名刊封面

《保护生物学》2009．6 消融的喜马拉雅 昆明植物研究所许建初等专家最近研究发现,气候变化正在使大喜马拉雅地区的冰川锐减。气温升高和冰雪消融的梯度效应一方面影响水资源的利用、生物多样性、生态系统边界的移动以及全球对气候变化的反馈等,另一方面,它增加亚洲在水供给和农业产最上的不确定性,对环境和社会产生了影响。     

入侵植物三裂叶豚草在中国的潜在适生区预测

[目的] 三裂叶豚草是中国重点防控的入侵植物,研究其潜在的适生区分布格局变化对预警防控具有重要意义。[方法] 基于MaxEnt优化模型预测当前及未来（RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5）气候情景下三裂叶豚草潜在的地理分布格局。[结果] 当调控倍频（RM）=3.5,FC（特征组合）=LQH（线性、二次型、片段化组合）时为最优模型,MaxEnt模型的预测结果较准确,受试者工作特征曲线下的面积（AUC值）达0.9287;综合8种途径评估出人类活动因子（hfp,贡献率69%）、等温性（bio3,贡献率8.9%）、温度季节变动系数（bio4,贡献率2.9%）、年降水量（bio12,贡献率7.3%）和海拔（ELEV,贡献率3.7%）是制约三裂叶豚草潜在地理分布的主要环境因子;在当前气候情景下,三裂叶豚草的高适生区主要集中在东北平原、江淮地区、京津冀、山东半岛等经济发达地区。[结论] 在未来气候变化情景下,三裂叶豚草在我国的潜在适生区范围总体呈现不同程度的缩减,即丧失率大于增加率;三裂叶豚草将有向南迁移的趋势;最冷月最低温度（bio6）是最不相似变量分析中出现频次最高的因子,表明温度因素对三裂叶豚草潜在地理分布变迁起到重要制约作用。本研究结果可为三裂叶豚草的预防和控制提供理论基础。     

近10年来蒙古高原植被覆盖变化对气候的响应

基于东亚干旱半干旱地区内蒙古和蒙古国67个气象站的观测资料和SPOTVEGETATION归一化植被指数(NDVI)数据,借助线性趋势、MK趋势性检验、最大化合成法和相关分析等常用数理统计方法,研究了内蒙古和蒙古国地区的植被覆盖变化和气候变化及其响应关系。结果表明:①近49年内蒙古和蒙古国地区年均气温显著上升,降水变化不明显。年均气温在空间上呈现出南高北低的空间分布格局,降水量表现出由西向东递增趋势。②空间分布上,内蒙的植被覆盖状况好于蒙古国。时间变化上,该地区植被覆盖变化分为2个阶段,1998—2001年NDVI呈整体退化趋势,2002—2012年波动上升,其中2009—2012年连续3a上升。空间变化上,内蒙古境内植被退化的区域主要集中在锡林郭勒盟周边地区,蒙古国境内退化的区域分布在中西部地区。③蒙古国境内荒漠和草原植被NDVI与降水呈正相关关系,与气温呈负相关。而对于内蒙古而言荒漠和草原植被的NDVI也与降水呈正相关关系,森林植被与气温呈正相关。就政策层面:内蒙古区域近年来受国家重大生态政策退耕还林、退牧还草的影响,大部分东部和西部植被恢复较快。在今后如果增强两国的文化和政策交流学习,将会对未来的游牧民族文化的保留和发展提供契机。     

植物物候对气候变化的响应

植物物候的变化可以直观地反映某些气候变化,尤其是气候变暖.植物生长节律的变化引起植物与环境关系的改变.生态系统的物质循环（如水和碳的循环）等过程将随物候而改变.不同种类植物物候对气候变化的响应的差异,会使植物间和动植物间的竞争与依赖关系也发生深刻的变化.目前欧洲、美洲、亚洲等许多地区均有关于春季植物物候提前,秋季物候推迟,使植物的生长季延长,从而提示气候变暖的趋势.植物物候的模拟模型构成生态系统生产力模型的重要部分.     

气候变化对马尾松潜在分布影响预估的多模型比较

物种分布模型被广泛应用于评估气候变化对物种分布的影响。随着计算机和统计学的发展, 模拟物种分布的模型层出不穷, 但对这些模型的相对表现知之甚少, 因此需要对其进行对比分析, 以便更可靠地评估气候变化的影响。该文采用3个比较新颖的组合集成学习(ensemble learning)模型(随机森林(random forest, RF)、广义助推法和NeuralEnsembles)、3个常规模型(广义线性模型、广义加法模型和分类回归树)、3个大气环流模型(global circulation model, GCM) (MIROC32_medres, JP; CCCMA_CGCM3, CA; BCCR-BCM2.0, NW)和一个气体排放情景(SRES_A2), 模拟分析了马尾松(Pinus massoniana)历史基准气候(1961-1990)和未来3个不同时期(2010-2039, 2020s; 2040-2069, 2050s; 2070-2099, 2080s)的潜在分布。基于环境阈值方法选择物种不发生区, 依据ClimateChina软件进行当前和未来气候数据的降尺度处理, 采用接收机工作特征曲线(receiver operator characteristic, ROC)下的面积(area under the curve, AUC)、Kappa值和真实技巧统计法(true skill statistic, TSS)以及马尾松种子区划范围来评价模型的预测精度。结果表明: 6个物种分布模型都具有较高的预测精度, 但组合集成学习模型的预测精度稍高于其他常规模型, 其中RF的预测精度最高。3个GCM和6个模型模拟条件下, 马尾松对气候变化的响应格局既有一致性也有异同性。一致性表现在: 随着时间的推移, 马尾松分布区将逐渐向北迁移, 未来潜在分布区的面积将逐渐增加; 异同性表现在: 在不同模型和不同气候情景下, 马尾松潜在分布区的迁移距离和面积变化幅度不同, 其中NW模式下预测的变化幅度小于CA和JP模式; RF模型预测的分布区迁移距离和面积变化幅度最大。随着时间的推移, 未来马尾松的18个潜在分布空间预测图(6个模型 × 3 GCM)之间的差异也逐渐增大, 其中空间不一致性地区主要集中发生在马尾松潜在分布区的北部和西部边缘地带。模型本身不同的构建原理以及GCM之间的差异是导致预测结果存在差异的主要原因。     

气候变化对内蒙古草原典型植物物候的影响

自然物候期是气候变化最直观的植物信号记录,自然物候变化是气候与自然环境变化的综合指标。基于1983—2009年内蒙古草甸草原、典型草原和荒漠草原区典型植物马兰草、霸王、贝加尔针茅和羊草生长期物候观测资料和同时段的气象观测资料,利用数理统计等方法,分析了不同草原区典型植物物候期与气候要素间的相互关系,结果表明:(1)1983—2009年内蒙古草原区植物物候期总体呈提前趋势,但地域差异明显,典型草原区植物萌芽返青、开花及黄枯期等物候提早趋势最为明显,说明不同草原区植物物候对气候变暖的区域响应不同。(2)内蒙古草原区植物物候期与气候变化密切相关。春季3—5月累积气温与植物萌芽返青期和开花期呈显著负相关,与日照时数为正相关,降水量对其影响不同草原区差异较大。荒漠草原和典型草原区植物黄枯期早晚与黄枯前1—2个月平均气温呈显著负相关,草甸草原区植物黄枯期与前1—2个月的降水量和日照时数有关,与气温关系不显著。(3)随着气候变暖,马兰草生长期缩短,霸王、贝加尔针茅和羊草生长期延长,其中典型草原区主要植物针茅生长季延长趋势最为明显,荒漠草原次之,草甸草原延长最少。     

西南地区红花龙胆分布格局模拟与气候变化影响评价

应用最大熵(MaxEnt)模型,基于230条分布记录及33个气候因子数据,模拟全新世中期(约6000年前)、当前时期(1950—2000年)和未来(2050s、2070s)气候条件下,红花龙胆西南地区的潜在分布范围;结合多元统计分析和ArcGIS空间分析,筛选影响物种分布的关键气候因子,探讨不同分布区对气候变化的敏感性.结果表明: 模型训练集AUC值为0.942,验证集AUC值为0.849,表明模型预测的准确性较高.5个气候因子(7月最高气温、8月最低气温、昼夜温差与年温差比值、7月最低气温和6月最低气温)对模型贡献最大,累计贡献率达59.9%.随未来气候变化,红花龙胆适生区将呈现先减少后增加的变化趋势,在RCP 8.5情景下,至2070s阶段,西南地区红花龙胆适宜生境总面积与当前气候条件相比减少15.0%,但云南境内适生区和高适生区面积较当前分别增加32.8%和32.7%.红花龙胆适宜生长于温暖、湿润的气候条件下,气候变暖明显影响着适宜生境的面积和范围,尤其低海拔分布区对气候变化较敏感,适宜生境退缩严重,而高海拔地区由于降水、温度条件的改善适宜生境有所增加.随着全球气候的变化,未来西南地区红花龙胆主要分布区可能向西迁移,并向更高海拔扩张.     

虫害叶损失造成的树木非结构性碳减少与树木生长、死亡的关系研究进展

大规模虫害爆发可造成区域森林死亡, 近年的气候变化进一步增加了虫害的频度和危害程度。森林和林地植物死亡会导致植被生产力降低, 改变生态系统结构和功能, 使森林由一个净的碳汇转变为一个碳源。因此, 加深虫害对树木危害机制的认识有重要意义。虫害造成的叶损失(虫害叶损失)降低树木光合作用能力, 增加非结构性碳(NSC)消耗, 使得树木体内碳储备降低, NSC降低到一定程度会导致树木因碳饥饿而死亡。外部环境和树木自身的补偿性机制也会对这个过程产生正或负的影响。在近年气候变化背景下, 树木死亡在全球尺度上增多, 重新激起了人们对碳饥饿的重视, 碳饥饿被视为解释树木死亡的主要生理机制之一。该文介绍了碳饥饿的定义, 综述了虫害叶损失减少树木NSC储备与树木生长、死亡的关系, 以及树木虫害和叶损失与气候变化之间的关系, 并对今后的研究进行了展望。     

贵州白鹇湖沉积物中孢粉记录的5.5kaB.P.以来的气候变化

通过对白鹇湖沉积物柱芯孢粉组合的剖面变化分析,在有机质14C定年基础上,探讨了白鹇湖地区过去5.5 ka calB.P.以来的植被演替和气候变化过程.研究结果表明,5500-4500 aB.P.期间,各类植被比较丰富,气候温暖湿润;4500-2750 aB.P.期间,干旱草本和蕨类植物开始出现,是气候转变过渡期;2750-1500 aB.P.期间,木本植物组合类型发生明显变化,喜湿草本减少,耐旱草本增加,气候向温凉干旱化发展;1500 aB.P.至今,木本植被和喜湿草本继续减少,中生耐旱草本和蕨类植物数量继续大幅增加,干旱化趋势明显,植被组合向典型石漠化植被组合类型发展.白鹇湖沉积物剖面孢粉组合变化表明,该地区近5000a来气候变化以温度下降、降水减少为主要趋势,并存在明显的陆地植被退化现象.研究还揭示了自然气候变化事件(如气候持续干旱)可导致喀斯特地区发生石漠化,证实了喀斯特地区生态环境具先天脆弱性.科学评估白鹇湖地区气候干旱化趋势及其生态环境影响对指导该地区科学应对气候变化具重要意义,亟待加强.     

土壤水分是中亚干旱区植被生长的驱动力

中亚干旱区(Arid Zone of Central Asia,ACA)作为全球典型的生态脆弱区,其植被对气候变化和人为活动极为敏感。因此,挖掘气候、土壤、地形和人为活动等因素对植被的独立影响和耦合作用,确定植被生长的关键因子对区域生态保护与恢复至关重要。以遥感数据为基础,利用Theil-Sen Median和Mann-Kendall趋势分析及检验方法,结合变异系数,评估了2001-2020年植被的时空动态,通过地理探测器与偏相关分析方法,定量分析了植被空间分异与时间变化的主要因素,评估植被适宜生境以促进植被恢复。结果表明:(1)近20年,中亚干旱区NDVI总体呈微弱上升趋势(0.00005/10a),有57.3%区域植被状况得到改善。整体上2008年植被NDVI值最低,而2016年达到最高,表现出下降-上升-下降的周期性波动。中亚北部草原(Northern Steppes of Central Asia, NSCA)区域植被年际波动明显,ACA中西部稳定性较差,其他区域相对稳定。(2)在植被的空间分异上,降水、土壤水分、土壤类型与植被类型对其具有显著的解释力。各驱动因素间交互作用均为双因子增强或非线性增强,整体上土地利用类型转移与坡向的交互作用最强,区域来看NSCA降水与土壤类型交互显著,其他区域植被类型与环境因子的交互作用显著。(3)植被与土壤水分和气候因子之间更多为正相关的促进作用,且植被对土壤水分的敏感性要高于降水和气温,土壤水分主导了43.8%区域的植被变化,是各生态分区中促进植被生长的主导因子。此外,温度主导影响的面积为 17.5%,超过降水(15.9%)和 SPEI(11.8%)。同时,人口密度与植被之间主要为弱负相关,但并不显著,表明人为活动对植被的负面影响有限。在植被恢复策略中,草地、农田和混交林是适宜的植被类型,有助于实现生态稳定和土地的可持续利用。研究提供了植被恢复和管理的科学依据,指导在自然因素和人为活动影响下选择适宜的植被类型。