全 文 ：我国珍稀荒漠灌木半日花的适宜
气候生态引种区的研究＊
李新荣
(中国科学院植物研究所 ,北京 100093)
A Study of Climatic Suitable Ecotopes for Introduction of Chinese Rare Desertific Shrub Helinthe-
mum soongoricum.Li Xinrong (Institute of Botany , Chinese Academy of Science , Beijing
100093).Chinese Journal of Ecology , 1998 , 17(2):16-19.
Helinthemum soongoricum is an old -relic species mainly distributed in the west of the Ordos
plateau.it is no t only very rare in species resources , but also is valueble for scientific research.Based
on fuzzy cluster and PCA of the climate conditions the Ordos plateau was divided into three climatic
suitable ecotypes fo r the purpose of introduction of the Helinthem um soongoricum .The climatic-e-
cological facto rs which influenced the distribution of Helinthemum soongoricum were analysed.
Key words:Helinthemum soongoricum , climatic suitable ecotopes , introduction ,
Fuzzy cluster , PCA.
＊中国科学院留学回国启动基金资助。
　　作者简介:李新荣 ,男 , 32 岁 ,副研究员。现在中国
科学院兰州沙漠研究所工作。 1987年毕业于西北林学
院 , 1995年于前苏联国立莫斯科大学生物系获博士学
位 , 1995～ 1997年在中国科学院植物研究所博士后流动
站工作 ,植物生态学专业 , 在国内外核心刊物发表论文
10余篇。
　　半日花科是地中海植物区系的特征植
物 ,在我国仅一属一种 , 即半日花(He-
linthemum soongoricum)。为亚洲中部荒
漠特有种 ,已被列入我国重点保护野生植
物名录中的二级保护植物[ 1] ,分布于新疆
准噶尔和内蒙古鄂尔多斯西部的桌子山山
麓地区 ,呈岛状残遗分布 ,其群落的面积狭
小 ,分布集中 , 是一种十分独特的荒漠景
观。在鄂尔多斯西部 ,其生境具有强度石
质化的特点 ,地形为起伏高差 10 ～ 50m 的
山麓石质残丘 ,地表具大量的石块 ,块径 3
～ 15cm ,覆盖率达 70%以上 ,形成强烈干
燥剥蚀的石质丘坡地 。半日花是一种适应
于严酷生境的具有观赏性的小灌木 ,株高
10 ～ 15 cm ,丛幅约 20 cm ,形成结构紧密
的灰绿色团状植丛 ,具有较高的科研价
值[ 2] 。做为一种适应于严酷生境的特殊
观赏植物 ,具有一定的园艺价值 ,也可做为
干燥石质荒山的绿化植物种 。到目前为
止 ,对其生物 、生理生态学及经济利用价值
和引种栽培的专题研究在我国尚无报道 。
而这一地区由于生境严酷 ,草场生产力低
下 ,半日花群落成了放牧和樵采的主要对
象之一 ,以致使其天然更新恶化 ,分布面积
减小 、日趋濒危 。因此加强这一资源的恢
复 、保存和深入系统的研究具有十分重要
的意义 。本文应用模糊聚类分析和 PCA
分析 ,划分了半日花在鄂尔多斯及周边地
区引种栽培的适宜生态气候区 ,旨在为这
一珍稀灌木资源的恢复和迁地保护的研究
提供理论依据和实践上的参考。
1　方法与步骤
1.1　模糊相似优先比聚类分析
根据其分布区的生境特点及我们所掌
生态学杂志　1998 , 17(2)∶16-19
Chinese Journal of Ecology　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
DOI :10.13292/j.1000-4890.1998.0019
握的资料 ,选择了年平均温度 、最高月均
温 、最低月均温以及≥10℃的积温作为影
响半日花分布的温度因素;选择年均降水
量 、年均蒸发量和相对湿度以及干燥度(K
=0.16 ∑
10
t/ r , 其中 t 为日平均气温 ≥
10℃的活动积温 , r 为同期降水量)作为水
分因素;用年均风速 、年均沙暴日数作为风
因子来衡量对其影响;以年均日照百分率
为光照条件 ,拟用鄂尔多斯及周边地区 30
点(旗 、县 、市 、苏木或乡)作为引种地(表
1), 组成样品集 X ={X is i =1 , 2 , … ,
30 , s=1 ,2… ,11}, i , j , k 为样品 , i , j≠k ,
表 1　各地的主要气候要素值＊
Tab.1 Values of the main climat ic elements in the different areas
序号 地名
年均温(0℃)
C 1
最高月均温
0℃
C 2
最低月均温
0℃
C 3
≥10℃积温
C4
年均降水(mm)
C5
年均蒸发(mm)
C 6
年均风速
(m·s-1)
C 7
日照(%)
C 8
沙暴日数(天)
C 9
相对湿度(%)
C10
干燥度 K
C 11
观测年限
1 乌海市 9.6 23.6 3.5 1930.0 162.4 3481.1 2.6 74 25.6 42.0 2.68 1981～ 1990
2 临河市 6.8 14.4 0.2 3002.7 141.2 2240.0 2.8 72 19.1 52.0 4.10 1951～ 1980
3 石嘴山 8.4 15.7 2.1 3251.7 183.3 2443.5 2.9 70 12.3 51.0 2.83 1951～ 1980
4 大武口 9.4 15.9 3.2 3520.0 199.6 2203.7 2.2 69 7.9 49.0 2.82 1951～ 1980
5 平罗县 8.4 15.6 1.7 3241.6 183.6 1756.8 2.0 70 7.4 56.0 2.82 1951～ 1980
6 贺兰县 8.5 15.5 2.1 3277.4 193.1 1747.1 2.4 66 10.0 58.0 2.71 1951～ 1980
7 陶乐县 8.1 15.8 1.2 3303.5 189.9 2249.5 2.6 69 16.9 52.0 2.78 1951～ 1980
8 鄂托克旗 6.4 14.0 -0.1 2795.5 271.4 2470.4 3.2 69 11.4 48.0 1.96 1955～ 1980
9 吉拉苏木 7.2 14.7 -0.1 2928.3 275.9 2330.7 3.5 72 12.0 52.0 2.10 1967～ 1980
10 伊克乌素 7.1 14.7 -0.1 3099.0 194.6 2955.3 4.3 69 21.3 45.0 3.04 1960～ 1980
11 杭锦旗 5.7 13.1 -0.6 2690.8 281.2 2711.5 4.5 72 27.0 49.0 1.80 1959～ 1980
12 伊金霍洛旗 6.2 13.2 -0.2 2754.5 357.4 2535.0 3.6 69 26.8 52.0 0.23 1959～ 1980
13 纳林塔 6.1 13.6 -1.0 2796.2 385.1 2074.8 2.8 62 17.6 55.0 1.80 1960～ 1978
14 新街乡 6.1 13.2 -0.2 3087.6 393.8 2311.2 2.8 67 17.2 53.0 1.32 1954～ 1979
15 达拉特旗 6.1 14.1 -0.9 2942.1 310.3 2161.3 3.2 71 19.8 55.0 1.85 1957～ 1980
16 乌审旗 6.7 14.1 0.2 2820.3 360.4 2591.0 3.4 65 20.9 54.0 1.47 1959～ 1980
17 乌审召 6.4 13.7 -0.4 2804.3 362.0 2235.1 3.5 67 16.3 54.0 1.51 1960～ 1980
18 河南乡 7.5 15.2 0.6 3027.7 353.4 2287.2 3.0 61 21.3 57.0 1.72 1960～ 1980
19 东胜市 5.5 11.7 0.3 2499.7 400.2 2256.0 3.6 70 19.3 51.0 1.29 1957～ 1980
20 泊江海子 5.3 12.7 -1.6 2580.3 325.3 2479.6 4.0 71 52.0 26.2 1.38 1960～ 1978
21 准格尔旗 7.3 14.7 0.7 3118.4 401.6 2082.2 2.3 71 54.0 15.2 1.47 1959～ 1980
22 府谷县 9.1 15.1 3.9 3446.4 459.8 2156.2 2.6 65 51.0 4.3 1.44 1981～ 1990
23 神木县 8.5 15.9 2.2 3369.9 441.2 2111.2 2.5 65 55.0 10.7 1.47 1981～ 1990
24 榆林县 8.1 15.3 1.8 3217.6 414.1 1895.8 2.3 66 57.0 13.8 1.54 1981～ 1990
25 靖边县 7.8 14.5 2.1 2904.9 395.4 2361.6 3.2 62 54.0 16.4 1.46 1981～ 1990
26 定边县 7.9 15.0 1.4 2629.3 323.6 2522.8 3.3 62 53.0 27.5 1.64 1981～ 1990
27 盐池县 7.7 15.1 1.1 2944.9 296.5 2131.7 2.8 65 51.0 20.6 1.58 1951～ 1980
28 中卫县 8.4 16.2 1.8 3204.5 185.9 1958.0 2.4 64 59.0 10.9 2.75 1951～ 1980
29 横山县 8.6 15.7 2.5 3259.7 397.8 2088.0 2.5 64 54.0 14.9 1.60 1981～ 1990
30 灵武县 8.8 16.2 2.4 3281.6 212.1 1928.3 2.6 68 11.3 57.0 2.47 1953～ 1980
　　＊数据为各地气象站数十年观测数据的平均值.
用半日花的分布地乌海市作为固定样本
X k ,比较其余 29 个点与 X k 的相似程度。
首先对原始数据进行归一化处理:
X′is = X is -X sminXsmax -Xsmin
于是 X′is ∈[ 0 , 1] ,以海明距离 d 表示两个
17李新荣:我国珍稀荒漠灌木半日花的适宜气候生态引种区的研究
样本 xi , xj 与X k 的海明距离为d i , d j:
d i = xk - xi , d j = xk -x j
(i , j =2 ,3 , …,30)
其相似优先比
r ij = dki
dki +dkj , r ji =1 - r ij
由此可以计算出各因素的模糊相似优先比
矩阵 R(1), R(2), …, R(11),它们分别对应
着因素 C1 , C2 , …, C11 ,就每个矩阵顺序
由大而小选取水平 λ值 , λ∈ [ 0 , 1] , 以首
先达到除对角线外全行为 1的截矩阵所对
应的地区(旗 、县 、市 、苏木或乡)和标准样
本最相似 ,并记以序号“1” ,然后删除该地
的影响(即删除其对应的行和列),依次求
取最相似的地区 ,记序号“2” , “3” , …表示 ,
如果某一 λ值可同时取得多行和多列 ,则
用同一序号表示这些行列所对应的地区 ,
即与固定样本相比较 ,这些地区具有同样
的相似水平。其结果见表 2。表中的序号
之和表示 11个因素综合起来的相似程度 ,
和数越小 ,说明该地与固定样本越相似。
1.2　PCA分析
PCA分析由于其具有严格的数学基
础 ,是近代排序中应用最多的一种方法 ,在
表 2　各地的序号和
Tab.2 Summ ation of the ordinal numbers of dif ferent areas
地名 C 1 C 2 C3 C4 C5 C 6 C 7 C 8 C 9 C 10 C 11 序号和
临河市 8 5 6 10 2 7 3 1 5 5 13 65
石嘴山市 5 1 13 12 1 6 4 3 8 4 2 59
大武口 1 1 14 13 6 8 5 5 9 3 2 67
平罗县 5 2 12 12 2 11 6 3 9 9 2 73
贺兰县 5 2 13 9 4 11 3 7 8 10 1 73
陶乐县 6 2 12 9 3 7 1 5 6 5 1 55
鄂托克旗 9 4 6 4 7 5 6 5 8 2 6 62
吉拉苏木 7 4 5 7 7 6 9 1 8 5 5 64
伊克乌素 7 4 5 11 5 1 11 5 2 1 4 56
杭锦旗 11 6 3 10 7 2 11 1 1 3 6 61
伊金霍洛旗 9 6 4 3 9 3 10 5 1 5 14 69
纳林塔 10 6 2 4 10 10 3 10 6 7 6 74
新街乡 10 6 4 10 10 6 3 6 6 6 14 81
达拉特旗 10 5 2 8 8 9 6 2 4 7 6 67
乌审旗 8 5 9 9 9 4 8 8 3 8 12 80
乌审召 9 2 3 10 10 8 9 6 7 8 10 77
河南乡 6 3 7 9 9 7 5 11 2 10 7 77
东胜市 11 6 7 11 11 7 10 3 5 4 14 79
泊江海子 11 6 1 9 9 5 11 2 10 9 13 79
准格尔旗 6 4 8 12 12 10 4 2 11 11 12 90
府谷县 2 3 13 13 13 9 1 8 10 13 12 95
神木县 5 1 13 13 13 9 2 8 11 12 12 96
榆林县 6 3 12 12 12 12 4 7 12 11 11 100
靖边县 7 3 13 11 11 6 6 10 11 11 12 97
定边县 7 3 11 8 8 4 7 10 10 9 8 79
盐池县 7 3 10 8 8 10 3 8 10 10 9 87
中卫县 5 1 11 3 3 12 3 9 12 12 1 81
横山县 4 2 14 11 11 10 2 9 11 11 8 92
灵武县 3 1 14 6 6 11 1 4 8 9 3 72
18 生态学杂志　第 17 卷　第 2 期
我国也得到了广泛应用。杨含熙等[ 4] 对
我国杉木林的气候 、内蒙古呼盟羊草草原
的 PCA分析 ,取得了较好的效果 。本文对
30个地区 11个气候因素的 PCA 分析结
果见表 3 ,前三个主分量所占全部信息的
84.3%,第一 、第二主分量占 66.8%。由
于第一 、二主分量与≥0.60相关系数绝对
值的原变量呈互关性 ,代表了所有变量的
信息 ,故用第一 、二主分量作为坐标轴对样
品进行排序分类如图 1。
2　结果与讨论
　　根据模糊相似优先比聚类分析的结
果 ,可将我们选择的鄂尔多斯高原及周边
地区划分为以下三类:第一类为适宜区 ,与
固定样本乌海的相似程度序号之和<65 ,
包括伊克乌素 、陶乐 、杭锦旗 、鄂托克旗 、石
嘴山和吉拉乡 ,这些地区的气候条件和半
日花的天然分布区较为相似 ,是半日花引
种栽培较易成功的地区 ,即半日花迁地保
护最理想的地区 、最可能的“潜在分布区” 。
第二类区为相似程度序号在 6580 之间的
地区 ,这些地区与半日花天然分布区的气
候条件相差较大 ,是半日花引种栽培较为
困难的地区。包括临河 、达拉特旗 、东胜 、
大武口 、新街 、纳林塔 、乌审召 、乌审旗 、伊
金霍洛旗 、泊江海子 、定边和灵武县 。第三
类地区为不宜引种栽培区 ,这些地区与半
日花产地的气候差异显著 ,包括宁夏的盐
池县 、平罗县 、贺兰县和中卫县及毛乌素沙
地的陕北各风沙县(除定边外)。这类地区
中的一些地方曾有过的引种失败也证实了
这一点。
　　对表 1中 30个地区气候要素的 PCA
二维排序(含信息量 66.8%)结果表明 ,除
个别点外 ,基本上反映了采用模糊相似优
先比聚类分析的结果 ,也划分三类。从 11
个气候因素对前三个主分量的负荷量(表
表 3　10个气候因素对前三个主分量的负荷量表
Tab.3 The loadings of ten climatic elements on
PCA 1 , PCA 2 and PCA 3
气候因素 第一主分量 第二主分量 第三主分量 h2
年平均气温(℃) 0.63 -0.60 -0.47 0.98
最高月均温(℃) 0.11 -0.62 -0.49 0.64
最低月均温(℃) 0.87 -0.13 -0.10 0.78
≥10℃的积温(℃) 0.74 -0.25 -0.20 0.65
年均降水量(mm) 0.29 0.87 -0.68 1.3
年均蒸发量(mm) -0.67 0 0 0.45
年均风速(m·s-1) -0.70 0.46 0.36 0.83
年均日照(%) -0.60 -0.38 -0.29 0.59
年均沙暴日数 0.52 0.53 0.41 0.72
年均相对湿度(%) -0.65 -0.38 -0.29 0.65
干燥度(K) -0.10 -0.89 -0.70 1.29
特征根(λi) 3.80 3.16 1.93 8.89
信息百分比(%) 38.0 28.8 17.5 84.3
图 1　30个地区的 PCA 排序
Fig.1 Result of PCA ordination of the 30 areas
(No.1-30 see table 1)
3)可以看出 ,对第一主分量影响最大的依
次是最低月均温 , ≥10℃的积温 、风速 、年
均蒸发量和相对湿度 ,对第二主分量影响
最大的是干燥度和降水量 ,即水分因子 。
因此 ,温度条件作为影响半日花分布的主
导因素与气温决定植物分布这一结论相吻
合[ 4] 。相对而言 ,水分因子对半日花分布
的影响占有次要地位 ,这与半日花长期适
应严酷的干旱条件 ,且不同于其它荒漠 、半
荒漠草原地带植物那样对水分比较敏感的
特点有关。即使十分干旱的年份它也能正
常生长并开花和结实 。但是 ,我们也不能
(下转第 25页)　　
19李新荣:我国珍稀荒漠灌木半日花的适宜气候生态引种区的研究
异。如大叶黄杨和黑松的离体枝条是以拮
抗效应反馈复合暴露的影响 ,而该二树种
以盆栽幼树接触复合暴露时 ,叶片伤害情
况仍属拮抗反应 。但是 ,也发现有些树种
在离体枝和盆栽苗不同状况下对暴露反应
的敏感性会有差别。如青桐以离体枝作暴
露试验时 ,它对暴露的抗性明显高于黑松 ,
属抗性较强的树种。但以盆栽幼树作试验
时 ,青桐的抗性就不如黑松 ,在序列排位时
反而落在黑松之后 。不过 ,离体和在体枝
条在生理代谢基础存在差异 ,这是不庸置
疑的。但是 ,这种差异如何通过对环境胁
迫的反应中显露出来仍有待进一步研究 。
参 考 文 献
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(收稿:1996年 5月 10日 ,改回:8月 20日)　
(上接第 19页)
简单的排除水分因子对半日花分布的限制
作用 ,虽然半日花十分抗旱 ,但在年均降水
量小于 160 mm 的地区(如与乌海相邻的
临河)也无天然分布 。引种实践证明 ,这些
地区的引种往往比降水较好的地区较难。
植物的分布是各气候因素长期综合影响的
结果 ,表 3虽然较好的反映了各气候因素
对半日花分布影响的主次关系 ,且主导因
素是引种成功的关键 ,但是未能反映各气
候因素对半日花分布综合影响的信息。应
用模糊聚类分析划分适宜气候生态引种
区 ,在一定程度上弥补了这一缺陷 。因此 ,
本文对半日花的适宜气候生态区的划分 ,
对这一资源的恢复和保护具有实际意义 。
从图 1可以看出 ,尽管乌海与伊克乌
素 、伊金霍洛旗 、杭锦旗等地在二维排序图
上较为相近 ,但它位于坐标第一象限的最
上端 ,说明半日花的分布区气候条件与我
们划分的适宜气候引种区(第一类地区)仍
有一定差异 ,这也是引种较难的原因 。此
外 ,在引种栽培工作中除了考虑气候条件
的差异外 ,还要考虑到其它生境因子 ,如土
壤基质等。
3　结　论
应用模糊相似优先比聚类分析和结合
PCA分析来划分荒漠植物的适宜气候生
态引种区 ,能较为客观的反映适宜引种栽
培的范围及引种易难的实际情况 。对一种
待引种栽培的植物进行适宜气候生态区划
分 ,能起到指导生产实践的作用 。
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