全 文 ：第 26卷第 2期 辽宁工程技术大学学报 2007年 4月
Vol.26 No.2 Journal of Liaoning Technical University Apr. 2007
收稿日期：2006-04-03
基金资助: 国家自然科学基金重点资助项目(40331008)；中国科学院知识创新工程资助项目(KSCX2-SW-133)
作者简介: 冷文芳（1976-），女，湖北 赤壁人，博士研究生，主要从事景观生态学研究，E-mail：nnlwf1999@gmail.com。本文编校：焦 丽


文章编号：1008-0562(2007)02-0289-04

东北落叶松属植物潜在分布对气候变化的响应
冷文芳 1, 2, 贺红士 1,3，布仁仓 1，胡远满 1，王绪高 1, 2
（1.中国科学院 沈阳应用生态研究所，沈阳 110016；2 中国科学院 研究生院，北京 100039; 3 美国密苏里大学 自然资源学院，哥伦比亚 MO 65211)
摘 要：为探索气候变化对东北落叶松属植物的影响，采用 logistic 回归模型方法与地理信息系统，预测东北落叶松属植物目前以及
未来潜在分布范围。结果表明：兴安落叶松在 2050 年将向北退 200 km，在 2100 年进一步向北退缩 300 km；长白落叶松在 2050 年向
西北推进约 200 km，2100 年继续推进约 200 km；华北落叶松在 2050 年向东北方向推进 280 km；2100 年继续推进 470 km 左右。气候
变化极大地改变了三种落叶松的适宜分布区。在未来气候条件下，长白落叶松和华北落叶松将可能替代目前占主导地位的兴安落叶松。
关键词：兴安落叶松；长白落叶松；华北落叶松；logistic 回归模型；潜在分布；CGCM2
中图分类号： X 173 文献标识码：A
Potential impact of climate change on distribution of Larix genus
of northeastern China
LENG Wen-fang1, 2，HE Hong-shi1，BU Ren-cang1，HU Yuan-man1，WAGNG Xu-gao1,2
(1．Institute of Applied Ecology, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016，China；2Graduate School
of the Chinese Academy of Sciences，Beijing 100039，China；3. School of Natural Resources, University of
Missouri, Columbia, MO 65211, U.S.A)
Abstract： In order to explore the impact of climate change on the larch species of nrothestern China, this paper
predicted the potential distribution of three Larch species current and future by logistic regression model and GIS.
Result show that dahurian larch will retreat northwestward 200 kilometers, and retreat northwestward more than
300 km in 2100yr. Korean larch will expand northwestward 200 km in 2050yr; and more 200km in 2100yr. Prince
Rupprecht larch will expand northeastward about 280 kilometers in 2050yr, and more 470 km in 2100yr. The
change of climate would have great influence on the distribution of larch species. In future, Korean larch and
Prince Rupprecht larch would replace the dominant position of Dahurian larch.
Key words: Dahurian larch；Korean larch；Prince Rupprecht larch；logistic regression model；potential
distribution；CGCM2

0 引 言
古气候研究表明，第四纪冰期和间冰期的交替
出现，曾导致全球植被的大规模地南北迁移[1-2]。目
前，由人类活动引起的全球范围的气候变暖也影响
到了森林植被的分布。东北地区的气温在过去的百
年内上升了 1.43 ℃[3]。在此期间，黑龙江省的阔叶
林向北迁移了 290 km 左右[4]；而大兴安岭的兴安
落叶松也在随着冻土的消退而退缩[5]；长白山自然
保护区的苔原和云冷杉林的分布上限在上升[6]。
大气环流模型 CGCM2 预测东北地区在未来百
年内的气温还将上升 3~7 ℃[7]，这将给东北的森林
带来巨大的影响，学者们就这一问题展开了研究，
使用的主要手段是林窗模型[8]。各类林窗模型的结
果表明，如果气候变化较为温和（温度增长＜2 ℃），
红松还可能占据优势地位，但是兴安落叶松、云冷
杉林会减少[9-12]。如果气候变化比较严峻（温度增
长＞5 ℃），那么目前占优势的针叶树种将全部被阔
叶树所替代，阔叶树中蒙古栎将是最重要的树种，
同时东北地区适于森林生长的区域将大幅度减少
[13-14]。由于林窗模型只适用于小尺度，无法在整个
东北地区应用，而且其结果不具备空间信息，不能
模拟树种的空间迁移。各种统计模型则没有以上问
题的困扰。例如，Iverson 和 Prasad (1998)使用分类
和回归树，预测了美国东部 80 个树种的潜在适宜
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生境的变化。在 Hadley 气候变化方案下，有 30 个
树种向北迁移的幅度超过 100 km，其中 5 种将超过
200 km；而在 CCC 气候变化方案下，有 35 个树种
向北迁移的幅度超过 100 km，其中 24 种将超过 200
km[15]。曹铭昌等（2005）使用广义线性模型、广义
加法模型和分类回归树模型，模拟了中国 15 个树
种的地理分布。结果表明，在年均温增加 2.5，年
降水增加 12%时，青冈向西向北扩展，蒙古栎也西
扩展[16]。
落叶松属植物是目前东北森林的主要树种，研
究其潜在分布对气候变化的响应具有重要的理论
与实际意义。本文将使用一种特殊的广义线性模型
-logistic 回归模型，结合地理信息系统，预测未来
气候变化对兴安落叶松（Larix gemlinni）、长白落
叶松（Larix olgensis var. changpaiensis）和华北落
叶松（Larix principis-rupprechtii）潜在分布的影响，
为相关部门提供基本信息和资料。
1 研究区与研究方法
中国东北的政区包括黑龙江省、吉林省，辽宁
省和内蒙古东四盟，地理位置处于欧亚大陆东缘，
地域辽阔，在东经 115°05′至 135°02′、北纬 38°40′
至 53°30′之间，面积约为 129 万 km2。由于东西南
北的跨越很大，有明显的水热分布差异。从北到南，
随气温的变化，可分为寒温带、温带和暖温带；从
东到西，随水分的变化，可分为湿润区、半湿润区
和半干旱区。相应的植被从北到南有寒温带针叶
林、温带针叶阔叶混交林和暖温带落叶阔叶林；从
东到西有森林、草甸草原和典型草原 [17]。
Logistic回归模型是对二值因变量进行回归分
析时最普遍的多元量化方法[18]，其方程为：
1
1 2
( )
1( 1| , )
1
k
k ki
k
i i i ki
a b x
P y x x x
e =
− +
= =
∑+

P 代表树种在某一像元上出现的概率；xi 代表
影响树种分布的环境因子。
Logistic回归模型的拟合优度用三个指数来评：
①总正确率；②敏感度；③指定度。这 3 个指数的
值越大，预测精度越大价[19-20]。
未来气候变化采用的是加拿大气候模拟分析
中心（CCCma）的 CGCM2 方案[21]。根据 CGCM2
模型预测，东北地区的年均温在 2050 年和 2100 年，
将分别上升 3 ℃和 6 ℃，其中东部地区的升温幅度
较小，西部较高。降水量具有东部降水减少，西部
增加的趋势。
2 结果分析
2.1 影响 3 种落叶松分布的主导气候因子
在 SPSS11.5 中使用逐步向前法进行 logistic 回
归分析。模型的输出结果表明，气温和降水是落叶
松属分布的主要控制因子，但是对不同的树种影响
不同（表 1）。例如，气温对兴安落叶松有负影响，
而对其他两个树种有正影响；降水对兴安落叶松和
华北落叶松油负影响，对长白落叶松有正影响；海
拔对于华北落叶松的分布影响极大，但是对长白落
叶松没有影响。
系数仅代表环境因子与落叶松之间关系的一
个方面，由于不同的环境因子具有不同的量纲，不
能仅根据系数的大小来确定控制树种分布的环境
因子。把环境因子的值域和系数结合起来得到一个
新的值域，环境对树种的作用就在这个范围之内。
表 1 logistic回归模型的系数
Tab.1 coefficients of logistic regression model*
环境因子
Environmental factors
系数
Coefficients
值域
Value range
新值域
New value range
Lg LoC Lpr min max Lg×(min, max) LoC×(min, max) Lpr×(min, max)
温度 temperature -51.00 56.00 141.00 -6.87 11.26 (350,-574) (-385,631) (-969, 1588)
降水 precipitation -1.54 1.16 -1.51 219 880 (-337,-1355) (-254,1021) (-331, -1329)
海拔 elevation -0.14 -- 0.89 -118 2644 (17,-370) (-,-) (-105, 2353)
坡度 slope 5.12 -4.60 -4.30 0 75 (0,384) (0,-345) (0, -323)
坡向 aspect -7.04 -14.00 5.05 0 1 (0, -7) (0,-14) (0,5)
常数 intercept 880.00 -941.00 -555.00 -- -- 880 -941 -555
为方便比较，系数值均扩大了 100 倍;Lg：兴安落叶松；LoC：长白落叶松；Lpr： 华北落叶松；min：最小值；max：最大值
第 2期 冷文芳，等：东北落叶松属植物潜在分布对气候变化的响应

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图 1 东北落叶松潜在分布区的变化
Fig 1 changes in the potential distribution of Larix genus in northeastern China
从表 1 的新值域可以看出，降水、温度和海拔
均对兴安落叶松有负作用，降水和气温对长白落叶
松有正作用，坡度对它有负作用，海拔对它没有影
响。海拔和气温对华北落叶松有强烈的正作用，而
降水和坡度则有负作用。
2.2 模型的拟合优度检验
确定一系列树种存在的阈值，计算三种落叶松
的敏感性、指定度和总正确率，选择能够满足这三
个指数同时达到最大的阈值，得到模型的预测精度
(见表 3)。
表 2 Logistic模型的预测精度
Tab.2 prediction precision of logistic regression model
敏感性 指定度 总正确率/% 树种存在阈值
兴安落叶松 88 86 86 0.85
长白落叶松 78 80 80 0.60
华北落叶松 61 99.8 99.8 0.70
兴安落叶松的三个指标比较均衡，精度全部在
85%以上；而长白落叶松稍低，精度在 80%左右；
华北落叶松的敏感性较低，但是总正确率和指定度
都较高，这主要是由于它的分布区面积过小造成
的。整体上看，logistic 回归模型的对各树种的预测
精度较高（表 2）。
2.3 气候变化对落叶松潜在分布的影响
目前气候下，兴安落叶松的潜在分布区在大兴
安岭北部，伊勒呼里山(图 1a)，长白落叶松潜在分
布区为老爷岭，长白山，张广才岭和千山(图 1d)，
华北落叶松的潜在分布区为内蒙古克什克腾旗南
部(图 1g)。到 2050 年，兴安落叶松南界将向北退
200 km；长白落叶松的西北界向西北方推进约 200
km；华北落叶松的北界向东北方向推进约 280 km；
而在 2100 年，兴安落叶松的南界进一步向北退缩
300 km；长白落叶松继续向西北扩展约 200 km；华
北落叶松东北界继续向东北方扩展 470 km 左右。


辽宁工程技术大学学报 第 26卷

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3 结 论
logistic回归模型能够较好地模拟 3种落叶松在
目前气候条件下的分布范围。但是，在预测未来气
候变化对落叶松的潜在分布的影响时，存在以下方
面的不确定性：
(1) logistic 回归模型建立在目前的树种分布范
围与环境因子的关系的基础上，这种关系可能受气
候变化的影响而不稳定；
(2) Logistic 回归模型没有考虑到树种的迁移障
碍（如，人类活动造成的景观破碎化）、迁移速度
（树木从种子到成熟个体的时间）以及树种对气候
变化反应的时滞效应[22]，导致潜在分布区有很大一
部分不能成为实际分布区；
(3) Logistic 回归模型没有考虑树种的寿命问
题，即使气候不再适宜，已经存在的个体依然会存
活下去。
本文的研究目的在于揭示未来的气候变化对
落叶松的潜在分布可能造成的影响，同时，结果所
提供的三种落叶松的潜在分布区可以为人工造林
定位。
通过研究，在未来气候变化条件下，到 2100
年，兴安落叶松的适宜分布区向西北方退缩 500
km，长白落叶松向西北方扩展 400 km，而华北落
叶松则向东北方向扩展 750 km。
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