布僅有1個(gè)屬,即菖蒲屬(Acorus),是高郵市重要的挺水植物。

東亞和北美洲間斷分布包括2個(gè)屬,即蓮屬(Nelumbo)和菰屬(Zizania),為挺水植物和濕生植物群落的重要建群種和伴生種。

舊大陸溫帶分布僅有1個(gè)屬,即菱屬(Trapa),是水生植物群落中浮葉植物的重要類群。

3 結(jié)論

針對(duì)高郵市陸生和水生植物進(jìn)行調(diào)查分析,共發(fā)現(xiàn)陸生維管束植物556種,分屬128科392屬,以薔薇科植物最多,共有38屬59種。在屬水平上,蓼屬植物最多,共有9種。水生植物45種,分屬24科37屬,以禾本科和眼子菜科植物最多,分別為5屬5種和2屬5種。在屬水平上,眼子菜屬植物最多,共有4種。植物區(qū)系特征分析表明,該區(qū)域陸生維管束植物以泛熱帶分布類型和北溫帶分布型為主,占總屬數(shù)(不包括世界分布屬)的43.9%。水生植物以泛熱帶分布類型為主,占總數(shù)(不包括世界分布屬)的64.3%。綜合來(lái)看,植物區(qū)系特征反映了該區(qū)亞熱帶向北溫帶過(guò)渡的氣候特點(diǎn)。