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库布齐沙漠地区共采集到野生植物56科、163属、248种(包含13变种、3变型)。其中蕨类植物1科、1属、2种；裸子植物2科、2属、2种；被子植物53科、160属、244种及种下分类等级,被子植物种类组成占主要部分,占该区植物种数的98.38%,其次蕨类植物和裸子植物,分别占总数的0.81%和0.81%。该地区植物菊科种类最多,有19属、35种；其次是豆科,13属、25种,藜科有13属、25种,禾本科有18属、24种,4个科占总属数38.65%和总种数43.95%。含有13种以上的有4个科,所含种数占总植物种数的43.95%,含4-12种的中等科有11个,含2-3种的寡种科有15个,只含有1种的有26个科。库布其沙漠地区的13个单属科与9个在内蒙古自治区只含一属的科共计22个科,占库布齐沙漠地区野生植物总科数的59.09%。最大的属为蒿属,含13种,其次为虫实属含5种,碱蓬属含4种,黄芪属含4种,锦鸡儿属含4种,以上五属所含种数占总植物种数的18.40%。植物科有4个分布类型和3个变型：植物属有15个分布类型和9个变型；植物种有10个分布类型和19个变型,植物区系成分以温带成分为主。植物的生活型有乔木1种、寄生植物2种、藤本植物3种、半灌木15种、灌木35种、草本植物192种,主要以草本植物为主约占77.42%。水分生态型为4类型,即湿生植物4种、水生植物7种、旱生植物117种和中生植物120种,主要以典型的中生草本植物为主,约占48.39%。库布齐沙漠与巴丹吉林沙漠的相似系数程度最高,其次浑善达克沙地、毛乌素沙地、腾格里沙漠。库布齐沙漠地区共有9种国家重点保护的珍稀濒危植物,隶属7科、9属,即沙冬青(Ammopiptanthus monogolicus)、蒙古扁桃(Prunus mongolica)、沙拐枣(Calligonum mongolicum)、中麻黄(Ephedra intermedia)、甘草(Glycyrrhiza uralensis)、梭梭(Haloxylon ammodendron)、绵剌(Potaninia monogolicum)、四合木(Tetraena mongolica)、胡杨(Populus euphratica)。内蒙古自治区区级保护植物在库布齐沙漠地区中共有31种,隶属于22科、29属。库布齐沙漠地区含自治区级以上保护植物共有31种(包括国家级),隶属于22科29属,其中蕨类植物1科、1属、1种,裸子植物1科、1属、1种,被子植物20科、27属、29种。