貴州省小油桐氣候適宜性對未來氣候變化的響應(yīng)

白玉梅，韓會慶*，張嬌艷，張新鼎

（1.貴州理工學(xué)院建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，貴州 貴陽 550003；2.貴州省氣候中心，貴州 貴陽 550002）

森林生態(tài)系統(tǒng)是氣候變化響應(yīng)較為敏感和脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，氣候變化改變了森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和分布范圍[1,2]。如Sevegnani等認為高溫和降水對巴西南部的森林植被結(jié)構(gòu)具有決定性作用[3]。吳正方等研究認為氣候變暖使得我國東北地區(qū)闊葉紅松林明顯北移[4]。未來氣候變化對森林生態(tài)系統(tǒng)分布的影響多利用預(yù)測模型進行分析，如Upgupta等利用Ibs Dgcm和Lpj Dgvm模型預(yù)測了喜馬偕爾邦地區(qū)未來不同排放情景下森林植被變化，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)森林類型發(fā)生較大轉(zhuǎn)變[5]。牟艷玲等利用地理信息系統(tǒng)和Logistic回歸模型模擬了氣候變化影響下我國北方森林分布，發(fā)現(xiàn)至2071-2100年，我國北方森林分布范圍將發(fā)生很大變化[6]。然而，這些研究多關(guān)注防護林對氣候變化的響應(yīng)，鮮有關(guān)注經(jīng)濟林對氣候變化的響應(yīng)。

小油桐系大戟科灌木，為熱帶和亞熱帶植物，在我國西南地區(qū)分布廣泛。由于小油桐對干旱、高熱、瘠薄的適應(yīng)能力較強，它常用作建造防護林和保持水土[7]。同時，小油桐的種子含油量高達40%，這使得小油桐成為世界重要的油料植物。小油桐作為重要的油料樹種，它對我國乃至全球能源安全及能源結(jié)構(gòu)調(diào)整具有重要作用。因此，本研究以貴州省為例，探究小油桐種植氣候適宜性對未來氣候變化的響應(yīng)，以期為該區(qū)小油桐種植科學(xué)規(guī)劃、小油桐產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 數(shù)據(jù)來源與處理

歷史氣候數(shù)據(jù)（1986-2005年）由貴州省氣候中心提供，主要涉及貴州省84個氣象站點逐日氣溫數(shù)據(jù)。未來氣候數(shù)據(jù)（2016-2100年）來源于國家氣候中心，涉及預(yù)估的RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5三種不同情景下貴州省逐日氣溫數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)是利用CMIP5 全球氣候模式進行預(yù)估，精度為 0.5°×0.5°[8]。為提高精度，將氣候預(yù)估數(shù)據(jù)插值至貴州省84個氣象站點，經(jīng)驗證該數(shù)據(jù)在貴州省精度較高，可以滿足未來氣候變化分析[9]。

1.2 研究方法

1.2.1 指標體系構(gòu)建

依據(jù)谷曉平、江滌非等學(xué)者研究成果[10,11]，結(jié)合氣候數(shù)據(jù)可得性，選取年平均氣溫、＞10℃積溫、極端最低氣溫、最冷月平均氣溫4個指標，構(gòu)建貴州省小油桐氣候適宜性評價指標體系，按各指標適宜程度，分為 I、II、III 3 個等級，并分別賦予 3、2 和 1 分，最后利用層次分析法確定權(quán)重。

1.2.2 評價方法占土地總面積的5.58%（表2）。從空間格局看，適宜區(qū)集中貴州省南部，次適宜主要分布適宜區(qū)北部地區(qū)以及貴州省東北部和西北部零星地區(qū)，不適宜區(qū)集中貴州省東部、中部、西部和北部大部分地區(qū)（圖1）。

圖1 1986-2005年貴州省小油桐氣候適宜性空間格局Fig.1 Spatial pattern of climatic suitability of Jatropha curcas from 1986 to 2005 in Guizhou province

表1 貴州省小油桐氣候適宜性評價指標體系Table 1 Climate suitability indices of Jatropha curcas in Guizhou province

表2 1986-2005年貴州省小油桐氣候適宜性面積和比例Table 2 Area and the proportion of climatic suitability of Jatropha curcas from 1986 to 2005 in Guizhou province

式中，S為氣候適宜性分值（介于1～3分），C為指標等級分值，Q為權(quán)重。依據(jù)貴州省小油桐實地生長條件， 分別將 S＞2、1.5＜S≤2、S≤1.5 確定為適宜區(qū)、次適宜區(qū)和不適宜區(qū)。

2 結(jié)果與分析

2.1 1986-2005年貴州省小油桐氣候適宜性

1986-2005年間，貴州省小油桐氣候適宜性以不適宜為主，占土地總面積的81.51%，其次為適宜區(qū)，占土地總面積的12.91%，次適宜區(qū)面積較小，僅

2.2 未來氣候變化情景下貴州省小油桐氣候適宜性

RCP2.6、RCP4.5和 RCP8.5情景下 2016-2035年貴州省小油桐氣候適宜性以不適宜區(qū)為主，RCP2.6情景下2081-2100年小油桐氣候適宜性以次適宜區(qū)為主，RCP2.6情景下2046-2065年、RCP4.5和RCP8.5情景下2046-2065年和2081-2100年小油桐氣候適宜性以適宜區(qū)為主。從不同適宜等級看，由2016-2035年至2081-2100年，各情景下不適宜區(qū)面積和比例均呈下降趨勢。RCP2.6和RCP4.5情景下次適宜區(qū)面積和比例呈增加趨勢，RCP8.5情景下次適宜區(qū)面積和比例呈下降趨勢。各情景下適宜區(qū)面積和比例均呈增加趨勢（表3）。

RCP2.6、RCP4.5和 RCP8.5情景下 2016-2035年適宜區(qū)集中貴州省南部和東南部地區(qū)，次適宜區(qū)主要分布東南部和西南部地區(qū)，其他大部分地區(qū)為不適宜區(qū)。RCP2.6和RCP4.5情景下2046-2065年適宜區(qū)主要集中南部和東部地區(qū)，次適宜區(qū)主要分布東北部和西南部地區(qū)，不適宜區(qū)主要分布西部和北部地區(qū)。RCP2.6和RCP4.5情景下2081-2100年適宜區(qū)主要集中南部和東部地區(qū)，次適宜區(qū)主要分布北部地區(qū)，不適宜區(qū)主要分布西部地區(qū)。RCP8.5情景下2046-2065年貴州省大部分地區(qū)為適宜區(qū)，僅有西部小部分地區(qū)為次適宜區(qū)和不適宜區(qū)。RCP8.5情景下2081-2100年全省全部地區(qū)為適宜區(qū)（圖 2）。

與1986-2005年相比，各情景下2016-2035年適宜區(qū)向北部和東南部擴張，次適宜區(qū)向東南部和西南部擴張，全省南部、西南部和東南部不適宜區(qū)減少。RCP2.6和RCP4.5情景下2046-2065年和2081-2100年適宜區(qū)向北部和東部擴張，次適宜區(qū)向東北部和北部擴張，全省北部、東部的不適宜區(qū)縮小。RCP8.5情景下2046-2065年和2081-2100年適宜區(qū)向東部、北部、中部、西部大范圍擴張，次適宜區(qū)和不適宜區(qū)僅保留在西部零星地區(qū)或消失（圖1和圖 2）。

2.3 小油桐氣候適宜性影響因素

與 1986-2005 年相 比，RCP2.6、RCP4.5 和RCP8.5情景下各時期年平均氣溫、最冷月平均氣溫、極端最低氣溫和＞10℃積溫均呈增加趨勢。其中2016-2035年各氣候因子增加幅度增加較小，2046-2065年和2081-2100年各氣候因子增加幅度較大（表4）。從各氣候因子適宜等級變化看，與1986-2005年相比，除RCP8.5情景2081-2100年年平均氣溫適宜等級由II級提高到I級外，其他情景各時期年平均氣溫適宜等級無變化。與1986-2005年相比，最冷月平均氣溫適宜等級由III級提高到II級和I級。除各情景2016-2035年極端最低氣溫和＞10℃積溫適宜等級無變化外，各情景其他時期極端最低氣溫適宜等級由III級提高到II級和I級，＞10℃積溫適宜等級由II級提高到I級（表5）。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

本研究發(fā)現(xiàn)未來氣候變化影響下貴州省小油桐氣候適宜性提高，適宜區(qū)和次適宜區(qū)呈擴張趨勢，這與代勁松等對中國亞熱帶油茶溫度適宜性[12]、杜堯東等對中國亞熱帶柑橘氣候適宜性[13]、胡雪瓊等對云南烤煙氣候適宜性等[14]研究結(jié)果基本一致，這說明未來氣候變化影響下，氣候變暖提高了灌木（包括果樹）氣候適宜性。全球氣候變暖驅(qū)動下全球各地干旱和極端降雨頻發(fā)，將深刻影響森林分布[15]。本研究僅選擇氣溫作為影響小油桐氣候適宜性的因子，這是當前研究的不足。今后將確定降水對小油桐氣候適宜性影響的基礎(chǔ)上，構(gòu)建包括氣溫、降水因子的小油桐氣候適宜性評價指標體系，從而提高評估的準確性。此外，由于無法獲取未來時段光照數(shù)據(jù)，故而本研究沒有考慮關(guān)照的影響，今后如能獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，再進行相關(guān)研究。

表3 未來氣候變化情景下貴州省小油桐氣候適宜性面積和比例Table 3 Area and the proportion of climatic suitability of Jatropha curcas under future climate change scenario in Guizhou province

圖2 未來氣候變化情景下貴州省小油桐氣候適宜性空間格局Fig.2 Spatial pattern of climatic suitability of Jatropha curcas under future climate change scenario in Guizhou province

表4 貴州省氣候因素變化（相對于1986-2005年）Table 4 Average value change of climate factors in Guizhou province(compared to 1986-2005)

3.2 結(jié)論

未來RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下2016-2035年貴州省小油桐不適宜區(qū)面積和比例較大，除RCP2.6情景下2081-2100年外，其他時期適宜區(qū)占主導(dǎo)地位。除RCP8.5情景下2046-2065年和2081-2100年外，其他情景各時期適宜區(qū)主要分布南部和東南部，次適宜區(qū)多集中東北部和西南部，不適宜區(qū)主要分布北部和西部。與1986-2005年相比，未來氣候變化各情景下適宜區(qū)向北部和東南部擴張，次適宜區(qū)向東北部和西南部擴張，不適宜區(qū)縮小。

表5 貴州省氣候因素適宜等級變化Table 5 Change of climatic suitability levels in Guizhou province