遼寧白石砬子國家級自然保護區植物區系的多樣性

張梅，劉利，伊力塔

（1.遼東學院城市建設學院，遼寧丹東 118003；2.遼東學院農學院，遼寧丹東118003；3.浙江農林大學林業與生物技術學院，浙江臨安 311300）

遼寧白石砬子國家級自然保護區植物區系的多樣性

張梅1，劉利2，伊力塔3

（1.遼東學院城市建設學院，遼寧丹東 118003；2.遼東學院農學院，遼寧丹東118003；3.浙江農林大學林業與生物技術學院，浙江臨安 311300）

通過多樣性指數、植物區系譜、相關分析和聚類分析等方法，對遼寧白石砬子國家級自然保護區植物區系多樣性進行定量分析。結果表明：該區植物種類豐富，以被子植物、雙子葉植物為主，優勢科、屬現象明顯，單種屬和少種屬比例較高，有一定殘遺性；種的分布型多樣，來源較廣泛，特有性不明顯，區系溫帶屬性較強，熱帶成分比較少，表明該區溫帶植物區系歷史起源；與相鄰植物區系多樣性比較，Shannon-Wiener指數差異顯著，其中泰山和昆崳山較高，白石砬子和長白山較低，Simpson指數差異不明顯；不同山地植物區系之間相似程度顯著，相關系數為0.839～0.995，聚類分析顯示：東北和華北植物區系的相似性及緯度分布格局，支持遼東半島植物小區劃歸于華北山地植物亞地區的觀點。圖3表6參16

植物學；區系多樣性；數量分析；多樣性指數；聚類分析；白石砬子；遼寧

植物區系研究能揭示和理解植物物種的分布格局，物種形成過程的空間反應[1]，多尺度、數量化分析植物區系更能探索植物分布的緯度、海拔等地理格局以及與氣候等之間的關系[2]。白石砬子國家級自然保護區位于中朝邊境鴨綠江下游地區，沿江、沿海、沿邊的地理位置顯示其獨特的區位重要性，屬泛北極植物區、中國—日本森林植物亞區的東北平原山地亞區，紅松Pinus koraiensis闊葉混交林是該區地帶性植被，其山地森林則是國家安全的重要生態屏障。關于該區研究多見于天然林[3-4]、植物資源[5-7]及森林土壤[8]等，而對植物區系多樣性研究未見報道。本研究采用多種方法數量化研究山地植物區系多樣性，為多地植物區系比較提供了有益的手段，對植物資源可持續利用、促進人與自然和諧，維護區域生態安全等方面有重要科學價值和現實意義。

1 研究區概況

白石砬子國家級自然保護區位于遼寧東部寬甸縣境內，地處40°50＇～57°12＇N，124°44＇07″～124°57＇30″E，面積約為7 467 hm2，屬長白山余脈千山山系。區內嶺谷相間，縱橫交錯，地質為震旦系古老變質巖，褶皺斷裂構造較為發育。保護區以主峰四方頂為中心向四周輻射延伸，最高海拔為1 270.5 m，相對高差866.5m。該區屬溫帶季風氣候，年均氣溫為6.4℃，年均降水量1 158mm，年均蒸發量885 mm，年均相對濕度73%，無霜期128 d，雨熱同季，集中于7-9月。植被主要有針葉林、闊葉林、灌叢和草甸等4個類型，海拔400～1 100m中低山地段是該區地帶性群落，以紅松Pinus koraiensis為主，還有少量沙松Abies holophylla和紫杉Taxus cuspidata。闊葉樹以楓樺Betula costata為主，混生色木槭Acermono，花曲柳Fraxinus rhynchophylla，核桃楸Juglansmandshurica和千斤榆Carpinus cordata等，海拔1 200 m以上是岳樺Betula ermanii矮曲林。

2 研究方法

2.1 區系調查與分析

在2010-2012年植物生長季，在收集資料基礎上，采用線路調查、定點輻射狀調查、特殊地區重點調查等，全球定位系統（GPS）定位，調查以標志點為中心，輻射狀覆蓋不同植被生境，包括針葉林、闊葉林和針闊葉混交林等，結合山頂、坡地和溝谷等不同地貌和海拔生境。依據區系調查和內業鑒定，構建研究區植物多樣性數據庫。采用區系地理的理論和方法[9-10]，分析白石砬子植物種的區系地理成分。

2.2 植物區系譜及多樣性指數

植物區系譜反映各種區系成分在該區系中占有比率或對其區系總體的貢獻[11]。各區系成分所占比率可由rFER=（qFEi/T）×100%求得。其中qFEi為某區系第i個區系成分的分類群數（如屬或種，i=1，2，3，…，n）；T為某區系各種地理成分的分類群總數，即：采用以Shannon-Wiener指數（H）和Simpson指數（D）來衡量各山地區系多樣性[11]。]。其中Pi為屬分布區i的相對比例；Ni為屬分布區i所在山地森林的各屬分布區的比例之和；N為屬分布區i的比例。

2.3 區系相關性及聚類分析

區系相關性是計算不同植物區系間相關系數，并以99%的概率保證作為顯著性檢驗指標。以各山地屬的地理成分為指標根據聚類模型分析相互關系[12]，求出類間距離矩陣，設有N個M維樣本數據Xij： i=1，2，…，N；j=1，2，…，M。計算各樣本間標準歐氏距離的平方，其中S2j為第j個變量的方差。把每個樣本看成一類，將距離最近的2類歸并為1個新類。采用系統聚類中Between-group Linkage法并作圖，聚類譜系圖及相關分析均通過運行SPSS 18.0軟件所得。

3 結果和分析

3.1 植物組成的多樣性

研究區共有維管植物114科442屬1 056種（含亞種、變種），維管植物多樣性組成見表1。

表1 白石砬子國家級自然保護區植物多樣性組成Table 1 Composition of plant biodiversity in Baishilazi

3.1.1 科的多樣性組成科內屬的組成見表2。該區維管植物含20屬以上科有菊科Compositae（41屬），禾本科Gramineae（27屬），傘形科Umbelliferae（25屬），豆科Leguminosae（24屬），唇形科Labiatae（21屬）和薔薇科Rosaceae（20屬），共6科158屬，分別占總科數、總屬數的5.26%和35.75%；含10～19屬的科有百合科Liliaceae（17屬），毛茛科Ranunculaceae（15屬），蘭科Orchidaceae（13屬），石竹科Caryophyllaceae（10屬），共4科55屬，占總科、屬數的3.50%和12.44%；含5～9屬的有十字花科Cruciferae（9屬），虎耳草科Saxifragaceae（8屬），莎草科Cyperaceae（6屬），茄科Solanaceae（6屬），玄參科Scrophulariaceae（6屬）等13科75屬，占總科、屬數的11.40%和16.97%；只有1個屬的單屬科有47科，占總科數41.23%，表示演化終極的科，屬種已經大量消亡，現存的是殘遺種類?？苾确N的組成見表3。含種數≥20的科有菊科（131種），薔薇科（63種），禾本科（52種），毛茛科（48種），百合科（46種），豆科（42種），傘形科（39種），唇形科（36種），蓼科Polygonaceae（29種），莎草科（27種），石竹科（24種），虎耳草科（21種），共12科558種，分別占科、種總數的10.53%和52.83%；含種數10～19種的科有忍冬科Caprifoliaceae（16種），桔?？艭am lanulaceae（16種），罌粟科Papaveraceae（15種），蘭科（15）種等15科191種，占科、種總數13.16%和18.09%；含2～9種的計60科280種，分別占總科、種數的52.63%和26.52%，有27科僅含1種，占總科數23.68%，但種數僅占2.56%。3.1.2屬的多樣性組成屬內種的組成見表4。該區含種數最多的屬為堇菜屬26種，其他含20種以上的有蓼屬Polygonum（24種），蒿屬Artemisia（20種），含10～19種的有薹草屬Carex（17種），委陵菜屬Potentilla（13種），延胡索屬Corydalis（12種），鳳毛菊屬Saussurea（11種），蒲公英屬Taraxacum（11種），李屬Prunus（10種），槭屬Acer（10種），早熟禾屬Poa（10種），沙參屬Adenophora（10種）；含5～9種的屬有楊屬Populus，柳屬Salix，烏頭屬Aconitum，鐵線蓮屬Clematis，老鸛草屬Geranium，黃精屬Polygonatum等35屬，占該區屬、種總數的7.92%和20.83%。含2～4種的少種屬有179個，占總種數42.05%，單種屬有216屬，占總屬數48.87%，少種屬和單種屬含種數占總種數62.5%，說明該區植物種類組成較分散，分化程度較低，其中泥胡菜屬Hemistepta，白屈菜屬Chelidonium，桔梗屬Platycodon和防風屬Saposhnikovia等為世界單型屬。

表2 白石砬子國家級自然保護區植物科內屬的組成Table 2 Genus from familes in Baishilazi

表3 白石砬子國家級自然保護區植物科內種的組成Table 3 Species from familes in Baishilazi

表4 白石砬子國家級自然保護區植物屬內種的組成Table 4 Species from genus in Baishilazi

3.2 植物區系成分的多樣性

根據傅沛云關于中國東北部種子植物種的分布區類型劃分，該區可分為20種類型（表5）。

表5 白石砬子國家級自然保護區種子植物種的分布區類型Table 5 Distribution types of seed plants in species from Baishilazi

該地區共有世界廣布種17種，大都是一些典型的濕生、水生植物及雜草。如狹葉香蒲Typha angustifolia，蘆葦Phragmites australis，浮萍Herba spirodelae等。常見雜草有藜Chenopodium album，馬齒莧Portulaca oleracea和狗尾草Setaria viridis等。種的分布型中亞寒帶—寒帶性質成分102種，占10.98%（世界分布不計），其中北溫帶—北極分布型有廣布野豌豆Vicia cracca，莫石竹Moehringia lateriflora和柳葉繡線菊Spiraea salicifolia等。西伯利亞分布型有岳樺Betula ermanii，狹葉蕁麻Urtica angustifolia剌玫薔薇Rosa davurica和毛百合Lilium dahuricum等。

溫帶分布是該區植物種的分布區類型的主要成分，共計788種，占區內總種數84.8%，其中以中國—日本分布型（233種）種數最多，占本區野生植物總種數的25.08%，如春榆Ulmus japonica，黃檗Phellodendron amurense，榛子Corylus heterophylla，胡枝子Lespedeza bicolor等；其次是東北分布（164種）占17.65%，有紫花槭Acer pseudosieboldianum，東北山梅花Philadelpus schrenkiit和大葉芹Spurlopimpinella brachycarpa等。東北—華北分布（70種）占7.53%，東亞分布（62種）占6.67%，北溫帶分布和舊世界溫帶分布各58種，各占6.24%；溫帶亞洲分布（53種）占5.71%，其余成分則較少，所占比例為0.32%～3.44%。該區熱帶性質成分39種，僅占4.21%，如鴨跖草Commelina communis，香薷Elshotzia ciliata，鱧腸Eclipta prostrata，泥胡菜Hemistepta lyrata等。

3.3 植物區系譜多樣性及相似性

從與白石砬子國家級自然保護區臨近地區選取8個代表性山地植物區系[13-15]，比較植物區系譜的多樣性（圖1）。該區植物屬的分布型包含15個分布區類型和9個變型，地理成分來源廣泛，優勢現象顯著，其中，熱帶分布有6個分布型和2個變型；溫帶分布有4個分布型和4個變型。泛熱帶分布成分（F2）白石砬子和長白山明顯低于其他地區，而北溫帶分布成分（F8）又明顯高于其他地區，可見該區系具有明顯的溫帶屬性。在所有分布型中，北溫帶分布型及其變型占首位。

圖1 白石砬子國家級自然保護區與鄰近植物區系譜多樣性的比較Figure 1 Floristic spectrum of Baishilaziand its adjacentmountains

8個相鄰的代表性山地植物區系多樣性指數略有不同（圖2），Shannon-Wiener指數差異較為顯著（1.736 0～2.072 0），其中昆崳山和泰山較高，白石砬子和長白山較低；而Simpson指數差異不大（0.711 4～0.827 7）。各山地植物區系進行聚類（圖3），當距離取15時，可劃為2組（鳳凰山和千山、五臺山和小五臺山、昆崳山和泰山為一組；長白山和白石砬子為一組），也即：長白植物區系與華北植物區系。當距離取10時，可劃為4組（鳳凰山、千山、五臺山和小五臺山為一組，泰山和昆崳山為一組，長白山、白石砬子各為一組），鳳凰山、千山和五臺山、小五臺山聚為一組同屬華北植物區系，泰山和昆崳山為山東丘陵亞地區，而白石砬子與長白山位于東北植物區系南北兩地，就其種類組成而言較為接近，總體反映了東北、華北植物區系從北到南相似性變化的緯度分布格局。相關分析顯示不同植物區系之間相似程度，相關系數0.839～0.995，其中白石砬子和泰山、昆崳山、千山相關性較小，而與長白山相關性較大。鳳凰山與千山、小五臺山相關性較大，與白石砬子相關性較?。ū?）。

表6 白石砬子與鄰近植物區系的相關性矩陣Table 6 Floristic correlationmatrix of Baishilaziand its adjacentmountains

圖2 白石砬子國家級自然保護區與鄰近植物區系多樣性指數Figure 2 Floristic diversity index of Baishilazi and its adjacent mountains

4 結論及討論

圖3 白石砬子國家級自然保護區與鄰近植物區系聚類分析Figure 3 Cluster analysis of Baishilazi and its adjacent mountains

遼寧白石砬子國家級自然保護區是東北植物區系南緣植物種類較豐富的山地，以被子植物、雙子葉植物為主。植物組成優勢科現象明顯，單種屬和少種屬比率較高，表現出一定殘遺性，科、屬組成表現出明顯優勢性，較少的大科含有較多的屬種，較多的小科含有較少的屬種；種的地理成分豐富多樣，以溫帶分布種為主，其中中國—日本分布（233種）最多，占本區野生植物總種數25.08%，其次，東北分布（164種）占17.65%，亞寒帶—寒帶成分占10.98%，熱帶成分僅占4.21%，這和長白山植物區系性質類似[14]。

區系多樣性指數能反映地區植物種類多樣性及屬間均勻程度，鄰近各山地的植物區系Shannon-Wiener指數差異明顯（1.736 0～2.072 0），其中昆崳山和泰山較高，白石砬子和長白山較低；而各山地區系Simpson指數差異并不明顯（0.711 4～0.827 7）。不同山地區系間相似程度顯著（P＜0.01），相關系數達0.839～0.995，白石砬子和泰山、昆崳山、千山相關性較小，而與長白山的相關性較大。聚類結果顯示了東北和華北植物區系的緯度分布格局及相似性關系，隨著緯度的降低，溫帶屬成分依次降低，而熱帶屬成分逐漸升高[15]。朱立濤等[16]認為千山劃歸華北植物區系比較合理。本研究以遼東、山東半島以及華北代表山地區系為例，進一步證明了千山和鳳凰山與五臺山、小五臺山的相似性，千山和鳳凰山劃入華北植物區系，而白石砬子屬東北植物區系，支持遼東半島植物小區劃歸華北植物區系的觀點。

致謝：感謝白石砬子國家級自然保護區郭元濤工程師等對野外工作的大力支持。

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Plant floristic diversity in the Baishilazi National Nature Reserve of Liaoning，China

ZHANGMei1，LIU Li2，Yilita3
（1.Urban Construction College，Eastern Liaoning University，Dandong 118003，Liaoning，China；2.Agricultural College，Eastern Liaoning University，Dandong 118003，Liaoning，China；3.School of Forestry and Biotechnology，Zhejiang A&FUniversity，Lin，an 311300，Zhejiang，China）

The article objective to study diversity of plant floristic，based on floristic spectra，diversity indexes，correlation analysis，and cluster analysis，plant floristic diversity in the Baishilazi National Nature Reserve（NNR）of Liaoning Province was analyzed and compared to adjacentmountains.Results showed an abundance of species in Baishilazi including angiosperms and dicotyledonous plants.It is obvious in the dominant family and genus，angiosperms having a single-species and specieswith only a few genera were plentifulwere showing some relict phenomenon.Distribution types were diverse and complex in the Baishilazi NNR，endemic genera and specieswere lacking，and tropical elementswere few with a greater proportions of taxa belonging to species with temperate characteristics.Compared with adjacent mountains，the Shannon-Wiener index of the floristics was significantly different，whereas the Simpson index was not.The Shannon-Wiener Indexes of Taishan and Kunyushan were high.Correlation of species diversity for differentmountains was highly significant（P=0.01）with r between 0.839 and 0.995.The cluster analysis of similarities and latitude patterns for flora of Northeast China，indicated that flora of Liaodong Peninsula in Liaoning Province belonged to the flora of North China. [Ch，3 fig.6 tab.16 ref.]

botany；floristic diversity；quantitative analysis；diversity index；cluster analysis；Baishilazi；Liaoning

S718.5；Q948.5

A

2095-0756（2014）02-0210-07

2013-05-21；

2013-09-14

國家自然科學基金資助項目（41271028）；遼東學院科研項目（2013y015）

張梅，副教授，從事生態學和生物多樣性保護研究。E-mail：ddzm0201@163.com