白豆杉的地理分布格局及潜在分布区估计

　　根据物种的分布信息结合环境因子估计物种的分布区对珍稀濒危物种的保护有着重要的意义。白豆杉Pseudotaxus chienii为第三纪孑遗植物，我国东南部地区特有，分布区狭窄。本文通过对白豆杉的标本记录研究它的地理分布，找出影响其分布的关键因子并对其潜在分布区进行估计，并解释其分布区形成的原因。全球升温将对物种分布造成重要影响，通过温度升高情况下2100年的气候数据模拟白豆杉未来的潜在分布区，估计温度升高对白豆杉的影响，将对白豆杉的保护有着重要的意义。 　　根据白豆杉的标本信息结合Diva-Gis软件对白豆杉的地理分布进行研究。以海拔图层和植被图层为底图对白豆杉的分布格局进行研究，并对白豆杉种群的多度进行统计分析。用Diva-Gis软件的气候数据提取功能提取白豆杉分布点的气候信息，并运用主成分分析对影响白豆杉分布的气候因子进行分析，找出影响白豆杉分布的主要环境因子。根据白豆杉的分布信息和气候数据，运用Diva-Gis内嵌的BIOCLIM模型和DOMAIN模型对白豆杉在不同气候条件下的潜在分布区进行估计，评价温度升高对白豆杉分布区的影响。 　　白豆杉分布格局研究结果表明，白豆杉分布在我国东南部地区中低海拔山区，白豆杉的分布和植被类型及海拔有着密切的关系。白豆杉的分布与海拔的关系表现为，由东到西，分布的最低海拔升高，海拔范围缩小。白豆杉分布地的植被类型为常绿灌木林，常绿阔叶林及针、阔叶混交林。白豆杉由东向西的海拔变化趋势与植被类型的由东向西的海拔变化趋势相一致。PCA分析结果表明白豆杉的分布与温度相关因子有着密切的关系。 　　现在气候对潜在分布区的估计表明,白豆杉的潜在分布区散布于浙、闽、粤、赣、湘，桂及黔几省各自交界之处即从浙江南部山区沿武夷山山系至南岭山系（向北到沿湘赣交界的罗宵山系）至大瑶山山系（向北沿雪峰山）。潜在分布区南部有三处分布的热点地区，即浙江南部、湖南南部和广西北部地区。三个主要分布区之间仅有有星散的潜在分布区存在，或没有潜在分布区出现，处在一种高度的隔离状态。造成这种潜在分布格局形成的原因可能有二，一是第四纪冰期的到来使白豆杉的分布区向南迁移，局部性气候的变化和地质变化可能导致了部分白豆杉的生境的消失，从而使得原来连续的分布区破碎化，形成了现在的星散分布；二是白豆杉的潜在分布区预测结果与中国东南部地区的山脉走势非常一致，山脉地带小生境多样化能够为白豆杉在垂直地带上的迁移提供更大的可能性。 　　未来气候数据对白都杉的潜在分布区估计表明，温度升高后白豆杉最适生分布区显著缩小。白豆杉的潜在分布区的地理分布格局发生了明显的变化，原来在南部的适生区明显缩小，星散程度更高。除已知的分布地外，在江西西南部武夷山、南岭山脉的湖南、广西、广东三省交界的地方都是白豆杉的适生区。江西和湖南交界的罗宵山山脉北部到井冈山都有白豆杉分布可能性较大，可以作为野外调查的重点地区。气候变化会使白豆杉在浙江、湖南南部的最适生境破碎化从而影响白豆杉的分布。生境保护对白豆杉的保护起着关键作用。

中国北方温带地区针茅和锦鸡儿属植物的分布格局模拟及气候变化影响评价

在我国，小叶锦鸡儿（Caragana microphylla）、中间锦鸡儿（Caragana intermedia）、柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）、藏锦鸡儿（Caragana tibetica）和狭叶锦鸡儿（Caragana stenophylla）主要分布于北方温带地区，是造林、固沙、饲用及观赏的重要灌木，而贝加尔针茅（Stipa baicalensisi）、大针茅（Stipa grandis）、克氏针茅（Stipa krylovii）、本氏针茅（Stipa bungeana）、短花针茅（Stipa breviflora）、沙生针茅（Stipa glareosa）和戈壁针茅（Stipa gobica）是我国北方温带地区具有重要饲用价值和水土保持功效的多年生密丛禾草。这5种锦鸡儿灌木和7种针茅草本植物在东北、华北和西北地区的生态环境建设及社会经济发展中发挥特殊作用。关于它们地理分布与气候关系的深入研究十分必要，可以为其种质资源的开发和改善生态环境提供理论依据。 本研究首先全面收集这12个物种在中国北方温带干旱－半干旱地区的全部地理分布资料，利用ArcGIS 9.0软件绘制现状分布图。通过分析其现实分布格局，发现小叶锦鸡儿、中间锦鸡儿和柠条锦鸡儿在空间上呈现出从东到西的地理替代分布格局，继续向西南方向则分布有藏锦鸡儿，向西北方向分布有狭叶锦鸡儿。贝加尔针茅、大针茅、克氏针茅和戈壁针茅也在空间上呈现出自东向西的地理替代分布格局，克氏针茅向南被本氏针茅替代，短花针茅和沙生针茅没有明显的地理替代分布现象。5种锦鸡儿和7种针茅的分布范围分别又都有一定的重叠。 整理12个物种分布区内的气象台站长期记录，选择计算16个具有重要生物学意义的水热指标值;进而用方差分析、多重比较和因子分析相结合的方法，研究控制这5种锦鸡儿和7种针茅地理分布的主导驱动因子。结果表明：控制小叶锦鸡儿和中间锦鸡儿间地理分布差异的主导因子是水分因子，特别是湿度;水分因子同样是控制中间锦鸡儿和柠条锦鸡儿间地理分布差异的主导因子，特别是生长季及年降水量;控制柠条锦鸡儿和藏锦鸡儿间地理分布差异的主导因子是夏季高温，控制柠条锦鸡儿和狭叶锦鸡儿地理分布差异的是冬季低温。控制贝加尔针茅、大针茅、克氏针茅和戈壁针茅间替代分布的主导气候因子是年降水量和生长季降水量。控制克氏针茅和本氏针茅间替代分布的主导气候因子是温暖指数。 运用耦合BIOCLIM模型的软件包“DIVA-GIS”模拟预测这5种锦鸡儿和7种针茅的现状潜在分布区及未来气候变化的影响。结果表明：现状潜在分布区与实际分布区均有很好的一致性;在CO2浓度加倍的未来气候情景下，这些植物都会向北大幅度迁移，在我国的分布范围均缩小，分布格局发生显著变化。用ROC曲线和Kappa统计值法验证模型表明，BIOCLIM的模拟精度较高。利用BIOCLIM模型绘制了这12个物种的生物气候分室图，并根据生物气候分室确定了物种的最适气候范围。 为了研究锦鸡儿和针茅分布对气候变化的敏感性，本文在现实气象数据的基础上模拟预测了不同降水与温度变化情景下（保持年降水量不变，年均温分别增加1℃、2℃、3℃和4℃;保持年均温不变，年降水量分别增加和减少10％）的物种分布范围，发现随着气温升高和降水量增加，全部锦鸡儿和针茅都会向高纬度地区缓慢迁移，而当降水量减少时，它们将向低纬度地区迁移。不同气候情景下的物种分布范围迁移幅度表明，5种锦鸡儿中狭叶锦鸡儿和中间锦鸡儿的脆弱性相对较大，7种针茅中克氏针茅和贝加尔针茅的脆弱性相对较大。气温的单独变化控制这些物种分布区的未来迁移。 最后，本文探索了锦鸡儿和针茅的气候变化影响的阈值。就核心分布区而言，小叶锦鸡儿、贝加尔针茅、大针茅、沙生针茅的气候变化影响阈值是气温升高4℃，降水减少10%;中间锦鸡儿和狭叶锦鸡儿是气温升高4℃，降水增加10%;柠条锦鸡儿和本氏针茅是气温升高4℃，降水不变;藏锦鸡儿是气温升高2℃，降水增加10%;克氏针茅和短花针茅是气温升高3℃，降水不变;戈壁针茅是气温升高1℃，降水不变。

落叶栎树在中国的地理替代分布及其气候制约

栎属（Quercus L.）按落叶习性可自然分为落叶类型和常绿类型，我国落叶栎类共有20个种和9个变种。落叶栎是栎属中较为进化的一个类群，源于横断山区和云贵高原;除新疆外，全国各省都有落叶栎的天然分布，一些亲缘关系密切的树种之间呈现出较为明显的地理替代分布格局。本研究的目的在于：（1）应用BIOCLIM模型模拟预测落叶栎类植物的潜在分布区，分析其目前的分布格局以及下一步的发展趋势;（2）分析造成落叶栎树地理替代分布格局的主导气候因子，探讨气候因子对不同落叶栎树种地理分布格局的制约作用。 本文以16个在中国具有成片天然分布区的落叶栎树种（包括变种）为研究对象，利用已核对的标本数据以及13个栅格化环境变量图层（分辨率为1km×1km），按照分类（全国广布型、南方广布型、南方狭域型和北方狭域型）和不分类（全部16种）两种处理方式，通过BIOCLIM模型模拟得出了它们的潜在核心分布区和潜在边缘分布区。在运行模型之前，除必选的海拔高程图层外，采用了主成分分析（PCA）的方法从30个候选的气候变量图层中筛选出对相应落叶栎树种的地理分布格局有较大影响的12个图层作为输入图层。然后，本文通过比较两种处理所得模拟结果的ROC（Receiver Operator Characteristic）曲线下方面积AUC（Area Under the Curve），同时结合文献分析来推测不同落叶栎树种地理分布格局的稳定性及发展趋势。结果表明，在无人类活动干扰且种源传播不受阻碍的情况下，全国广布型和南方广布型落叶栎目前的分布格局在维持稳定的基础上有向周边地区扩展的趋势;南方狭域型和北方狭域型落叶栎的分布格局则基本保持稳定，短期内发生扩散的可能很小。 论文中计算了每个落叶栎树种所在分布范围的气候指标（共11个），以便进行下一步的研究。以蒙古栎（Q. mongolica）、辽东栎（Q. wutaishanica）与槲栎（Q. aliena）、锐齿槲栎（Q. aliena var. acuteserrata）、北京槲栎（Q. aliena var. pekingensis）这两组地理替代系列为研究对象，分别采用独立样本t检验和单因素方差分析的方法，分析了气候因子对其地理替代分布格局的主导作用。结果表明，冬季的低温、较高的气温年较差和大陆度是蒙古栎向东北替代辽东栎的主要原因;槲栎向北被北京槲栎和锐齿槲栎替代的主要原因是生长季高温和冬季高温对其分布的双重制约;除最暖月（7月）最高温外，北京槲栎的各项水热指标与另两种槲栎均存在极显著差异，对冬季低温和较大的年较差的适应可能是限制其向南分布的主要原因。 本研究最后部分的内容是对不同类型落叶栎分布区的气候参数进行的主成分分析。结果表明，生长季温度是制约落叶栎分布的最主要的气候因子;寒冷程度和冬季的低温则对其在大尺度范围的扩散有较大影响;另外，降水、年较差与大陆度对落叶栎的向北分布也起着重要的作用。