全 文 ：广 西 植 物 Guihaia 31(5)：595— 607 2011年 9月
DOI：10．3969／j．issn．1000—3142．2011．05．008
气候变化对我国 7种植物潜在分布的影响
吴建 国
(中国环境科学研究院，北京 100012)
摘 要：利用 CART(分类和回归树)模型及 A2和B2气候情景，模拟分析气候变化对瘿椒树、岩高兰、延龄
草、星叶草 、天麻、蝈实和秃杉分布范围及空间格局影响。结果显示 ：气候变化下，就 目前适宜分布范围，瘿椒
树呈增加趋势，其它植物呈缩小趋势 ；就新适宜及总适宜分布范围，蔚实、延龄草和瘿椒树呈增加趋势，星叶草
和岩高兰呈减小趋势 ，天麻和秃杉在 1991～2020年到 2051～2080年时段呈增加趋势 ，之后下降。天麻将向
西部和西南一些高海拔区域扩展，秃杉、蔚实、星叶草和延龄草将向西部高海拔及东北部一些高纬度区域扩
展，瘿椒树将向东北部和北部一些高纬度区域扩展；岩高兰将向东北部一些高纬度区域扩展，到 2051～2080
年时段在我国适宜分布范围消失 。这些植物适宜分布范围与年均气温和降水量变化相关性并不一致 ，一些植
物适宜分布范围与年均气温和降水量变化相关系数不显著(P>O．05)；一些植物适宜范围与年降水量和年均
气温变化多元线性回归关系决定系数较小。这说明气候变化下 ，除瘿椒树外 ，这些植物 目前适宜分布区范 围
将缩小，新适宜范围主要向高纬度和高海拔区域扩展 。
关键词：濒危植物；气候变化；CART模型 ；空间分布格局
中图分类号：Q948．2 文献标识码：A 文章编号 ：1000—3142(2011)05—0595—13
The potential effects of climate change on
the distributions of 7 plants in China
WU Jian-GUO
(Chinese Research Academy of Environmental Sciences，Beijing 100012，China)
Abstract：The efects of climate change on the distributions of Falsepistache(Tapiscia sinensis)，Black Crowberry
(Empetrum nigrum)。Wakerobin(Trillium tschonoskii)，Field Circaeaster(Circaesaster agrestis)，Gastrodia(Castro—
dia elata)，Beauty Bush(Kolkwitzia amabilis)and Flous Taiwania(raiwania flousiana)in China were analyzed using
the CART(classification and regression tree)model and climate change scenarios of A2 and B2．The results showed
that climate change in China would cause an increase in the current distribution of Falsepistache，and it would cause a
decrease in current distribution of other plants．The new distribution or total distribution region of Beauty Bush，
Wakerobin or Falsepistache would inerease，while Field Circaeaster or Black Crowberry would decrease，and that of
Gastrodia or Flous Taiwania would increase from periods of 1991——2020 to periods of 2051——2080．then they would
decrease，and they were higher in A2 scenario than that in B2 Scenario．New suitable regions Of these plants would
expand towards high altitude regions or latitude regions．And the distribution regions of Gastrodia would mainly ex—
pand towards high altitude regions，while Flous Taiwania，Beauty Bush，Field Circaeaster or Gastrodia would expand
towards high altitude regions or latitude regions，and Falsepistache would expand towards high altitude regions or
northeast latitude regions，while Black Crowberry would expand towards high altitude regions or latitude regions，and
the distribution regions of that would lost from periods of 2051—2080 tO periods of 2081—2100．Additionally，under
climate change，changing in current distribution，new distribution or total distribution region of the plants did not con一
收稿 日期 ：2010—06 07 修回日期：2011-06—12
基金项目：国家“十一五”科技支撑计划专项(2007BAC03A02 06)；中国环境科学研究院公益性院所基金(2007KYYW05)[Supported by Special
Fund for Science and Technology Support Program During National Eleventh FiveYear Plan Period(2007BAC03A02—06)；Special Fund for Public-
Interest Institutes of Chinese Research Academy of Environmental Sciences(2007KYYW05)]
作者简介：吴建国(1971一)，男，甘肃省张掖人 ，博士，研究员，研究方向为气候变化生态影响及其适应 ，(E-mail)wujg9298@yahoo．corn．cn。
596 广 西 植 物 31卷
sistently change with changing in annual mean air temperature or precipitation in China，and the changing in current
distribution，new distribution or total distribution region of some plants were poor related with changing in annual
mean air temperature or precipitation in China．And the linear regression relationship between changing in the plants
distribution and annual mean temperature and annual mean precipitation in China were different for different plants，
while the linear regression relationship between changing in the plants distribution and annual mean temperature and
annual mean precipitation in China were poor．The results indicated that climate change in China would cause de—
crease in the current distribution region of the animals except Falsepistache，and it would cause expand the distribution
of the plants towards high altitude or high latitude regions．And the relationship between changing in the plants dis—
tribution and annual mean temperature and annual mean precipitation in China were different．
Key words：endangered plant；climate change；CART model；spatial distribution pattern
气候变化已对物种分布和丰富度产生了极大影
响(Parmesan& Yehe，2003；Root等，2003)，未来将产
生更大影响(Arafijo等，2005)。为了有效保护生物多
样性 ，科学认识气候变化对物种分布影响将是关键
(wiliams等 ，2005；Pyke等 ，2005)。另外 ，为 了科学
规划自然保护区而有效保护物种，准确确定气候变化
对物种分布影响也是关键(Mccarty，2001；Coulston&
Riitters，2005)。
气候变化对植物物种分布影响研究广泛展开，如
Bakkenes等(2002)分析气候变化对欧洲高等植物分
布影响，Erasmus等(2002)分析气候变化对非洲一些
物种分布的影响、Shafer等(2001)分析气候变化对南
美一些乔木及灌木分布影响等，但对物种分布在不同
年份及多年变化差异考虑不够，利用长时间序列气候
变化情景分析气候变化对物种分布影响受到关注
(Loisele等，2008)。气 候 要 素 选 择 差 异 较 大，如
Erasmus等(2002)选择年及月均气温 ，年及月最小最
大气温及繁殖期降水量、Forsman等(2003)选择最冷
月气温、年均气温、繁殖期气温和降水量、Luoto等
(2005)选择最冷月气温和降水量及大于 5℃积温，
Matsui等(2004)选择气候变量分析气候变化对物种
分布影响。每个气候变量只反映物种与气候要素关
系的一方面，尽可能选择气候变量将提高模拟气候变
化对物种分布影响分析精度(Araflio等，2005)。气候
变化下物种分布范围改变包括目前适宜(目前气候状
况下适宜分布)、新适宜(气候变化下目前适宜范围之
外新适宜范围)和总适宜分布范围(气候变化下物种
总适 宜 范 围)及 空 间分 布格 局 改 变 (Walther等，
2002)，这在气候变化下物种 的就地 和异地保护甚为
关键，一些研究缺少对 目前适宜及新适宜分布区变化
的分析 。我国在气候变化对植物分布影响方面也开
展了一些研究，并分析物种分布模拟 中模型选择 的重
要性，但对气候要素间相互作用或波动性及极端气候
事件考虑不够(郝占庆等，2001)。
选择分布资料相对完备，且具重要保护价值的 7
种植物 ，包括瘿椒树 (Tapiscia sinensis)，属省沽油科
瘿椒树属，是特有古老树种，为国家Ⅲ级保护植物，星
散分布于长江流域，生于海拔 400 1 800 m 的山坡
与溪谷旁，分布区气候多属温凉高湿，年均温 1O～14
℃，年降水量多在 1 600 m，土壤为山地黄壤至黄棕
壤；岩高兰(Empetrum nigrum)，属岩高兰科岩高兰
属，主分布于内蒙古呼伦贝尔盟喜桂图旗、额尔古纳
左旗 ，兴安盟科尔沁右翼前旗 、黑龙江省的呼玛 、漠河
和塔河等县 ，吉林省的长 白山海拔 2 000 m处有极少
分布 ，分布区极端最低温-40～一5O℃，冬季严寒季节
长，年降水量 400 550 mm，土壤瘠薄；延龄草(Tril—
lium tschonoski)，属百合科延龄草属，列国家Ⅲ级保
护植物，分布于西藏东南部的波密、云南西北部、四川
的越西美姑等、甘肃的东南部、安徽大别 山和黄山、浙
江西北部 目山及福建北部武夷山等地，零星或成片生
于海拔 1 000~3 200 m林下或山谷阴湿处，分布区年
均温 8～12℃，极端最低温 0。C以下 ，年降水量 1 000
～ 2 000 rnm，土壤为页岩、板岩、石灰岩发育形成的山
地黄壤和山地黄棕壤 ；星叶草(Circaesaster agrestis)，
属毛莨科星叶草属 ，单种属植物 ，列为Ⅱ级保护植物 ，
分布于陕西、甘肃、青海、新疆、西藏、四川和云南，海
拔 1 100~4 800 m，喜阴湿；天麻(Gastrodia clara)，属
兰科天麻属，分布于热带、亚热带、温带及寒温带山
地，常生于阔叶林或针阔混交林林缘或林问空地，喜
生于腐殖质层深厚土壤；蝈实(Kolkwitzia amabilis)，
属忍冬科猬 实属 ，分布于河北、山西、河南 、陕西 、甘
肃、湖北和安徽，分布区年均气温 12～15。C，年降水
量 5O0～1 100 mm，土壤多为褐色土 ，呈微酸性 至微
碱性 ；秃杉 (Taiwania flousiana)，属于 杉科 台湾杉
属，列为国家I级保护植物，为第三纪古热带植物区孑
遗植物，曾广泛分布于欧洲和亚洲的东部，由于第四
5期 吴建国：气候变化对我国 7种植物潜在分布的影响 597
纪冰期影响，现仅存于云南、湖北、贵州、台湾及缅甸
北部局部地区 ，分布区属 中亚热带季风气候 ，夏热冬
凉，雨量充沛，土壤为山地黄壤 (方元平等，2007；向巧
萍，2001；李智选等，2009；陈功锡等 ，2001；林开敏等，
1993；胡 天 印等，2009；陶金 川I等，1990；魏 志 琴 等，
2004；湖北省植物研究所 ，1976；中国植物志编辑委员
会，1988，1999)。气候变化对这种植物分布将可能有
极大的影响，对此还并不清楚 。为此 ，本文采用了 A2
和 B2情景，分析了 1991~2100年不同时段 7种植物
分布变化及与我国年均气温和降水量变化的相关性，
希望为气候变化下保护这些植物提供依据 ，为进一步
开展相关研究提供参考。
2 材料与方法
2．1植物 目前分布数据的收集与分析
研究的 7种植物分布数据主要通过收集整理中
国珍稀濒危植物红皮书 、植物志、专题报告和公开发
表文献等获得。将《中国地名录一中华人民共和国地
图集地名索引》中三万三千余条地名录入 Excel表
格，将地名、经纬度属性列转换成 DBF格式后，在地
理信息系统ArcGIS9．2软件的ArcMAP中打开后加
载坐标数据并读取坐标数据，然后以数据层方式加载
到地图文档中。把植物分布数据在 Access软件 中建
立数据库后 ，利用 ArcGIS9．2软件将每一种物种分布
与否(分布有以1表示，分布无以0表示)数据作为属
性添加到数字化县级行政区划图属性表上，根据这一
属性将数字化县级行政区划图插值为 15 770个 25
kmX25 km栅格单元，制作这些植物分布图，再用栅
格化物种分布数据裁剪栅格象元大小相同的气候数
据，得到 15 770个 25 km~25 km象元大小栅格化气
候数据 ，将物种分布栅格数据转化为点数据 ，根据点
ID号将每种植物分布属性表链接后输 出得到物种分
布属性表 ，将栅格形式气候数据转化为点数据，根据
点 ID号将每一年不 同气候 变量属性表链接 ，得到
1991~2100年气候变量属性表 ，基于点形式气候数据
与点形式的物种分布数据点 ID号相同使每个点上气
候数据与物种分布数据对应 ，建立全国范围 15 770
个点气候数据与物种分布数据相匹配数据库，作为分
析气候变化对这些植物分布影响基础数据。
2．2环境因素选择
选用了反映气温的变量、积温及天数，及反映降
水量的变量及天数，以及反映气候要素极端趋势变
量，以及干燥指数(谢良若夫干燥指数、修改的谢良若
夫干燥 指数 ，伊万 若夫 干燥 指 数)、Holdridge指 数
(Holdridge，1967)、Kira指数 (Kira，1977)和 Thornth—
waite指数(Thomthwaite，1948)，总计 62个变量(表 1)。
模拟气候变化对分布影响中，应用过多参数将导
致模型分析不稳定(Mufioz等，2004；Beaumont等，
2005)。PCA(主分量分析)方法利用预测变量产生的
主分量子集代替了预测变量本身，并且减少了变量数
量、排除了变量间多重共线性 问题，在分析气候变化
对物种分布影响中常被用来减少参数数量(wil1iams
等，2003)。本研究 中，考虑到 62个气候变量过多有
自变量共线性问题，也用 PCA方法减少参数数量，并
根据 PCA结果，选择 占全部变量 99 的前 22个主分
量作为分析气候变化对物种分布预测变量(表 2)。
这些主分量为原 62个气候要素函数，每个主分量中
各气候要素系数不同，第一主分量系数较高原变量包
括秋季平均气温、大于0和 5℃积温，持续大于 25℃
天数、年均生物学温度与潜在蒸发率 ，而第二到第二
十二主分量系数较高原变量分别是湿润指数、春季降
雨量、干燥度指数2、最大降水强度、暴雨天数、持续大
于 2O℃天数、持续大于15℃天数、最大降水强度、潜
在蒸发、持续大于 20℃天数、持续大于 0℃天数、潜
在蒸发量、最热月最高温度、干燥度指数 3、降雨大于
0 mm天数、降雨大于 5 mm天数、春季降雨强度、降
雨大于 0 mm 天数、秋季降雨量 、春季降雨强度和持
续低于 2O℃的天数。
2．3气候变化情景
本研究采用 IPCC排放情景特别报告(SREs)中
的 A2和 B2情景，这些情景 由中国农业科学院农业
环境与可持续发展研究所引进英 国 Hadley气候中心
RCM(Regional Climate Mode1)系统 PRECIS(Provi—
ding Regional Climates for Impacts Studies)气候模型
产生(许吟隆等，2002；许吟隆，2005)。A2情景描述
了区域经济发展趋势，单个资本经济发展和技术革新
比其它情景慢，CO2浓度从 2000年 380 ppm到 2080
年 700 ppm，全球最高增温幅度为3．79℃；B2情景描
述了区域社会经济和环境可持续发展，人口持续增加
(比 A2情景低)，经济发展 中速度，采用不 同发展技
术 ，CO2浓度从 2000年 380 mg／L到 2080年 550 mg／
L，全球最高增温幅度为 2．69℃；基准情景选择 1961
~ 1990年气候要素值，基准情景与未来情景都是同
一 个气候模式产生，模型给出每个格点 (中国 4 001
个)逐日最高温、最低温、平均温度、降水和辐射等气
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k1：谢良若夫干燥度指数；k2：修改谢良若夫干燥度指数；k3：伊若夫干燥度指数。
kl：Xielianni ruofu Index of aridity；k2：Revised Xielianniruofu Index of aridity K2；k3：Yifangruofu index of aridity
象指标，这些情景在我国已被检验和应用，包括对基
准气候情景(1961～1990年)与观测值对应检验及模
拟分析未来 中国气候变化趋势 (许 吟隆等，2002，
2005；许吟隆 2005；居辉等，2005；熊伟等，2005)。为
了使气候数据与物种分布数据相统一，利 用 Kriging
法将这些气候数据通过插值转化为象元大小为 25
km ×25 km栅格数据。如 2．1所述 ，为了与物种分
布数据进行匹配 ，用已栅格化物种分布数据裁剪同样
栅格象元大小一致气候数据，得到 15 770个 25 km~
25 km栅格上的气候要素数据。这些情景要素中不
包括大气中cO2浓度变化，其中A2和 B2情景分别
是未来温室气体高排放和低情况下气候变化情景。
2．4模拟方法
CART(classification and regression tree，分类和
回归树)模型是广泛用来模拟分析气候变化对物种分
布影响的方法，这种模型是非参数化回归及分类方
法，将由 自变量定义的空 间划分为尽可能的同质类
别，每一次划分均由自变量的一次最佳划分值来完
成，重复此过程，直到数据不可再分为止 ；根据响应变
量不同，既可预测种类(分类树)，也可预测平均值 (回
归树)。在分析气候变化对物种分布的影响时，需要
根据已确定的物种分布数据和对应的气候变量数据 ，
把物种分布数据输入到因变量或响应变量 ，气候要素
数据输入到自变量或预测变量，求解模型参数和检验
模型 ；模型运行后 ，再把新气候变量数据输入到预测
变量下进行物种分布范围预测 ，要求新气候变量数据
形式与求解参数时气候变量格式一致(Thuiler，
2003)。本研究采用此模型分析气候变化对 7种植物
分布 的影 响，最 小节 点 数 选择 10，节 点偏 差 选 择
0．010。由于CART模型模拟计算出的物种分布信息
是以概率形式反映，参考国际上做法，以概率大于0．5
作为分布存在的标准 ，小于 0．5作为分布不存在的标
5期 吴建国：气候变化对我国 7种植物潜在分布的影响 599
准(Bakkenes等，2002；Berry等，2002；Midgley等，
2003)。
表 2 占总变量 99％的前 22个主分量 (PC)
Table 2 Top 22 PC amount to 99％ of the total variance
分量
Component
变量比例
Propo rtion
of variance
累积比例
Cumulative
propo rtion
5．87
2．91
1．83
1．64
1．54
1．32
1．12
1．04
1．00
0．96
0．83
0．78
0．73
0．72
0．68
0．57
0．52
0．45
0．40
0．38
0．35
0．31
55．6O
13．60
5．40
4．30
3．80
2．80
2．00
1．70
1．60
1．50
1．10
1．00
0．90
0．80
0．80
0．50
0．40
0．30
0．30
0．20
0．20
0．20
55．60
69．2O
74．60
78．90
82．70
85．50
87．50
89．3O
90．90
92．40
93．50
94．50
95．30
96．20
96．90
97．40
97．90
98．20
98．5O
98．70
98．90
99．10
模拟分析中，先根据 7种植物 目前分布范围与部
分基准气候情景数据求出模型参数，再利用基准气候
情景模拟这些植物在当前气候条件下的分布，并与观
测分布对比评价模拟效果。通过计算 AUC(the area
under the relative operating characteristic curve，相对
操作特征曲线下面积，表示模型模拟结果与现实观测
分布之间一致性 ，面积越大表示一致性越好)和 Kap—
pa(K)统计学方法评价模拟准确性(Thuiler，2003)。
分析气候变化对 7种植物分布影响中，先计算了
基准气候(1961~1990年)和不 同气候变化情景 1991
~ 2100年各年代这些植物分布范围，又计算了不同
气候变化情景下这些植物在 1991～2020年 、2021～
2050年、2051~2080年和 2081～2100年时段分布范
围平均值，通过比较这些植物在基准气候情景(1961
~ 1990年)与 1991～2020年、2021～2050年 、2051～
2080年和 2081~2100年时段分布范 围的差异 ，分析
气候变化下这些植物分布变化的趋势，适宜气候分布
范围一模拟计算未来气候情景适宜分布格点数基准
情景下适宜分布格点数 100。同时，以相关分析方法
分析了这些植物分布范围与年均气温变化 和年降水
量变化相关性，以多元 回归方法分析了这些植物分布
范围与年均气温和年降水量变化多元回归关系，以
Durbin Watson方法检验气候要素长时间序列自相关
性，以 Hildreth-Lu方法消除这些 回归关系 中自变量
之间 自相关性(Kutner等，2004)。我国年均气温变化
一 (每个格点每年气温一每个格点基准情景下平均气
温)总格点数；我国年降水量变化一(每个格点每年降
水量一每个格点基准情景下年降水)每个格点基准情
景下年降水量100)总格点数，气温和降水量变化都是
计算比较未来情景(1991～2100年)和基准气候情景
(1961～1990年)得到。
表 3 模型模拟效果检验
Table 3 The assessment of modeling
注：图中TM、TS、WS、XYC、YGL、YLC和 YQS分别表示天麻、秃
杉、蝈实、星叶草、岩高兰、延龄草和瘿椒树，图2相同。
3 结果与分祆
3．1模拟效果分析
图 1显示 ，CART模 型模拟 的基准气候情景下
这些植物分布与实际观测分布范围接近，CART模
型模拟的这些植物 目前分布范围结果 占观测分布范
围的 64 以上。模型检验结果表明模拟的 AUC为
0．91以上，Kappa(K)统计值为 0．65以上，说明模拟
总体上较好。
3．2气候变化对植物分布范围的影响
就目前适宜分布范围，瘿椒树呈现增加趋势，其
它植物呈现缩小趋势；就新适宜及总适宜分布范围，
天麻和秃杉在 1991~2020年到 2051~2080年时段
呈现增加趋势 ，之后下 降，蔚实 、延龄草和瘿椒树从
1991～2020年 到 2081～2100年 时段 呈现增加 趋
势，星叶草 和 岩高 兰从 1991～ 2020年 到 2081～
2100年时段呈现减小趋势 ，且 A2情景下变化较大，
B2情景下较小(表 4)。
就 目前适宜分布范 围中位数 ，瘿椒树呈现增加
0 0 n M 碍 幻 毖
600 广 西 植 物 31卷
注：M，x和 z代表目前适宜分布、新适宜分布和总适宜分布，表5、6和7相同。
Note：M ，X and Z stand for respectively the current distribution，the new suitable distribution or total suitable distribution of plants．Same as table 5，
6 and 7．
趋势 ，天麻在 1991～2020年到 2051～2080年时段
呈现下降趋势，之后增加，其它植物呈现缩小趋势；
就新适宜和总适宜分布范围中位数而言，天麻和秃
杉在 1991~2020年到 2051~2080年时段呈现增加
趋势，之后下降，蔚实、延龄草和瘿椒树从 1991～
2020年到 2081~2100年时段呈现增加趋势，星叶草
和岩高兰从 1991～2020年到 2081～2100年时段呈
现减小趋势，A2情景下较大，B2情景下较小(表 5)。
气候变化下 ，就 目前适宜分布范围最小最大值
而言 ，瘿椒树呈现减少趋势 ，天麻在 1991~2020年
5期 吴建国：气候变化对我国 7种植物潜在分布的影响 6O1
， 、
物
p 。eS scenari0s bution
观测 基准 1991～2020 2021～ 2050 2051～2080 2081～2100
Obser— Base — — — — — — 一
atio line 最小 最大 中位数 最小 最大 中位数 最小 最大 中位数 最小 最大 中位数
天麻 A2
秃杉 A2
蜩实 A2
星叶草 A2
岩高兰 A2
延龄草 A2
瘿椒树 A2
100
O
100
100
0
1O0
100
O
1OO
100
0
1OO
1OO
0
1OO
1OO
O
1OO
100
0
1OO
100
O
10O
100
0
100
1OO
0
100
1OO
O
10O
1OO
0
1OO
lOO
O
100
1OO
0
10O
71 16 45 29 15 40 26 10 27 18 16 45 29
17 90 367 212 52 395 219 96 400 238 90 367 212
88 111 406 236 66 436 246 106 416 253 111 406 236
71 18 45 30 11 42 26 11 32 21 18 45 30
17 127 367 206 52 407 220 81 398 242 127 367 206
88 152 405 233 63 444 248 92 430 262 152 405 233
72 1 41 2O 1 31 14 0 28 9 0 16 3
8 118 544 249 116 566 296 120 639 356 141 650 298
8O 126 572 269 126 569 307 123 651 366 151 657 304
72 2 41 17 1 28 14 0 28 11 0 20 7
8 119 547 253 116 584 290 113 621 364 147 612 367
80 130 577 271 124 590 302 119 631 371 150 624 376
76 0 33 6 0 32 4 0 15 2 0 11 3
19 88 1547 173 53 1699 171 54 2087 2O5 123 2261 272
95 94 1553 177 57 1714 177 57 2099 206 123 2262 276
76 0 32 5 O 31 3 O l7 2 0 11 2
19 87 1559 187 59 1735 184 63 2049 200 96 2068 222
95 97 1567 193 63 1750 189 65 2061 202 96 2077 224
64 24 47 36 27 41 35 22 40 31 24 35 29
28 101 25O 183 1O2 205 162 101 214 133 80 194 114
92 126 294 219 13O 239 197 127 240 165 107 222 145
64 28 46 36 28 40 34 26 40 32 22 39 31
28 92 233 182 1O6 213 161 1O5 215 142 99 192 127
92 123 279 218 139 246 198 135 242 175 13O 223 161
81 3 83 25 0 68 24 0 51 3 0 10 0
23 35 390 106 9 365 8O 3 238 5O 1 110 30
104 57 473 153 15 427 106 3 288 57 1 111 3O
81 3 81 23 0 72 22 0 54 8 0 17 2
23 2O 400 104 12 363 9O O 265 55 3 177 48
104 37 481 147 19 421 98 1 318 67 3 188 48
68 12 31 19 9 28 16 9 27 15 8 26 17
15 52 338 156 55 475 181 82 679 273 106 545 305
84 71 359 172 76 491 200 98 704 29O 121 571 319
68 11 37 18 10 31 16 7 28 15 6 21 15
15 52 36O 172 64 473 2O1 79 581 255 99 451 269
84 72 378 187 83 489 219 94 601 269 114 472 287
67 3 35 14 9 63 22 14 79 37 16 82 5O
27 46 269 l38 75 42O 187 70 532 307 89 631 425
94 55 304 148 85 474 210 84 611 352 1O5 713 479
67 4 39 15 8 6O 21 13 78 36 4 8O 48
27 45 286 132 85 431 195 83 519 284 49 586 345
94 55 325 l42 96 491 210 100 597 324 52 666 382
到 2051～2080年 时段呈现下降趋势 ，之后增加 ，星
叶草最小值变化不大，最大值呈现下降趋势，其它植
物呈缩小趋势 ；就新适宜及总适宜分布范 围最小最
大值，天麻 1991～2020年到 2051～2080年时段呈
现增加趋势，之后下降，星叶草最小值从 1991～
2020年到 2051～2080年时段呈 现增加趋 势，之后
下降，最大值从 1991～2020年到 2081～2100年 时
段呈现减小趋势 ，秃杉呈现增加趋势 ，蔚实 、延龄草
和瘿椒树从 1991~2020年到 2081~2100年时段呈
现增加 趋 势 ，岩 高 兰从 1991～2020年 到 2081～
2100年时段呈现减小趋 势，并且 A2情 景下较大 ，
B2情景下较小(表 5)。
M X Z M X Z M X Z M X Z M X Z M X Z M X Z M X Z M X Z M X Z M X Z M X Z M X Z M X Z
602 广 西 植 物 31卷
3．3气候变化对植物分布格局的影响
图 1和图 2对 比分析显示 ，天麻 目前适宜分布
区东部一些区域将不再适宜，新适宜分布区将向西
部和西南一些区域扩展；秃杉 目前适宜分布区东部
一 些区域将不再适宜，新适宜分布区将向西部、东部
东北部一些区域扩展 ；蔚 实 目前适宜分布区南 部一
些 区域将不再适宜 ，新适宜分布 区将 向西南和东北
部一些 区域扩展；星叶草 目前适宜分布区东部 、东北
部和北部一些区域将不再适宜，新适宜分布区将向
西部、西南部一些 区域扩展；岩高兰 目前适宜分布区
南部一些 区域将不再适宜，新适 宜分布区将 向东北
部一些区域扩展 ，到 2051~2080年时段在我 国适宜
分布范围消失；延龄草 目前适宜分布区东部 、东北部
一 些区域将不再适宜，新适宜分布区将向西部、西南
部一些区域扩展 ；瘿椒树 目前适宜分布区东南部一
些区域将不再适宜 ，新适宜分布区将 向东北部和北
部的一些区域扩展，并且 A2情景下变化较大，B2
情景下较小 。
表 6 七种植物分布范 围与我国年均气温和降水量变化相关系数
of annual mean temperature and annual mean precipitation change in China
天麻
秃杉
蝈实
星叶草
岩高兰
延龄草
瘿椒树
一 o．49
o．26
o．19
一 o．57
一 O．O2
一 o．07
一 o．22
一 O．O2
一 o．02
一 o．42
一 o．33
一 o．37
一 O．41
一 o．15
一 o．23
一 o．17
o．43
o．42
o．52
o．51
o．51
o．oo
o．o1
o．o5
o．oo
o．83
o．45
o．O2
o．86
o．81
o．oo
o．oo
o．oo
o．oo
o．13
o．O2
o．o7
o．oo
o．oo
o．oo
o．oo
O．O0
一 o．39
o．24
o．19
一 o．53
o．Ol
— o．03
一 o．23
一 o．06
一 o．07
一 o．37
一 o．20
一 o．24
O．29
o．03
一 o．04
一 o．26
o．32
o．30
o．40
o．38
O．39
o．oo
o．o1
o．05
o．oo
o．92
o．72
o．o1
o．53
o．49
o．oo
o．04
o．o1
o．oo
o．73
o．67
o．o1
o．oo
o．oo
o．oo
o．oo
o．oo
— o．67
o．34
o．25
一 o．57
o．2O
o．15
一 o．3o
o．O8
o．08
一 o．54
一 o．43
一 o．49
一 o．65
一 o．53
一 o．61
一 o．18
o．64
o．63
o．62
o．74
o．73
o．oo
o．oo
o．o1
o．oo
o．04
o．12
o．oo
o．39
o．43
o．oo
o．oo
o．oo
o．oo
o．oo
o．oo
o．o5
o．oo
o．oo
o．oo
o．oo
o．oo
o．57
o．38
o．31
一 o．44
o．30
o．27
一 o．29
o．o6
o．o5
一 o．49
一 o．23
一 o．29
一 o．57
一 o．43
一 o．51
一 o．35
o．52
o．50
o．53
o．65
O．64
o．oo
o．oo
o．oo
o．oo
o．oo
o．oo
o．oo
o．53
o．58
o．oo
o．O2
O．O0
o．oo
o．oo
o．oo
o．oo
o．oo
o．oo
o．oo
o．oo
o．oo
3．4气候变化下植物分布与我国年均气温和 降水量
变化的关系
天麻和延龄草目前适宜分布范围与年均气温和
年降水量变化呈负相关性 ，新适宜和总适宜分布范
围与年均气温和年 降水量变化呈正相关性 ；秃杉和
蔚实 目前适宜与年均气温和年降水量变化呈负相关
性 ，新适宜与总适宜分 布范围与年均气温呈正相关
性，与年降水量变化呈负相关性；星叶草和岩高兰目
前、新适宜和总适宜分布范围与年均气温和年降水
量变化呈负相关性 ；瘿椒树 目前 、新适宜和总适宜范
围变化与我国年均气温和年降水量变化呈正相关
性 ，其中 A2情景下较 高 ，B2情景 下最低 。但 秃杉
新适宜与总适宜分布范围与年降水量变化相关系
数、及总适宜分布范围与年均气温相关系数、蔚实新
适宜和总适宜分布范围与年降水量和年均气温相关
系数、岩高兰新适宜 和总适宜分布范围与年降水量
变化相关系数都不显著(表 6)。
瘿椒树 、岩高兰 、延龄草 、星叶草 、天麻、蔚实和
秃杉分布范围变化与我国年均气温变化和年降水量
变化多元 线性 回归关 系 中，通过 Hildreth—Lu方法
排除了气温和降水变量的自相关性。多元回归关系
表明，天麻和延龄草 目前适宜分布范围随年均气温
M X Z M X Z M X Z M X Z M X Z M X Z M x Z
5期 吴建国：气候变化对我国 7种植物潜在分布的影响 603
和年降水量增加而减少 ，新适宜和总适宜分布范 围
随年均气温和年降水量增加而增加；秃杉和蔚实 目
前适宜随年均气温和年降水量增加而减少 ，新适宜
与总适宜分布范围随年均气温增加而增加 ，随年 降
水量增加而减少 ；星叶草和岩高兰 目前 、新适宜和总
适宜分布范围随年均气温和年降水量增加而减少 ；
a
b
瘿椒树 目前、新适宜和总适宜范 围随年均气温和年
降水量增加而增加 ，其 中 A2情景下较高 ，B2情景
下较低 。但天麻 、秃杉、星叶草新适 宜与总适宜范
围、蔚实 目前、新适宜和总适宜范围、以及延龄草新
适宜范围与年降水量和年均气温变化的多元线性 回
归关系决定系数都较小(小于 0．20)(表 7)。
TM TS WS XYC YGL YLC YQS
4 讨论
图 1 7种植物基准(a)和观测分布(b)
气候变化对不同物种分布范围将产生不 同影响，
如 Midgley等(2003)模拟气候变化对物种分布影 响
中发现 ，气候变化下 28个物种 中 5个失去了适宜分
布范围、12个分布范围减少 ；Petersons等(2002)模拟
发现，气候变化下 28个物种中23个发生迁移、13个
没有地理范围重叠；Erasmus等(2002)模拟发现 ，气候
变化下南非 17 的物种范围扩展 ，78 范围缩小 ，3
没有反应，2 局地灭绝 。本研究表明，气候变化下，
就 目前适宜分布范围，瘿椒树呈现增加趋势，其它植
物呈现缩小趋势；就新适宜及 总适宜分布范围，不同
植物变化趋势不同。这可能因为不同植物 目前分布
不同而适宜气候要素不同，气候变化引起气候要素变
化超出植物适应范 围使它们 目前适宜分布范围一些
区域不再适宜。另外，气候变化下不同植物分布特征
不同及适应极端气候要素变化不同也可能使它们不
再适宜 目前适 宜分布一 些 区域 (Woodward，1987)。
此外 ，由于 目前温度过低或降水量不适宜或气候综合
指标不适宜而限制这些植物的分布，气候变化下这些
限制因素改变将可能使这些植物范围扩展。当然，气
候要素存在空间不均匀性以及复杂地形影响，也使这
些植物分布范围在气候变化后改变趋势不同。
气候变化将使物种向高海拔和高纬度迁移，如
Wilson等(2005)发现平均温度升高 1．3。C，巴西中部
16个蝴蝶海拔升高 212 m。不过，不是所有物种都向
高海拔和高纬度迁移 ，Thu．11er(2OO3)发现气候变化
后大部分物种都按预期朝北发生迁移 ，但分布在北部
物种却例外 ，Petersons等(2002)发现，气候变化后在
cape floristic区域一些物种朝西南方向迁移 ，一些 物
种朝西部迁移，Erasmus等(2002)发现气候变化下南
非动物将主要朝西移动，Sharer等 (2001)发现气候变
化下物种朝多个方向迁移 。本研究 表明，气候变化
下，天麻将 向西部和西南一些高海拔区域扩展；秃杉 、
蔚实、星叶草和延龄草将 向西部高海拔及东北部一些
高纬度区域扩展 ；瘿椒树将向东北部和北部一些区域
扩展高纬度 ；分布在高纬度的岩高兰将向东北部高纬

5期 吴建国：气候变化对我国7种植物潜在分布的影响 605
分布区属冬春干燥寒冷、夏秋炎热多雨，秃杉分布区
属中亚热带季风气候、夏热冬凉雨量充沛，星叶草喜
阴湿、要求散射光和潮湿生境，气候变化下使它们目
前分布区温度增加、降水格局改变而使其向西部高
海拔及东北部一些高纬度适宜区域扩展 ；天麻分布
于热带 、亚热带、温带及寒温带 山地 ，气候 变化下将
使其目前分布区不适宜而更向西部高海拔区域扩
展 ，零星向高纬度 区域扩展 ；瘿椒树星散分布于长江
流域，气候变化下可能因为高温和降水格局改变使
其向高纬度和西部区域扩展；岩高兰分布在高纬度，
606 广 西 植 物 31卷
气候寒冷，气候变化下将向使其更高纬度区域扩展，
气候变化更为剧烈时，将使其我国适宜范围消失。
气候变化下这些植物分布格局改变是多种因素共同
影响结果。当然 ，观测分布范 围记录不准确而导致
在基准情景下分布过小或插值造成误差也可能使结
果有一定误差 。
全球年均气温变化与物种分布的关系，如 Hitz
& Smith(2004)发现全球温度增加 3℃，一 半 自然
保护区将不能支持它原有保护目标，特别是对保护
物种影响较大；Leemans& Eickhout(2004)发现全
球温度增加 1～2℃，许多物种适应气候变化能力将
非常有限 。本研究表明，气候变化下 ，这些植物适宜
分布范围与年均气温和降水量变化相关性并不一
致，一些植物适宜分布范围与年均气温和降水量变
化相关系数并不显著。如秃杉新适宜与总适宜范 围
与年降水量变化相关系数、总适宜范围与年均气温
相关系数 、蔚实新适宜和总适宜范 围与年降水量和
年均气温相关系数 、岩高兰新适 宜和总适宜分布范
围与年降水量变化相关系数都不显著。另外，气候
变化下，不同植物适宜分布范围与年均气温和年降
水量变化多元线性 回归关系不 同，并且天麻 、秃杉和
星叶草新适宜与总适宜范围，蔚实适宜范围，延龄草
新适宜范围与年降水量和年均气温变化多元线性回
归关系决定系数都较小。说明气候变化后这些植物
分布范围与年均气温和年降水量变化关系可能是非
线性复杂关系，这些植物分布范围改变可能与其它
气候要素密切相关。意味着以区域年均气温或降水
量来分析气候变化对植物分布影响将可能存在很大
不确定性 。
需要指出 ，影响植物分布 因素很多 ，本研究分析
气候变化对植物分布影响 ，实际上反映了气候变化
下这些植物适宜气候分布范 围变化。另外 ，本研究
中植物分布格点分辨率还较粗，没有考虑土地 利用
变化和土壤 、地下水位及动植物间关系和迁移 的影
响。如果考虑土壤 因素限制 ，可 以推断气候 变化后
这些植物分布范围减小幅度更 大，新适宜分布范围
将更小 。同时 ，由于这些植物分布比较复杂，本研究
收集有关植物分布数据还可能不是非常全面准确，
并且气候变化情景具有不确定性及用 GIS软件进
行气候要素和物种分布数据插值时产生误差等，使
研究结果可能存在一定 的误差 和不确定性 ，这需要
进一步改进完善。并且模型方法存在的不足也可能
使研究结果存在一定的误差，虽然如此 ，在 目前认识
和技术条件下，本研究探索了气候变化下这些植物
分布的变化趋势，研究结果反映了气候变化后这些
植物分布变化的一些趋势 ，对气候变化下这些植物
的保护仍旧有一定参考意义。
5 结论
气候变化下，就目前适宜分布范围，除瘿椒树外，
这些植物都呈缩小趋势；就新适宜及总适宜分布范
围，蔚实、延龄草和瘿椒树呈现增加趋势 ，星叶草和岩
高兰呈现减小趋势，天麻和秃杉先呈现增加趋势，之
后下降。天麻将向西部和西南一些高海拔区域扩展；
秃杉、蔚实、星叶草和延龄草将向西部高海拔及东北
部一些高纬度区域扩展；瘿椒树将向东北部和北部一
些区域扩展高纬度；岩高兰初期将向高纬度一些区域
扩展，之后在我国适宜分布范 围消失。气候变化下，
这些植物适宜分布范 围与年均气温和降水量变化相
关性并不一致 ，一些植物适宜分布范围与年均气温和
降水量变化相关系数并不显著。不同植物适宜分布
范围与年均气温和年降水量变化多元线性回归关系
不同；天麻、秃杉和星叶草新适宜与总适宜范围，蔚实
目前、新适宜和总适宜范围，以及延龄草新适宜范 围
与年降水量和年均气温变化多元线性回归关系决定
系数都较小。
本研究结果总体上反映气候变化下 7种植物适
宜分布范围变化趋势，对这些植物保护有一定参考意
义，但还需要进一步改进完善。
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