世界生态学  >> Vol. 7 No. 3 (August 2018)

新疆种子植物区系的数量统计及其地理成分特征
Quantitative Statistics and Geographical Components of Flora of Seed Plants in Xinjiang

DOI: 10.12677/IJE.2018.73021, PDF, HTML, XML, 下载: 473  浏览: 957  国家自然科学基金支持

作者: 余若云, 黄继红, 许 玥, 丁 易, 路兴慧, 臧润国:中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所,国家林业和草原局森林生态环境重点实验室,北京;南京林业大学南方现代林业协同创新中心,江苏 南京;郭仲军:新疆林业科学院森林生态研究所,新疆 乌鲁木齐;唐素英, 王立平, 赵 玲:新疆维吾尔自治区林业规划院,新疆 乌鲁木齐;任 伟:新疆林业学校,新疆 乌鲁木齐

关键词: 种子植物新疆区系地理分布Seed Plants Xinjiang Flora Geographical Distribution

摘要: 新疆地形地貌特殊,自然资源丰富,生态景观多样,植物种类独特,摸清其植物组成及特征对新疆植物资源的保护和开发利用具有重要的现实意义。本文以新疆种子植物为研究对象,整合大量文献、标本和实地调查数据,收集并整理植物县级分布信息。根据物种分布数据,分析了新疆种子植物的物种数量及地理成分特征。结果表明,有县级分布的新疆种子植物共计3716种(包括66亚种、224变种),隶属于113科767属。其中裸子植物41种,隶属于4科10属;被子植物3675种,隶属于109科757属。草本植物最多,其次分别是灌木、乔木和藤本。含100种以上的大科有14个,仅为总科数的12.39%,但物种数高达2672。优势科明显,主要为菊科(Compositae)、禾本科(Gramineae)、豆科(Leguminosae)、毛茛科(Ranunculaceae)和蔷薇科(Rosaceae)。新疆种子植物科有6个分布类型、8个变型,以世界分布科为主,温带分布次之,热带成分较少;属有14个分布类型、28个变型,以温带成分为绝对主导,占总属数的78.10%。
Abstract: For the special nature of the terrains, Xinjiang is rich in natural resources and ecological landscape. The flora in Xinjiang is also unique. Analyzing the composition characteristics of plant species diversity is essential to maintain and utilize this unique flora. We took Xinjiang seed plants as the object, and consulted a large number of literature, specimen information and field survey data to collect distribution information of plants at county level. Based upon the species distribution data, we analyzed the floristic composition and geographical elements of Xinjiang seed plants. The results showed that there were 3716 species (66 subspecies and 224 varieties) belonging to 767 genera and 113 families in Xinjiang. Among them, there were 41 species, 10 genera, and 4 families in Gymnosperm; 3675 species, 757 genera, and 109 families in Angiosperm. Herbaceous seed plant was the main growth form, followed by shrubs, trees and lianas. There were 14 dominant families (more than 100 species) such as Compositae, Gramineae, Leguminosae, Ranunculaceae and Rosaceae, which occupied only 12.39% of total families, but they consisted of 2672 species. The floristic geographical distribution types of families had 6 types and 8 subtypes. The cosmopolitan families were the most, and temperate families were the second, while tropical families were the least. The genera could be divided into 14 types and 28 subtypes, with temperate elements accounting for 78.10% of total genera.

文章引用: 余若云, 黄继红, 郭仲军, 唐素英, 王立平, 任伟, 赵玲, 许玥, 丁易, 路兴慧, 臧润国. 新疆种子植物区系的数量统计及其地理成分特征[J]. 世界生态学, 2018, 7(3): 193-205. https://doi.org/10.12677/IJE.2018.73021

1. 引言

物种多样性和植被分布研究是探明物种起源和进化历程的关键,同时也是生物多样性保护研究关注的焦点 [1]。植物区系是指特定的时间及地区内所有植物种类的总和 [2],是植物界在一定的自然历史环境中发展演化而形成的,具有明显的时空特征 [3]。因此,对种子植物区系及其地理分布进行统计和分析,不仅能梳理种子植物在不同地质年代中的进化脉络,而且可为植物资源开发利用、新物种引进和植物多样性保护提供科学参考 [4]。

目前种子植物区系研究多聚焦于不同区域内植物区系的物种起源、组成和分布状况的分析 [5],特定地域内主要植物区系的划分 [6],以及自然或人为因素(气候、地理、和人为干扰等)对植物区系形成的影响等 [7][8][9]。应俊生等发现中国种子植物多样性集中分布于20˚~35˚N中南部,以横断山脉,华中和岭南为多样性热点地区 [10]。特定地域如新疆阿尔泰山区域内的种子植物以本地、古地中海和北方成分为主 [11]。轮台地区野生种子植物在科水平上具有明显的优势科现象,而在属水平上,种子植物的单种属及寡种属占据优势 [12]。由此可见,植物区系研究深入到了从国家至地区的各个层面,探究典型区域内的植物区系特征具有重要科研意义。

新疆地形复杂,由于垂直气候带作用,跨越了从暖温带到极地的多种生态景观带,造成植被类型极富变化 [13]。新疆还是中国冰川资源最为丰富的地区,其明显受第四纪冰川的影响。在冰川区域通常具有典型的冻原植被覆盖。如天山1号冰川附近的冻原植被带气候恶劣,植物贫乏,只有进化程度高的种子植物(菊科Compositae、禾本科Gramineae等)得以生存 [14]。上世纪90年代,有统计表明,新疆种子植物共计3497种 [15]。但随着近二十年来大量文献资料出版(新疆植物志2012出版 [16],新疆植物志简本2014年出版 [17]),新的物种不断被发现 [18],根据最新汇总资料,原有的新疆植物调查结果局限性较大,因此必须进行更为翔实的统计分析。

综上所述,新疆种子植物的组成及其地理分布研究亟待深入,本文以新疆种子植物为研究对象,通过查阅大量文献资料和标本信息,并结合野外实地调查,全面获取物种空间分布信息,构建新疆种子植物物种分布数据库,在此基础上分析新疆种子植物物种组成及其地理成分特征,以期为新疆植被和植物多样性的研究和保护提供基础的参考依据。

2. 材料与方法

2.1. 研究区概况

新疆地处亚欧大陆腹地(34˚25'~49˚10'N,73˚40'~96˚18'E),总面积约166万平方公里。其以深大断裂为分界线形成了“三山两盆”的地貌格局,由南向北依次为昆仑山山脉、塔里木盆地、天山山脉、准噶尔盆地和阿尔泰山脉 [19]。新疆为典型的大陆性气候,年均温在4~14℃,年均降水量约150 mm,以干旱少雨、冬季严寒、昼夜温差大为主要特点 [20]。因地形复杂,气候变化显著,新疆东西南北自然地理景观各不相同,孕育了新疆丰富特异的自然资源。

新疆自然资源充足,水资源尤为丰富,主要来自积雪和冰川融水形成的众多河流和湖泊,较为著名的有塔里木河、伊犁河、额尔齐斯河,博斯腾湖和艾比湖等 [21]。河流湖泊的沿岸形成了特有的绿洲景观,是新疆平原阔叶林的分布区域。新疆的高山林区主要为天山和阿尔泰山区,因地形高差而具有鲜明的垂直气候特征,植被垂直带由下而上依次出现荒漠、草原、森林、草甸以及冰雪带等 [22]。

2.2. 数据收集与整理

依据全套出版的《Flora of China》 [23]中的种子植物名录,结合《新疆植物志》(1~6卷) [16]、《新疆植物志简本》 [17]、《新疆树木志》 [24]、《中国荒漠植物图鉴》 [25]、《新疆草原植物图册》 [26]和《新疆盐生植物》 [27]确定新疆种子植物名录,收集县级分布信息,并请专家核对名录及物种分布信息。同时,整合2006年至2016年研究区野外调查数据,补充物种分布信息。收集的物种分布信息数据包括物种的拉丁学名、中文名、属名、科名、分布县和生长型,其中生长型参考中国植物志 [23]及Species 2000 (Checklist 2017, http://www.sp2000.org/)进行划分。

基于确定的新疆种子植物名录,以郑万钧裸子植物分类系统和恩格勒被子植物分类系统进行科属种统计,并参照吴征镒对中国种子植物科属分布型的划分 [4],整理出新疆种子植物科属的地理分布型信息。对于未能查到地理分布型的科、属,根据《Flora of China》及中国生物物种名录 [28]记录的科、属分布信息,再依据中国种子植物科属分布型的划分 [23],判定各科、属的地理分布型。本研究中的单型科定义为全科只含1属的科,单型属为全属只含1种的属,寡型科为全科含2~6属的科,寡型属为全属含2~6种的属 [29]。

3. 结果

3.1. 科、属、种数量统计

新疆种子植物共计3716种(包含66亚种、224变种),隶属于113科767属(表1)。其中裸子植物有41种,隶属于4个科(杉科Taxodiaceae、松科Pinaceae、柏科Cupressaceae和麻黄科Ephedraceae) 10个属,分别占总科、属、种数的3.54%、1.30%和1.10%;被子植物3675种,隶属于109个科,757个属,分别占总科、属、种数的96.46%、98.70%和98.90%。新疆种子植物共有乔木155种、灌木397种、藤本28种和草本3136种,分别占总物种数的4.17%、10.68%、0.75%和84.40% (表2)。乔木隶属于24科44属,灌木隶属于43科95属,藤本隶属于8科9属,草本隶属于90科665属。

3.2. 包含物种数较多的科、属及单(寡)型科、属

新疆种子植物含100种以上的大科仅14个科,占总科数的12.39%,但物种数高达2672种,占总物种数的71.91% (表3)。新疆种子植物中含30种以上的科有菊科、禾本科、豆科(Leguminosae)、毛茛科(Ranunculaceae)和蔷薇科(Rosaceae)等23科,共含3110种,占总物种数的83.69%。新疆种子植物归767属,其中含30种以上的属有黄耆属(Astragalus)、蒿属(Artemisia)和薹草属(Carex)等18个属,共计871个物种,占总物种数的23.44%(表4)。新疆种子植物单型科15科,寡型科18科,分别占总科数的13.27%、

Table 1. Number of plants in main groups

表1. 新疆种子植物主要类群的数量统计

Table 2. Number of plants in main life forms

表2. 新疆种子植物主要生活型的数量统计

Table 3. The list of top 20 families with most species

表3. 包含物种数前20的科

Table 4. The list of top 20 genera with most species

表4. 包含物种数前20的属

15.93% (附表1)。其单型科如:杉叶藻科(Hippuridaceae)、麻黄科(Ephedraceae)和白刺科(Nitrariaceae)等;寡型科如:骆驼蓬科(Peganaceae)、大麻科(Cannabaceae)和胡颓子科(Elaeagnaceae)等。新疆种子植物单型属为86属,占总属数的11.21% (附表2),如:盐节木属(Halocnemum)、盐穗木属(Halostachys)和天山蓍属(Handelia)等;寡型属134属,占总属数的17.47% (附表3),如:裸果木属(Gymnocarpos)、腹脐草属(Gastrocotyle)和虎舌兰属(Epipogium)等。

3.3. 科的分布区类型及分析

新疆种子植物隶属的113科可以分为6个分布类型、8个变型(表5):世界广布有52个科,占总科数的46.02%。热带分布(2~3类)共计25个科,占总科数的22.12%,主要是泛热带或全热带分布,有17个科,占总科数15.04%。温带分布(8~13类)共计36个科,占总科数的31.86%,以北温带和北温带、南温带间断分布为主,有26个科,占总科数的23.01%。

3.4. 属的分布区类型及分析

新疆种子植物隶属于767属,可划分为14个分布区类型、28个变型(表6):世界分布属有76个,占总属数的9.91%。热带分布属(2~7类)有79属,占总属数的10.30%,主要为泛热带或全热带分布属,共计39属,占总属数的5.08%。温带分布属(8~14类)共计599属(占总属数的78.10%),其中主要类型是北温带分布及其变型234属(占总属数的30.51%)、旧世界温带分布及其变型128属(占总属数的16.69%)和地中海区、西亚至中亚分布及其变型95属(占总属数的12.39%)。中国特有分布13属,占总属数的1.69%,均为单型属或寡型属。单型属如颈果草属(Metaeritrichium)、水杉属(Metasequoia)和蝟实属(Kolkwitzia)等;寡型属如毛冠菊属(Nannoglottis)、羌活属(Notopterygium)和辐花属(Lomatogoniopsis)。

Table 5. The areal-types of families of seed plants in Xinjiang

表5. 新疆种子植物科的分布区类型

Table 6. The areal-types of genera of seed plants in Xinjiang

表6. 新疆种子植物属的分布区类型

4. 结论与讨论

新疆种子植物共计113科767属3716种,相比早前的统计结果,增加了34属219种 [15]。新疆种子植物中被子植物占绝对优势,体现了在新疆严酷多变的气候环境中,高等植物类群适应力更强 [30]。新疆裸子植物贫乏,但其通常为山地植被的建群种,如天山云杉(Picea schrenkiana)和叉子圆柏(Juniperus sabina)对新疆植被的形成和发育具有重要作用 [31]。种子植物中草本所占比例最大,而后依次是灌木、乔木和藤本,说明新疆大部分植物生长期较短,植被以草甸、灌丛、荒漠植被为主,表现出了明显的干旱性区系特征,这与其它新疆植被的研究结果一致 [32]。

新疆种子植物含100种以上的大科仅占总科数的12.39%,而物种数高达总种数的71.91%。说明新疆种子植物突出集中于少数科,其优势科主要为菊科、禾本科、豆科、毛茛科和蔷薇科。新疆种子植物具有较多的单型科(属)和寡型科(属)。这些植物可能经过长期的选择适应,得以在恶劣的荒漠、冰原等环境中保存下来,且很多成为了新疆特有种,如:额河杨(Populus jrtyschensis)、塔城柳(Salix tarbagataica)、心叶水柏枝(Myricaria pulcherrima)、塔里木柽柳(Tamarix tarimensis)和尼亚高原芥(Christolea niyaensis)等 [33]。

新疆种子植物科的地理成分中,世界广布科比例最高,如菊科、禾本科、豆科、蔷薇科和十字花科(Brassicaceae)。表明新疆种子植物过渡性显著,很多世界性大科能够适应新疆的特殊环境并得到良好发育。其次温带分布科也具有一定优势,如杨柳科(Salicaceae)和罂粟科(Papaveraceae),因此新疆种子植物还具有温带性质。热带分布科较少,这些科多位于准格尔地槽以南,是第三纪炎热气候期的新疆遗留成分 [31]。

相较于科,属更能够体现当地植物的区系特征 [34]。新疆种子植物属起源于多种地理分布类型,反映了新疆种子植物区系具有复杂的地理成分。其中温带分布属占绝对优势,主要地理成分为北温带分布及其变型。这进一步从属级水平上验证了温带性质(以北温带为主)是新疆种子植物区系的首要特点。此外,新疆种子植物中,仅有13个中国特有属,均为单型属或寡型属,说明中国特有植物在新疆分布较少。在新疆能够生存下来的单型属和寡型属植物均以长期适应干旱环境的草本为主。

致谢

感谢中国科学院植物研究所马克平研究员资助开展本研究前期基础数据的收集和整理。感谢本研究由中央级公益性科研院所基金科研业务专项资金项目(CAFYBB2014MA005)和国家自然科学基金(41471048)资助。

附录

Table S1. Mono and oligomeric families of seed plants in Xinjiang

表1. 新疆种子植物的单型科和寡型科

Table S2. Mono genera of seed plants in Xinjiang

表2. 新疆种子植物的单型属

Table S3. Oligomeric genera of seed plants in Xinjiang

表3. 新疆种子植物的寡型属

NOTES

*通讯作者。

参考文献

[1] 朱华. 云南植物区系的起源与演化[J]. 植物科学学报, 2018, 36(1): 32-37.
[2] 朱华. 中国南部热带植物区系[J]. 生物多样性, 2017, 25(2): 204-217.
[3] 孙航, 邓涛, 陈永生, 等. 植物区系地理研究现状及发展趋势[J]. 生物多样性, 2017, 25(2): 111-122.
[4] 吴征镒, 孙航, 周浙昆, 等. 中国种子植物区系地理[M]. 北京: 科学出版社, 2011.
[5] 蔡锦蓉, 陈云辉, 臧程, 等. 基于125个地区的中国藓类植物区系的定量分析[J]. 植物科学学报, 2017, 35(2): 207-215.
[6] 韩维栋, 黄剑坚. 基于植物区系的雷州半岛天然林群落树种特征研究[J]. 生态学报, 2017, 37(24): 8537-8548.
[7] 苏洋. 水热气候条件对中国植被建群种区系分布的影响[D]: [硕士学位论文]. 北京: 华北电力大学, 2012.
[8] 周浙昆, 黄健, 丁文娜. 若干重要地质事件对中国植物区系形成演变的影响[J]. 生物多样性, 2017, 25(2): 123-135.
[9] 朱华, 许再富, 王洪, 等. 西双版纳片断热带雨林植物区系成分及变化趋势[J]. 生物多样性, 2000, 8(2): 139-145.
[10] 应俊生. 中国种子植物物种多样性及其分布格局[J]. 生物多样性, 2001, 9(4): 393-398.
[11] 陈文俐, 杨昌友. 中国阿尔泰山种子植物区系研究[J]. 植物分类与资源学报, 2000, 22(4): 371-378.
[12] 刘彬, 尹林克, 塔西甫拉提•特依拜, 等. 新疆轮台野生种子植物物种多样性及区系特征分析[J]. 西南师范大学学报(自然科学版), 2015, 40(5): 75-81.
[13] 高丽君, 袁国映, 袁磊. 新疆生物多样性研究及保护[J]. 新疆环境保护, 2008, 30(2): 24-27.
[14] 魏岩, 谭敦炎, 朱建雯. 天山1号冰川冻原植被带种子植物区系[J]. 干旱区研究, 1998, 15(1): 49-53.
[15] 潘晓玲. 新疆植物区系研究[D]: [博士学位论文]. 广州: 中山大学, 1995.
[16] 新疆植物志编辑委员会. 新疆植物志(1-6卷) [M]. 乌鲁木齐: 新疆科技卫生出版社, 1993-1996.
[17] 新疆植物志编辑委员会. 新疆植物志简本[M]. 乌鲁木齐: 新疆科学技术出版社, 2014.
[18] 邱爱军, 杨赵平, 黄文娟, 等. 新疆种子植物新分布[J]. 种子, 2013, 32(1): 57-58.
[19] 满苏尔•沙比提. 新疆地理[M]. 北京: 北京师范大学出版社, 2012.
[20] 姚轶锋, 王霞, 谢淦德, 等. 新疆地区全新世植被演替与气候环境演变[J]. 科学通报, 2015(31): 2963-2976.
[21] 沈永平, 苏宏超, 王国亚, 等. 新疆冰川、积雪对气候变化的响应(I):水文效应[J]. 冰川冻土, 2013, 35(3): 513-527.
[22] 李小明. 新疆植被分布规律与水热关系初探[J]. 干旱区研究, 1988(2): 41-46.
[23] 吴征镒, Raven PH, 洪德元. 中国植物志(1-6卷)[M]. 北京: 科学出版社, 1994-2012.
[24] 杨昌友. 新疆树木志[M]. 北京: 中国林业出版社, 2012.
[25] 卢琦, 王继和, 褚建民. 中国荒漠植物图鉴[M]. 北京: 中国林业出版社, 2012.
[26] 闫凯. 新疆草原植物图册[M]. 北京: 中国农业出版社, 2011.
[27] 郗金标. 新疆盐生植物[M]. 北京: 科学出版社, 2006.
[28] Chinese Academy of Sciences and the Ministry of Environment Protection (2017) Catalogue of Life China: 2017 Annual Checklist. Science Press, Beijing.
[29] 中国科学院《中国自然地理》编辑委员会. 中国自然地理.植物地理.上册[M]. 北京: 科学出版社, 1983.
[30] 杨世杰. 植物生物学[M]. 北京: 高等教育出版社, 2010.
[31] 崔大方, 廖文波, 张宏达. 新疆种子植物科的区系地理成分分析[J]. 干旱区地理, 2000, 23(4): 326-330.
[32] 郭静谊, 阎平, 徐文斌. 新疆鄯善种子植物物种多样性及区系分析[J]. 干旱区资源与环境, 2009, 23(5): 149-153.
[33] 冯缨, 严成, 尹林克. 新疆植物特有种及其分布[J]. 西北植物学报, 2003, 23(2): 263-273.
[34] 谢梦洁. 江苏省野生种子植物区系特征研究[D]: [硕士学位论文]. 南京: 南京农业大学, 2009.