陕西秦巴山区药用观赏植物的物种多样性和空间分布.pdf

第 43 卷第 3 期2024 年 3 月中 国 野 生 植 物 资 源Chinese Wild Plant ResourcesVol.43 No.3Mar.2024陕西秦巴山区药用观赏植物的物种多样性和空间分布饶倩1，2，陈思博1，余文波3，吉文丽1*（1.西北农林科技大学 风景园林艺术学院，陕西 咸阳 712100；2.海口市金牛岭公园管理处/海口市园林科学研究所，海南 海口 570206；3.海南欣辰信息工程咨询有限公司，海南 海口 570205）摘要 目的：探究陕西秦巴山区药用观赏植物资源，为该区域生物多样性保护规划和科学管理提供有效途径。方法：通过文献检索和在线数据库，对陕西秦巴山区45个县（区）的药用观赏植物进行了编目和分布统计，并对其科属种组成、药用部位、观赏特性、园林用途、受威胁状况、多样性分布格局及保护空缺情况进行分析。结果：140科，500属，906种，多为草本植物；从药用部位上看，全草（株）类药用植物最多；从观赏特性来看，观花类植物最多；从园林用途来看，地被类植物最多；基于县域尺度的物种多样性水平分布格局呈现出从东北向西南递增的变化趋势，太白县和眉县是分布热点县，西部和东南部药用观赏植物大多处于保护空缺状态；在垂直分布上，物种丰富度呈现出随海拔的升高先上升后下降的单峰格局。结论：本研究结果可为陕西秦巴山区药用观赏植物资源的持续开发利用，以及未来自然保护区的建立提供科学依据。关键词 药用部位；观赏特性；多样性格局；热点区域；陕西秦巴山区中图分类号：S731.2 文献标识码：A 文章编号：1006-9690（2024）03-0124-09Species Diversity and Spatial Distribution of Medicinal Ornamental Plants in Qinling-bashan Mountains Area of Shaanxi ProvinceRao Qian1，2，Chen Sibo1，Yu Wenbo3，Ji Wenli1*（1.College of Landscape Architecture and Art，Northwest A&F University，Xianyang 712100，China；2.Haikou Jinniuling Park Management Office/Haikou Municipal Institute of Landscape Architecture Science，Haikou 570206，China；3.Hainan Xinchen Information Engineering Consulting Co.，Ltd.，Haikou 570205，China）Abstract Objective：To explore the resources of medicinal ornamental plants in Qinling-bashan Mountains area of Shaanxi Province，and to provide an effective way for biodiversity conservation planning and scientific management in the region.Methods：The medicinal ornamental plants in 45 counties（districts）in Qinling-bashan Mountains area of Shaanxi Province were cataloged and distributed through literature search and online database.And their family and genus composition，medicinal parts，ornamental characteristics，garden use，threatened status，diversity distribution pattern and conservation vacancies were analyzed.Results：140 families，500 genera，and 906 species were mostly herbaceous plants.From the viewpoint of medicinal parts，the most medicinal plants were whole grasses.From the viewpoint of ornamental characteristics，the most plants were flower-viewing plants.From the viewpoint of garden use，the most plants were groundcovers.Based on the distribution pattern of the diversity level of the species at the county scale，it showed a trend of increasing from the northeast to the southwest.The hotspot counties were Taibai and Meixian counties，and the western and doi：10.3969/j.issn.1006-9690.2024.03.018收稿日期：2023-05-28，录用日期：2024-03-08基金项目：新疆天山、陕西秦岭资源环境和生物多样性调查，科技基础资源调查专项课题（2019FY101604）；陕西省重点研发计划项目（2023-YBNY-002）；陕西省林业科学院科技创新计划（SXLK2021-0203）。作者简介：饶倩（1998-），女，硕士研究生，研究方向为园林植物。E-mail：*通讯作者：吉文丽（1965-），女，博士，教授，研究方向为园林植物。E-mail： 124第 3 期饶倩，等：陕西秦巴山区药用观赏植物的物种多样性和空间分布southeastern counties were the hotspot counties.The hotspot counties were Taibai County and Meixian County，and most of the medicinal ornamental plants in the western and southeastern parts of the country were in the state of protection vacancy.In the vertical distribution，the species richness showed a single-peak pattern of increasing and then decreasing with the increase of elevation.Conclusion：The results of this study provided a scientific basis for the sustainable development and utilization of medicinal ornamental plant resources in Qinling-bashan Mountains area of Shaanxi Province，as well as the establishment of nature reserves in the future.Key words Medicinal parts；Ornamental characteristics；Diversity pattern；Hot-spot area；Qinling-bashan Mountains area of Shaanxi物种多样性的空间分布格局可以直接表现在一定范围内不同地域的生物多样性与所处区域气候、地形及生态等要素之间的关系1-2，有利于了解物种迁徙扩散的原因以及对区域物种特征的影响过程，也是区域内植物资源热点地区及其形成过程研究的基础。生物多样性丰富度是在全球气候变暖背景下保护生物多样性的理论基础，其中生物多样性热点是建立保护区和制定保护决策的依据3。通过收集物种资料，确定分布地区以研究其丰富度格局，确定区域物种热点地区，已经成为探索生物多样性保护的重要方法4-5。药用观赏植物是指以观赏功能为主、药用功能为辅的园林植物。在园林应用上，既可以形成丰富的园林植物景观，又可以起到一定的药用保健功效7。在传统保护生物学中，评估物种保护的优先等级主要关注物种的受威胁性程度，而对物种的经济价值考虑较少。因此，重视资源物种的多样性格局及热点地区，以此凸显其在物种保护方面的价值8。秦巴山区有着复杂丰富的地貌类型，气候适宜植物生长，孕育了丰富的药用植物资源，当地盛产杜仲（Eucommia ulmoides Oliv.）、龙胆（Gentiana scabra Bunge）、山茱萸（Cornus officinalis Sieb.&Zucc.）等著名的药材，是我国药材的主要产地之一9。目前，秦巴山区的药用植物资源研究主要有植物区系组成、起源、性质，物种多样性，少数物种的地理分布，局部地区内对某一科或属的资源现状、地理分布和开发利用等研究10-14。然而，关于秦巴山区药用观赏植物多样性格局及其保护还缺乏研究，因此，本研究分析陕西秦巴山区药用观赏植物资源的多样性分布格局，评估其保护状况，对植物资源合理开发利用和科学有效保护提供理论支撑，同时对维持生态平衡、改善自然环境、发展国民经济具有重要意义。1材料与方法1.1数据来源1.1.1陕西秦巴山区药用观赏植物名录石松和蕨类植物参考PPGI系统15，裸子植物参考Christenhusz等16，被子植物采用修订的APG 分类系统确定物种的科属。以既具有药用价值又可用于园林的药用观赏植物确定入选标准：（1）筛选药用植物，以 中华人民共和国药典（2020版）17为主，当代药用植物典（第二版）18、中国药用植物志19、陕西中草药20、中国医药信息查询平台（https：/ 园林植物1 000种21、观赏植物学22、园林景观植物树木图典23、中国北方木本花卉24、园林景观植物图鉴25、中国作物及其野生近缘植物花卉卷26、园林树木学27、园林花卉学28等。将花色绚丽、花型硕大、花小繁密、花果兼美、茎干独特以及姿态雅丽作为主要筛选原则，部分物种形态虽不美观，但在各种城乡环境中起到生态防护和环境改善作用的也列入研究数据。因研究数据将指导科研引种及保护区建设，故将经济可行、生态友好等特性或条件也作为遴选指标。1.1.2陕西秦巴山区药用观赏植物水平和垂直分布数据物种的县级分布和海拔分布数据主要依据以下来源：（1）专著，参考 陕西维管植物名录29、中国秦岭常见药用植物图鉴30、秦岭植物志 31；（2）线上数据库，如陕西省数字标本馆（http：/ 125中 国 野 生 植 物 资 源第 43 卷部位、观赏特性和园林用途及受威胁状况。依据Drude氏生活型系统将药用观赏植物分为乔木、灌木或小乔木、草本和藤本 4 种类型。根据徐国钧等34对植物入药部位的分类标准划分为全草（株）类、根类、根茎类、藤茎类、叶类、花类、皮类、果实类、种子类及其它类共10 类药用植物，对具有多个药用部位的植物仅选择其最重要的入药部位进行统计。参考 观赏植物学 一书22，依据形态特征和观赏部位将研究对象分为观花、观叶、观果和观干4种植物类型，依据观赏植物的观赏特性，并结合生活型、应用方式等特征，将其园林用途分为孤荫树类（含孤植树和庭荫树）、行道树类、绿篱类、垂直绿化类、地被类、盆栽及造型类6种类型（具备多个观赏部位、多种园林用途的同株植物可重复统计）。根据 国家重点保护野生植物名录35、陕西省人民政府关于公布重点保护野生植物名录的通知，IUCN濒危物种红色名录36，将植物受威胁状况分为国际保护（IUCN濒危等级）、国家级保护和陕西省保护。1.2研究方法1.2.1陕西秦巴山区药用观赏植物名录将 陕西植物志（第四卷）37、秦岭野生植物图鉴38、秦岭植物志增补39、已公开发布的全国第四次中药资源普查成果40-41和 陕西维管植物名录（2021版）42中的植物资源作为陕西秦巴山区本底植物的来源，形成陕西秦巴山区植物名录。在此名录中筛选出药用植物名录，再筛选观赏植物名录，最终形成陕西秦巴山区药用观赏植物名录。1.2.2陕西秦巴山区药用观赏植物水平分布物种的分布数据根据县（区）域的尺度进行采集汇总。陕西秦巴山区共覆盖6个市级行政区的45个县级行政区域（含市辖区），其中汉中市11个，宝鸡市7个，西安市6个，渭南市4个，商洛市7个，安康市10个。以地域相邻、面积较小区域合并原则将陈仓区、渭滨区和金台区合并为1个市辖行政区，即为宝鸡市，故最终将陕西秦巴山区划分为43个行政区域。根据以上得出的物种分布数据，为了消除面积对不同大小区域物种丰富度的影响，以每个县域内的物种密度（D）来表示物种丰富度43。D=N/ln(S)其中，N 是某县域物种数量；S 是某县域面积（km2）。1.2.3陕西秦巴山区药用观赏植物分布热点采用Top 5%丰富度算法和互补算法识别植物分布热点44。其中Top 5%丰富度算法按物种丰富度由高到低对县（区）进行排序，排名靠前的县域总面积占到陕西秦巴山区总面积前5%的地区就是物种分布热点县（区）。互补算法首先选择物种丰富度最高的县，并从物种数据库中删除该县所有物种，然后再选择剩下区域中物种数量最多的县，并从数据库中删除该县的剩余物种。这个过程反复进行，直到所有物种都从数据库中删除。如果多个县有相同的未选物种数，则选择面积较小的县，以满足使用最小面积保存最多物种的规则45。互补算法选择的所有县也被指定为热点县。将热点县、保护植物的边界图层与陕西秦巴山区国家级自然保护区的图层进行叠加，分析其保护空缺。利用Excel 软件对数据进行统计整理。通过数据整理，建立以县（区）为基本地理单元的陕西秦巴山区药用观赏植物多样性的地理分布数据，并在此基础上，结合陕西秦巴山区各县（区）的矢量图，在ArcGIS 10.2.2 地理信息平台上利用软件中的自然间断法，将各县区的物种丰富度分为5个等级，进行植物物种数据的空间显示和分析。2结果与分析2.1陕西秦巴山区药用观赏植物的物种多样性陕西秦巴山区药用观赏植物共有906种，隶属于140科500属，其中，石松类和蕨类植物9科10属16种；裸子植物5科12属22种；被子植物126科478属868种。就生活型而言，乔木151种，灌木或小乔木167种，草本528种，藤本60种，可见陕西秦巴山区药用观赏植物多数为草本植物。从科的组成来看，陕西秦巴山区药用观赏植物隶属于140科，含10种及以上的科主要有菊科（Asteraceae）、蔷薇科（Rosaceae）、毛茛科（Ranunculaceae）等23科，共计514种，占总种数的56.73%。从属的组成来看，含 5 种及以上的属主要有铁线莲属（Clematis L.）、乌头属（Aconitum L.）、堇菜属（Viola L.）等28属182种，占总种数的20.09%；含2 4种的属有百合属（Lilium L.）、蒿属（Artemisia L.）、黄芩属（Scutellaria L.）等 162 属 414 种，占总种数 45.70%；含单种属的有310属，占总种数34.22%（图1）。2.2陕西秦巴山区药用观赏植物的药用部位多样性陕西秦巴山区药用观赏植物的药用部位类群丰富，主要集中在全草（株）类（30.24%）与根类（24.50%）（图2）。全草（株）类药用观赏植物主要包括鳞叶龙胆（Gentiana squarrosa Ledeb.）、鹿蹄草（Pyrola calliantha Andres）、诸葛菜 Orychophragmus violaceus（L.）O.E.Schulz 等 274种，占总种 126第 3 期饶倩，等：陕西秦巴山区药用观赏植物的物种多样性和空间分布数的30.24%；根类药用观赏植物主要包括羽叶丁香（Syringa pinnatifolia Hemsl.）、臭 牡 丹（Clerodendrum bungei Steud.）、石竹（Dianthus chinensis L.）等222种，占总种数的24.50%；其它药用部位从大到小为：果实类 根茎类 叶类 皮类 花类 其它类 种子类 藤茎类。2.3陕西秦巴山区药用观赏植物的园林应用多样性参考 观赏植物学22，结合陕西秦巴山区的实际情况，根据物种的形态特征和观赏部位将其分为观花植物、观叶植物、观果植物、观干植物（表 1）。其中观花类植物占物种总数的68.32%，主要有紫丁图1含10种以上的科（a）和含5种以上的属（b）及其所占比例Fig.1Family（a）with more than 10 species，genera（b）with more than 5 species and their proportions注：图例中科属名称前面的数字表示所含的物种数。127中 国 野 生 植 物 资 源第 43 卷香（Syringa oblata Lindl.）、迎春花（Jasminum nudiflorum Lindl.）、大 叶 醉 鱼 草（Buddleja davidii Franch.）等；观干类占36.75%，其中乔木中观干占比较多，主要有白蜡树（Fraxinus chinensis Roxb.）、杜仲、柿（Diospyros kaki Thunb.）等；观叶类占27.04%，主要有元宝槭（Acer truncatum Bunge）、茶 Camellia sinensis（L.）Kuntze、虎掌（Pinellia pedatisecta Schott）等；观果类占18.43%，相对较少，主要有山茱萸、红豆树（Ormosia hosiei Hemsl.&E.H.Wilson）、毛樱桃 Cerasus tomentosa（Thunb.）Wall.ex T.T.Yu&C.L.Li 等。按园林用途分为孤荫树类（含孤植树和庭荫树）、行道树类、绿篱类、垂直绿化类、地被类、盆栽及造型类6种类型（表2）。其中园林用途最为丰富的为地被类，包括半枝莲（Scutellaria barbata D.Don）、马蔺（Iris lactea Pall.）、麦冬 Ophiopogon japonicus（L.f.）Ker Gawl.等，占 总 物 种 数 的57.40%；其次为孤荫树类，包括棕榈 Trachycarpus fortunei（Hook.）H.Wendl.、白桦（Betula platyphylla Sukaczev）、连 香 树（Cercidiphyllum japonicum Siebold&Zucc.）等，占总物种数的26.82%。2.4陕西秦巴山区药用观赏植物的濒危性和特有性陕西秦巴山区药用观赏植物包括国家重点保护植物36种，占总物种数的3.97%，其中国家I级保护植物有2种，包括银杏（Ginkgo biloba L.）、红豆杉 Taxus wallichiana var.chinensis（Pilg.）Florin ，II级保护植物有 34种，包括绿花百合（Lilium fargesii Franch.）、斑叶兰（Goodyera schlechtendaliana Rchb.F.）、杜 鹃 兰 Cremastra appendiculata（D.Don）Makino 等54。陕西省地方重点保护植物有29种，占总物种数的3.20%（以 陕西省重点保护野生植物名录（2022版）记录为标准），包括水曲柳（Fraxinus mandshurica Rupr.）、鹅 掌 楸 Liriodendron chinense（Hemsl.）Sarg.、秦岭冷杉（Abies chensiensis Tiegh.）等。IUCN濒危等级确定的物种有41种，占总物种数的4.64%，其中极危1种，包括银杏；濒危7种，包括太白贝母（Fritillaria taipaiensis P.Y.Li）、白及 Bletilla striata（Thunb.ex A.Murray）Rchb.f.、太白乌头（Aconitum taipeicum Hand.-Mazz.）等；易危 14 种，包括铁筷子（Helleborus thibetanus Franch.）、胡桃（Juglans regia L.）、八角莲 Dysosma versipellis（Hance）M.Cheng 等；近危19种，包括图2陕西秦巴山区药用观赏植物药用部位统计Fig.2Statistics of medicinal parts of medicinal ornamental plants in Qinling-bashan Mountains of Shaanxi Province注：柱形图后数字依次表示该部位物种数及其所占总物种数比例。表2陕西秦巴山区药用观赏植物园林用途分类Tab.2Classification of landscape use of medicinal ornamental plants in Qinling-bashan Mountains of Shaanxi Province园林用途孤荫树行道树绿篱类垂直绿化类地被类盆栽及造型类科数877358258687占总科数的比例（%）62.1452.1441.4317.8661.4362.14属数15813210948302151占总属数的比例（%）31.6026.4021.809.6060.4030.20种数24318915889520220占总物种数的比例（%）26.8220.8617.449.8257.4024.28表1陕西秦巴山区药用观赏植物观赏特性分类Tab.1Classification of ornamental characteristics of medicinal ornamental plants in Qinling-bashan Mountains of Shaanxi Province生活型乔木灌木或小乔木草本藤本合计种数15116752860906观花（种/比例）65/43.05%86/51.50%435/82.39%33/55.00%619/68.32%观叶（种/比例）52/34.44%38/22.75%145/27.46%10/16.67%245/27.04%观果（种/比例）59/39.07%59/35.33%24/4.55%25/41.67%167/18.43%观干（种/比例）101/66.89%81/48.50%98/18.56%53/88.33%333/36.75%注：比例为各类植物观赏特性的物种数与各类植物生活型的物种数的比例。128第 3 期饶倩，等：陕西秦巴山区药用观赏植物的物种多样性和空间分布秦 岭 藤（Biondia chinensis Schltr.）、大 叶 火 烧 兰（Epipactis mairei Schltr.）、绿花百合等。我国特有种有54种，占总物种数的5.96%，包括七叶龙胆（Gentiana arethusae var.delicatula C.Marquand）、香果树（Emmenopterys henryi Oliv.）、杜仲等。2.5陕西秦巴山区药用观赏植物的物种多样性水平格局药用观赏植物的物种丰富度和物种密度在陕西秦巴山区各行政县的分布并不均匀，均呈现从西南向东北逐步递减的趋势（图3）。其中物种多样性最高的区域为凤县、太白县、眉县和宁陕县；多样性较高的区域为略阳县、洋县、佛坪县等10个县；物种丰富度最低的区域是岐山县、汉阴县、洛南县等 6个县。2.6陕西秦巴山区药用观赏植物的物种分布热点地区和保护空缺采用Top 5%丰富度算法，得出太白县和眉县为分布热点（图 4a）。采用互补算法确定了 21 个县图3基于县域尺度的陕西秦巴山区药用观赏植物多样性水平分布Fig.3Diversity level distribution of medicinal ornamental plants at county scale in Qinling-bashan Mountains，Shaanxi Province注：a：物种丰富度；b：物种密度；该图基于国家测绘地理信息局标准地图服务网站下载的审图号为GS（2019）3333号的标准地图制作，底图无修改。129中 国 野 生 植 物 资 源第 43 卷图4陕西秦巴山区药用观赏植物热点分布地区Fig.4The hotspot counties of medicinal ornamental plants in Qinling-bashan Mountains of Shaanxi Province注：a：热点分布-Top 5%算法；b：热点分布-互补算法；c：国家自然保护区分布；该图基于国家测绘地理信息局标准地图服务网站下载的审图号为GS（2019）3333号的标准地图制作，底图无修改。130第 3 期饶倩，等：陕西秦巴山区药用观赏植物的物种多样性和空间分布（区）为分布热点，其中累计物种数占比达97%以上的有12个县区，分别为略阳县、平利县和石泉县等，面积占陕西秦巴山区总面积的28.33%（图4b）。保护植物的县级分布图与国家级自然保护区分布叠加表明：陕西秦巴山区药用观赏植物中珍稀濒危保护植物分布在本研究区域的40个县区，仅商州区、南郑区和岐山县未有分布数据（图4c）。从空间分布上看（图4），国家级自然保护区主要位于陕西秦巴山区的西北部的太白县、眉县和周至县等县，如陕西太白山自然保护区、观音山国家级自然保护区和周至老县城国家级自然保护区等，此处的物种分布数量最多。但在陕西秦巴山区的西部分布较少的国家级自然保护区，且相互之间不具备联结性，成为多个孤立的保护区，然而此处物种的分布数量相对较多，容易形成保护空缺地。2.7陕西秦巴山区药用观赏植物多样性海拔分布格局陕西秦巴山区药用观赏植物垂直分布范围较广，主要分布在海拔500 1 500 m，最大峰值出现在海拔1 000 1 300 m（图5）。从垂直分布格局来看，陕西秦巴山区药用观赏植物科、属、种的丰富度与海拔梯度呈现单峰关系。3讨论3.1陕西秦巴山区药用观赏植物物种组成特征陕西秦巴山区药用观赏植物种类丰富，共有140科500属906种。有研究者发现，当含2 5属和单种属的植物在植物区系组成中的数量较多时，则区域内的植物类群会呈现多样化46。本研究中菊科、蔷薇科和唇形科等大科及铁线莲属、乌头属和堇菜属等所含物种数较多的属，其所占比例较低，而含2 5属和单种属的植物数量多且占比较高，这与张巧明47和乔亚玲等10的研究结果一致，表明该地区药用观赏植物种类丰富多样。这是由于秦巴山区处于暖温带与亚热带的中间区域，具有古远的地质变化过程及气候条件，自然条件复杂，有利于第三纪孑遗植物类群的保存。3.2陕西秦巴山区药用观赏植物物种分布特征本研究中，从空间分布上看（图4），物种在基于县域尺度的水平上分布是不均匀的，热点区域位于陕西秦巴山区的西北部，这与秦岭“七药”植物48、珍稀濒危保护植物49的水平分布格局研究基本一致。其中太白县、眉县和凤县为物种丰富度最高的县区，出现这种现象的原因，一方面，可能是由于该区域为高海拔地区，地势复杂多变，为药用观赏植物提供了良好的生态环境；另一方面，西北部建立了大量的自然保护区，如位于宁陕县的平河梁国家级自然保护区，位于佛坪县的佛坪国家级自然保护区及位于太白、眉县、周至三县交界处的太白山国家级自然保护区等。从垂直分布格局来看，陕西秦巴山区药用观赏植物的物种数量随海拔的升高呈现先上升后下降的单峰格局，研究结果与秦巴山区植物物种丰富度的垂直分布格局一致50-52。物种的垂直分布格局与其生存的各种环境因子存在十分紧密的联系，然而海拔高度的上升和下降直接影响了水分、光照和温度等各种环境因子53。例如在低海拔区域，热量丰富，水分短缺；相反，在高海拔区域，水分丰富，热量短缺；在中海拔区域，虽然热量和水分均不是最大值，但是此时的水热组合最佳，资源的可利用性可能是最高的。所以陕西秦巴山区药用观赏植物的垂直分布格局应该是基于热量、水分的影响以及中间高度膨胀效应相互作用的效果。参考文献:1 Huang J H，Chen B，Liu C，et al.Identifying hotspots of endemic woody seed plant diversity in China J.Diversity and Distributions，2012，18（7）：673-688.2 Orme C D L，Davies R G，Burgess M，et al.Global hotspots of species richness are not congruent with endemism or threat J.Nature，2005，436（7053）：1016-1019.3 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