新疆南北疆灌木植物组成及区系比较

冯 缨, 张月婷, 王喜勇, 古力努尔

(1. 中国科学院新疆生态与地理研究所, 新疆 乌鲁木齐 830011; 2. 乌鲁木齐市林业局, 新疆 乌鲁木齐 830000)

新疆独特的自然地理特点和复杂的生态环境孕育了丰富的灌木资源，灌木种类多且分布面积广，并在长期的恶劣环境中逐渐形成了一系列适应特征，极耐大气和土壤干旱，人工栽培较易成活。在植物地理学上，新疆位于亚洲中部和古地中海等植物区系的结合部，其植物区系和植被具有较强的复杂性和过渡性，其植物种类的组成与中国其他省区相比也有明显差异。为深入了解新疆灌木植物区系的性质、特点、起源及演变规律，作者对北疆和南疆灌木植物区系的组成、分布区类型、特有种和珍稀濒危种类的差异和相似性进行了比较分析，并分析其起源和发生特点，以期为荒漠化治理过程中适宜物种的选择提供理论依据。

1 研究区概况和研究方法

1.1 研究区概况

新疆境内的天山山脉横亘于新疆中部，将新疆分成北疆(准噶尔盆地)和南疆(塔里木盆地)两部分；天山是亚洲最大的山系之一，南北宽250～300 km，东西长2 500 km，平均海拔4 000～5 000 m，最高峰托木尔峰海拔7 435.3 m，自西向东山体逐渐降低。

北疆年平均气温3 ℃～8 ℃，≥10 ℃年积温 2 000 ℃～3 700 ℃，年平均最高温度12.9 ℃，年平均最低温度1.1 ℃；年总辐射值5 200～5 600 MJ·m-2；无霜期140～185 d；年降水量150～250 mm，山区年降水量400～600 mm；气候类型为中温带。南疆年平均气温10 ℃～13 ℃，≥10 ℃年积温在4 000 ℃以上，年平均最高温度18.4 ℃，年平均最低温度4.7 ℃；年总辐射值6 000～6 200 MJ·m-2；无霜期180～220 d；年降水量90 mm，山区年降水量200～400 mm；气候类型为暖温带。

天山山脉“湿岛性”的山地为灌木生物多样性的形成提供了优越的空间；天山北坡受西来湿气流的影响，降水较丰富，植被垂直带结构发育完整；南坡则较干旱。由于北疆和南疆在地貌、降水和热量分配等方面[2]存在明显差异，致使北疆和南疆在灌木种类、组成及区系特征等方面明显不同。

1.2 研究方法

1.2.1 数据来源 统计数据来源于《新疆植物志》和新疆资源生态环境数据库中有关植物分布的记录，并结合野外植物调查和中国科学院新疆生态与地理研究所标本馆(XJBI)馆藏凭证标本数据[3]。

1.2.2 相似性系数计算 利用不同地区或不同地理成分间的相似性系数(Sc)[4]推算北疆和南疆灌木植物区系的相似性程度，其计算公式为：Sc=〔2C/(A+B)〕×100%，式中：C为两地的共有科、共有属或共有种的数量，A和B为分别出现于两地的科、属或种的数量。其中仅统计自然分布的灌木种类，剔除栽培种。

2 结果和分析

2.1 植物种类组成分析

统计结果显示：新疆共有灌木植物39科127属462种，被子植物中含有灌木植物的科仅占1/3。其中，北疆分布有灌木植物37科104属350种，南疆分布有灌木植物28科63属160种；栽培灌木植物2科17属55种。可见，北疆灌木植物丰富度高于南疆。

解法二：由（f x）=sin2x+a cos2x的图象关于直线对称，利用函数（f x）的图象关于直线x=m对称⇔（f x）=f（2m-x）可得：sin2x+a cos2x=sin，然后取代入即可求得a=-1.

2.1.1 科的组成分析 北疆与南疆灌木植物科的数量特征见表1。由表1可以看出：在科级水平上，北疆和南疆灌木植物均以含2～10种的科最多，分别为22和17科，分别占两地灌木植物总科数的59.5%和60.7%；含10种以上的科数量相同，而北疆和南疆灌木植物中含1种的科的数量分别为6和2科，有一定差异。

北疆和南疆灌木植物的优势科组成存在一定的相似性(表2)。共有科为菊科(Compositae)、豆科(Leguminosae)和藜科(Chenopodiaceae)，在两地灌木植物物种组成中占有主导地位，为该区域荒漠植被组成的主要成分。但北疆各优势科所包含种类数明显多于南疆，显示出2个区域灌木植物区系的差异性。

表1 北疆和南疆灌木植物科的数量特征

表2 北疆与南疆灌木植物优势科的比较

2.1.2 属的组成分析 北疆和南疆灌木植物属的数量特征见表3。由表3可以看出：北疆和南疆灌木植物均以含1种和含2～10种的属占绝对优势，含10种以上的大属相对不发达，且均没有含50种以上的大属。表明新疆灌木植物属的组成以含10种及10种以下的小属为主。其中，柳属(SalixLinn.)、锦鸡儿属(CaraganaFabr.)、沙拐枣属(CalligonumLinn.)和蔷薇属(RosaLinn.)构成了新疆灌木植物区系中属的主要成分，它们中的大多数种类是新疆植物区系中的常见种类，有些种类还以建群种的形式出现，表明这些属在新疆植物区系组成中有重要作用，具有优势属的地位。

表3 北疆和南疆灌木植物属的数量特征

2.2 地理成分分析

2.2.1 科的分布区类型分析 依据世界种子植物科的分布区类型的系统分类方法[5]，分别对北疆和南疆灌木植物区系科的分布区类型进行划分，结果见表4。

由表4可见：北疆灌木植物科的分布区类型可划分为5个类型，其中，世界广布型科最多，有16科，占北疆灌木植物总科数的43.2%，包括菊科、蓼科(Polygonaceae)、藜科和豆科等；其次是北温带分布型，有12科，占北疆灌木植物总科数的32.4%，包括杨柳科(Salicaceae)、麻黄科(Ephedraceae)、桦木科(Betulaceae)、胡颓子科(Elaeagnaceae)和忍冬科(Caprifoliaceae)。

南疆灌木植物科的分布区类型可划分为4个类型，其中世界广布型科最多，有14科，占南疆灌木植物总科数的50.0%，包括菊科、蓼科、藜科和豆科等；其次是北温带分布型，有8科，占南疆灌木植物总科数的28.6%，包括杨柳科、柽柳科(Tamaricaceae)、小檗科(Berberidaceae)和忍冬科等。因此，从科的分布区类型的划分结果看，北疆和南疆的灌木植物均以世界广布型科占绝对优势，其次是温带性成分，二者构成新疆灌木植物区系的重要组成成分。

2.2.2 属的分布区类型分析 根据中国种子植物属的分布区类型的划分方法[6]，分别对北疆和南疆灌木植物属的分布区类型进行划分，结果见表5。

表4 北疆与南疆的灌木植物科的分布区类型对比

表5 北疆与南疆灌木植物属的分布区类型对比

由表5可见：在属级水平上，北疆灌木植物可划分为8个分布区类型。其中地中海区、西亚至中亚分布型属所占比例最大，有28属，占北疆灌木植物总属数的26.9%；其次是北温带分布型属，有23属，占北疆灌木植物总属数的22.1%。

在属级水平上，南疆灌木植物也可划分为8个分布区类型。与北疆灌木植物区系相似，地中海区、西亚至中亚分布型属所占比例最大，有20属，占南疆灌木植物总属数的31.7%；这些属为古地中海区系孑遗成分，包括盐爪爪属(KalidiumMoq.-Tandon)、盐节木属(HalocnemumBieb.)、盐穗木属(HalostachysC. A. Mey.)、合头草属(SympegmaBunge)、戈壁藜属(IljiniaKorov.)和新疆藜属(AelleniaUlbr.)等，这些属在第三纪发生于古地中海地区，在第四纪气候越来越干旱时又有所分化，形态结构和生理特性都发生变化，以适应越来越严峻的气候环境；它们均产自新疆，且在中亚地区和地中海至亚洲中部地区也有分布，是新疆荒漠区系中古地中海发生的典型代表。南疆灌木植物中北温带分布型属也较多，有17属，占南疆灌木植物总属数的27.0%；包括桦木属(BetulaLinn.)、柳属、绣线菊属(SpiraeaLinn.)、蔷薇属、忍冬属(LoniceraLinn.)、蒿属(ArtemisiaLinn.)和风毛菊属(SaussureaLinn.)等，这些属随白垩纪末海退大范围形成。

因此，北疆和南疆的灌木植物区系以年青性成分为主且兼具古老性；同时，2个区域的灌木植物区系与地中海区、西亚至中亚以及温带分布型交流最多，与热带和东亚分布型交流很少。另外，北疆灌木植物属的分布区类型中包含东亚分布型属5个，南疆灌木植物属的分布区类型中没有东亚分布型属，但包含北疆灌木植物区系中所没有的东亚和北美洲间断分布型属1属，表明北疆和南疆灌木植物属的分布区类型有少量差异。

通过上述地理成分分布区类型的分析可以看出：新疆灌木植物区系种类比较丰富，但存在分布不均、区域差异大且多种区系成分汇集、混杂和过渡的特征，具有明显的温带性质。

2.2.3 特有种类、濒危和保护种类分析 尽管新疆灌木植物物种起源古老，但本地特有种较多，形成了较多的新疆灌木特有成分[7]。其中，北疆灌木植物特有种有15种，包括绿叶柳(SalixmetaglaucaCh. Y. Yang)、光叶柳(S.paraphylicifoliaCh. Y. Yang)、塔城柳(S.tarbagataicaCh. Y. Yang)、绢柳(S.neolapponumCh. Y. Yang)、盐生桦(BetulahalophilaChing ex P. C. Li)、额河木蓼(AtraphaxisjrtyschensisYang et Han)、若羌沙拐枣(CalligonumruoqiangenseLiou f.)、三列沙拐枣(C.trifaricumZ. M. Mao)、吉木乃沙拐枣(C.jimunaicumZ. M. Mao)、库尔勒沙拐枣(C.kuerlenseZ. M. Mao)、塔里木柽柳(TamarixtarimensisP. Y. Zhang et M. T. Liu)、阿尔泰鹿蹄草(PyrolachouanaCh. Y. Yang)、柱筒枸杞(LyciumcylindricumKuang et A. M. Lu)、策勒亚菊(AjaniaqiraicaZ. X. An et Dilxat)和半凋萎绢蒿〔Seriphidiumsemiaridum(Krasch. et Lavr.) Ling et Y. R. Ling〕。

南疆灌木植物包含特有种8种，包括英吉沙沙拐枣(CalligonumyingisaricumZ. M. Mao)、小沙拐枣(C.pumilumA. Los.)、小沙冬青〔Ammopiptanthusnanus(M. Pop.) Cheng f.〕、南疆黄耆(AstragalusnanjiangianusK. T. Fu)、莎车柽柳(TamarixsachuensisP. Y. Zhang et M. T. Liu)、塔克拉玛干柽柳(T.taklamakaensisM. T. Liu)、白花柽柳(T.androssowiiLitw.)和帕米尔分药花(PerovskiapamiricaC. Y. Yang et B. Wang)。北疆灌木植物特有种所占比例较南疆高，推测原因为北疆的自然地理环境除有利于保存古老类群外，比南疆更有利于新生类群的发生和分化。上述结果表明新疆灌木植物区系在老第三纪就已经发生，并在第三纪形成、第四纪有新发展。由此可见，新疆灌木植物区系起源古老，且本土成分占有重要地位。

在新疆灌木植物中也留存着一些濒危植物和保护植物，有盐生桦、裸果木(GymnocarposprzewalskiiBunge ex Maxim.)、小沙冬青、沙冬青〔Ammopiptanthusmongolicus(Maxim. ex Kom.) Cheng f.〕、半日花(HelianthemumsongaricumSchrenk)和塔克拉玛干柽柳等，这些种类多属于古老及孑遗植物，在第四纪冰期虽然其他地区受到山地和冰川寒冷气候的影响[8]，但由于新疆南部地区具有复杂的地形条件，成为古老植物的避难所或新生孤立类群的发源地。

2.3 植物区系组成的相似性分析

统计结果表明：北疆与南疆灌木植物区系在科、属水平的相似性系数分别为86.1%和69.4%，表明大背景下2个区域的灌木植物区系有较为密切的关系，尤其体现在温带性较强的科，北疆与南疆灌木植物共有的表征科有菊科、藜科和豆科等。由于太阳辐射热能的分布随纬度变化，自北向南由温带向暖温带递变，进而引起植物分布类型的明显变化。

北疆与南疆灌木植物组成在种水平上的相似性系数降至40.8%，差异较大。自北向南植被的差异也体现了北疆与南疆灌木植物在种水平上的交流不如科、属水平的交流密切。从大景观特征上看，北疆为普通荒漠，南疆为极旱荒漠；受水热状况极不平衡以及成土母质的影响，天山南北两大盆地土壤中富含盐分，恶劣的生态环境条件限制了许多植物的生存与发展，同时也形成了一些生命力顽强或能够适应恶劣自然条件的耐寒、耐旱和耐盐碱的植物种群。通过植物区系的相似性比较分析，不仅可以反映北疆与南疆间植物区系的联系，还可以反映北疆与南疆环境条件和自然演化历史的共同性程度或者相关性的密切程度。

3 讨 论

统计结果表明：新疆分布有高等植物共计138科860属3 875种(包含种下类群)，其中，灌木有39科127属462种。而梁雪琼等[9]的调查结果显示：新疆共有灌木植物35科109属416种(包括20个变种)，与作者的调查数据有一定差异。造成这一差异的原因与调查时间及调查区域的时空差异有关。新疆的北疆和南疆在日照、气温、热量和降雨量分配等方面存在明显差异，造成北疆和南疆呈现出不同的自然地理小环境；自然地理环境的异质性直接导致北疆和南疆的灌木植物在种类、组成、植被类型及区系特征等方面有明显差异，归纳如下：

1) 北疆的灌木植物多样性较南疆丰富，北疆分布有灌木植物37科104属350种，南疆分布有灌木植物28科63属160种。北疆和南疆的植物区系具有相同的历史渊源，但植物区系的相似性程度依科、属、种水平依次递减，表明天山是新疆植物区系南北分异的一条主要界限。

2) 新疆灌木植物区系是多种区系成分的汇集、混杂和过渡，具有明显的温带性质，这与梁雪琼等[9]的研究结果相同。许多旱生种类在当地的干旱环境中发展起来[10]，因此，北疆和南疆的灌木植物区系以年青性为主而兼具古老性；同时,从属的分布区类型来看，新疆灌木植物区系与地中海区、西亚至中亚及温带分布型交流最多，与热带和东亚分布型交流很少，其区系特征与本地区所处的北温带和古地中海地理位置以及气候条件相一致。

3) 尽管新疆灌木植物物种起源古老，但本地特有种较多，形成了丰富的新疆灌木特有成分。其中还包含较多的珍稀濒危重点保护植物。由于生态环境的剧烈变化，导致大量植物种类不能适应恶劣环境而消亡和迁移，同时孕育并形成新的物种，因此，新疆特有种是生物多样性保护的关键种和敏感区[11]。通过北疆和南疆灌木植物的特有现象分析，可为深入了解新疆植物区系的组成、性质、特点、起源及演变规律提供基础资料。

4)新疆的灌木植物是干旱、半干旱荒漠区植被的主要组成部分，该类植物在漫长而复杂的地质演变过程中通过生理和生态上的进化、适应和竞争，形成了一系列的生存策略，具有明显的特殊性和区域特色。因而，加强恶劣生境下灌木生态学的研究，对于正确认识和理解灌木在生态建设中的地位和作用有极其深远的意义。

参考文献:

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