八種木本植物分布區(qū)預(yù)測及適生性分析與景觀應(yīng)用研究

祝遵凌，火 艷，李燕楠

（南京林業(yè)大學 a. 風景園林學院；b. 藝術(shù)設(shè)計學院；c.南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210037）

八種木本植物分布區(qū)預(yù)測及適生性分析與景觀應(yīng)用研究

祝遵凌a，b，c，火 艷a，李燕楠a

（南京林業(yè)大學 a. 風景園林學院；b. 藝術(shù)設(shè)計學院；c.南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210037）

以《中國木本植物分布圖集》為植物分布數(shù)據(jù)來源，依據(jù)ClimateChina模型提取的2000s(1990～2009)、2020s(2040～2069)、2050s(2040～2069)三個時段的13個氣候變量數(shù)據(jù)為主要氣候信息源，采用最大熵法(MaxEnt)生態(tài)位模型對8種木本植物在中國范圍的潛在適生分布區(qū)進行模擬預(yù)測，分析了該8種木本植物在蘇北里下河地區(qū)的適生性以及在該地區(qū)高速公路沿線植物景觀優(yōu)化改造中的應(yīng)用。

中國木本植物；分布區(qū)預(yù)測；適生性；景觀應(yīng)用；MaxEnt模型；蘇北里下河

植物的適生分布區(qū)是指植物在地球上適宜生長的區(qū)域，是該植物重要的空間特征，其大小、形狀、種群豐富度等都是植物與環(huán)境長期相互作用的結(jié)果。在宏觀尺度上氣候條件是決定植物分布的主要因素，同時，分布在一定地理范圍內(nèi)的植物也是該區(qū)特定氣候的反映和標志[1-2]。大量的觀測研究表明[3-9]，溫度升高、降水格局變化及其他氣候極端事件，廣泛影響了植物的適生分布范圍，氣候條件的變化通常導致植物的適生分布區(qū)在緯向和高程上的遷移[10]。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）在2007前的第四次評估報告中指出，現(xiàn)代氣候變化已大不同于過去氣候變化，過去氣候變化緩慢，而現(xiàn)代氣候在100年內(nèi)的變化量已經(jīng)超過了過去上萬年才會后的變化量。因此定量研究植物的適生分布與氣候條件的關(guān)系，準確預(yù)測氣候變化對植物分布的影響，對于探索植物分布格局、保護和管理植物多樣性、進行植物引種栽培區(qū)劃以及解決一些有關(guān)適應(yīng)性的林業(yè)措施等問題具有十分重要的理論和現(xiàn)實意義。

選擇合適的樹種進行園林綠化必須考慮其適生性。蘇北里下河地區(qū)位于江蘇省中部，地勢低洼，有“鍋底”之稱，為四周高、中間低、由四周向中心微傾的寬淺碟形洼地。氣候處于亞熱帶向暖溫帶過渡地帶，具有明顯的季風氣候特征，日照充足，四季分明。年平均溫度14℃～16℃，無霜期210 d～220 d。區(qū)內(nèi)年平均降雨量為1 000 mm，汛期降雨量集中，6～9月降雨量約占年降雨量的65%，同時降雨量年際變化也較大。途徑該地區(qū)的高速公路有沿淮高速、寧靖鹽高速、啟揚高速和京滬高速，該四條高速公路穿越了大面積的濕地或地下水位較高的地區(qū)，形成了高速公路的植物景觀。通過實地調(diào)研并分析該地區(qū)綠化現(xiàn)狀，增加適生于該地區(qū)的優(yōu)秀景觀樹種并提供未來植物設(shè)計預(yù)案，具有重要的現(xiàn)實意義。

1 數(shù)據(jù)來源與分析方法

1.1 數(shù)據(jù)來源及處理

從《中國木本植物分布圖集》中獲取8種木本植物：大葉冬青Ilex latifolia、紅楠Machilus thunbergii、江南榿木Alnus trabeculosa、交讓木Daphniphyllum macropodum、蠟瓣花Corylopsis sinensis、馬醉木Pieris japonica、南方莢蒾Viburnum fordiae、香樟Cinnamomum camphora的地理分布范圍；從Climate China模型中提取2000 s （1990～ 2009）、2020 s（2040～ 2069）、2050 s（2040～2069）三個時段的13個氣候變量數(shù)據(jù)：年平均溫度（MAT，℃），平均最冷月溫度（MCMT，℃），平均最暖月溫度（MWMT，℃），氣溫年較差（TD，℃），平均年降水量（MAP，mm），平均夏季降水量（5～9月，MSP，mm），小于0℃積溫（DD_0，℃）、大于5℃積溫（DD5，℃）、年熱濕比（AHM，（MAT+10）/（MAP/1000））、夏季熱濕比（SHM，（MWMT）/（MSP/1000）、連續(xù)無霜期天數(shù)（FFP，d）、降雪量（PAS，mm）、極端最低溫（EMT，℃）。

掃描《中國木本植物分布圖集》中該8種木本植物的空間分布圖，加載到ArcGIS中，提取該8種木本植物在中國范圍的分布點：江南榿木分布點231個、交讓木分布點433個、紅楠分布點355個、香樟分布點874個、大葉冬青分布點225個、蠟瓣花分布點265個、南方莢蒾分布點429個、馬醉木分布點112個。

1.2 技術(shù)路線

植物空間分布圖配準、數(shù)字化→植物分布點數(shù)據(jù)提取→氣候變量數(shù)據(jù)提取→植物氣候變量相關(guān)分析→主要氣候變量提取→分布預(yù)測模型建立→模型驗證和精度評價→植物潛在分布圖→植物適生概率分析。

1.3 結(jié)果與分析

將篩選出的該8種木本植物分布影響對當前、2020 s、2050 s最主要的氣候變量數(shù)據(jù)代入MaxEnt模型，進行潛在及未來適生分布的空間建模，得到該8種木本植物在全國范圍內(nèi)2020 s和2050s時段的潛在適生分布預(yù)測概率如表1所示。

由表1知，未來隨著時間的推移，大葉冬青北部分布區(qū)的變化最為明顯，北部分布邊界區(qū)（即江蘇、安徽、湖北分布區(qū)）逐漸向北擴展，江蘇、安徽和湖北境內(nèi)大葉冬青的適生區(qū)逐漸增加；紅楠新適宜分布區(qū)向目前適宜分布區(qū)的北部和西部逐漸擴展，西南部分布區(qū)的變化最為明顯，廣西省境內(nèi)適宜紅楠的分布區(qū)增加較多，幾乎完全適合紅楠的生存；江南榿木新適宜分布區(qū)變化不大，新適宜分布范圍向目前適宜分布的中心有所收縮；交讓木北部分布區(qū)的變化最為明顯，北部分布邊界區(qū)（即江蘇、安徽、湖北分布區(qū)）逐漸向北擴展，江蘇、安徽和湖北境內(nèi)交讓木的適生區(qū)逐漸增加，適生概率增大。蠟瓣花新適宜分布區(qū)在江蘇省的變化最明顯，江蘇省境內(nèi)蠟瓣花的適生區(qū)逐漸向北擴展，適生范圍逐漸增加；南方莢蒾適宜分布區(qū)的北部分布邊界向北有一定的擴展；馬醉木的適宜分布區(qū)逐漸向西擴展，馬醉木在湖南省和貴州省境內(nèi)的適宜分布區(qū)增加，適生分布概率增大；香樟新適宜分布區(qū)變化不大，但在江蘇省、安徽省和湖北省的適生概率增大。

2 八種木本植物在蘇北里下河地區(qū)適生性分析

從宏觀氣候相似性的角度分析，將Climate China軟件提取的蘇北里下河地區(qū)2000 s、2020 s和2050s三個時段氣候變量數(shù)據(jù)與該8種木本植物適生分布區(qū)的氣候變量數(shù)據(jù)統(tǒng)計比較，發(fā)現(xiàn)蘇北里下河地區(qū)的氣候變量數(shù)值在該8種木本植物適生分布區(qū)的氣候變量范圍內(nèi)。說明該8種木本植物對蘇北里下河地區(qū)的氣候環(huán)境具有一定的適應(yīng)性。該8種木本植物2000 s、2020 s和2050 s三個時段在蘇北里下河地區(qū)的適生概率如表2所示。

參照文獻[11-15]對適生概率的描述并結(jié)合八種木本植物在我國分布區(qū)發(fā)生的程度，認為適生概率大于0.5的地區(qū)適合植物的生長。結(jié)合模擬出

的直觀潛在適生分布圖和氣候條件的對應(yīng)性分析得出，2000 s時段適合在蘇北里下河地區(qū)生長的有：江南榿木、交讓木、香樟。2020 s時段適合在蘇北里下河地區(qū)生長的有：大葉冬青、江南榿木、交讓木、蠟瓣花、香樟。2050 s時段適合在蘇北里下河地區(qū)生長的有：大葉冬青、紅楠、江南榿木、交讓木、蠟瓣花、馬醉木、南方莢蒾、香樟。

表1 八種木本植物在2000s、2020s、2050s潛在分布區(qū)預(yù)測Table 1 Prediction of potential distribution area of eight woody plants in 2000s/2020s/2050s

續(xù)表1Continuation of table 1

表2 八種木本植物在蘇北里下河地區(qū)三個時段的適生概率Table 2 Suitable probability of eight woody plants in Lixia river region, northern Jiangsu province in three year periods

3 八種木本植物對蘇北里下河地區(qū)高速沿線植物景觀的優(yōu)化

3.1 蘇北里下河地區(qū)高速沿線地區(qū)植物景觀分析

3.1.1 生長期植物景觀

京滬高速建成于1993年，沿線兩側(cè)的植物配置模式多為純楊樹林、女貞+楊樹林、水杉+楊樹林植物群落，植物群落比較單調(diào)。邊坡上雜草叢生缺少花灌木及地被植物，景觀層次性和效果不佳。

靖鹽高速、鹽淮高速建成于2002年，多使用楊樹林作為背景林。臨近路基處搭配使用欒樹、女貞、紫葉李、垂柳、水杉，長勢良好但種類不多，缺少常綠植物及中層花灌木。鹽淮高速公路穿越的濕地最多，面積最大，因此一些路段兩側(cè)形成了大量的水域景觀，但水生植物應(yīng)用較少。

啟揚高速建成于2008年，沿線兩側(cè)應(yīng)用的植物種類相對前三條高速要多，且較注重花灌木如木槿、木芙蓉、傘房決明、石榴、碧桃、及色葉植物紅楓、紫葉李等的應(yīng)用，植物配置時結(jié)合喬灌草搭配，道路景觀較為美觀。

3.1.2 休眠期植物景觀

該4條高速公路沿線兩側(cè)應(yīng)用的落葉植物較多，缺少常綠植物，影響全年植物景觀效果，因此需要增加常綠植物種類，提升冬季植物景觀效果。

3.2 八種木本植物在該地區(qū)植物的景觀優(yōu)化方案

目前該地區(qū)木本植物景觀類型主要為林帶景觀和濕地景觀。結(jié)合適生性分析獲得的結(jié)論，選擇在2020 s、2050 s適生與該地區(qū)的樹種作為景觀優(yōu)化的重點樹種，提出未來植物景觀優(yōu)化方案。

3.2.1 林帶景觀優(yōu)化

目前該地區(qū)林帶景觀主要為水杉+楊樹林群落、紫葉李+欒樹+楊樹林群落和木槿+木芙蓉+櫸樹+楊樹林群落。

2020 s時段，在水杉+楊樹林群落中加入觀花地被植物美人蕉，觀花灌木紫薇、蠟瓣花，常綠喬木交讓木、大葉冬青，濕地造林植物江南榿木，形成美人蕉+蠟瓣花+紫薇+交讓木+大葉冬青+水杉+江南榿木與楊樹混交林群落。在紫葉李+欒樹+楊樹林群落中加入觀花灌木紫薇、蠟瓣花，常綠喬木香樟，濕地造林植物江南榿木，形成蠟瓣花+紫薇+紫葉李+欒樹+香樟+江南榿木與楊樹混交林群落。在木槿+木芙蓉+櫸樹+楊樹林群落中加入春季觀花灌木蠟瓣花，常綠喬木香樟，濕地造林植物江南榿木，形成蠟瓣花+木槿+木芙蓉+櫸樹+香樟+楊樹與江南榿木混交林群落。

2050 s時段，在水杉+楊樹林群落中加入春季觀花灌木蠟瓣花、南方莢蒾，常綠喬木交讓木、大葉冬青，濕地造林植物江南榿木，形成蠟瓣花+南方莢蒾+交讓木+大葉冬青+水杉+江南榿木與楊樹混交林群落。在紫葉李+欒樹+楊樹林群落中加入春季觀花灌木蠟瓣花、南方莢蒾，常綠喬木香樟、紅楠，濕地造林植物江南榿木，形成蠟瓣花+南方莢蒾+紫葉李+欒樹+紅楠+香樟+江南榿木與楊樹混交林群落。在木槿+木芙蓉+櫸樹+楊樹林群落中加入春季觀花灌木蠟瓣花，常綠灌木馬醉木，常綠喬木香樟、紅楠，濕地造林植物江南榿木，形成蠟瓣花+木槿+木芙蓉+馬醉木+櫸樹+紅楠+香樟+楊樹與江南榿木混交林群落。

3.2.2 濕地景觀優(yōu)化

目前該地區(qū)濕地沒有綠化，水生植物種類較少。

2020 s時段，在近高速公路處栽植常觀花灌木蠟瓣花、常綠喬木香樟，栽植不可過密，以免遮擋后面的水景，下層種植觀花地被鳶尾；臨近水面的地方點植色葉植物紅楓、水杉、落葉喬木垂柳、楓楊，水邊種植水生植物蘆葦、再力花、香蒲；水中栽植荷花、睡連；背景林可選擇常綠喬木大葉冬青、濕地造林植物江南榿木。

2050 s時段，可在近高速公路處栽植常綠灌木馬醉木，常綠喬木紅楠、香樟，下層可種植觀花地被二月蘭；臨近水面的地方點植觀花灌木南方莢蒾、蠟瓣花，落葉喬木烏桕、色葉喬木櫸樹，水邊種植蘆葦、美人蕉、再力花、千屈菜；水中栽植荷花、睡蓮及一些去污能力較強的沉水植物；背景林可選擇常綠喬木大葉冬青、濕地造林植物江南榿木。

4 討 論

通過MaxEnt模型預(yù)測了8中木本植物在當前和未來的分布區(qū)域，并分析了其在蘇北里下河地區(qū)的適生性，提出了針對該地區(qū)植物配置的優(yōu)化方案。該種基于模型預(yù)測的研究方法，普遍適用于多種園林樹種，在未來氣候變壞下對其變化趨勢的分析，也普遍適用于同一樹種在全國各地的適生性分析。因此，該方法具有可推廣性，建立在該研究方法上篩選出的景觀優(yōu)化植物種類有著這對當?shù)氐睦碚摽尚行浴Ａ硗?，該方法也指導著未來氣候變化下苗圃地樹種的規(guī)劃、各地園林樹木的栽培養(yǎng)護方案，有著重要的意義。但是，該方法屬于理論層面，還需在各地進行試驗以評估研究結(jié)果的準確性。同時，該方法主要考慮了影響植物生長較大的氣候因素，而對于土壤、地形、水質(zhì)等其他因素并未加以考慮，未來可以深入研究以完善模型。另外，隨著氣候的變化，研究立足的《中國木本植物分布圖集》的數(shù)據(jù)有待進一步實地調(diào)研加以更新。

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Distribution prediction of eight kinds of woody plants and adaptability analysis and landscape application in Lixia river region, Jiangsu province

ZHU Zun-linga,b,c, HUO Yana, LI Yan-nana
(a. College of Arts & Design; b. College of Landscape Architecture; c. Co-Innovation Center for Sustainable Forestry in Southern China,Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, Jiangsu, China)

By taking Atlas of Woody Plants in China as plants distribution data sources，13 climate variables data extracted by ClimateChina model in 2000s(1990～2009), 2020s(2010～2039）and 2050s(2040～2069) as main climate information sources, the eight kinds of woody plants’ potential suitable distribution areas in range of China were simulated and predicted by using MaxEnt niche model. Further, the adaptability of the eight kinds of woody plants in Lixia river region, northern Jiangsu province and the applications of the eight kinds of woody plants in the plant landscape optimizing transformation along highway in the region were analyzed.

China woody plants; distribution region prediction; adaptability; landscape application; MaxEnt model; Lixia river region

S727.5

A

1673-923X(2015)06-0001-06

10.14067/j.cnki.1673-923x.2015.06.001

2014-10-14

國家自然科學基金項目：“高速公路沿線濕地植物景觀動態(tài)變化機理研究——以蘇北里下河地區(qū)為例”（31270741）；江蘇省 “青藍工程”資助項目；江蘇省高校優(yōu)勢學科建設(shè)工程資助項目

祝遵凌，博士，教授；E-mail：zhuzunling@aliyun.com

祝遵凌,火 艷,李燕楠. 八種木本植物分布區(qū)預(yù)測及適生性分析與景觀應(yīng)用研究[J].中南林業(yè)科技大學學報, 2015,35(6): 1-6.

[本文編校：吳 彬]