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Potential Geographical Distribution of Quercus wutaishanica Forest and Its Dominant Factors

辽东栎林潜在地理分布及其主导因子


利用影响植物分布的8个变量(年均降水量、气温年较差、最冷月温度、最暖月温度、大于5℃积温、湿润指数、年辐射量和海拔)以及辽东栎林地理分布资料,结合最大熵模型,筛选出影响辽东栎林地理分布的主导因子,即年均降水量、最冷月气温、大于5℃积温和年辐射量。在此基础上,构建辽东栎林地理分布与气候的关系模型。结果表明: 模型能够很好地模拟辽东栎林的潜在地理分布,其潜在分布区覆盖了我国东北南部、华北中南部、华中西北部、华东北部、西南东部部分地区及西北东部地区。影响辽东栎林潜在分布的各主导因子阈值分别为: 年均降水量340~1 060 mm、最冷月气温-17~4℃、大于5℃积温800~3 700℃·d-1、年辐射量1.08×105~1.41×105 W·m-2

In terms of the geographical distribution data of Quercus wutaishanica forest and the eight variables that potentially affect distribution of plants, including annual precipitation (P), annual range of monthly mean temperature (DTY), temperature of the coldest month (Tc) and temperature of the warmest month (Tw), growingday degrees above 5℃ (GDD5), moisture index (MI),annual amount of solar radiation (Radi) and elevation (Elev), four dominant factors, including P, Tc, GDD5 and Radi, influencing Q. wutaishanica forest distribution were selected with the MaxEnt Model. Thus, a relationship model between the geographical distribution of Q. wutaishanica forest and dominant variables was constructed. The results showed that this relationship model could effectively simulate the potential geographical distribution of Q. wutaishanica forest. The potential distribution regions include southern Northeast, central and south of North China, northwest of Central China, north of East China, eastern parts of Southwest and east of Northwest. The thresholds of the four dominant factors were 340 mm≤P≤1 060 mm,-17℃≤Tc≤4℃, 800℃·d-1≤GDD5≤3 700℃·d-1, 1.08×105 W·m-2≤Radi≤1.41×105 W·m-2.


全 文 :第 !" 卷 第 # 期
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718" &%6&&9%9:;6&%%&<9!##6
收稿日期" =%’ =&"# 修回日期" !"%&%)?"A&’%’& !广
辽东栎林潜在地理分布及其主导因子!
殷晓洁&B周广胜&!B隋兴华&B何奇瑾B李荣平’
%&3中国科学院植物研究所B植被与环境变化国家重点实验室B北京 &%%%"’#
3中国气象科学研究院B北京 &%%%#&# ’3中国气象局沈阳大气环境研究所B沈阳 &&%%&>& 摘B要! B利用影响植物分布的 # 个变量%年均降水量(气温年较差(最冷月温度(最暖月温度(大于 A H积温(湿润 指数(年辐射量和海拔&以及辽东栎林地理分布资料!结合最大熵模型!筛选出影响辽东栎林地理分布的主导因子! 即年均降水量(最冷月气温(大于 A H积温和年辐射量 在此基础上!构建辽东栎林地理分布与气候的关系模型"!((西((西西 影响辽东栎林潜在分布的各主导因子阈值分别为" 年均降
水量’!% h& %>% WW(最冷月气温 =&9 h! H(大于 A H积温#%% h’ 9%% H07 =& (年辐射量 &3%# d&%A h&3!& d
&%AK0W=
关键词" B辽东栎林# 潜在地理分布# 主导因子# 最大熵模型
中图分类号! (9"&3A’" J"!#3ABBB文献标识码! .BBB文章编号! &%%& =9!###%# =%%&% =%A
P1+(.+"KQ(13")67"KR+<&+1.14!"#%"&’"()*&+),*%) 01*(-+".@S+-R1%.".+0"7+1*- R8L k8O1;8F&BMN14 f4OL5GNFL5&!B(48k8L5N4O&BDFJ8;8LB/8C1L5U8L5J7K.L"+.-"+7"&M%."(.(/()+"(,(-.#!9.(%B4(12"&;"-.(7! !9*(1N3./,7"&I3*(31B;*<*(% &%%%"’#
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U1EFLE8O2POSFVE78GET8Y4E81L 1SU2OLEG! 8LV2478L5OLL4O2UTFV8U8EOE81L %D&! OLL4O2TOL5F1SW1LEN2PWFOL EFWUFTOE4TF
%g-R&! EFWUFTOE4TF1SENFV127FGEW1LEN %HV& OL7 EFWUFTOE4TF1SENFXOTWFGEW1LEN %HX&! 5T1X8L57OP7F5TFFGOY1ZF
A H %fggA &! W18GE4TF8L7FQ%]*&!OLL4O2OW14LE1SG12OTTO78OE81L %CO78& OL7 F2FZOE81L %+2FZ&! S14T71W8LOLE
SOVE1TG! 8LV2478L5D! HV! fggA OL7 CO78! 8LS24FLV8L5P=Q2-.*19.(*3. S1TFGE78GET8Y4E81L XFTFGF2FVEF7 X8EN ENF]OQ+LE
]17F26-N4G! OTF2OE81LGN8U W17F2YFEXFFL ENF5F15TOUN8VO278GET8Y4E81L 1SP=Q2-.*19.(*3. S1TFGEOL7 71W8LOLEZOT8OY2FG
XOGV1LGET4VEF76-NFTFG42EGGN1XF7 ENOEEN8GTF2OE81LGN8U W17F2V1427 FSFVE8ZF2PG8W42OEFENFU1EFLE8O25F15TOUN8VO2
78GET8Y4E81L 1SP=Q2-.*19.(*3. S1TFGE6-NFU1EFLE8O278GET8Y4E81L TF581LG8LV247FG14ENFTL ,1TENFOGE! VFLETO2OL7 G14EN 1S
,1TEN )N8LO! L1TENXFGE1S)FLETO2)N8LO! L1TEN 1S+OGE)N8LO! FOGEFTL UOTEG1S(14ENXFGEOL7 FOGE1S,1TENXFGE6-NF
ENTFGN127G1SENFS14T71W8LOLESOVE1TGXFTF’!% WW#D#& %>% WW! =&9 H#HV#! H! #%% H07
=&#fggA#
’ 9%% H07 =& ! &3%# d&%A K0W=#CO78#&3!& d&%A K0W=6
=(> ?1*@-" B P2+321Q2-.*19.(*3. S1TFGE# U1EFLE8O25F15TOUN8VO278GET8Y4E81L# 71W8LOLESOVE1TG# WOQ8W4W FLET1UPW17F2 BB辽东栎%P2321Q2-.*19.(*3.& 主要分布在我国
的东北(华北(黄河流域和辽东半岛等地!是我国暖
温带落叶阔叶林的优势乔木树种之一 %吴征镒!
&"#%# 王良民等! &"#A& 研究辽东栎林潜在分布区及其主导
因子!可以为辽东栎林恢复提供科学依据!对辽东栎
林的科学经营与管理有重要意义!%%’&通过研 究气候与物种分布的关系!可找出影响物种分布的 B第 # 期 殷晓洁等" 辽东栎林潜在地理分布及其主导因子 主导因子!可以探索物种分布形成的原因(确定物种 的潜在分布区以及分析物种对气候变化的响应
物种分布模型已广泛用于物种的潜在分布区模拟及
其对气候变化的响应研究$ 常见的模型包括广义线
性模型%5FLFTO28\F7 28LFOTW17F2G! f/]G&(广义加法
模型 %5FLFTO28\F7 O778E8ZFW17F2G! f.]G&(/158GE8V
回 归 % /158GE8V TF5TFGG81L &( 神 经 网 络 % LF4TO2
LFEX1T‘G&(分类回归树 %V2OGG8S8VOE81L OL7 TF5TFGG81L
ETFF! ).C-&( 主 成 分 分 析 % UT8LV8U2FV1WU1LFLEG
OLO2PG8G! I).&( 规 则 集 遗 传 算 法 模 型 %5FLFE8V
O251T8ENWS1TT42F型%WOQ8W4WFLET1UPW17F2! ]OQ+LE&等-.#=! &""# )OTUFLEFT-.#=!
&""’# D4LE2FP - .#=! &""A# @TOL‘28L! &""## 0OPGG8lTFG-.#=! -.#=! -.#=! # -N482FT-.#=!%%’# f81ZOLF28-.#=!%%## 曹铭昌等! %%># 王娟等!
%%"# 张志东等! %&%# 雷军成等! %&&# 周先容
等! &-.#=! %%%# +28EN -.#=!%%># ]1SFE -.#=!%%9#
@TOL\8G‘O-.#=!%&&# 杨波等! %&%&!!!!!
&B数据来源
辽东栎林地理分布资料通过 ’ 个途径获取" &&
1中华人民共和国植被分布图%&m& %%% %%%&2的辽
东栎林分布资料!!9’ 条# & 中国科学院植物研究 所标本馆提供的标本数字资料!"# 条# ’& 各地植物 志的辽东栎林分布资料!包括1北京植物志2(1天津 植物志2(1河北植物志2(1河南植物志2(1山西植 物志2(1山东植物志2(1崂山植物志2(1甘肃植物 志2(1黄土高原植物志2(1秦岭植物志2(1青海植 物志2(1黑龙江植物志2(1辽宁植物志2(1内蒙古 植物志2等!共 &’’ 条 提取1中华人民共和国植被
分布图%&m& %%% %%%&2中辽东栎林各分布区的几何
中心点坐标!结合标本馆标本数字资料和植物志的
辽东栎各分布区几何中心点坐标!共同构成我国辽
东栎林地理分布数据集!!1 数据集共包括辽东栎林
地理分布点 >!" 个%%%
年的日均气温(日降水量和日辐射量等采用空间 卷积原理和截断高斯滤波算子方法!结合各气象站 地理信息差值得到中国 &% ‘Wd&% ‘W空间分辨率 的日均气温(日降水量和日辐射量数据%-N1TLE1L-
.#=! &""9# 刘宇等! 通过气象台站的海拔资
料!采用 eT858L5插值方法!得到中国 &% ‘Wd&% ‘W
空间分辨率的海拔数据B影响辽东栎林地理分布的潜在因子选取
K117XOT7%&"#9&指出!影响植物地理分布的主
要因子有 ’ 类" && 植物的耐寒性# & 完成生活史 所需的生长季长度和热量供应# ’& 用于植物冠层 形成和维持的水分供应 据此!本研究选取 & 月均
温作为最冷月气温!反映植物的耐寒性# 9 月均温
作为最暖月气温!与大于 A H积温%fggA&共同反映
热量需求# 采用年均降水量和湿润指数%年降水量
和年潜在蒸散量的比值&表示水分需求! 年潜在蒸散采用
-N1TLENXO8EF方法计算%张新时! &"#"# 倪健! &""9#
翁恩生等! 另外!选取年辐射量来反映光照
因素!
’B]OQ+LE模型适用性分析
]OQ+LE模型以最大熵理论为基础!根据已知的
物种存在信息!从符合条件的分布中选择熵最大的
分布作为最优分布!建立预测模型!进而预测物种的
地理分布!f8YYG!!
]OQ+LE模型被证明对物种分布有非常好的预测能
力并具有很多优点%IN828UG-.#=!%%># -.#=! -.#=! 因此!本研究选取 ]OQ+LE模型
研究辽东栎林的气候适应性&& 林 业 科 学 !" 卷B 最大熵模型运行需要 组数据"一是目标物种
的地理分布数据!即构建的我国辽东栎林地理分布
数据集# 二是全国范围的环境变量!即基于已有研
究成果从全国层次及年尺度筛选出的 9 个潜在气候
因子和海拔因子!Ac&!用来
验证模型C[)线-
.#=! %%"&作为模型预测准确性的衡
量指标".i)为 %3A h%3> 时!模型预测准确性差#
.i)为 %3> h%39 时!预测精度一般# .i)为 %39 h
%3# 时!预测精度较准确# .i)为 %3# h%3" 时!预测
精度很准确# .i)为 %3" h&3% 时!预测精度极准确!.i)
!B影响我国辽东栎林地理分布的主导因子
由于影响我国辽东栎林地理分布的环境因子主
要来源于已有的研究成果!并没有从全国层次上定
量评价这些因子对我国辽东栎林地理分布的影响程
度!影响了我国辽东栎林地理分布最大熵模型构建
变量的准确选择!进而影响到我国辽东栎林地理分
布模拟的准确性!!
图 & 是基于最大熵模型的 O^V‘‘L8SF模块给出
的各环境因子对我国辽东栎林地理分布影响的得分
情况!以此反映各因子的贡献!"nnAHn湿nnnn
图 &B模拟辽东栎林潜在地理分布所建模型中各因子的 O^V‘‘L8SF检验得分
@856&B O^V‘‘L8SFEFGE5O8L 1SFOVN SOVE1T8L ENFW17F2S1TG8W42OE8L5U1EFLE8O25F15TOUN8V78GET8Y4E81L 1SP=Q2-.*19.(*3. S1TFGE
g-R" 气温年较差 .LL4O2TOL5F1SW1LEN2PWFOL EFWUFTOE4TF# +2FZ" 海拔 +2FZOE81L# fggA " 大于 A H积温 fT1X8L57OP7F5TFFGOY1ZFA H#
]*" 湿润指数 ]18GE4TF8L7FQ# D" 年均降水量 .LL4O2UTFV8U8EOE81L# CO78" 年辐射量 .LL4O2OW14LE1SG12OTTO78OE81L#
HV" 最冷月气温 -FWUFTOE4TF1SENFV127FGEW1LEN# HX" 最暖月气温 -FWUFTOE4TF1SENFXOTWFGEW1LEN6
BB年均降水量对于我国辽东栎林地理分布的得分
值最高!最冷月气温次之!大于 A H积温位于第三!
它们可以反映辽东栎林的水分需求(最低温度限制
以及热量需求!选做主导因子!湿! 韩海荣等 % %&&&研究了不同光照梯度对辽东栎种子萌发和
幼苗生长的影响!认为弱的光照强度会对辽东栎种
子萌发率和幼苗生长有限制作用!说明光照会影响
辽东栎林的更新!! 由此!确定
影响我国辽东栎林地理分布的主导因子为" 年均降
水量(最冷月气温(大于 A H积温和年辐射量!这 !
个因子的累积百分率可达到 ##3>cAB!!&
B第 # 期 殷晓洁等" 辽东栎林潜在地理分布及其主导因子
测地区的存在概率 D!取值为 % h&!Do 为分析影响我国辽东栎林地理
分布的主导因子阈值!首先需要弄清所建模型对我
国辽东栎林地理分布模拟的准确性!! 以上区域覆盖了辽东栎
林实际地理分布 >!" 个分布点中的 >!’ 个!覆盖率
大于 ""c!表明模拟的我国辽东栎林潜在地理分布
与实际分布非常吻合!沿B西! 潜在分布区具有大范围的海拔差
异!这反映出辽东栎林受到海拔的影响较小!与海拔
因子排序最低相呼应>BBB!! 由图 !"!年均降水量阈值表明我国西北干旱区和 南方湿润区不适宜辽东栎林分布# 最冷月气温阈值 表明辽东栎林不宜分布在高海拔(高纬度地区以及 冬季温度较高的华南和华东部分地区# 大于 A H积 温阈值表明热量较低的西部地区和热量过高的部分 南方地区不适宜辽东栎林分布# 年辐射量阈值表明 东北较低辐射量地区和西藏较高辐射量地区不适宜 辽东栎林分布
B@856BCF2OE81LGN8U 1SFOVN 71W8LOLESOVE1TOSFVE8L5ENFU1EFLE8O25F15TOUN8V78GET8Y4E81L
1SP=Q2-.*19.(*3. S1TFGEOL7 8EGFQ8GEFLVFUT1YOY828EP
9B结论
本研究从气候的相似性出发!结合海拔因素!基
于我国辽东栎林地理分布信息及影响我国辽东栎林
地理分布的潜在因子!利用最大熵模型%]OQ+LE&准
确地模拟了我国辽东栎林的潜在地理分布辽东栎 ’& 林 业 科 学 !" 卷B 林的潜在地理分布范围覆盖了东北南部(华北中南 部(华中西北部(华东北部(西南东部部分地区及西 北东部地区 根据各环境因子对辽东栎林潜在地理
分布的贡献!筛选出影响辽东栎林分布的主导因子!
并定量的给出了各因子的阈值!
参 考 文 献
曹铭昌! 周广胜! 翁恩生6A%#& " %!%6
曹向锋! 钱国良! 胡白石! 等6&%&& " ’%>’ =’%>"6 韩海荣! 贺顺钦! 张雪培! 等6%%%6辽东栎苗木早期生长与光的关
系6北京林业大学学报!

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