山桐子的地理分布及其潛在適宜栽培區(qū)區(qū)劃

劉芙蓉，羅建勛，楊馬進(jìn)

(1.四川省林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所，四川 成都 610081； 2.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059)

山桐子的地理分布及其潛在適宜栽培區(qū)區(qū)劃

劉芙蓉1，2，羅建勛1*，楊馬進(jìn)1

(1.四川省林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所，四川 成都 610081； 2.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059)

山桐子；Maxent；地理分布區(qū)；適宜栽培區(qū)

山桐子(IdesiapolycarpaMaxim.)為大風(fēng)子科(Flacourtiaceae)山桐子屬(Idesia)落葉喬木，樹干通直，枝條輪生，樹形美觀[1]。山桐子為亞熱帶陽性速生樹種，其果實(shí)產(chǎn)量高，呈串狀，入秋后紅艷奪目，被喻為“美麗的樹上油庫”，是我國重要的木本油料樹種。果實(shí)和種子含油率高達(dá)20%以上[2]，油脂中不飽和脂肪酸的含量達(dá)70%左右[3]，對高血壓、高血脂等心腦血管疾病有很好的預(yù)防作用和輔助療效，具有很高的價值。作為重要的經(jīng)濟(jì)林樹種之一，山桐子具有較大的產(chǎn)業(yè)推廣前景，目前相關(guān)研究主要集中在良種選育、苗木繁殖、栽培技術(shù)和油脂成分等方面[3-5]，而其地理分布區(qū)及氣候特征等方面的研究還較少，對該樹種的適宜栽培區(qū)進(jìn)行區(qū)劃有利于推動山桐子產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

物種分布模型充分利用物種現(xiàn)有的分布資料和環(huán)境數(shù)據(jù)，分析環(huán)境因素與物種分布區(qū)的關(guān)系，并將該關(guān)系特性用于預(yù)測物種的潛在分布區(qū)。目前，大量基于GIS技術(shù)和數(shù)學(xué)算法發(fā)展而來的物種分布模型被用于瀕危植物保護(hù)[6-7]、外來物種入侵風(fēng)險(xiǎn)評估[8-10]，預(yù)測氣候變化對物種分布的影響[11]、野生植物引種栽培區(qū)區(qū)劃[12]等多個領(lǐng)域，如生態(tài)位因子模型(ENFA)、廣義線性模型(GLM)、最大熵值模型(Maxent)、神經(jīng)網(wǎng)各模型(ANN)、距離模型(Domain)和隨機(jī)森林模型(MARS)均是重要的物種分布模型[13-14]，這些生態(tài)學(xué)模型為物種資源的科學(xué)管理提供了重要依據(jù)。許多研究者對不同模型的模擬效果進(jìn)行了對比分析，曹向鋒等[15]利用Maxent、GARP、ENFA、Bioclim和Domain 5種生態(tài)位模型預(yù)測了黃頂菊在中國范圍內(nèi)的潛在適生分布區(qū)，并利用受試者工作特征曲線(ROC)比較不同模型的模擬精度，認(rèn)為Maxent的預(yù)測結(jié)果對黃頂菊的擬合度較高，預(yù)測的效果較好。殷曉潔等[16]利用Maxent模擬的蒙古櫟潛在分布區(qū)域覆蓋了蒙古櫟實(shí)際地理分布點(diǎn)的98%，表明模擬的我國蒙古櫟地理分布與實(shí)際分布非常符合，并利用我國蒙古櫟的地理分布概率與主導(dǎo)氣候因子的關(guān)系，得出了主導(dǎo)氣候因子的閾值。Maxent模型是基于最大熵理論發(fā)展起來的生態(tài)位模型，在物種潛在分布區(qū)的預(yù)測中效果較好，被廣泛用于經(jīng)濟(jì)作物的栽培區(qū)適宜性評價。采用物種分布模型對其地理分布范圍和主要環(huán)境因子進(jìn)行分析，對于指導(dǎo)山桐子的栽培推廣和產(chǎn)業(yè)布局具有重要意義。因此，本研究以山桐子的野生分布數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用Maxent模型對其適宜栽培區(qū)進(jìn)行預(yù)測，以期為山桐子推廣栽培的生產(chǎn)實(shí)踐工作提供指導(dǎo)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 山桐子分布數(shù)據(jù)的收集與整理

查詢中國數(shù)字植物標(biāo)本館(http://www.cvh.org.cn/)和國家科技部教學(xué)標(biāo)本資源共享平臺(http://mnh.scu.edu.cn/)等數(shù)據(jù)庫，收集全國范圍內(nèi)山桐子標(biāo)本信息，選取野生分布的位置，并查閱相關(guān)文獻(xiàn)記錄。結(jié)合山桐子實(shí)地調(diào)查，采用GPS對山桐子野生資源分布位置進(jìn)行定位，整理分布樣點(diǎn)，剔除重復(fù)的數(shù)據(jù)分布點(diǎn)，共確定了220個野生山桐子分布點(diǎn)，利用ArcGIS軟件整理成shp格式文件，用于繪制山桐子地理分布圖。

1.2 環(huán)境數(shù)據(jù)集來源

本文選擇了影響植物生長和分布的環(huán)境因子數(shù)據(jù)集，主要包括：氣候、海拔和土壤條件，共24個因子作為環(huán)境數(shù)據(jù)集。氣候和海拔數(shù)據(jù)來源于世界氣候數(shù)據(jù)庫(http://www.worldclim.org)，氣候數(shù)據(jù)是采用各地氣象站的氣象信息進(jìn)行插值生成的全球氣候數(shù)據(jù)，包括與溫度和降水量相關(guān)的19個生物氣候變量[17]，包括：年平均氣溫(bio1)、平均月氣溫變化范圍(bio2)、等溫性(bio3)、氣溫季節(jié)變化方差(bio4)、極端最高氣溫(bio5)、極端最低氣溫(bio6)、年氣溫幅度(bio7)、雨季平均氣溫(bio8)、干季平均氣溫(bio9)、最暖季平均氣溫(bio10)、最冷季平均氣溫(bio11)、年降水量(bio12)、最濕月降水量(bio13)、最干月降水量(bio14)、季降水量變異系數(shù)(bio15)、最濕季降水量(bio16)、最干季降水量(bio17)、最暖季降水量(bio18)、最冷季降水量(bio19)，數(shù)據(jù)空間分辨率為30″。

1.3 潛在分布區(qū)模擬及檢驗(yàn)

2 結(jié)果與分析

2.1 地理分布

2.2 氣候特征

利用最大熵模型評價25個環(huán)境因子對野生山桐子的貢獻(xiàn)率，以篩選并確定影響山桐子分布的主導(dǎo)因子。本文選擇累積貢獻(xiàn)率達(dá)85%的因子作為影響山桐子分布的主要因子，其貢獻(xiàn)率見表1，按順序大小依次為：最冷季平均氣溫(bio11)>極端最低氣溫(bio6)>平均月氣溫變化范圍(bio2)>氣溫季節(jié)變化方差(bio4)>雨季平均氣溫(bio8)>年降水水(bio12)>海拔>極端最高氣溫(bio5)>年均氣溫(bio1)。貢獻(xiàn)率的排序表明:低溫對山桐子分布區(qū)的影響極其重要，限制著植物是否能安全越冬；月平均氣溫變化范圍和氣溫季節(jié)變化方差則反映了物種對溫差變化的需求是否得到滿足，影響植物的正?；ㄑ糠只伴_花結(jié)實(shí)等；雨季平均氣溫反映了山桐子在生長季對水熱同步的需求；年降水量反映了植物對水分條件的需求和耐受能力；海拔反映了山桐子在垂直方向上的分布范圍；極端最高氣溫反映了山桐子對高溫的耐受范圍；年均氣溫反映了植物對全年總熱量的需求范圍。前9個累積貢獻(xiàn)率達(dá)86.6%，這表明山桐子對溫度的要求很高，而土壤因子的貢獻(xiàn)率相對較小，這可能是由于山桐子根系發(fā)達(dá)，耐貧瘠，對土壤養(yǎng)分條件的要求不太嚴(yán)格，因此，山桐子在重慶等地區(qū)的石漠化治理造林中應(yīng)用較廣泛[20]。

表1 影響山桐子分布的環(huán)境因子的貢獻(xiàn)率

2.3 潛在適宜栽培區(qū)

Maxent模型預(yù)測結(jié)果的AUC值為0.956，表明所構(gòu)建的模型預(yù)測精度達(dá)到了非常好的水平。山桐子潛在適宜栽培區(qū)的預(yù)測結(jié)果與實(shí)際分布區(qū)有很好的一致性，其潛在適宜栽植區(qū)主要集中在我國南方地區(qū)。山桐子的潛在最適宜和較高適宜栽培區(qū)主要分布在四川盆周山區(qū)、大巴山、武陵山、苗嶺、雪峰山、武功山、武夷山、九連山、戴云山、大別山、伏牛山、云貴高原以東、大瑤山和云開大山以北地區(qū)；而四川盆中丘陵地區(qū)、兩湖平原和鄱陽湖平原地區(qū)為一般適宜區(qū)，經(jīng)人工栽培試點(diǎn)的驗(yàn)證，山桐子在該區(qū)域可進(jìn)行正常的生長和結(jié)實(shí)；在一般適宜區(qū)與不適宜區(qū)的過渡地帶，為較低適宜區(qū)；而當(dāng)適宜性P<0.05的地區(qū)，不宜栽植山桐子。

由表2可知：山桐子在我國的最適宜區(qū)面積為431 717 km2，較適宜生長區(qū)面積為725 871 km2，一般適宜區(qū)為677 229 km2，較低適宜區(qū)為337 631 km2。適宜栽培區(qū)總面積較大的主要包括：四川、重慶、貴州、陜西、湖北、湖南、江西、安徽、浙江、河南、廣東、廣西、福建和臺灣地區(qū)；而云南、甘肅、江蘇、山東等省的適宜栽培區(qū)面積相對較小，統(tǒng)一歸并在其它地區(qū)。

表2 山桐子主要分布行政區(qū)內(nèi)不同等級的適宜栽培區(qū)面積

從最適宜栽培區(qū)來看，江西的面積最大，為65 744 km2，其次為湖南、湖北、貴州、四川、廣東、廣西、陜西和福建，而重慶、浙江、安徽、河南和臺灣的最適宜栽培區(qū)面積相對較小。從較高適宜栽培區(qū)來看，湖南的面積最大，為113 756 km2，其次為貴州、江西、福建、廣西、四川、湖北、浙江、廣東和重慶，而河南、陜西、臺灣的較高適宜栽培區(qū)面積相對較小。從一般適宜栽培區(qū)來看，廣西的面積最大，為98 603 km2，其次為四川、河南、湖北、湖南、廣東、浙江、安徽、貴州、陜西、重慶和福建，而江西、臺灣的一般適宜栽培區(qū)面積相對較小。從較低適宜栽培區(qū)來看，河南的面積最大，為34 439 km2，其次為廣西、廣東、四川、安徽、陜西、湖北、貴州地區(qū)，而浙江、臺灣、湖南、福建、重慶、江西的較低適宜栽培區(qū)面積相對較小。

3 討論

本文收集野生山桐子分布點(diǎn)220個，利用Maxent生態(tài)學(xué)模型預(yù)測了山桐子在中國的適生范圍，為山桐子適宜栽培區(qū)區(qū)劃提供了依據(jù)。Maxent模型在物種的潛在分布區(qū)研究中具有很高的價值[22]，本文預(yù)測的適宜栽培區(qū)與野生山桐子的實(shí)際分布區(qū)具有較高的一致性，精確度高，這與大多數(shù)研究結(jié)論一致[23]，可為該經(jīng)濟(jì)林樹種的產(chǎn)業(yè)化栽培范圍提供指導(dǎo)依據(jù)，有效避免盲目推廣發(fā)展。

4 結(jié)論

通過Maxent最大熵值模型對我國范圍內(nèi)的山桐子適宜栽培區(qū)進(jìn)行預(yù)測和區(qū)劃，結(jié)果表明：該樹種的栽培區(qū)與野生山桐子分布區(qū)范圍基本一致，主要集中在我國南方地區(qū)。潛在最適宜栽培區(qū)面積為431 717 km2，較適宜區(qū)面積為725 871 km2，一般適宜區(qū)為677 229 km2，較低適宜區(qū)為337 631 km2。山桐子的潛在最適宜和較高適宜栽培區(qū)主要分布在四川盆周、大巴山、武陵山、苗嶺、雪峰山、武功山、武夷山、九連山、戴云山、大別山、伏牛山、云貴高原以東、大瑤山和云開大山以北地區(qū)；而四川盆中丘陵地區(qū)、兩湖平原和鄱陽湖平原地區(qū)為一般適宜區(qū)。

綜上所述，本文對我國范圍內(nèi)野生山桐子的分布點(diǎn)、氣候和土壤因子進(jìn)行了分析，基本考慮到了山桐子分布的實(shí)際生態(tài)位，給出了山桐子的天然分布范圍，以及適生區(qū)的年均氣溫、降水量等氣候因子，區(qū)劃了山桐子的栽培適宜區(qū)，包括山桐子的潛在最適宜栽培區(qū)、較高適宜栽培區(qū)、一般適宜栽培區(qū)和較低適宜栽培區(qū)。本文在生物氣候因子的基礎(chǔ)上，加入了土壤因子，優(yōu)化分析了山桐子栽培區(qū)范圍和適宜性等級，為我國山桐子產(chǎn)業(yè)的推廣栽培提供參考。在今后的研究中，應(yīng)加強(qiáng)區(qū)域栽培試驗(yàn)工作，更好地對適宜栽培區(qū)預(yù)測工作進(jìn)行驗(yàn)證，以提高經(jīng)濟(jì)林樹種在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進(jìn)程中的推廣栽培效果。

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GeographicDistributionandRegionalizationofPotentialSuitableCultivatedAreaforIdesiapolycarpa

LIUFu-rong1,2,LUOJian-xun1,YANGMa-jin1

(1. Research Institute of Forestry, Sichuan Academy of Forestry, Chengdu 610081, Sichuan, China ; 2. College of Earth Sciences, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, Sichuan, China)

Idesiapolycarpa; Maxent; geographic distribution; suitable cultivated area

10.13275/j.cnki.lykxyj.2017.06.021

2017-05-05

山桐子高產(chǎn)、高含油良種選育與栽培示范(2015BAD15B02)；四川省科技計(jì)劃項(xiàng)目“木本油料突破性新品種選育、育種材料與方法創(chuàng)新”(2016NYZ0035-06)；四川省植物資源共享平臺建設(shè)項(xiàng)目(TJPT20160021)

劉芙蓉(1987—)，女，四川成都人，在讀博士.主要研究方向：林業(yè)資源遙感.E-mail:liu729103540@163.com

* 通訊作者：羅建勛(1964—)，男，四川成都人，博士，研究員.主要研究方向：林木種質(zhì)資源和林木遺傳育種.E-mail:jianxunl@163.com

S794

A

1001-1498(2017)06-1028-06

詹春梅)