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Relationship between Geographical Distribution of Pinus yunnanensis and Climate

云南松的地理分布与气候关系



全 文 :林业科学研究 2012,25(2):163 168
ForestResearch
  文章编号:10011498(2012)02016306
云南松的地理分布与气候关系
陈 飞1,2,王健敏1,2,孙宝刚1,2,陈晓鸣1,2,杨子祥1,2,段兆尧3
(1.中国林业科学研究院资源昆虫研究所,云南 昆明 650224;2.国家林业局资源昆虫培育与利用重点实验室,云南 昆明 650224;
3.云南省林业科学研究院,云南 昆明 650204)
收稿日期:20111115
基金项目:国家林业局948项目(2009437);国家林业局林业公益性行业专项(200904052,200804001)
作者简介:陈 飞(1987—),男,湖北人,硕士研究生,主要研究方向:森林健康.
通讯作者.
摘要:广泛收集云南松地理分布资料,应用地理信息系统 ArcGIS,制作云南松物种的分布现状图,并根据 Climate
China预测模型确定云南松分布区间的气候参数,利用Kira的温暖指数(WI)、寒冷指数(CI)、干燥度指数(K)、徐文
铎湿度指数(HI)、holdridge生物温度(BT)、可能蒸散量(PET)、可能蒸散率(PER)以及单一气候因子如年平均气温
(MAT)、1月平均气温(TAV01)、7月平均气温(TAV07)、年降水量(MAP)、>5℃积温(DD5)、>18℃积温
(DD18)、极端最高气温(MWMT)、极端最低气温(MCMT)、气温年较差(TD)、年热湿比(AHM)等指标,研究云南松
的地理分布与气候关系,讨论了云南松垂直分布上下限以及北界的热量状况。主成分分析结果表明:影响云南松地
理分布的主要因素依次为:温度、湿度、气温年较差。
关键词:云南松;地理分布;气候指标
中图分类号:S791.257 文献标识码:A
RelationshipbetweenGeographicalDistributionof
PinusyunnanensisandClimate
CHENFei1,2,WANGJianmin1,2,SUNBaogang1,2,CHENXiaoming1,2,YANGZixiang1,2,DUANZhaoyao3
(1.ResearchInstituteofResourceInsects,ChineseAcademyofForestry,Kunming 650224,Yunnan,China;2.KeyLaboratory
ofCultivationandUtilizationofResourceInsectsofStateForestryAdministration,Kunming 650224,Yunnan,China;
3.YunnanAcademyofForestry,Kunming 650204,Yunnan,China)
Abstract:AdistributionmapofPinusyunnanensiswasmadeaccordingtothedataongeographicaldistributionof
P.yunnanensisbymeansofapplyinggeographicinformationsystemssoftwareArcGIS,andtheclimaticparameters
ofthedistributionareasforP.yunnanensisweredeterminedbytheclimateforecastmodelClimateChina.Therela
tionshipbetweenthegeographicaldistributionofP.yunnanensisandtheclimatewasstudiedbyadoptingtheindexes
ofKiraincludingthewarmthindex(WI),coldnessindex(CI)andaridityindex(K),Xu’shumidityindex
(HI),Holdridge’slifetemperature(BT),potentialevapotranspiration(PET),potentialevapotranspirationratio
(PER)andthesinglefactorsasthemeanannualtemperature,themeantemperatureinJanuary,themeantempera
tureinJuly,themeanannualprecipitation,the>5℃ accumulatedtemperature,the>18℃ accumulatedtemper
ature,themaximumtemperature,theminimumtemperature,thetemperaturevariation,theratiooftemperatureand
precipitationoftheyear,etc.AndtheKira’swatertemperatureindexesondistributionalupperlimit,lowlimitand
northlimitwerediscussed.ThemajorclimaticfactorsefectingthedistributionofP.yunnanensiswerescreenedout
bystatisticalanalysissoftwareSPSSandtheresultsshowedtheimpactfactorsareintheorderoftemperature>hu
midity>thetemperaturediferencebetweenmeanwarmestmonthtemperatureandmeancoldestmonthtemperature.
Keywords:Pinusyunnanensis;geographicaldistribution;climaticindex
林 业 科 学 研 究 第25卷
云南松(PinusyunnanensisFranch.)是我国西南
地区的特有树种,具有生态适应性广,天然更新能力
强的特点,云南松林是我国西部偏干性亚热带的典
型代表群系[1]。云南松耐旱耐瘠薄,是荒山绿化的
主要树种,云南松林还是生态、经济和社会效益高的
森林生态系统之一。关于云南松生物特性及分布状
况,曾有许多学者进行讨论[1-6],本文在前人研究基
础上,运用地理信息系统(ArcGIS)以及气候预测模
型(ClimateChina),通过对云南松分布区的气候环
境数据作较全面的研究,揭示云南松地理分布与气
候的关系,为云南松的造林及其生物生态学研究提
供一定理论依据。
1 研究资料与方法
1.1 云南松分布资料收集
本研究采用野外调查与文献查阅相结合的方
法,尽可能对云南松的现代分布区域作全面了解。
对云南省内的云南松分布,采用云南省林业调查规
划院调查的森林资源连续清查数据,以及作者于
2009—2011年对部分样地实地踏查资料,省外则通
过相关省份植物志、植被等有关专著和文献[2-6],并
对西藏察隅县、波密县、芒康县、墨脱县等地进行了
实地考察。
1.2 气象资料处理
本文采用的单一气候数据如年均气温、年均降
水量等均由气候预测模型 ClimateChinav4.40生
成,ClimateChina是基于 PRISM((Parametereleva
tionRegressionsonIndependentSlopesModel)建立起
来的气候模型[7-8]。PRISM采用了2600多个气象
站数据,为我国产生了4km×4km的网格气候数
据。由于山区地形复杂,这样的分辨率仍会带来相
当大的误差,ClimateChina采用双向插值法和偏导
海拔调整方程相结合的方法[9],解决了 PRISM数据
低分辨率的不足,可为任一样点产生气候数据,Cli
mateChina的输出结果在云南省已经得到135个气
象站点数据的验证。
1.3 气候指标
目前,国际上较流行的研究植被与气候关系的
指标和方法如下:
Kira[10,16]热量指数,包括温暖指数(WI,℃·
月)和寒冷指数(CI,℃·月)。温暖指数采用月平
均气温高于5℃的总和作为植物生长的热量条件,
同样,寒冷指数(I,℃·月)是采用月平均气温低于
5℃的差值总和来表示,计算公式为:
WI=∑(t-5);CI=-∑(5-t)
式中:t为月平均气温。
干燥度指数(K):
K=P/(WI+20),WI≤100
K=2P/(WI+140),WI>100
式中:P为年均降水量(mm)。
徐文铎湿润指数[11](HI):
HI=P/WI
式中:P为年降水量;
L.R.Holdridge[12-13]生物温度 (BT)
BT=∑t/365或BT=∑T/12
日均气温0℃<t<30℃;
月均气温0℃<T<30℃。
年可能蒸散量(PET,mm):
PET=BT×58.93
可能蒸散率(PER):
PER=PET/P=BT×58.93/P
式中:P为年降水量(mm)。
单一气候因子包括:年平均气温、1月平均气
温、7月平均气温、年降水量、>5℃积温、>18℃积
温、极端最高气温、极端最低气温、气温年较差、年热
湿比、夏季热湿比、无霜期。
年热湿比(AHM)与夏季热湿比(SHM):
AHM=(MAT+10)/(MAP/1000));
SHM=((MWMT)/(MSP/1000))
本文热量指数分布范围采用半峰宽计算法,计
算如下:
最适范围:X-0.5PWH X+0.5PWH
式中:PWH=2.354×S,S为树种热量指数的标
准差,X为热量指数的平均值。Yim认为用半峰宽
作图法来确定树种的热量分布最适宜范围[14],国内
专家认为可用半峰宽计算法来确定树种热量分布最
适范围[15]。
2 结果与分析
2.1 云南松地理分布
根据本研究获取资料数据,云南松现代水平分
布的界限为:最北为四川宝兴县,向东南经峨边县,
然后向南进入云南省至云南东北的大关和彝良西
部,向东至镇雄,到贵州毕节,又折向广西的白色,由
此构成云南松分布的东界限。南边界为富宁、文山
马关、麻栗坡一线,经元江流域西至哀牢山脉南部元
461
第2期 陈 飞等:云南松的地理分布与气候关系
阳山地,然后沿哀牢山脉向西北至景东,从云县折向
临沧、双江再向西北至龙陵,南界全在云南省境内。
从龙陵沿高黎贡山经过梁河和腾冲至泸水,再向北
过福贡折向西北方向过独龙江进入西藏察隅县[2],
另外,据实地调查,西藏除察隅县有大面积云南松分
布外,波密县、芒康县亦有零星云南松分布,这样构
成了云南松分布的西北界限;而北界为察隅向东经
过乡城、稻城、九龙至宝兴这一线,其水平分布于23°
30°N,96° 108°E之间,约纵跨8个纬度带,横跨
12个经度,由 ArcGIS9.3作出其分布图(图 1),其
中,云南松分布西界和北界均为间断分布。
图1 云南松分布示意图
垂直分布上,云南松典型变种(Pinusyunnanensis
var.yunnanensis),即正种,主要分布在海拔1600
2900m的高度上,多分布于2000 2500m;变种
细叶云南松(P.yunnanensisvar.tenuifolia)主要分
布在海拔400 1200m的高度上;而变种地盘松
(P.yunnanensisvar.pygmaea)的主要范围为海拔
1600 2800m。后二者是在海拔高度上为适应地
理环境而形成的极端[2],下限为细叶云南松,主要分
布于广西西部和贵州西南部,上限为地盘松,主要分
布于整个分布区的中部与西北部。
2.2 云南松分布与气候指标的关系
在云南松分布区均匀选取802个点,由Climate
China模型得出每个点的各项气候数据,然后计算出
整个分布区的各种气候指标(表1),包括 Kira的温
暖指数(WI)、寒冷指数(CI)、干燥度指数(K)、徐文
铎湿度指数(HI)、holdridge生物温度(BT)、可能蒸
散量(PET)、可能蒸散率(PER)以及单一气候指标
如:年平均气温、年降水量等,共19项指标。
云南松分布区的气候总的来说属于亚热带高原
季风气候,由表1可知:云南松的温暖指数范围为
32.1 204.3℃·月,最适范围为86.065 159.705
℃·月,平均值122.885℃·月,极限范围(最小值
最大值)和最适范围都比较宽,其它几个指标亦如
此,这表明云南松分布的气候范围较广。生物温度
范围为6.142 22.025℃,最适范围12 18℃,平
均值15.208℃,表明温暖、温凉的气候均适宜云南
松生长,而其寒冷指数平均值为 -0.398℃·月,最
低值-20.7℃·月,说明云南松有一定的耐寒性,
但由于平均值较高,说明云南松的最适生长温度较
高。年降水量为478 1870mm,平均值1009.319
mm,徐文铎湿润指数为3.431 32.616℃·月,平
均值8.920℃·月,年热湿比为13.300 46.800,
平均值25.892,Holdridge可能蒸散率为0.331 1.
874,平均值0.921,无霜期131 359d,平均292d。
各项水热指标均表明云南松分布范围广,海拔悬殊,
分布区内气候条件复杂,但云南松对气候的适应性
表现出较大的幅度。通过数据分析,并结合项目实
地调查发现,滇中、滇东、滇西高原的气候非常适合
云南松分布与生长,虽然有不少地段的云南松生长
并不优良,主要是人为活动及病虫害等干扰造成的,
561
林 业 科 学 研 究 第25卷
但根据气候指标分析,这些地段仍是最佳的。
表1 云南松分布的气候指标
指标 平均值 标准差 最小值 最大值 最适范围
Kira温暖指数(WI)/(℃·月) 122.885 31.283 32.100 204.300 86.065 159.705
Kira寒冷指数(CI)/(℃·月) -0.398 1.558 -20.700 0.000
干燥度指数(K)/(mm·(℃·月)-1) 8.079 2.296 3.987 21.111
年均降水量(MAP)/mm 1009.319 197.961 478.000 1870.000
徐文铎湿润指数(HI)/(mm·(℃·月)-1) 8.920 3.561 3.431 32.616
年均气温(MAT)/℃ 15.206 2.676 6.000 22.000 12.057 18.356
极端最高气温(MWMT)/℃ 19.929 2.252 12.400 28.100
极端最低气温(MCMT)/℃ 8.470 2.882 -2.300 15.000
气温年较差(TD)/℃ 11.459 1.012 9.600 18.100 10.269 12.650
年热湿比(AHM) 25.892 5.685 13.300 46.800
夏季热湿比(SHM) 24.703 5.908 10.800 47.800
大于5℃积温(DD5)/℃ 3764.895 934.483 1055.000 6198.000 2665.009 4864.782
1月平均气温(TAV01)/℃ 8.470 2.882 -2.300 15.000 5.078 11.862
7月平均气温(TAV07)/℃ 19.929 2.251 12.400 28.100 17.279 22.578
Holdridge生物温度(BT)/℃ 15.208 2.675 6.142 22.025 12.059 18.356
年可能蒸散量(PET)/mm 896.190 157.631 361.928 1297.933 710.658 1081.722
可能蒸散率(PER) 0.921 0.242 0.331 1.874
大于18℃积温(DD18)/℃ 483.465 254.039 0.000 1895.000 184.461 782.469
无霜期(FFP)/d 291.507 39.858 131.000 359.000
2.3 云南松分布界限的热量状况
云南松分布的海拔高度上限、下限和北界的年
平均气温(MAT)、Kira温暖指数(WI)以及寒冷指数
(CI)的平均值见表2。
表2 云南松分布界限的热量指标
指标 上限 下限 北界
年均气温(MAT)/℃ 6.0 22.0 12.5
Kira温暖指数(WI)/(℃·月) 32.1 204.3 93.7
Kira寒冷指数(CI)/(℃·月) -20.7 0.0 -3.4
云南松分布上限寒冷指数(CI)为 -20.7℃·
月,非常低,而北界寒冷指数(CI)为-3.4℃·月,比
上限高,二者温暖指数(WI)分别为32.1、93.7℃·
月,上限温暖指数和寒冷指数均比北界低,呈现出同
样规律,与国内相关的研究结论吻合[18-19],原因为
温度向上的递减率比由低纬度向高纬度的递减率快
很多,而且山地气候温差较小,温度的有效性大,海
拔升高的同时湿度会增大。
Kira认为,限制东北树种分布的因子是温暖指
数(WI)而不是寒冷指数(CI),限制常绿阔叶林树种
向北和向上分布的热量指标是冬季几个月的寒冷指
数(CI),而徐文铎等研究东北地区湿度指数等值线
指出,限制我国草原地理分布的主导因子是湿润指
数(HI)[11],表明各项指标所反映的限制作用要根据
具体地理位置具体树种区别分析。一般情况下,年
均气温、温暖指数、寒冷指数 3个指标的标准差越
低,它们与树种的地理分布界限就越相关[16],本文3
个指标中寒冷指数(CI)标准差为1.558℃·月最
低,其次是年均气温(MAT)标准差2.676℃,说明本
文中寒冷指数是限制云南松向上和向北分布的最显
著的因子,该结论与方精云等的研究结果相
吻合[17]。
2.4 影响云南松地理分布的主要气候因素
通过SPSS软件对各项主要气候数据进行主成
分分析,得到各个主成分载荷、特征值和信息量(表
3),从表 3可知:前 3个成分信息量分别为
61.234%、28.520%、9.190%,总累积信息量达
98.944%,可以反映各个因子影响云南松分布的主
要信息,故选前3个主成分进行分析即可。第1主
成分中,与温度相关的因子的载荷均比较大,1月平
均气温、7月平均气温、无霜期在0.9以上,因此可
以理解第1主成分代表温度,其中1月平均气温载
荷0.985,最高,通常1月平均气温反映低温期的热
量条件,表明低温对云南松影响大于高温;第2主成
分中,年均降水量(MAP)载荷达0.981,其后是热湿
比因子(AHM)达 -0.799,这两个因子均代表湿度,
其他因子载荷均比较小,故定义第2主成分代表湿
661
第2期 陈 飞等:云南松的地理分布与气候关系
度;第3主成分中,气温年较差(TD)载荷为0.630,
最大,其余因子的值均非常小,故定义第3主成分代
表气温年较差。综合分析得出:影响云南松地理分
布的气候因子按影响大小排列顺序依次为:温度 >
湿度>气温年较差,其中,温度又以低温对云南松分
布的影响最大。
表3 各环境因子主成分矩阵
因子
主成分
1 2 3
年均降水量(MAP) -0.103 0.981 0.117
气温年较差(TD) -0.746 -0.215 0.630
年热湿比(AHM) 0.587 -0.799 0.042
无霜期(FFP) 0.968 0.184 0.062
1月平均气温(TAV01) 0.985 0.148 0.062
7月平均气温(TAV07) 0.925 0.092 0.362
特征值 3.674 1.711 0.551
信息量/% 61.234 28.520 9.190
积累信息量/% 61.234 89.754 98.944
3 结论与讨论
云南松分布以云南省为中心,在四川、贵州、广
西、西藏均有分布,分布区地形地貌复杂多变,海拔
相差较大,呈现出明显的西北高,东南低的地势,倾
斜不均匀并多级阶梯状下降。
云南松分布区的气候总的来说属于亚热带高原
季风气候。云南松分布的温暖指数极限范围和最适
范围都比较宽,其它几个指标亦如此,表明云南松分
布的气候范围较广。生物温度范围为 6.142
22.025℃,最适范围为12 18℃,平均值为15.208
℃,表明云南松适宜温暖、温凉的气候,而其寒冷指
数平均值为-0.398℃·月,最低值为 -20.7℃·
月,说明云南松有一定的耐寒性,但由于生物温度、
温暖指数、年平均气温等指标平均值较高,表明云南
松最适生长要求的温度相对较高。干燥度指数(K)
均值为8.079,属于 Kira干燥度指数在各气候类型
中的值域范围[20]的7.5 9.0范围内。与其他植物
热量指标的研究结果[18,21]相比,青冈(Cyclobalanop
sisglauca(Thunb.)Oerst.)分布的温暖指数(WI)极
限范围35.6 225.1℃·月,最适范围110.509
185.491℃·月,云南红豆杉(Taxuswalichiana
ZuceK.Fu)温暖指数(WI)极限范围 39.989
82.872℃·月,最适范围47.301 75.272℃·月,
云南松分布的温暖指数极限范围32.1 204.3℃
·月,比前2种植物的极限范围相对较宽,亦说明了
云南松生态适应性强,对气候的适应性表现出较大
的幅度,最适范围86.065 159.705℃·月则说明
云南松的适宜生长温度介于云南红豆杉与青冈
之间。
限制云南松向上和向北分布的最显著的因子为
寒冷指数,该结论与相关研究结果相吻合[17]。云南
松分布上限温暖指数和寒冷指数均比北界低,呈现
出同样规律,因为温度向上的递减率比由低纬度向
高纬度的递减率快很多,而且山地气候温差较小,温
度的有效性大,海拔升高的同时湿度会增大。通过
主成分分析得出,影响云南松地理分布的气候因子
按影响大小排列顺序依次为:温度 >湿度 >气温年
较差。
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451-460
《中国东北地区主要松皮小蠹生物学特性及防治技术》
松皮小蠹(Barkbeetles)是世界性大害虫,是对森林危害十分严重的重大害虫类群之一。由于小蠹虫具
有个体小、生活隐蔽、繁殖迅速、扩散蔓延快等特点,对其监测和有效防治一直是我国森林保护和害虫防治中
的难题。研究寻求经济有效、生产适用、环境友好的防治小蠹虫新技术十分迫切,且具有重要意义。
以高长启研究员为首的吉林省林科院科研团队,经过多年刻苦攻关,对纵坑切梢小蠹(Tomicuspiniperda
Linnaeus)、落叶松八齿小蠹(IpssubelongatusMotschulsky)、云杉八齿小蠹(IpstypographusLinnaeus)等重要的
松皮小蠹的防治技术进行了系统研究,特别是对小蠹虫聚集信息素应用技术做了深入研究,摸索出了针对不
同虫种的无公害防治技术。在系统总结了多年来所取得的研究成果的基础上,撰写完成了《中国东北地区主
要松皮小蠹生物学特性及防治技术》。
本书包括总论和各论两大部分,总论第一章论述了松皮小蠹生物学及防控技术;第二章 论述了松皮小
蠹综合防控技术与防控理念;第三章论述了小蠹虫信息素及应用的关键技术;第四章论述了东北主要针叶松
皮小蠹的分类地位及主要鉴别方法。各论部分主要论述了纵坑切梢小蠹、云杉八齿小蠹、落叶松八齿小蠹等
12种松皮小蠹的分布、形态特征、生物学、生态学特性、发生规律及防控技术等方面的内容。本书图文并茂、
文表结合、通俗易懂,对从事森林害虫防治研究的工作者和基层从事害虫防治的工作者具有重要的参考
价值。
本书的出版,将促进我国小蠹虫这类重要害虫的研究和防治工作的开展,为推动我国森林保护事业的发
展,给森林保护工作者提供有益的帮助。
撰稿人 姜俊清
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