全 文 ：收稿日期:2012 － 09 － 20;修回日期:2012 － 09 － 27
基金项目:上海市科委项目(11391901200，12490502700) ;上海师范大学校前瞻性预研项目(DYL201202) ;国家自然科学基金项目
(30970184，30570121) ;上海市教委重点学科项目(J50401)
作者简介:于 晶 (1972 －) ，女，黑龙江哈尔滨人，博士，副教授。研究方向:苔藓植物系统学和生态学。
* 通讯作者:郭水良。E － mail:gsg@ shnu． edu． cn
应用 GIS预测砂藓属与紫萼藓属在中国的分布范围*
于 晶，许 丽，郭水良*
(上海师范大学 生命与环境科学学院，上海 200234)
摘 要:紫萼藓科( Grimmiaceae) 是典型的多年生旱生藓类，我国有紫萼藓属( Grimmia) 22 种、砂藓属( Racomitri-
um) 23 种。本文利用我国紫萼藓属 172 个、砂藓属 180 个地理分布记录，以及对应分析区的年均降雨量和年均温
度数据，建立了这两个气候因子影响砂藓属和紫萼藓属种数分布的数学模型。发现砂藓属种数分布( Y) 与年均降
雨量( X1 ) 符合 Y = 0． 070 38 + 0． 000 097 6X1 － 0． 000 000 017X
2
1 ( R = 0． 191 6，P ＜ 0． 05) ，与年均温度( X2 ) 符合 Y =
0． 119 948 + 0． 011 4X2 － 0． 000 6X
2
2 + 0． 000 006X
3
2 ( R = 0． 160 4，P ＜ 0． 1) ;紫萼藓种数分布( Y) 与年均降雨量( X1 )
符合 Y = 2． 670 1X1 － 0． 439 6( R = 0． 301 6，n = 171，P ＜ 0． 01) ，与年均温度( X2 ) 符合 Y = 0． 216 4 － 0． 007 4X2 ( R =
0． 333 8，n = 171，P ＜ 0． 001) 。在此基础上，应用地理信息系统( ArcGIS 9． 3) ，直观地展示了砂藓属与紫萼藓属植
物在我国潜在的地理分布范围，发现砂藓属在我国浙江、台湾、贵州、湖北、云南、重庆、江苏等地具有较高的分布
概率，表现出热带性的分布特点;紫萼藓属在我国浙江、台湾、云南、江苏、辽宁等地分布较高，表现出温带性的分
布特点。
关键词:紫萼藓属;砂藓属; ArcGis; 分布预测
中图分类号:Q948． 13 文献标识码:A 文章编号:1008 － 0457(2012)05 － 0420 － 04
地理分布信息和潜在栖息地是植物保护与管
理不可或缺的资料。然而，苔藓植物由于其植株较
小，且识别分类特征不明显，加之很多地区对苔藓
植物缺乏关注，所以苔藓植物的分布数据通常不容
易获得，要确定特定物种地理分布是更加复杂的一
个任务。
紫萼藓科(Grimmiaceae)是典型的多年生旱生
藓类，多生于裸露岩石或砂土上。根据 Vitt 系
统［1］，世界上共有 12 属。我国有紫萼藓科 6 属 55
种。其中，砂藓属(Racomitrium)23 种、紫萼藓属
(Grimmia)22 种［2］。了解我国紫萼藓属与砂藓属
分布特点，可为该科植物的系统进化、生态与区系
地理学研究提供资料。
地理信息系统(Geographic Information System
简称 GIS)是以采集、存储、管理、分析、显示和应用
整个或部分地球表面与空间和地理分布有关的数
据的计算机系统，是一项用以分析和处理海量地理
数据的技术［3］。地理信息系统(GIS)技术在空间
信息管理方面具有比较明显的优势，近年来国内外
使用 GIS进行生态建模，对外来有害生物在我国的
适生区进行预测，取得了越来越多的进展 ［4 － 7］。
本文基于大量的文献统计，考虑到学名的归并
情况，分别统计了砂藓属、紫萼藓属植物 172 和 180
个地理单位的种数分布概率，基于这些分布点的雨
量和温度数据，分别建立了砂藓属和紫萼藓属植物
种数分布与这两个因子的数学模型，再应用 ArcGis
9． 3 软件，分析了紫萼藓属与砂藓属植物在我国的
适生区分布，在此基础上探讨了它们在我国的地理
分布式样，为该科植物的系统进化研究积累了资
料，有利于未来的实地调查、标本采集与今后的保
护和利用。
1 材料与方法
1． 1 数据来源
我国紫萼藓属与砂藓属植物的分布资料主要
来源于文献及标本记录，在对国内相关文献研究的
山 地农业生物学报 31(5):420 ～ 423，2012
Journal of Mountain Agriculture and Biology
基础上，对于没有具体地理坐标的采集和报道记
录，根据中国地名数据库资料，借助 Google earth 查
找出大致的经纬度，共获得紫萼藓属国内分布记录
172 个，砂藓属国内分布记录 180 个。
中国地图从国家基础地理信息系统网站 (ht-
tp:/ /nfgis． nsdi． gov． cn /)下载。首先获取世界年
均降雨量、年均温度的数据文件(http:∥ www．
worldclim． org /) ，再利用 ArcGis 软件，获取各地理
分布点相对应的年均温度和年均降雨量。
1． 2 数据处理
应用 ArcGis 9． 3 软件(美国 ESRI 公司开发的
地理信息系统平台)进行分布区预测。根据文献和
标本查阅，获得紫萼藓属和砂藓属在全国的地理分
布，同时获取对应地区的年均降雨量和年均温度，
应用曲线拟合软件得到紫萼藓属和砂藓属种数分
布(Y)与年均降雨量、年均温度(X)的函数关系。
根据这些函数关系，再应用 ArcGis 中的 Raster cal-
culator模块，预测两属植物在全国的分布范围，并
按以下公式计算它们在各省(市、自治区)的综合
生境适宜性指数(IHSI) :
IHSI = ∑
6
i = 1
Bi × APi
其中，Bi 为 i等级的生境适宜性指数，APi 为 Bi
地区相应的生境适宜性面积百分比。
2 结果与分析
2． 1 砂藓属、紫萼藓属现有分布
根据获得的紫萼藓属与砂藓属植物的分布数
据，借助于地理信息系统软件 ArcGis，以中国地图
为底图，获得中国砂藓属、紫萼藓属植物的分布图
(图 1)。
从图 1 可见，砂藓属植物的高分布区主要在吉
林、安徽、浙江、台湾、陕西、四川、云南、西藏东南部
等我国东南部地区，紫萼藓属植物的高分布区域则
在吉林、陕西、青海、西藏等东南地区及高原地区。
图 1 中国砂藓属与紫萼藓属植物种数比较
Fig． 1 Species distribution comparison between Racomitrium and Grimmia in China
2． 2 砂藓属植物分布预测
根据砂藓属在国内 180 个分布点的年均降雨
量、年均气温的调查记录，按照统计分析的方法建
立相关性方程:砂藓种数(Y)与雨量(X1)分布关系
为 Y = 0． 070 38 + 0． 000 097 6X1 － 0． 000 000 017X
2
1
(R = 0． 191 6，P ＜ 0． 05，n = 179) ;砂藓种数(Y)与
温度(X2)分布关系为 Y = 0． 119 948 + 0. 011 4X2 －
0. 000 6X22(R = 0． 160 4，P ＜0． 1，n =179)。根据这
124第 5 期 于 晶，等:应用 GIS预测砂藓属与紫萼藓属在中国的分布范围
种相关性，将其导入 ArcGis，分别得到基于种数与
雨量、温度关系的砂藓植物相对生境适宜性预测
(图 2A)。
根据不同行政区域砂藓属植物的生境适宜性
综合指数(见表 1) ，砂藓属在中国的高度适生区主
要包括浙江(69． 21)、台湾(58． 7)、贵州(53． 56)、
湖北(49． 93)、云南(48． 67)、重庆(48． 67)、江苏
(47． 45)、安徽(44． 88)、四川(42． 21)等地。
2． 3 紫萼藓属分布预测
同理，根据紫萼藓属在国内 172 个分布点的年
均降雨量、年均气温的调查记录，建立相关性方程:
紫萼藓属种数(Y)与雨量(X1)的关系为 Y =
2. 670 1X1 － 0． 439 6 (R = 0． 301 6，n = 171，P ＜
0. 01) ;紫萼藓属种数(Y)与温度(X2)的关系为Y =
0． 216 4 － 0． 007 4X2(R = 0． 333 8 n = 171，P ＜
0. 001)。根据这种相关性，将其导入 ArcGis，分别
得到基于种数与雨量、温度关系的紫萼藓植物相对
生境适宜性预测(图 2B)。
根据不同行政区域紫萼藓属植物的生境适生
性综合指数(见表 1) ，发现紫萼藓属在中国浙江
(70. 99)、江苏(62． 12)、云南(55． 32)、辽宁
(55. 15)、台湾(54． 22)、安徽(53． 98)等地区具有
较大概率的适生性。
图 2 基于种数与温度、雨量关系的砂藓属 ( A) 和紫萼藓属( B) 在中国的相对生境适宜性预测
Fig． 2 Prediction of relative adaptability habitat of Racomitrium and Grimmia based on rainfall and temperature
表 1 中国各省区砂藓属和紫萼藓属在各省区的适性指数
Tab. 1 Habitat suitability grade for Racomitrium and
Grimmia in the tested provinces of China
省区
砂藓属适
性指数
紫萼藓属
适性指数
省区
砂藓属适
性指数
紫萼藓属
适性指数
安徽 44． 88 53． 98 江苏 47． 45 62． 12
重庆 48． 46 31． 18 江西 34． 71 35． 01
福建 34． 22 35． 20 吉林 21． 59 49． 45
甘肃 12． 71 22． 42 辽宁 23． 28 55． 15
广东 27． 07 16． 32 宁夏 8． 44 22． 54
广西 30． 84 21． 86 青海 8． 47 14． 50
贵州 53． 56 36． 96 山东 16． 93 48． 69
海南 20． 87 15． 24 山西 12． 10 39． 45
河北 10． 78 45． 06 陕西 20． 28 33． 54
黑龙江 16． 09 29． 84 四川 42． 21 46． 98
河南 17． 61 33． 00 新疆 7． 69 10． 99
香港 59． 84 38． 13 台湾 58． 70 54． 22
湖北 49． 93 41． 76 西藏 19． 24 30． 36
湖南 40． 06 41． 54 云南 48． 67 55． 32
内蒙古 9． 83 19． 92 浙江 69． 21 70． 99
3 讨论
本文利用地理信息系统(GIS)对砂藓属和紫
萼藓属潜在地理分布进行了评估，展示了其在我国
不同地区的分布几率，对今后的野外调查或物种的
保护提供了可靠的信息。拟合曲线表明，随分布区
雨量的增加，砂藓种类逐渐增多，至一定水平后趋
于平稳;而在一定的适宜温度范围内，砂藓属种类
随温度的升高而增多，最适温度后则随温度升高而
逐渐降低，即浙江、湖南等温度相对较高地区较适
于砂藓的生长，而海南等热带地区砂藓种类数明显
减少。紫萼藓属种数与雨量、温度的拟合曲线表
明，随雨量、温度的升高，其种数均呈下降趋势，分
布特点呈现出明显的温带性。
预测结果表明，砂藓属与紫萼藓属在中国均有
很宽的适生范围，且其潜分布区大于其目前的实际
224 山地农业生物学报 2012 年
分布范围，如砂藓属在上海、香港、贵州等省，紫萼
藓在浙江、上海、台湾等有较高的预测分布范围，而
现有数据相对较少。针对目标物种的高分布预测
地区展开研究，将会大大加快深入研究的进程，以
快速确定该物种最重要的栖息地从而进行保护，这
在保护生物多样性的研究方面具重大意义［8 － 9］。
气候条件是影响植被分布的重要因素，尤其温
度、雨量、植被条件对苔藓植物的分布影响重大，因
此，本文从温度、雨量条件两方面对紫萼藓属和砂
藓属进行了分布适生区的预测。可能还有其他因
素包括植被分布等影响其分布类型。今后将继续
开展包括其他影响因素的预测研究，以进一步提高
预测精度。
参 考 文 献:
［1］ VITT D H． Classification of the Bryopsida［C］/ /SCHUSTER R M． New Manual of Bryoloy． The Hattori Botanical Laborato-
ry，Japan:Nichinan，1984:676 － 759．
［2］ LI X J． Flora Bryophytorum Sinicorum［M］． Beijing:Science Press，2000．
［3］ ZHANG C． Geographic Information System［M］． Beijing:Higher Education Press，1999．
［4］ CHANG Z L，ZHOU Y L ，ZHAO Z Y，et al． Suitability analysis of Karnal bunt in China based on MaxEnt model［J］． Plant
Protection，2010，36:110 － 112．
［5］ LEI J C，XU H G． MaxEnt － Based Prediction of Potential Distribution of Solidago canadensis in China［J］． Journal of Ecolo-
gy and Rural Environment，2010，26:137 － 141．
［6］ ZeENG H，HUANG G S，LIN W，et al． Prediction of potential geographic distribution of Microcyclus ulei in the world using
MaxEnt［J］． Plant Protection，2008，34:88 － 93．
［7］ GUO S L，GAO P L，LOU Y X． Prediction of Potential Invasive Range of Quarantine Weed Lactuca serriola in China by Max-
Ent Model［J］． Journal of Shanghai Jiaotong University:Agricultural Science，2011，29:15 － 19．
Distribution Range of Racomitrium and Grimmia in China as predicted by GIS Technique*
YU Jing，XU Li，GUO Shui-Liang* (College of Life ＆ Environmental Sciences，Shanghai Normal University，
Shanghai 200234，China)
Abstract:Grimmiaceae was a moss family living in drought environments，with 22 species of Grimmia，and
23 species of Racomitrium in China． Currently，the distribution mathematical models of Racomitrium and
Grimmia were established by using geographic distribution records of the two genera，as well as the corre-
sponding annual average rainfall and temperature data． The relationship of Racomitrium species distribution
(Y)with annual average rainfall (X1)followed Y = 0． 070 38 + 0． 000 097 6 X1 － 0． 000 000 017 X
2
1(R =
0. 191 6，P ＜ 0． 05) ，and with the average annual temperature (X2)followed Y = 0． 119 948 + 0． 011 4
X2 － 0. 000 6 X
2
2 + 0． 000 006 X
3
2(R = 0． 160 4，P ＜ 0． 1) ;and the relationships of Grimmia distribution (Y)
with the annual rainfall (X1)followed Y = 2． 670 1X1 － 0． 439 6 (R = 0． 301 6，n = 171，P ＜ 0． 01) ，with
annual average temperature (X2)followed Y = 0． 216 4 － 0． 007 4X2(R = 0． 333 8，n = 171，P ＜ 0． 001)．
Based on the above relationships，geographic information system (ArcGIS 9． 3)was used to show the poten-
tial geographic distribution of Grimmia and Racomitrium in China intuitively． The areas with higher distribu-
tion probability of Racomitrium were Zhejiang，Taiwan，Guizhou，Hubei，Yunnan，Chongqing，Jiangsu，
with a tropical distribution pattern，while Grimmia showed high distribution probability in Zhejiang，Taiwan，
Yunnan，Jiangsu，Liaoning，Anhui，with a temperate distribution pattern．
Key words:Grimmia;Racomitrium;ArcGIS;distribution predicting
324第 5 期 于 晶，等:应用 GIS预测砂藓属与紫萼藓属在中国的分布范围