全 文 ：火炬树在我国的适生区预测
杜中修1,2， 郑勇奇2， 鲁法典1， 张川红2
（1.山东农业大学林学院，山东 泰安 271018；2.中国林业科学研究院林业研究所，北京 100091）
摘 要：采用生物地理信息系统软件（DIVA-GIS）对火炬树（Rhus typhina L.）适生区进行预测，以期为其合理管理和栽培利用
提供科学依据。根据文献提供的火炬树的分布地点信息，建立数据库并导入 DIVA-GIS，结合海拔图层和植被图层绘制火炬树的栽
培分布情况，其海拔高度为 200～3 000 m，分布区的植被类型为温带草原区、暖温带落叶阔叶林区；利用 BIOCLIM、DOMAIN 和
ECOCROP 模型对火炬树进行适生区预测。结果表明：火炬树最佳适生区为北京、天津、山东北部、河北局部、辽宁西南部、内蒙古局
部、宁夏北部、甘肃东南部、陕西北部及山西局部地区。
关键词：火炬树； 适生区； DIVA-GIS
中图分类号：S79 文献标识码：A 文章编号：1004-874X（2011）02-0050-03
Prediction of potential geographical distribution
of Rhus typhina in China
DU Zhong-xiu1,2, ZHENG Yong-qi2, LU Fa-dian1, ZHANG Chuan-hong2
(1.Forestry College, Shandong Agricultural University, Taian 271018, China;
2.Research Institute of Forestry, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China)
Abstract: Potential geographical distribution of Rhus typhina was predicted by using DIVA-GIS for its rational cultivation and
management. The cultivated distributions of R. typhina combined with altitude layer and land vegetation layer respectively were made
according to the known occurrence data extracted from published literatures by the bio-geographical information system software DIVA-
GIS. The results showed that R. typhina was distributed in the low to medium altitudes and the vegetation type was temperate grassland
zone and warm temperate deciduous broadleaved zone. BIOCLIM, DOMAIN and ECOCROP model were used to predicted the potential
distribution of R. typhina. The results revealed that the optimum potential distribution were Beijing, Tianjin, northeast of Shandong, north
of Ningxia, southwest of Liaoning, southeast of Gansu, north of Shanxi some part of Hebei, Inner Mongolia and Shanxi Province.
Key words: Rhus typhina L.; potential distribution; DIVA-GIS
火炬树（Rhus typhina L.），又名加拿大盐肤木，原产
北美，中心分布区自加拿大东南部的魁北克省和安大略省
向南延伸至美国的印第安纳州和艾奥华州以及乔治亚州，
即北纬 40°～47°之间[1]。 最早于 1959年引入我国[2]，1974年
以来向全国各省区推广种植，目前以黄河流域以北各省栽
培较多。 火炬树的适应能力强、根蘖繁殖快、常成片分布、
成熟早、结实量大[3]，这些特征使其一方面被作为优良水土
保持和荒山绿化先锋树种栽植 [4-5]；另一方面因其具有较
强繁殖特性，又被认为是入侵树种 [6-7]。 然而，火炬树在我
国的适生栽培范围究竟如何，目前鲜有报道。 为了进一步
分析火炬树在我国的潜在栽培范围，以便为引种栽培或预
测其入侵敏感区，需要了解火炬树的适生区范围。
物种潜在分布范围是树木引种、遗传资源保存和外来
种入侵等方面研究的关键因子，而 GIS技术为物种适生区
的预测提供了非常有用的工具。 目前，物种适生区的预测
方法已有了新的突破。 在景观生态和保护生物学领域，构
建基于点数据的生态位模型进行预测物种的潜在分布已
趋于成熟[8]。 例如，BIOCLIM 和 DOMAIN 作为开发较早的
分布区预测模型，算法简单，更易于操作，结果也较为直
观 [9-11]。 BIOCLIM 模型原理是根据已知分布地点的气候数
据来确定适合物种生存的气候变量的变化范围，只要气候
条件在变化范围内的地区就被认为是适合此物种生存的；
DOMAIN 模型建立高氏（Gower）矩阵，将分布地点的环境
变量与其周围地区的环境变量进行距离比较， 距离值越
小，表示两地点的环境条件越相似，通过比较来对物种的
分布区进行预测[12]。 ECOCROP 模型利用物种原产地与引
种地气候因子匹配，对物种的潜在分布进行预测，该模型
需要火炬树的 5个温度参数和 4个降雨量参数[13]。 这些模
型都为研究物种的潜在分布提供了极大的方便。本研究采
用 DIVA-GIS5.2 软件，分别利用上述 3种模型预测火炬树
的适生区范围，以期为其引种栽培管理以及生物入侵研究
提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 数据收集
BIOCLIM 和 DOMAIN 模型需要物种已知分布地点的
经纬度坐标数据。主要查阅研究文献和植物志收集有关火
炬树的分布信息，共收集到国内 60份火炬树分布信息。分
布地点的经纬度根据我国各县（市）及世界城市经纬度查
询系统确定[14]，地名词典及中国数字植物标本馆的新旧地
收稿日期：2010-05-19
基金项目：国家林业局引进国际先进林业科学技术
作者简介：杜中修（1982-），男，在读硕士生，E-mail：duzhongxiu@
163.com
通讯作者：张川红（1970-），女，博士，副研究员，E-mail：zhangch@
caf.ac.cn
广东农业科学 2011 年第 2 期50
DOI:10.16768/j.issn.1004-874x.2011.02.055
Rmax
(mm)
984
Ropmax
(mm)
684.6
Ropmin
(mm)
394
Rmin
(mm)
185
Tmax
(℃)
27.8
Topmax
(℃)
26.3
Topmin
(℃)
13.0
Tmin
(℃)
-4.6
KTMP
(℃)
-38.0
树种
火炬树
表 1 火炬树 9个气候参数
注：KTMP：火炬树致死的绝对温度 [26]；Tmin：火炬树可以生长的
平均最低温度；Topmin： 火炬树最佳生长的平均最低温度；Topmax：火
炬树最佳生长的平均最高温度；Tmax：火炬树停止生长的平均最高温
度；Rmin：火炬树在生长季节的最小降雨量；Ropmin：火炬树在生长季
节最佳降雨量范围中的最大值；Ropmax：火炬树在生长季节最佳降雨
量范围中的最大值；Rmax：火炬树在生长季节的最大降雨量。
名数据库查询系统结合 Google earth 卫星图确定，查出分
布地点的经纬度，录入数据库。
ECOCROP 模型需要火炬树的 5 个温度参数和 4 个
降雨量参数（表 1），这些参数除火炬树致死的绝对温度有
记录外，其余参数是多年的平均值，且国内没有这些参数
的记录，无法直接得到，因此考虑用火炬树现有分布点的
气候数据来推测火炬树适宜生长的气候条件。根据火炬树
现有分布地点，参考 1971—1980中国地面气候资料，推测
火炬树适合的 5个参数和 4个降雨量参数。
气候数据来源于世界气候数据库 （WORLDCLIM）[15]。
该数据库对 1950—2000年来自世界各地气候站的气候信
息采用插值法生成全球气候数据，空间分辨率可达到 30″
（1 km2）。 气候数据的分辨率为 10′，此精度已经足以满足
本研究需要。 气候变量选择与温度和降雨量相关的 19 个
对物种分布有重要影响的生物气候变量， 包括年平均温
度、月平均温度变化范围、等温性、温度季节性变化、极端
最高温、极端最低温、年温度变化范围、最湿季平均温度、
最干季平均温度、最热季平均温度、最冷季平均温度、年降
雨量、最湿月降雨量、最干月降雨量、降雨量的季节性变
化、最湿季降雨量、最干季降雨量、最热季降雨量、最冷季
降雨量等。
中国地图（1∶400万）从国家基础地理信息系统下载获
得，并以此作为分布分析的底图；从网站下载海拔图和植
被类型图[16]，其精度为 30″。
1.2 方法与步骤
以火炬树在我国的现有分布地点 [1-3,17-22]为基础，分别
以植被类型图层和海拔高度图层作为底图，用 DIVA-GIS
软件绘制火炬树的地理分布图。
利用 DIVA-GIS 的 BIOCLIM 和 DOMAIN 生态位因子
分析模型预测火炬树的潜在分布区。将筛选出的分布地点
的经纬度输入 Microsoft Excel 2003 软件中建立电子表格
文件，并将其保存为 dBASE Ⅳ格式的 DBF 文件，将 DBF
文 件 导 入 DIVA -GIS 以 建 立 GRID 文 件 ， 采 用
WORLDCLIM 提供的当前的气候数据进行预测分析。
采用 ECOCROP模型对火炬树的适生区进行预测。利
用 WORLDCLIM 提供的当前气候数据，采用 DIVA-GIS 的
ECOCROP模型进行分析预测。
以火炬树的现有分布点为基础，将 3个模型的预测结
果与现有分布数据进行比较，根据与实际的接近程度判断
模型的准确性。
2 结果与分析
2.1 栽培区域
结合海拔图层制作的栽培区域图（封三图 1）表明，火
炬树主要分布在我国东北南部、黄河流域等区域，主要分
布海拔范围在 100～1 500 m、约占分布地点数量的 80%以
上，海拔处于 100 m 以下的数量所占的比例接近 12%，而
海拔在 1 500～3 000 m 的分布数量不足 7%。 整合植被图
层的栽培区域图（封三图 2），表明火炬树分布地的植被类
型主要为温带草原区和暖温带落叶阔叶林区。人们有意或
无意地引种，使农田及栽培管理区也有一定数量的分布。
2.2 适生区预测
2.2.1 采用 BIOCLIM 模型预测适生区 BIOCLIM 生态
位模型预测结果（图 3）显示，红、橙、黄、绿、深绿 5 种颜色
依次表示潜在分布可能性由高到低。火炬树的主要适生区
是北京、天津、河北大部、山西南部、内蒙古东南部、辽宁大
部、吉林西部、山东大部和陕西中北部地区。 图 3 显示有
15%的火炬树已知分布地点出现在不适宜生长区（深绿或
白色区域），而约 37%的分布地点位于最佳生长区（红色或
橙色区域）。
2.2.2 采用 DOMAIN模型预测适生区 由图 4 （封三）
可知，火炬树的主要适生区是北京、天津、河北南部、山东
北部、辽宁西南部、黑龙江西南部、内蒙古局部、陕西北部、
宁夏北部、山西局部等省部分地区，并且约 87%的分布地
点位于最佳生长区（红色或橙色区域）。 同时，显示在长江
流域的部分地区也能够适合生长。
2.2.3 采 用 ECOCROP 模 型 预 测 适 生 区 采 用
ECOCROP 模型预测的主要适生区是辽宁西南部、 天津、
北京、河北北部、山东东北部、陕西北部、山西南部、河南西
北部、甘肃东南部、内蒙古局部地区。 与生态位模型相比，
ECOCROP 模型预测的分布区范围广泛，且最佳适生区面
积较大。 图 5（封三）显示，约 22%出现在不适宜生长区域
（绿色或白色区域），70%的分布地点位于最佳生长区 （红
色或橙色区域）。
3 结论与讨论
BIOCLIM 和 DOMAIN 两种模型采用相同的地理坐标
数据 ， 预测的结果 （封三图 3 和图 4） 却并不相同 。
BIOCLIM模型预测结果（封三图 3）显示，有 15%的火炬树
已知分布地点出现在不适宜生长区。由于有些火炬树的栽
培地点没有文献记载， 只是依靠查阅已发表的文献资料，
难以收集到全部的栽培坐标信息， 致使 BIOCLIM 模型对
物种的气候包络的定义不准确，可使预测的适生区范围与
实际的适生区有一定偏差[24-25]。DOMAIN模型预测结果（封
三图 4）表明，即使采用有限的火炬树地理坐标数据，预测
结果比 BIOCLIM 预测结果更准确 。 本文结果显示 ，
DOMAIN预测了火炬树在长江流域的部分区域能够生长，
这与潘志刚等[1]曾描述火炬树在长江流域红黄壤的酸性土
上用于先锋造林和水土保持的情况是相符合的。此结论与
Carpenter 等 [25]利用 DOMAIN 模型对昆士兰州北部两种动
51
物分析时， 认为DOMAIN 比 BIOCLIM 更容易获得准确的
结果是一致的。ECOCROP模型预测结果（封三图 5）中，虽
然火炬树最佳适生区与前两个模型相似， 但仍有约 22%
的火炬树栽培点没有出现在适生范围。 该模型采用的 9
个气候因子数据，主要从不同文献和人为设置中获得，可
能不很准确，这使得该模型的预测具有一定的主观性。
影响火炬树生长的主要因子，一是气候条件，二是土
壤条件。 本文只考虑了温度和降雨等气候条件，而没有考
虑土壤条件、气候变暖等因素对火炬树分布的影响，也是
造成误差的原因之一。 火炬树为阳性树种，喜光，耐贫瘠
和盐碱，极易繁殖，适应性极强 [4]，不仅能够在一般土壤条
件下生长，还能在特殊的立地条件下生长繁殖。 其经常被
栽植在干旱、多石砾的山坡荒地，甚至采矿废弃地上也能
生根，并正常生长。 但火炬树不耐淹，在河边湿地或沼泽
地边缘估计不能生长。此外，火炬树的耐旱能力不是很强，
对于北方极度干旱的阳坡荒坡也难于适应。 火炬树为阳
性植物，阴坡会对其分布有影响。 因此，仅仅依据气候条
件、模型预测的火炬树适生区会比实际大些。 只有结合实
际情况，才能更好地预测出火炬树的适生范围。
BIOCLIM、DOMAIN 和 ECOCROP 模型在树木引种 、
外来种入侵研究及遗传资源管理方面发挥不同的作用。
ECOCROP 模型适用栽培范围比较广的树种，因其预测适
生区只需要待预测树种原产地的 9个气候参数，便可以预
测该树种在引种地的适生区范围， 所以此模型不仅能够
预测已经引种栽培的外来树种， 而且还能预测尚未引进
的外来树种。 此模型给树木引种工作提供了科学依据，有
利于提高引种成功率。 在外来树种入侵或者遗传资源管
理方面，尤其是对于已经引种栽培的树种，利用其栽培地
的已知分布信息，采用 BIOCLIM 和 DOMAIN 模型预测外
来树种的适生区将更方便。 虽然 3 个模型预测的火炬树
的适生区有差异，但其最佳适生区大致相同，主要分布在
34°～36°N 至 38°～42°Ν，106°～107°E 至 122°～123°Ε 的地
理范围，具体包括北京、天津、甘肃西南部、陕西北部、山西
局部、山东北部、内蒙古局部和辽宁西南部。 因此火炬树
是阳生树种，对光的需求较高，对于郁闭的高大乔木植被
类型的区域，火炬树也难于扩散入侵进入 [3]。 火炬树主要
以萌蘖的方式近距离扩散，建议上述地区对稀疏林分、公
园绿地、农田和果园等地周边慎重栽植火炬树，以避免入
侵危害的发生，减少可能产生的损失。
近半个世纪以来，我国引种了大量的外来树种。 很多
外来树种适应性强，被作为先锋树种，用于荒山造林、植被
恢复； 另一方面， 也具有很强的扩散能力， 具有入侵风
险[26]。 火炬树是此类树种的典型代表，本研究对其他类似
树种的适生区预测、 引种潜力和风险评价具有重要的现
实指导意义。
参考文献：
[1] 潘志刚,游应天.中国主要外来树种引种栽培[M].北京:北京科学
技术出版社,1994:525-528.
[2] 陈佐忠,董保华 ,杨宗贵 .北京地区火炬树的调查 [J].林业资源管
理,2006(1):54-58.
[3] 张川红,郑勇奇,李继磊,等.北京地区火炬树的萌蘖繁殖扩散 [J].
生态学报,2005,25(5):978-985.
[4] 王海峰,翟明普 ,马长明 .外来种火炬树研究综述 [J].山西林业科
技,2006(4):11-19.
[5] 郑国福.火炬树小规格苗育苗造林技术研究[J].山东农业大学学
报,1999,30(1):63-66.
[6] Richard H U, Jeseph C N, Joseph M D. Weeds of the Northest
[M]. New York: Comstock Publishing Associates,1997:326-327.
[7] 刘全儒,于明,周云龙.北京地区外来入侵植物的初步研究[J].北
京师范大学学报(自然科学版),2002,38(3):399-404.
[8] Peterson A T, Cohoon K P. Sensitivity of distributional
prediction algorithms to geographic data completeness [J].
Ecological Modelling, 1999,117:159-164.
[9] 温孚江.葡萄金黄化病和葡萄带叶蝉在中国的潜在分布区[J].植
物保护学报,2006,33(1):51-58.
[10] Hirzel A H, Hausser J, Chesser D, et al. Ecological -niche
factor analysis: How to computer habitat -suitability maps
without absence data? [J]. Ecology, 2002, 83(7):2027-2036.
[11] Saqib Z, Malik R N, Husain S Z. Modelling potential
distribution of Taxus wallichiana in Palas Valley, Pakistan [J].
Pakistan Journal of Botany, 2006, 38: 539-542.
[12] 徐晓婷,杨永,王利松.白豆杉的地理分布及潜在分布区估计 [J].
植物生态学报,2008,32(5):1134-1145.
[13] Jarvis A, Guarino L, Williams D, et al. The use of GIS in the
spatial analysis of wild Peanut distribution and the implications
for plant genetic resources conservation[J].Plant Genetic Newsletter,
2002(131):29-35.
[14] 中国各县市及世界城市经纬度查询系统 [EB/OL].http://www.
hjqing.com/find/jingwei/，2009-11-12.
[15] Land cover and Elevation [EB/OL].http://www.diva-gis.org/gData，
2009-10-03.
[16] WORLDCLIM [EB/OL]. http://www.worldclim.org/.2009-09-13.
[17] 张明如,温国胜,颜文洪,等.太行山低山丘陵区火炬树克隆分株
的生长策略[J].浙江林学院学报,2008,25(3):282-288.
[18] 马润宝,高瑶.延安市园林绿化及其植物的调查研究[J].林业实用
技术,2005(12):38-39.
[19] 李佶椿,王龙山,王振林,等.尾矿库不覆土直接种植火炬树技术
[J].中国水土保持,2002(4):30-31.
[20] 郑国福.火炬树小规格苗育苗造林技术研究[J].山东农业大学学
报,1999,30(1):63-66.
[21] 河南植物志[EB/OL]. www.cvh.org.cn，2009-09-10.
[22] 李传文,逄宗润 ,陈勇 .火炬树——一个值得警惕的危险外来树
种[J].中国水土保持,2004(2):31,38.
[23] 曹振岭,佟亚辉,孙蕾,等.火炬树[J].特种经济动植物 ,2003(6):34-
35.
[24] 徐汝梅.生物入侵:数量集成、数量分析与预警[M].北京:科学出版
社,2003:7.
[25] Carpenter G, Gillison A N, Winter J. DOMIAN: a flexible
modeling procedure for mapping potential distributions of plants
and animals [J]. Biodiversity and Conservation, 1993(2):667-680.
[26] 郭怡卿，赵国晶，陈勇，等 .云南农田外来杂草及其危害现状[J].
西南农业学报，2010，23（4）：1352-1355.
52