全 文 ： 第 vy卷 第 u期u s s s年 v 月
林 业 科 学
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气候变化对我国珍稀濒危树种 ) ) ) 珙桐地理分布
的影响研究
张清华 郭泉水 徐德应
k中国林业科学研究院森林生态环境研究所 北京 tsss|tl
阎 洪
k中国林业科学研究院林业研究所 北京 tsss|tl
摘 要 }本文在珙桐地理分布规律研究的基础上 o应用地理信息系统 Œ⁄• Œ≥Œ和专门计算机软件2生态信息系
统 Š• ∞∞‘o找出适宜珙桐分布的气候参数区间 o并以此确定了珙桐的适宜分布区 o在此基础上根据全球气候
预测模型 Š≤ ¶预测的 usvs年气候变化的结果 o就气候变化对珙桐地理分布的可能影响进行了模拟预测 ∀
结果表明 }到 usvs年珙桐的适宜分布区将发生改变 o其中 o适宜分布区的东界约向西移动 sβt{χ ∗ tβt{χ o西界
东南段约向东移动 sβt{χ ∗ tβxwχ o北界和南界变化不大 ~usvs年适宜珙桐分布的面积比当前气候条件下适宜
珙桐分布的面积约减少 us h ∀本文还结合珙桐的生物学特性和生态学特性 o就气候变化对珙桐影响的可能
性作了进一步的讨论 ∀
关键词 }珙桐 o地理分布 o地理信息系统 o生态信息系统
收稿日期 }t||y2s|2t| ∀
本文属/九五0国家科技攻关课题/气候变化对林业的影响评价支持系统0的一部分 ∀
ΙΝΦΛΥΕΝΧΕ ΟΦ ΧΛΙΜΑΤΕ ΧΗΑΝΓΕΣ ΟΝ ΓΕΟΓΡΑΠΗΙΧΑΛ ∆ΙΣΤΡΙΒΥΤΙΟΝ
ΟΦ ∆Ας Ι∆ΙΑ ΙΝς ΟΛΥΧΡ ΑΤΑ ,ΤΗΕ ΠΡΕΧΙΟΥΣ ΑΝ∆
ΕΝ∆ΑΝΓΕΡΕ∆ ΣΠΕΧΙΕΣ ΝΑΤΙς Ε ΤΟ ΧΗΙΝΑ
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( Ρεσεαρχη Ινστιτυτε οφ Φορεστ Εχολογψ ανδ Ενϖιρον µενταλ Σχιενχε , ΧΑΦ Βειϕινγtsss|t)
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Αβστραχτ : …¤¶¨§²±·«¨ ¶·∏§¬¨¶²©ª¨ ²ªµ¤³«¬¦¤¯ §¬¶·µ¬¥∏·¬²±²©§²√ ·¨µ¨¨o¤ŠŒ≥ o±¤° §¨Œ‘⁄•Œ≥Œo¤±§§¨¶¬ª±¨ §¶²©·2
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¦«¤µ¤¦·¨µ¬¶·¬¦¶¤±§¤§¤³·¤·¬²±·²¦¯¬°¤·¨ ¦«¤±ª¨¶q
Κεψ ωορδσ: ∆αϖιδιαινϖολυχραταoŠ ²¨ªµ¤³«¬¦¤¯ §¬¶·µ¬¥∏·¬²±oŠ ²¨ªµ¤³«¬¦¤¯ ¬±©²µ°¤·¬²±¶¼¶·¨°kŠ≥l o∞¦²¯²ª¬¦¤¯
¬±©²µ°¤·¬²±¶¼¶·¨°kŠ• ∞∞‘l
近代研究表明 o人类的各种生产活动所造成的大气 ≤ ’u 和其它温室气体的增加 o将导致全球气候
变化k赵宗慈 ot|{| ~马学慧等 ot||v ~任国玉 ot||v ~林金星 ot||v ~‹ ¦¨«·ot||t ~安田喜 ot||t ~赵营波 o
t||w ~⁄¼¨ µot|{{l ∀现代的观测表明 o近百年来全球普遍增暖 o尤其以中 !高纬度增暖更为显著 ∀中国
的情况有点特殊 o北方增温 o而南方则降温 o属于世界上少数几个降温区之一 ∀根据 z个全球预测模型
预测值的平均 o到 usvs年中国的气温将增加 s1x ε ∗ t1u ε o降水也会略有增加 o但在中部地区略有下
降k赵宗慈 ot|{|l ∀对古气候研究证明 o即使气温产生很小的波动 o也将会引起生物带和生物群落在地
理分布上的改变 ∀如在更新世的几个间冰期 o北美的温度仅高于现在 u ε ∗ v ε o桑橙k Μαχηιρα ¶³ql
和泡泡k Ασιµινᶳql的地理分布就向北移动了几英里k…¤µ®¨ µot|{vl o在全新世中期 o北美东部的温度
比现在高 u ε o加拿大铁杉k Τσυγα χαραδενσισl和白松k Πινυσστροδυσ)在山地垂直分布的上限比现在升
高了 vxs °k⁄¤√¬¶ot|{vl ∀ ¨√ µ¨±½和 ¨√利用 ŠŒ≥≥模型的气候预测结果 o对气候变化影响下美国 y个
重要用材树种地理分布的变化进行了预测 o其结果表明 o气候变化将引起这些树种地理分布区的改变
k徐德应 ot||wl ∀
珙桐k ∆αϖιδια ινϖολυχρατα …¤¬¯¯l是我国特有的单种属植物 o起源古老 o是第三纪古热带植物区系中
的孑遗树种 o也是世界著名的观赏树种 ∀地理分布范围如图 t所示 ∀
图 t 珙桐的水平分布和垂直分布
ƒ¬ªqt Š ²¨ªµ¤³«¬¦¤¯ §¬¶·µ¬¥∏·¬²± ²©§²√ ·¨µ¨¨
关于珙桐的生物学特性和濒危状况 o曾有许多学者进行过讨论k宋朝枢 ot||t ~陶金川 ot|{y ~朱陶
员 ot|{| ~钟章成 ot|{wl o本文在前人研究的基础上 o运用地理信息系统 Œ⁄• Œ≥Œ和专门计算机软件2生
态信息系统 Š• ∞∞‘以及全球气候预测模型kŠ≤ ¶l预测的 usvs年气候变化的结果 o就气候变化对珙
桐地理分布的可能影响进行预测 ∀
t 研究方法
1 .1 确定适宜珙桐分布的气候参数区间
{w 林 业 科 学 vy卷
表 1 适宜珙桐分布的地理气候参数区间
Ταβ .1 Χλιµ ατε χονδιτιον ιν τηε διστριβυτεδ αρεασ οφ δοϖετρεε
气候因素
≤ ¬¯°¤·¬¦©¤¦·²µ
极限分布区
∞¬·µ¨ °¤¯ §¬¶·µ¬¥∏·¬²±
海拔高度
„ ·¯¬·∏·¨k°l yss1s ∗ vsss1s
年平均温度
„±±∏¤¯ ° ¤¨± ·¨°³¨µ¤·∏µ¨k ε l {1x ∗ ty1|
最冷月平均温度
 ¤¨± ·¨°³¨µ¤·∏µ¨ ²©¦²¯§¨¶·°²±·«k ε l p x1s ∗ w1s
最热月平均温度
 ¤¨± ·¨°³¨µ¤·∏µ¨ ²©«²··¨¶·°²±·«k ε l uu1s ∗ vs1s
年平均降水量
„±±∏¤¯ ° ¤¨± ³µ¨¦¬³¬·¤·¬²±k°°l zww1s ∗ tx{s1s
干旱期
⁄µ¼ ¶¨¤¶²±k°²±·«l t1s ∗ y1s
极端最低温度
∞¬·µ¨ °¨¯¼ °¬±¬°∏° ·¨°³¨µ¤·∏µ¨k ε l p tx1y ∗ p v1s
干燥度
„µ¬§¬·¼ s1x ∗ t1y
根据珙桐地理分布地点k见图 tl的经度
和纬度 o应用生态信息系统 Š• ∞∞‘k郭泉水
等 ot||x ~阎 洪 ot|{|l o查出相应的气候指
标 o而后将所获取的地理气候指标分别汇
总 o构建适宜珙桐分布的地理气候指标数据
库k略l ∀数据库中的每一个记录 o包括纬
度 !经度 !海拔高度 !年平均温度 !最冷月平
均温度 !最热月平均温度 !年平均降水量 !干
旱期 !极端最低温度 !干燥度等 ∀而后从数
据库中找出各气候指标的上下限 o确定适宜
珙桐分布的地理气候参数区间k表 tl ∀
1 q2 输出当前气候条件下珙桐的地理分布
图和气候变化对珙桐的地理分布图
根据珙桐地理分布的气候参数区间生
成珙桐地理分布图k见图 ul ∀根据 Š≤ ¶预
测的中国 usvs 年的气候状况 o利用相同的
气候区间 o应用生态信息系统kŠ• ∞∞‘l o生
成气候变化后珙桐的地理分布图 o并与图 u叠加 o生成 usvs年珙桐地理分布受影响的区域变化图k见
图 vl ∀
图 u 当前气候条件下珙桐地理分布图
ƒ¬ªqu Š ²¨ªµ¤³«¬¦¤¯ §¬¶·µ¬¥∏·¬²± ²©§²√ ·¨µ¨¨¤·³µ¨¶¨±·¦¯¬°¤·¨k°µ²§∏¦¨§©µ²° Š• ∞∞‘l
u 结果与分析
2 q1 当前气候条件下珙桐的地理分布
应用生态信息系统 Š• ∞∞‘生成的珙桐分布见图 u ∀
|w u期 张清华等 }气候变化对我国珍稀濒危树种 ) ) ) 珙桐地理分布的影响研究
由图 u可知 o适宜珙桐分布的地理范围包括甘肃 !陕西 !湖北 !湖南 !四川 !云南 !贵州 !西藏等 {个
省区 o图形显示的当前气候条件下适宜珙桐分布的面积约为 w1xw ≅ tsz «°u ∀
适宜珙桐分布的纬度范围为北纬 uvβuxχ ∗ vvβv{χ o经度范围为东经 ||βsyχ ∗ tttβt{χ ∀适宜珙桐分
布的东界位于湖北省西北部武当山 !神农架 o向南至武陵山北坡恩施 !鹤峰 o到湖南西北部武陵山南坡
至贵州省梵净山 !雷公山 o最东端为北纬 vtβsuχ o东经 tttβt{χ ∀适宜珙桐分布的西界是四川西南部的锦
屏山 !小相岭及德昌地区 o为北纬 uzβuxχ o东经 tstβvyχ ∀在云南 o适宜珙桐分布的地区位于云南的东北
部 !东部及中部的宜良和路南 o跨东经 tsuβsyχ ∗ tsvβxwχ o北纬 uwβvyχ ∗ uyβxxχ ~东段位于陕西省东南部
的山阴县 o柞水县 o最北界为北纬 uuβv{χ o东经 ts|βssχ ∀在陕西南部 o珙桐呈连续分布状态 ∀
适宜珙桐分布的南界位于云南省的中南部 o约为北纬 uvβt{χ ∗ uxβt|χ o东经 ||βw{χ ∗ ts{βssχ o这一
地区与珙桐的主分布带间隔较远 o呈星散状分布 o在云南省境内分布的北界位于云南省中部 o为北纬
uwβwvχ o东经 tsuβwuχ o西界为点仓山 o云龙山 o东经 ||βsyχ o北纬 uxβt|χ ∀
在四川 o适宜珙桐分布的北界为北纬 vtβuyχ ∗ vuβsuχo东经 tswβsyχ ∗ tsxβt{χo其中包括剑阁 !北川 !绵
州等县 o中部为北纬 vsβs{χ ∗ vtβsuχo东经 tsvβtuχ ∗ tswβssχo南部为北纬 u{βuyχ ∗ u|βs{χo东经 tsuβvsχ ∗ tswβ
vyχo包括峨眉山 !沐川 !高县 o东部为北纬 u{βxsχ ∗ vtβuyχo东经 tszβsyχ ∗ ts{βw{χo包括涪陵 o江北地区 ∀
将图 u与图 t进行对照比较可以看出 o应用生态信息系统 Š• ∞∞‘生成的珙桐分布与实际考察所
得到的天然分布状况基本上是吻合的 ∀
2 q2 气候变化对珙桐地理分布的影响
根据 Š≤ ¶气候预测结果 o生成的 usvs年珙桐分布变化情况见图 v ∀
图 v usvs年珙桐地理分布变化图
ƒ¬ªqv Š ²¨ªµ¤³«¬¦¤¯ §¬¶·µ¬¥∏·¬²± ¦«¤±ª¨ ²©§²√ ·¨µ¨¨¬± usvs
由图 v可知 o到 usvs年适宜珙桐分布的东界约向西移动 sβtuχ ∗ tβt{χ o北界基本上没有变化 o仅北
界东段向南移动了 sβtuχ ∗ sβwuχ o西界北段没有变化 o西界中南段向东移了约 sβt{χ ∗ tβxwχ o南界基本上
没有变化 ∀云南境内的珙桐分布变化较大 o北界约南移 sβsyχ ∗ tβuwχ o变化最大的为云南西部 o到 usvs
年因受气候变化的影响 o将呈星散分布状态 ∀
气候变化后珙桐的可能分布面积为 v1yu ≅ tsz «°u o较当前气候条件下的适宜分布面积约减少
sx 林 业 科 学 vy卷
s1|u ≅ tsz «°u ∀
v 结果与讨论
ktl 到 usvs年 o气候变化对珙桐适宜分布区的北界和南界影响不大 o仅北界东段约向南移动 sβtuχ ∗
sβwuχ o东界约向西移动 sβt{χ ∗ tβt{χ o西界东南段约向东移动 sβt{χ ∗ tβxwχ o适宜珙桐分布的面积比当前
气候条件下适宜珙桐分布的面积约减少 us h ∀
kul 本文应用生态信息系统 Š• ∞∞‘o直接查询珙桐分布区的气候指标 o定义适宜珙桐分布的气候参
数区间 o据此用图形显示的珙桐极限分布图 o反映了珙桐现代天然分布的轮廓 o可以认为用这种方法确
定的树种生态气候适应范围是可行的 ∀另外 o也说明气候因素是限定珙桐天然分布区的最重要的因
子 o应用这种方法进行引种繁殖研究也是可行的 ∀
kvl 珙桐化石出现于老第三纪k王荷生 ot|{|l o我国西南地区 o纬度较低 o受第四纪冰川的影响较小 o
基本上保持着第三纪古热带较稳定的气候 o加之这一地区地形较为复杂 o北面是东西走向的秦岭山脉 o
东面的大巴山与大娄山交汇 o南面是古老的云贵高原 o西面紧靠青藏高原 o而且珙桐分布区内的山脉大
多呈北东 ) ) ) 南西走向 o山脉的中小地形更是复杂 o因此 o在这里形成了古老植物的/避难所0 ∀珙桐属
单属 !单种 o在分类学上居于较孤立的位置 o因而它在时间和空间分布上与古气候有着密切关系 o各分
布区大都伴生有古老群落的树种 o属具有残遗性质的混交林 o其星散分布状况也说明了珙桐是一种衰
退性的种群 ∀
关于珙桐的/迁移0问题 o决定于许多因素 o首先是迁移的能力如何 ‚其次是有多大的适宜地区可
供迁移 ‚珙桐种子较大 o千粒重 ywssª左右 o光滑而重 o落在陡坡上的种子可因重力作用向下坡方向滚
动传播 ~大型动物在取食珙桐种子的过程中也可起到种子传播作用 o但目前研究表明 o除野猪取食珙桐
种子外 o其他取食动物尚未发现 ∀因此 o由动物搬运向高处传播的可能性不大 o另外珙桐的种子外壳坚
硬 o种子成熟落地后 o自然发芽需要 u ∗ v年时间 o而且在发芽过程中对湿度要求苛刻 o这些可能是它
/迁移0过程中的主要限制因子 ~珙桐在混交林中因受到其它树种的挤压 o树形一般不圆满 o开花结果都
不理想 ~另外 o珙桐的分布地点大部分处于我国生态环境的/危急区0 o少部分处在/极危急区0和/较危
急区0k杨勤业等 ot||u ~牛文元 ot|{|l o这些因素的存在 o更增加了气候变化影响下逐渐/消失0的可能
性 ∀
kwl 应用 Š• ∞∞‘确定的珙桐地理分布的气候参数区间 o是珙桐进行生长和繁衍所依赖的环境条件
范围 o可视为珙桐的基本生态位 o通常情况下 o由于物种之间的生存竞争 o或不能忍受某些植物影响的
环境 o物种只能占据基本生态位的一部分 o除非在某些情况下 o物种受到特殊环境胁迫的限制 o基本生
态位与现实生态位才可能趋于一致k…²²·« ετ αλqot|{{l o珙桐具有小树喜阴 o大树中庸偏阳的特点 o幼
树可以在林冠下生存 o利用那些喜阳植物的空余生态位 o而大树中庸偏阳的特性则有利于占据空间生
态位 o因此珙桐群落中有各种年龄阶段的幼苗 o幼树 ∀这种分布格局表明珙桐在群落内是一种比较稳
定的成员 ∀然而珙桐仅分布在我国亚热带凉爽湿润 o云多雾重 o相对湿度 {x h以上的山谷地段 o呈星散
分布状态 o这说明珙桐是一种衰退的亚热带森林类型 o环境的变化 o如气候变干 o必将影响到珙桐的天
然更新 o缩小其分布区 ∀
kxl 上述预测的 usvs年珙桐地理分布的改变 o是建立在/如果气候发生变化 o珙桐分布将紧随其后发
生改变0这种/平衡假设0理论基础之上的 o实际上这种假设从几百年到几千年的时间尺度上是成立的 o
但从目前预测的时间尺度上看 o珙桐的变化可能跟不上气候的迅速变化以保持平衡 o因此到 usvs年珙
桐的实际反应可能与我们的预测结果大有出入 ∀本文仅在我们现有的研究技术和水平上 o提出了到
usvs年气候变化影响下珙桐地理分布改变的尺度和方向 o更深入的问题有待今后进一步研究 ∀
参 考 文 献
安田喜著 o刘绩生译 q五千年前气候变化与古代文明 q世界科学 ot||t okul }ws ∗ wu
tx u期 张清华等 }气候变化对我国珍稀濒危树种 ) ) ) 珙桐地理分布的影响研究
郭泉水 o徐德应 o阎 洪 q气候变化对马尾松地理分布影响的研究 q见中国科学技术协会第二届青年学术年会论文集k资源与环境科学分
册l o北京 }科学技术出版社 ot||x ovts ∗ vt{
林金星 q大气中 ≤ ’u浓度升高对植物的影响 q植物资源与环境 ot||v oukul }xx ∗ ys
马学慧等 q若干生态系统和大气中 ≤ ’u浓度的变化 q地理科学 ot||v otvkwl }vxw ∗ vys
牛文元 q生态环境脆弱带 q∞¦²·²±¨ 的基础 o生态学报 ot|{| o|kul }|z ∗ tsw
任国玉 q全球气候变化的地域差异及其意义 q地理科学 ot||v otvktl }yu ∗ y{
宋朝枢 q主要珍稀濒危树种繁殖技术 q北京 }中国林业出版社 ot||t
陶金川 q珙桐的地理分布与引种 q浙江林学院学报 ot|{y ovktl }ux ∗ vv
王荷生 q中国种子植物特有属起源的探讨 q云南植物研究 ot|{| ottktl }t ∗ ty
徐德应 q大气 ≤ ’u增长和气候变化对森林的影响研究进展 q世界林业研究 ot||w oukzl }uy ∗ vt
杨勤业等 q中国环境脆弱形势和危急区域 q地理研究 ot||u ottkwl }t ∗ ts
阎 洪 q计算机引种决策支持系统的建立及其应用2引种区划 q林业科学 ot|{| ouxkxl }v|x ∗ v||
赵宗慈 q模拟温室效应对我国气候变化的影响 q气象 ot|{| otxkvl }ts ∗ tw
赵营波 q研究全球变化 o筹措拯救地球 ) 国际地圈 ) 生物圈计划近期研究动态综述 q地理译报 ot||w otvktl }{ ∗ tv
钟章成 q四川卧龙地区珙桐群落特征的初步研究 q植物生态学与地植物学丛刊 ot|{w o{kwl }uxv ∗ uyv
朱陶员 q珙桐与气候 q云南林业科技 ot|{| okul }vw ∗ vy
…¤µ®¨ µ• Š q‹²¯²¦¨ ±¨ √ ª¨¨·¤·¬²±¤¯ «¬¶·²µ¼ ²© ׫¨ • ¶¨·¨µ± ˜±¬·¨§≥·¤·¨¶q¬±} ‹ q∞ q• µ¬ª«·k §¨ql ¤·¨2±∏¤·¨µ±¤µ¼ ±¨√¬²±° ±¨·¶²© ׫¨ ˜±¬·¨§
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≥·¤·¨¶o ∂ q½q׫¨ ‹²¯²¦¨ ±¨ o ˜±¬√ µ¨¶¬·¼ ²© ¬±±¨ ¶²·¤ °µ¨¶¶o ¬±±¦¤³²¯¬¶qt|{v otyt ∗ t{t
⁄≠ ∞•  Œ著 o凌渌琼译 q地圈 ) 生物圈观测站 }全球变化研究的定义和设计ktl q生态学进展 ot|{{ oxkwl }uzx ∗ u{s
‹ ¦¨«·著 o魏建伟译 q全球变暖对未来气候的影响 q世界科学 ot||t okttl }vz ∗ v|
ux 林 业 科 学 vy卷