基于Holdridge和CCA分析的中國生態(tài)地理分區(qū)的比較

孔 艷，江 洪，2，*，張秀英，金佳鑫，肖鐘湧，程苗苗

(1.南京大學(xué)國際地球系統(tǒng)科學(xué)研究所，南京 210023;2.浙江農(nóng)林大學(xué)國際空間生態(tài)與生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)研究中心，杭州 311300)

近些年來全球環(huán)境不斷變化，給人類生存環(huán)境帶來了諸多負(fù)面影響，引起了世界各國的高度關(guān)注。為了有效地應(yīng)對(duì)全球變化及其影響，國際社會(huì)和世界上有關(guān)國家積極采取措施，啟動(dòng)了一系列研究計(jì)劃。生態(tài)地理區(qū)域系統(tǒng)反映了溫度、水分、生物、土壤等自然要素的空間格局，及其與資源環(huán)境的匹配［1］。生態(tài)地理分區(qū)可以有效地闡明生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球環(huán)境變化的影響，針對(duì)不同區(qū)域的生態(tài)環(huán)境問題，采取行之有效的措施，為區(qū)域發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)的依據(jù)。因此，生態(tài)地理區(qū)劃是國內(nèi)外地理學(xué)和宏觀生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)問題之一。國外區(qū)域的劃分起源于18世紀(jì)末、19世紀(jì)初，比較著名的有全球尺度的生命地帶分類(Holdridge模型)［2］，全球生態(tài)區(qū)［3］，1935年，英國生態(tài)學(xué)坦斯勒提出生態(tài)系統(tǒng)是由各個(gè)環(huán)境因子綜合作用的表現(xiàn)。1976年美國學(xué)者羅伯特·貝利提出美國生態(tài)地域劃分方案，并且應(yīng)用到氣候變化結(jié)果的解釋等方面［1］。

我國生態(tài)地理分區(qū)始于20世紀(jì)60年代，以前中國的區(qū)劃主要集中在自然地理區(qū)劃方面，并以黃秉維、羅開富、林超、任美鍔、趙松喬等為代表［4］。1929年竺可楨發(fā)表的《中國氣候區(qū)域論》［5］標(biāo)志著我國現(xiàn)代自然地域劃分研究的開始［6］。黃秉維于1940年首次對(duì)我國植被進(jìn)行了區(qū)劃，并在1958年提出了中國綜合自然區(qū)劃的一般原則，并根據(jù)氣候、土壤、植被特征進(jìn)行了五級(jí)的劃分［7］。直到20世紀(jì)80年代，隨著生態(tài)系統(tǒng)觀點(diǎn)、生態(tài)學(xué)原理和方法逐漸被引入自然地域系統(tǒng)研究，生態(tài)地理區(qū)劃研究才得以進(jìn)一步深入。1988年侯學(xué)煜先生以植被分布的地域差異為基礎(chǔ)進(jìn)行了全國的自然生態(tài)區(qū)劃［8］。鄭度等人利用1950年以來最近40多年積累的大量觀測(cè)數(shù)據(jù)和科研資料對(duì)中國生態(tài)地理分區(qū)區(qū)域系統(tǒng)進(jìn)行了綜合分析，并提出了生態(tài)地理分區(qū)的原則和方法、劃分的指標(biāo)體系和系統(tǒng)方案。楊勤業(yè)等人提出了生態(tài)地域劃分的性質(zhì)、原則和依據(jù)、指標(biāo)體系，并依次擬定了中國生態(tài)地域劃分方案［9-10］。2001年傅伯杰等人應(yīng)用生態(tài)學(xué)原理和方法，揭示自然生態(tài)區(qū)域的相似性和差異性規(guī)律以及人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)干擾的規(guī)律，進(jìn)而進(jìn)行整合和分區(qū)［11］。解焱等人運(yùn)用GIS技術(shù)將信息轉(zhuǎn)換為各個(gè)基本單元進(jìn)行數(shù)學(xué)量化分析方法來聚類得到中國生物地理區(qū)劃方案［12］。原有生態(tài)地理區(qū)域的劃分主要體現(xiàn)為RS、GIS空間分析和生態(tài)群落兩方面的單獨(dú)使用，本文在兩方面的綜合運(yùn)用下，結(jié)合衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和氣候等數(shù)據(jù)，得到合理的指標(biāo)體系下的生態(tài)地理分區(qū)劃分。對(duì)于國內(nèi)的生態(tài)地理分區(qū)方法大致分為兩個(gè)階段進(jìn)行比較分析(表1)。

表1 國內(nèi)生態(tài)地理劃分方案比較表Table 1 The comparison table of ecological and geographical division in China

1 數(shù)據(jù)及研究方法

1.1 數(shù)據(jù)

本文選取中國668個(gè)站點(diǎn)的多年氣候數(shù)據(jù)，包括平均生物溫度、蒸散發(fā)、可能蒸散、蒸散、綜合濕潤度指數(shù)、干燥度、溫暖指數(shù)、熱量系數(shù)、溫暖系數(shù)、寒冷系數(shù)、干燥度系數(shù)、可能蒸散率，1月和7月月平均氣溫、月最低氣溫、月最高氣溫、極值溫度差值和年平均降水量、夏季降水量，以及利用中國1977—2006年737個(gè)站點(diǎn)逐日溫度的觀測(cè)數(shù)據(jù)，分別獲得的中國≥0℃和≥10℃的積溫等數(shù)據(jù)。

本研究所使用的數(shù)據(jù)還包括土壤、DEM和土地覆蓋類型，以及基于衛(wèi)星觀測(cè)所獲得的2006年全國年均NPP、NDVI、LAI數(shù)據(jù)。

土壤數(shù)據(jù)來自聯(lián)合國糧食和農(nóng)業(yè)組織(FAO Food and Agriculture Organization)的1∶500萬世界土壤圖。土地利用和覆蓋數(shù)據(jù)來自EUROPE300，數(shù)據(jù)產(chǎn)品來自2004年12月—2006年6月300m ENVISAT/MERIS數(shù)據(jù)，采用多維迭代聚類方法進(jìn)行分類，通過16位專家在全球3000個(gè)點(diǎn)驗(yàn)證，總精度為73%，將全球分為22類土地覆蓋類型。數(shù)據(jù)的屬性如表2所示。

1.2 研究方法

1.2.1 Holdridge 生命地帶分類方法

某一區(qū)域的植被在限定于一定氣候條件下可根據(jù)其綜合外貌的簡(jiǎn)單分類或更詳細(xì)的個(gè)體群體所構(gòu)成的生命形式來劃分，其分類的單位稱為“生命地帶”，并根據(jù)年平均生物溫度(℃)(BT)、平均年降水量(P)與潛在性蒸散率(PER)3個(gè)氣候指標(biāo)為主要參數(shù)，建立了Holdridge生命地帶模型的坐標(biāo)體系與分類體系，并通過計(jì)算將全球劃分為38種生命地帶類型和100多個(gè)生命地帶［17］。因?yàn)橹脖活愋图捌浞植伎梢栽谶@3個(gè)氣候指標(biāo)的基礎(chǔ)上予以限定，生命地帶具有雙重意義，它既指示一定的植被類型，又含有該類型所代表的熱量和降水的一定數(shù)值幅度［2，18-19］。氣候指標(biāo)的定義和計(jì)算方法如下:

表2 數(shù)據(jù)屬性表Table 2 Data attribute table

生物溫度(BT)是出現(xiàn)植物營養(yǎng)生長范圍內(nèi)的平均溫度，在0—30℃之間，日均溫低于0℃和高于30℃者均排除在外［12］，

式中，T為超過0℃的月均溫，但是超過30℃的平均溫度均按30℃計(jì)算;低于0℃的均按0℃計(jì)算。

可能蒸散(PET)是溫度的函數(shù)，可能蒸散率(PER)是PET與降水(P)的比率:

根據(jù)Holdridge生命地帶模型的基本思想，是計(jì)算出全國站點(diǎn)的生物溫度、年降水量和可能蒸散率，插值后得到全國3個(gè)氣候指標(biāo)的空間分布圖，將空間柵格的中心坐標(biāo)(i，j)的3個(gè)氣候指標(biāo)值與各生命地帶六邊形中心的相應(yīng)的3個(gè)氣候指標(biāo)值，進(jìn)行距離計(jì)算，得到Dk(i，j)，公式如下，當(dāng)Dk(i，j)最小時(shí)，則可以認(rèn)為該最小距離所對(duì)應(yīng)的生命六邊形就是該柵格的生命地帶類型［20-21］。

式中，BT(i，j)表示年平均生物溫度柵格數(shù)據(jù)的第i行和第j列的溫度值;BT，Pk，PERk是第k個(gè)生命地帶六邊形的中心指標(biāo)值;Dk(i，j)表示第i行j列柵格與第k個(gè)生命地帶中心的距離。

考慮到氣候信息的來源氣象測(cè)站空間分布不均，密度不足的原因，站點(diǎn)外區(qū)域氣象數(shù)據(jù)通常由鄰近測(cè)站的觀測(cè)值空間插值得到。專門針對(duì)氣候數(shù)據(jù)、兼顧準(zhǔn)確性、方便性與時(shí)間序列性比較好的方法為ANUSPLIN插值［22］。本文將年平均生物溫度、平均年降水量和可能蒸散率基于站點(diǎn)進(jìn)行ANUSPLIN插值，從而獲得年平均生物溫度、年降水量和年平均可能蒸散率的點(diǎn)空間分布圖，空間分辨率為1KM。然后導(dǎo)出3個(gè)氣候指標(biāo)的ASCII碼文件，在Matlab中利用上述公式(4)得到基于每個(gè)柵格的k值，即生命地帶類型。然后，繪出等值線圖，采用Winsurf軟件和手工操作方法［23］，各點(diǎn)位置的確定是選擇相鄰網(wǎng)格中心的值與等值線之差來確定的，得到地理分區(qū)的界線。

1.2.2 典范對(duì)應(yīng)分析(CCA)

典范對(duì)應(yīng)分析(CCA)，是基于對(duì)應(yīng)分析發(fā)展而來的一種排序方法，將對(duì)應(yīng)分析與多元回歸分析相結(jié)合，每一步計(jì)算均與環(huán)境因子進(jìn)行回歸，又稱多元直接梯度分析。CCA分析有利于生態(tài)意義的解釋，能夠反映樣方間在種類組成上及環(huán)境因子組成上的相似性，表現(xiàn)在排序圖上樣方較集中，群落間的界線比較模糊［24］。其基本思路是在對(duì)應(yīng)分析的迭代過程中，每次得到的樣方排序坐標(biāo)值均與環(huán)境因子進(jìn)行多元線性回歸。CCA要求兩個(gè)數(shù)據(jù)矩陣，一個(gè)是植被數(shù)據(jù)矩陣，一個(gè)是環(huán)境數(shù)據(jù)矩陣。首先計(jì)算出一組樣方排序值和種類排序值(同對(duì)應(yīng)分析)，然后將樣方排序值與環(huán)境因子用回歸分析方法結(jié)合起來，這樣得到的樣方排序值既反映了樣方種類組成及生態(tài)重要值對(duì)群落的作用，同時(shí)也反映了環(huán)境因子的影響，再用樣方排序值加權(quán)平均求種類排序值，使種類排序坐標(biāo)值也間接地與環(huán)境因子相聯(lián)系。箭頭表示環(huán)境因子，箭頭所處的象限表示環(huán)境因子與排序軸之間的正負(fù)相關(guān)性，箭頭連線的長度代表某個(gè)環(huán)境因子與群落分布和種類分布之間相關(guān)程度的大小，連線越長，相關(guān)性越大，代表這個(gè)環(huán)境因子對(duì)研究對(duì)象的分布影響越大;反之越小。箭頭連線和排序軸的夾角代表著某個(gè)環(huán)境因子與排序軸的相關(guān)性大小，夾角越小，相關(guān)性越高;反之越低［25-26］。

利用2006年全國668個(gè)站點(diǎn)的NDVI、LAI和NPP數(shù)據(jù)作為植被數(shù)據(jù)矩陣，作為物種變量。歸一化植被指數(shù)NDVI，可以檢測(cè)植被生長狀態(tài)、植被覆蓋度。凈初級(jí)生產(chǎn)力NPP是指植物在單位時(shí)間單位面積上由光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物質(zhì)總量中扣除自養(yǎng)呼吸后的剩余部分，反映了植物固定和轉(zhuǎn)化光合產(chǎn)物的效率。葉面指數(shù)LAI是指一定土地面積上植物葉面面積總和與土地面積之比，成為一個(gè)重要的植物學(xué)參數(shù)和評(píng)價(jià)指標(biāo)。選取年平均NPP、LAI、NDVI和具有顯著差異的7月NDVI 4種數(shù)據(jù)作為物種數(shù)據(jù)，用于表征地表的植被分布情況。植被可以給出非常敏感的氣候變化指標(biāo)，植被的宏觀特性也可以成為限定生態(tài)地理分區(qū)二級(jí)劃分的最佳表征指標(biāo)［27-28］。多年平均的生物溫度、蒸散發(fā)、可能蒸散、蒸散、綜合濕潤度指數(shù)、干燥度等27個(gè)氣候數(shù)據(jù)，和土壤類型數(shù)據(jù)、高程和土地覆蓋類型數(shù)據(jù)作為環(huán)境數(shù)據(jù)矩陣，進(jìn)行CCA分析。

利用中國668個(gè)氣候站點(diǎn)多年平均的生物溫度、蒸散發(fā)、可能蒸散、蒸散、綜合濕潤度指數(shù)、干燥度、溫暖指數(shù)、熱量系數(shù)、溫暖系數(shù)、寒冷系數(shù)、干燥度系數(shù)和可能蒸散率等氣候數(shù)據(jù)，和1月和7月月平均氣溫、月最低氣溫、月最高氣溫、極值溫度差值和年平均降雨量、夏季降水量，利用中國1977—2006年737個(gè)站點(diǎn)逐日溫度的30a觀測(cè)數(shù)據(jù)，分別計(jì)算了中國≥0℃和≥10℃的積溫?cái)?shù)據(jù)。共計(jì)30個(gè)數(shù)據(jù)作為環(huán)境變量，由于位于中國西南部的青藏高原地區(qū)站點(diǎn)缺乏，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間插值，空間分辨率為1km。為了方便起見，以站點(diǎn)為基準(zhǔn)，并在站點(diǎn)缺乏的地方選取站點(diǎn)，并將這些站點(diǎn)作為樣方，對(duì)站點(diǎn)進(jìn)行緩沖區(qū)分析，緩沖區(qū)半徑為1km，取緩沖區(qū)區(qū)域內(nèi)的平均值作為該樣方點(diǎn)的指標(biāo)值。同樣，對(duì)土壤、高程和土地利用和覆蓋類型數(shù)據(jù)，及2006年全國平均NPP、NDVI、LAI數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理。去除沒有數(shù)據(jù)和異常的樣方點(diǎn)，最終得到有效的482個(gè)樣方。

1.2.3 聚類分析

聚類分析是一組將研究對(duì)象分為相對(duì)同質(zhì)的群組的統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)。本文在PC-ord軟件CCA排序的基礎(chǔ)上完成之后，得到影響群落地理分布的主要生態(tài)梯度的影響指標(biāo)，建立新的指標(biāo)體系，基于CCA進(jìn)行分類分析?；跇颖军c(diǎn)的空間分類信息，采用Winsurf軟件和手工操作方法繪制地理分區(qū)邊界，得到全國生態(tài)地理分區(qū)圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 Holdridge模型分類結(jié)果

按照本文多年平均數(shù)據(jù)得到生態(tài)地帶空間分布圖(圖1)。參照全球劃分的38種生命地帶模型知識(shí)表(表3)［20，29］，在中國出現(xiàn)了32種生命地帶，除熱帶有刺疏林、熱帶極干旱森林、熱帶干旱森林、熱帶濕潤森林、熱帶潮濕森林和熱帶雨林，其他生命地帶類型在中國均有分布。在空間上呈現(xiàn)出明顯的地帶性特征，從東部沿海到內(nèi)陸依次由濕潤森林-草原-有刺灌叢-荒漠更替，從南到北呈現(xiàn)明顯的緯度地帶差異性，由北到南冷溫帶-暖溫帶-亞熱帶-熱帶更替。同時(shí)受到地形起伏相對(duì)高度、海拔高度及其空間格局以及坡地的坡度、坡向［30］及海陸分布、局部水分變化、人為作用等的影響，會(huì)出現(xiàn)一些非地帶性區(qū)域。如:在新疆荒漠地區(qū)分布著點(diǎn)點(diǎn)的綠洲。而青藏高原由于特殊地形和氣候條件等原因共同作用下的生命地帶類型也就比較復(fù)雜，存在極大的不穩(wěn)定性和不確定性，該區(qū)亞高山潮濕/濕潤苔原和冷溫帶草原生命地帶類型廣布。四川盆地地區(qū)明顯不同于其他地區(qū)，主要為亞熱帶濕潤和潮濕森林地帶。另外，生命地帶類型呈環(huán)狀分布，并且在生命地帶更替過程當(dāng)中，表現(xiàn)為過渡地帶，這與實(shí)際情況相符合。

圖1 Holdridge生命地帶類型Fig.1 Holdridge Life zone model

表3 生命地帶模型知識(shí)表Table 3 Life zone model knowledge table

我國生命地帶類型的空間分布是我國生命溫度、降水量和可能蒸散率等氣候條件綜合作用下的結(jié)果，與范澤孟等人獲得的中國Holdridge生命地帶平均中心時(shí)空分布較為相近［31］。對(duì)中國生命地帶面積作了比較，如表4所示?？梢园l(fā)現(xiàn)我國主要的生命地帶類型為冷溫帶草原、暖溫帶沙漠、冷溫帶濕潤森林和冷溫帶干旱森林，分別約占全國面積的13.75%、12.69%、10.75%和10.31%。面積較小的類型有:亞高山干苔原、亞熱帶荒漠、暖溫帶雨林、亞熱帶荒漠灌叢和熱帶荒漠灌叢，所占面積均不足0.01%。對(duì)圖中各種生命地帶類型空間分布研究可以發(fā)現(xiàn)以下幾大區(qū)域特征［31］:

(1)青藏高原區(qū)域 青藏高原自身地勢(shì)的特殊性，和氣候條件的嚴(yán)峻使得該區(qū)生命地帶類型復(fù)雜，與同緯度的我國東部沿海有著很大的不同，主要為冰雪/高山荒漠地帶、亞高山干、濕潤、潮濕和雨苔原地帶類型，且冰雪/高山荒漠地帶和亞高山潮濕苔原面積較廣，且呈現(xiàn)東南西北走向，隨著海拔的升高，由北方雨林、北方潮濕森林、北方濕潤深林到亞高山潮濕苔原、亞高山濕潤苔原變化。

(2)干旱、荒漠區(qū) 青藏高原北部呈現(xiàn)出明顯不同的南疆和北疆景色，天山南部為塔里木盆地，以冷溫帶、暖溫帶和熱帶荒漠地帶類型為主，天山北部為冷溫帶有刺灌叢地帶，在兩地交接處，地形復(fù)雜，分布著苔原和森林交錯(cuò)的狹長過度地帶。

(3)北方半干旱、半濕潤及濕潤地區(qū) 冷溫帶草原主要分布在東北平原、內(nèi)蒙古南邊和華北平原西北部［31］。長白山和小興安嶺及二者交界處分布著廣大的北方濕潤森林。長白山東部沿海地區(qū)為冷溫帶濕潤森林。秦嶺淮河流域以北至黃河中下游流域主要為暖溫帶干旱森林地帶類型，除華北平原地區(qū)的泰山區(qū)，因?yàn)樘厥獾貏?shì)原因呈現(xiàn)冷溫帶濕潤森林地帶。長江流域以暖溫帶濕潤森林地帶類型為主。

(4)南方濕潤地區(qū) 云南南部、海南、南海諸島、臺(tái)灣南部等地區(qū)主要為亞熱帶濕潤森林地帶。

表4 中國Holdridge生命地帶面積表Table 4 Area of Holdridge life zone in China

2.2 數(shù)量分析結(jié)果

2.2.1 CCA 結(jié)果

圖2是以全國482個(gè)樣方的4個(gè)物種變量和30個(gè)環(huán)境因子為原始數(shù)據(jù)作的CCA排序圖。在圖中藍(lán)色圓實(shí)點(diǎn)代表樣方，數(shù)字代表其原始ID編號(hào)。環(huán)境變量的編號(hào)如表5所示。環(huán)境因子用直線表示，直線連線的長短表示樣方的分布與該因子關(guān)系的大小，直線連線與排序軸的角度表明環(huán)境因子與該排序軸相關(guān)性的大小，直線所處的象限表示環(huán)境因子與排序軸的正負(fù)相關(guān)關(guān)系。為了計(jì)算的方便，將寒冷系數(shù)取其絕對(duì)值進(jìn)行計(jì)算。為了敘述的方便我們定義象限第一象限為右上角象限，逆時(shí)針方向依次為第二、三和四象限。由于本文研究的區(qū)域比較廣，選取的樣本數(shù)比較多，在CCA分析中會(huì)因?yàn)閭€(gè)別樣本數(shù)據(jù)的誤差，造成CCA結(jié)果不顯著，因此，在分析過程中刪除部分不顯著樣本點(diǎn)。由圖2可以看出，樣方的分布與≥0℃和≥10℃年積溫、寒冷系數(shù)、1月極端溫度、年降水量極端值和海拔高度密切相關(guān)。從Axis2軸來看，降水以及可能蒸散等指標(biāo)與Axis2軸密切相關(guān)，而氣溫以及寒冷系數(shù)等指標(biāo)與Axis1軸關(guān)系密切，因此Axis1軸大致代表的是緯度地帶性影響，Axis2軸主要與經(jīng)度地帶性有關(guān)?？梢钥闯龃蟛糠謽颖军c(diǎn)位于一、四象限。這也與我國所處的大陸位置有關(guān)。

表5 環(huán)境變量列表Table 5 Environment variable

圖2 樣方的CCA圖Fig.2 CCA ordination of the 482 samples

2.2.2 聚類分析分析結(jié)果

根據(jù)影響比較顯著的指標(biāo)，包括年均溫極端溫度、年降水量極端值、干燥度、濕潤指數(shù)、熱量系數(shù)、干燥度系數(shù)、生物溫度、≥0℃和≥10℃年積溫、1月和7月溫度和降水?dāng)?shù)據(jù)，在PC-ORD中進(jìn)行聚類分析，去除因個(gè)別樣本點(diǎn)因海拔問題造成的異常情況外，將全國樣本點(diǎn)大致分為18區(qū)，然后按照樣本點(diǎn)插值后的空間分布圖繪出地理分區(qū)的界線，如圖3所示。由中國生態(tài)地理分區(qū)空間分布圖可以看出生態(tài)分區(qū)的大致趨勢(shì)與Holdridge模型模擬的結(jié)果有著很大的相似性。中國青藏高原區(qū)域因?yàn)槠涮厥獾牡貛?，單?dú)成為一個(gè)生態(tài)地理分區(qū)。在青藏高原東部和南部地區(qū)地形復(fù)雜，因而也是許多生態(tài)地理分區(qū)交錯(cuò)的地帶。新疆地區(qū)大致沿天山山脈為界分為兩大生態(tài)地理分區(qū)。東北地區(qū)的地表結(jié)構(gòu)，略呈半環(huán)狀的三帶。山地和丘陵地帶地理分區(qū)明顯區(qū)別于東北平原和內(nèi)蒙古平原的生態(tài)地理分區(qū)。華北平原和黃河中游地區(qū)以太行山為界，因?yàn)槊黠@的降水、季風(fēng)等原因，呈現(xiàn)為兩個(gè)地理分區(qū)。從秦嶺淮河流域到長江中下游平原、江西福建丘陵地區(qū)，空間上為東西帶狀分布。云貴高原的特殊地勢(shì)與前者區(qū)別開來。北回歸線以南，以南亞熱帶和熱帶兩個(gè)溫度帶為界分為兩個(gè)生態(tài)地理分區(qū)。

2.2.3 檢驗(yàn)結(jié)果

圖3 中國生態(tài)地理分區(qū)圖Fig.3 Ecological geographic zone map of China

生態(tài)地理分區(qū)空間分布圖的底圖為世界自然基金會(huì)發(fā)布的世界生態(tài)地理分區(qū)分布圖［32］針對(duì)18個(gè)分區(qū)中的樣本點(diǎn)進(jìn)行1∶1 T檢驗(yàn)(表5所示)，選取的指標(biāo)為影響比較顯著的6個(gè)指標(biāo)，主要為干燥度、濕潤指數(shù)、熱量系數(shù)、生物溫度和≥0℃和≥10℃年積溫。由表可以看出，檢驗(yàn)區(qū)樣本點(diǎn)的六大指標(biāo)的T檢驗(yàn)的顯著性概率大部分大于0.05，檢驗(yàn)區(qū)內(nèi)的個(gè)別指標(biāo)小于0.05，但是生態(tài)地理分區(qū)是多個(gè)環(huán)境因子綜合作用的結(jié)果，因此從總體結(jié)果來看，樣本點(diǎn)之間沒有顯著差異，因此該區(qū)的樣本點(diǎn)可以劃為同一區(qū)。

由表5可以看出T檢驗(yàn)結(jié)果小于0.05的數(shù)據(jù)主要集中在區(qū)域編號(hào)為2、12和18的積溫和干燥度中。區(qū)域2位于天山以南，南新疆區(qū)域，該區(qū)地勢(shì)起伏較大，分布著盆地、沙漠和高原等地形類型，因此，氣溫起伏比較明顯，溫差較大。在該區(qū)中心區(qū)域?yàn)槲覈娣e最大的塔克拉瑪干沙漠，其周邊區(qū)域?yàn)樗锬九璧兀趨^(qū)域的南邊緣高山群系和塔里木河流域，來源于高山冰雪融水和河流的供給分布著一些綠洲。因此，區(qū)域2的積溫?cái)?shù)據(jù)會(huì)存在一定的偏差。區(qū)域12主要分布在華北平原區(qū)和黃土高原東部的落葉闊葉混交林區(qū)，東部的渤海鹽化草原區(qū)域?yàn)闇貛Ъ撅L(fēng)氣候，夏季雨熱同期，而魯中南山區(qū)大陸性季風(fēng)氣候顯著，該區(qū)在干燥度和積溫指標(biāo)上表現(xiàn)出一定的差異性。區(qū)域18大致在北回線以南，受亞熱帶季風(fēng)氣候的影響，干濕分明，且受地理位置影響，差異會(huì)有所不同，同時(shí)受數(shù)據(jù)的限制，從而，出現(xiàn)該地區(qū)干燥度略有不同。由于青藏高原地理位置的特殊性［33］，海拔較高，屬高寒氣候，氣候條件較差。終年寒冷，年平均氣溫-5℃，干燥度在1.5—4.0之間，降水稀少。區(qū)域3大部分區(qū)域地處青藏高原，T檢驗(yàn)結(jié)果比較顯著，因此，可以說，除個(gè)別區(qū)域中的個(gè)別指標(biāo)，受到數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)量的有限性和區(qū)域數(shù)據(jù)的復(fù)雜性的原因，檢驗(yàn)結(jié)果還是比較可信的。

3 討論

比較以上兩種地理分區(qū)的劃分結(jié)果，本文更傾向于第二種方法的劃分結(jié)果。Holdridge模型主要考慮生物溫度、年降水量和可能蒸散率3個(gè)指標(biāo)，呈現(xiàn)明顯的以站點(diǎn)為中心的分區(qū)，分區(qū)比較瑣碎，并且容易出現(xiàn)因?yàn)閭€(gè)別站點(diǎn)的極端數(shù)據(jù)而單獨(dú)分區(qū)的現(xiàn)象。第二種方法，基于CCA分析，提出比較合理的指標(biāo)體系?？紤]的分類指標(biāo)比較全面，然后根據(jù)CCA分析，能夠得到影響比較顯著的指標(biāo)因子，進(jìn)行聚類分析，從而得到的結(jié)果會(huì)排除因?yàn)閭€(gè)別數(shù)據(jù)的誤差造成的錯(cuò)誤結(jié)果。從兩次分類的結(jié)果可以看出，方法1的結(jié)果出現(xiàn)明顯的點(diǎn)狀分布，分區(qū)比較瑣碎，結(jié)果表現(xiàn)出明顯的干濕差異，但是對(duì)于溫度差異表現(xiàn)不是很明顯。而方法2，劃分結(jié)果更接近于實(shí)際地理分布的情況。既有明顯的溫度帶特征，在東西方向上又表現(xiàn)為明顯的干濕差異。

其次，方法1的模型比較成熟，是基于全球尺度提出來的，應(yīng)用在中國區(qū)域會(huì)有所偏差，需要對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。由于個(gè)別數(shù)據(jù)的原因，使得在塔里木盆地會(huì)出現(xiàn)熱帶沙漠地帶類型，這與實(shí)際情況不符。因此模型對(duì)于數(shù)據(jù)的要求比較高，數(shù)據(jù)為長時(shí)間序列二的多年平均值，才能減小數(shù)據(jù)誤差，使分類結(jié)果相對(duì)比較詳細(xì)，才能適用于特定的范圍。方法2，經(jīng)過CCA分析得到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行聚類分析，然后繪制指標(biāo)的等值線，根據(jù)各指標(biāo)等值線繪制分區(qū)界線，會(huì)受到主觀因素的影響，數(shù)據(jù)結(jié)果有待于進(jìn)一步的確鑿，此分類結(jié)果適用于較大區(qū)域的劃分。因此，在中國尺度甚至更大尺度上，方法2更合理一些。

表6 生態(tài)地理分區(qū)指標(biāo)T檢驗(yàn)表Table 6 Ecological geographic regionalization index T check list

4 結(jié)論

本文通過Holdridge模型和數(shù)量分析兩種方法對(duì)中國區(qū)域進(jìn)行生態(tài)劃分，得到的中國生態(tài)地理分區(qū)圖，可以看出二者存在一定的一致性。首先，地理分區(qū)的劃分上，都是基于指標(biāo)體系的選擇，不同的是Holdridge模型是基于比較成熟的劃分模型，在使用區(qū)域上存在一定的誤差，而數(shù)量分析則是通過CCA分析選擇合適的指標(biāo)體系，以此來進(jìn)行劃分，比較有章可循，但是缺點(diǎn)是劃分精度不會(huì)很高;其次，從二者的比較可以看出，對(duì)于中國生態(tài)地理分區(qū)的劃分呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，可以看出，在東西方向上分區(qū)呈現(xiàn)明顯的干濕分區(qū)，在南北方向上呈現(xiàn)鮮明的溫度差異。生態(tài)地理分區(qū)的劃分大致沿著WWF的劃分體系，并對(duì)其進(jìn)行了修正和合并。同時(shí)，需要說明的是生態(tài)地理區(qū)域界線并不是絕對(duì)意義上的界線，在邊界周圍明顯的過渡帶。本文的不足之處，主要以生態(tài)環(huán)境因素為主導(dǎo)，很少考慮到人類活動(dòng)和經(jīng)濟(jì)行為等不確定性因素［34］，因此，劃分結(jié)果有待于進(jìn)一步優(yōu)化。

［1］ Wu S H，Yang Q Y，Zheng D.Comparative study on eco-geographic regional systems between China and USA.Acta Geographica Sinica，2003，58(5):686-694.

［2］ Holdridge L R.Life Zone Ecology.San Jose:Tropical Science Center，1967.

［3］ Bashkin，V N，Bailey R G.Revision of map of ecoregions of the world(1992—95).Environmental Conservation，1993，20(1):75-76.

［4］ Gao J B，Huang J，Li S C，Cai Y L.The new progresses and development trends in the research of physio-geographical regionalization in China.Progress in Geography，2010，29(11):1400-1407.

［5］ Zhu K Z.China's Climate Zones.Beiji Ge Meteorological Research Institute，1929.

［6］ Zheng D，Ge Q S，Zhang X Q，He F N，Wu S H，Yang Q Y.Regionalization in China:retrospect and prospect.Geographical Research，2005，24(3):330-344.

［7］ Huang B W.The natural zoning preliminary draft.Journal of Geographical Sciences，1958，24(4):348-365.

［8］ Hou X Y.China Natural Regionalization and Agricultural Development Strategy.Beijing:Science Press，1988.

［9］ Yang Q Y，Li S C.Some themes on eco-regionalization of China.Acta Ecologica Sinica，1999，19(5):596-601.

［10］ Yang Q Y，Zheng D，Wu S H.Ecological region system research of China.Progress in Natural Science，2002，12(3):287-291.

［11］ Fu B J，Liu G H，Chen L D，Ma K M，Li J R.Scheme of ecological regionalization in China.Acta Ecologica Sinica，2001，21(1):1-6.

［12］ Xie Y，Li D M，MacKinnon J.Preliminary researches on bio-geographical divisions of China.Acta Ecologica Sinica，2002，22(10):1599-1615.

［13］ Ren M E，Yang R Z.Outline of Physical Geography in China.Beijing:The Commercial Press，1985.

［14］ Ren M E，Bao H S.The Development and Remediation of Natural Areas in China.Beijing:Science Press，1992.

［15］ Ren M E，Yang R Z.China's natural zoning.Journal of Geographical Sciences，1961，27(1):66-74.

［16］ Zheng D，Yang Q Y，Zhao M C.Natural Geographical Systems Research.Beijing:China Environmental Science Press，1997.

［17］ Fan Z M，Yue T X.Temporal and spatial changes pattern of Holdridge life zones and diversity in China.Geographical Research，2005，24(1):121-129.

［18］ Zhang X S.A vegetation-climate classification system for global change studies in China.Quaternary Sciences，1993，(2):157-169.

［19］ Holdridge L R.Determination of world plant formations from simple climatic data.Science，1947，105(2727):367-368.

［20］ Hao J M.Study on the Holdridge Life Zone and Potential Vegetation Spatial Patterns in China［D］.Lanzhou:Northwest Normal University，2009.

［21］ Hou Z.The Application of Holdridge Life Zone Classification Method in China［D］.Nanjing University of Information Science ＆Technology，2010.

［22］ Liu Z H，Lingtao L，McVicar T，van Niel T G，Yang Q K，Li R.Introduction of the professional interpolation software for meteorology data:ANUSPLINN.Meteorological Monthly，2008，34(2):92-100.

［23］ Pei H，Ao Y H，Li Y P，Liu Z L，Zhu Z Y，Wang W，Liang C Z.The research on the climate division of alashan league，Inner Mongolia.Journal of Arid Land Resources and Environment，2000，14(3):46-55.

［24］ Suriguga Z J T，Zhang B，Cheng J J，Tian S G，Zhang Q D，Liu S J.Numerical classification and ordination of forest communities in the Songshan National Nature Reserve.Acta Ecologica Sinica，2010，30(10):2621-2629.

［25］ Jia X N，Cheng J M，Wan H E.Application present situation of DCA、CCA、and DCCA Ordination of grassland vegetation communities in China.Chinese Agricultural Science Bulletin，2007，23(12):391-395.

［26］ Zhang J T.Quantitative Vegetation Ecology.Beijing:China Science and Technology Press，1995.

［27］ Bailey R G.Delineation of ecosystem regions.Environmental Management，1983，7(4):365-373.

［28］ Cheng Y Q，Zhang P Y.Progrest on eco-geographical regionalization researches.Acta Ecologica Sinica，2002，22(10):1599-1615.

［29］ Song Y C.Vegetation Ecology.Shanghai:East China Normal University Press，2001.

［30］ Zheng D.Chinese Ecological Geographic Area System Research.Beijing:The Commercial Press，2008.

［31］ Fan Z M，Yue T X，Tian Y Z.Temporal and spatial distribution and movement tendency of mean center of the Holdridge life zones in China.Acta Ecologica Sinica，2004，24(7):1380-1387.

［32］ Olson D M，Dinerstein E，Wikramanayake E D，Burgess N D，Powell G V N，Underwood EC，D'amico J A，Itoua I，Strand H E，Morrison J C，Loucks C J，Allnutt T F，Ricketts T H，Kura Y，Lamoreux J F，Wettengel W W，Hedao P，Kassem K R.Terrestrial ecoregions of the world:a new map of life on earth.BioScience，2001，51(11):933-938.

［33］ Guo Z H，Liu X M，Xiao W F，Meng C.Regionalization and integrated assessment of climate resource in China based on GIS.Resources Science，2007，29(6):2-9.

［34］ Fu B J，Chen L D，Liu G H.The objectives，tasks and characteristics of China ecological regionalization.Acta Ecologica Sinica，1999，19(5):591-595.

參考文獻(xiàn):

［1］ 吳紹洪，楊勤業(yè)，鄭度.生態(tài)地理區(qū)域系統(tǒng)的比較研究.地理學(xué)報(bào)，2003，58(5):686-694.

［4］ 高江波，黃姣，李雙成，蔡運(yùn)龍.中國自然地理區(qū)劃研究的新進(jìn)展與發(fā)展趨勢(shì).地理科學(xué)進(jìn)展，2010，29(11):1400-1407.

［5］ 竺可楨.中國氣候區(qū)域論.北極閣氣象研究所，1929.(請(qǐng)補(bǔ)充本條文獻(xiàn)信息)

［6］ 鄭度，葛全勝，張雪芹，何凡能，吳紹洪，楊勤業(yè).中國區(qū)劃工作的回顧與展望.地理研究，2005，24(3):330-344.

［7］ 黃秉維.中國綜合自然區(qū)劃的初步草案.地理學(xué)報(bào)，1958，24(4):348-365.

［8］ 侯學(xué)煜.中國自然生態(tài)區(qū)劃與大農(nóng)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略.北京:科學(xué)出版社，1988.

［9］ 楊勤業(yè)，李雙成.中國生態(tài)地域劃分的若干問題.生態(tài)學(xué)報(bào)，1999，19(5):596-601.

［10］ 楊勤業(yè)，鄭度，吳紹洪.中國的生態(tài)地域系統(tǒng)研究.自然科學(xué)進(jìn)展，2002，12(3):287-291.

［11］ 傅伯杰，劉國華，陳利頂，馬克明，李俊然.中國生態(tài)區(qū)劃方案.生態(tài)學(xué)報(bào)，2001，21(1):1-6.

［12］ 解焱，李典謨，Mackinnon J.中國生物地理區(qū)劃研究.生態(tài)學(xué)報(bào)，2002，22(10):1599-1615.

［13］ 任美鍔，楊紉章.中國自然地理綱要.北京:商務(wù)印書館，1985.

［14］ 任美鍔，包浩生.中國自然區(qū)域及開發(fā)整治.北京:科學(xué)出版社，1992.

［15］ 任美鱷，楊紉章.中國自然區(qū)劃問題.地理學(xué)報(bào)，1961，27(1):66-74.

［16］ 鄭度，楊勤業(yè)，趙名茶.自然地域系統(tǒng)研究.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，1997.

［17］ 范澤孟，岳天祥.中國Holdridge生命地帶及其多樣性的時(shí)空變化分析.地理研究，2005，24(1):121-129.

［18］ 張新時(shí).研究全球變化的植被-氣候分類系統(tǒng).第四紀(jì)研究，1993，(2):157-169.

［20］ 郝君明.中國Holdridge生命地帶與潛在植被空間格局研究［D］.蘭州:西北師范大學(xué)，2009.

［21］ 侯曌.Holdridge生命地帶分類方法在中國的應(yīng)用［D］.南京:南京信息工程大學(xué)，2010.

［22］ 劉志紅，Lingtao L，McVicar T，van Niel T G，楊勤科，李銳.專用氣候數(shù)據(jù)空間插值軟件 ANUSPLIN及其應(yīng)用.氣象，2008，34(2):92-100.

［23］ 裴浩，敖艷紅，李云鵬，劉鐘齡，朱宗元，王煒，梁存柱.內(nèi)蒙古阿拉善地區(qū)氣候區(qū)劃研究.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2000，14(3):46-55.

［24］ 蘇日古嘎，張金屯，張斌，程佳佳，田世廣，張欽弟，劉素軍.松山自然保護(hù)區(qū)森林群落的數(shù)量分類和排序.生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，30(10):2621-2629.

［25］ 賈曉妮，程積民，萬惠娥.DCA，CCA和 DCCA三種排序方法在中國草地植被群落中的應(yīng)用現(xiàn)狀.中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2007，23(12):391-395.

［26］ 張金屯.植被數(shù)量生態(tài)學(xué)方法.北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社，1995.

［28］ 程葉青，張平宇.生態(tài)地理區(qū)劃研究進(jìn)展.生態(tài)學(xué)報(bào)，2006，26(10):3424-3433.

［29］ 宋永昌.植被生態(tài)學(xué).上海:華東師范大學(xué)出版社，2001.

［30］ 鄭度.中國生態(tài)地理區(qū)域系統(tǒng)研究.北京:商務(wù)印書館，2008.

［31］ 范澤孟，岳天祥，田永中.中國Holdridge生命地帶平均中心的時(shí)空分布及其偏移趨勢(shì).生態(tài)學(xué)報(bào)，2004，24(7):1380-1387.

［33］ 郭志華，劉祥梅，肖文發(fā)，王建力，孟暢.基于GIS的中國氣候分區(qū)及綜合評(píng)價(jià).資源科學(xué)，2007，29(6):2-9.

［34］ 傅伯杰，陳利頂，劉國華.中國生態(tài)區(qū)劃的目的、任務(wù)及特點(diǎn).生態(tài)學(xué)報(bào)，1999，19(5):591-595.