葛永金,胡桂萍,劉躍鈞,沈愛華,王軍峰,何小勇*
(1.麗水市林業(yè)科學(xué)研究院博士工作站,浙江 麗水 323000;2.麗水市氣象臺,浙江 麗水 323000;3.浙江省林業(yè)科學(xué)研究院,浙江 杭州 310023)
楠木作為我國特有的珍貴用材,具有木材性能好、商業(yè)價值高等優(yōu)點,同時擁有歷史文化傳承、藝術(shù)收藏等價值,是頗受市場歡迎的珍貴用材,也是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展所必需的一種戰(zhàn)略資源。閩楠(Phoebe bournei)為樟科(Lauraceae)楠木屬(Phoebe Nees)的常綠高大喬木,是珍貴用材楠木的原植物之一,及我國特有的珍貴用材和優(yōu)良觀賞樹種。然而由于過度采伐及生境破壞,閩楠野生資源已近枯竭,科學(xué)合理的進(jìn)行保護(hù)和開發(fā)利用已刻不容緩,目前包括浙江省在內(nèi)的許多地區(qū)正在大力發(fā)展以閩楠為主的珍貴用材林。目前對閩楠的研究多集中在群落生態(tài),苗木繁育以及相應(yīng)栽培技術(shù)等方面。在氣候特征方面,筆者曾對閩楠分布區(qū)的氣候特征進(jìn)行過相關(guān)研究[1],但尚未涉及到閩楠的氣候區(qū)劃等方面的內(nèi)容。
在進(jìn)行樹種氣候區(qū)劃或引種適生區(qū)區(qū)劃時,以往都是通過復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型來進(jìn)行區(qū)劃,將分布區(qū)域進(jìn)行分類,并在相對應(yīng)的地圖上勾繪出其氣候區(qū)劃圖[2-6]。如王小平[7]在對白皮松進(jìn)行氣候區(qū)劃時,在白皮松分布區(qū)內(nèi)選取40個氣象樣點,采用ISODATA模糊聚類方法,將隸屬關(guān)系程度不同的樣點進(jìn)行分類,并與其地理位置相關(guān)聯(lián),從而將白皮松區(qū)劃為6個氣候區(qū)。在對中國雷竹引種和適生區(qū)域進(jìn)行研究時,用模糊相似優(yōu)先比方法,計算以長江中下游為中心的81個氣象站與雷竹原產(chǎn)地之間的相似程度,結(jié)合雷竹生物學(xué)特性和實際生產(chǎn)經(jīng)驗,對各分劃出3類適宜引種區(qū)[8]。在利用氣象軟件對樹種分布進(jìn)行區(qū)劃研究中,張清華[9]利用地理信息系統(tǒng)和生態(tài)信息系統(tǒng)軟件(IDRISI和GREEN),對珙桐(Davidia involucrata)適宜分布的氣候闡述進(jìn)行分析,并以此其適宜分布區(qū),此外還利用全球氣候預(yù)測模型(GCMs)預(yù)測30年后的氣候變化。蔣霞[10]通過定量分析西北干旱地區(qū)短葉假木賊(Anabasis brevifolia)、木蓼(Atraphaxis frutescens)、沙拐棗(Calligonum mongolicum)等10種荒漠植物的地理分布與氣候關(guān)系,利用Holdridge生物溫度、降水量和可能蒸散率3個指標(biāo)的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最大及最小值,對這10個荒漠植物可能潛在的分布區(qū)進(jìn)行了預(yù)測,并繪制了其潛在分布區(qū)域圖。本論文在前期閩楠分布區(qū)氣候特征研究的基礎(chǔ)上,應(yīng)用GrADS軟件,進(jìn)一步對閩楠進(jìn)行氣候區(qū)劃研究,以期為確定閩楠適宜栽培區(qū)和擴(kuò)大引種造林提供理論依據(jù)。
根據(jù)閩楠地理分布與氣候因子的定量關(guān)系,各氣象因子按照影響大小的排列次序依次為熱量、降水和低溫[1]。在此基礎(chǔ)上,參考文獻(xiàn)的研究成果[11-12],本文擬選擇年均溫、1月均溫、年降水量作為確定潛在引種區(qū)和適宜栽培區(qū)的氣候指標(biāo)。
在預(yù)測樹種分布區(qū)時,我們采用現(xiàn)有分布區(qū)氣候指標(biāo)的最大值、最小值以及所計算的分布最適宜范圍,從理論上反推閩楠的最適宜栽培范圍,即從植物種實際的點狀分布來預(yù)測其在面上分布[4]。其中閩楠最大分布范圍,由其對應(yīng)的氣象指標(biāo)的最大值和最小值來限定,從而繪制閩楠在理論上的潛在引種區(qū);由氣象指標(biāo)的最適宜范圍的上限和下限,來繪制其適宜栽培區(qū)。根據(jù)筆者的前期研究,閩楠分布區(qū)年均溫分布范圍為11.83 ~22.04 ℃,最適范圍為16.45~20.55 ℃;最低月均溫分布范圍為3.50 ~13.10 ℃,最適范圍為4.88~10.55 ℃;年降水量分布范圍為1 036~1 876 mm,最適范圍為1 274~1 738 mm[1]。
使用GrADS(Grid Analysis and Display System)軟件,利用中國氣象局1971—2000年地面氣象數(shù)據(jù),采取Kringing插值和九點平滑方案,繪制閩楠年均溫、最冷月均溫及年降水量氣候等單個因子的氣候區(qū)劃圖,再將3者疊加,以3個氣象因子適宜栽培區(qū)域,均重疊部分為最適宜栽培范圍、2個氣象因子重疊部分為適宜栽培范圍;以3個氣象因子潛在分布區(qū)域中,最大的區(qū)域范圍為潛在引種區(qū)范圍,其余區(qū)域則為不適宜區(qū)域。以此形成閩楠氣候區(qū)劃圖。
從圖1可以看出,由年均溫所推測的閩楠潛在分布區(qū)范圍廣闊,北起云南北部、四川中部、甘肅南部、山西中部到山東省大部分地區(qū),最北能延伸到河北中部到山東半島一帶,最南到廣東南部靠近海南一線。最適宜區(qū)則包括四川省東南部、云南省南部、廣西壯族自治區(qū)北部以及湖南省、江西省、福建省和浙江省等。與其他氣象因子相比,年均溫能夠反映了植物生長所需的熱量特征,因而在進(jìn)行樹種區(qū)劃時,是經(jīng)常選用的氣象因子,如符瑜[13]在確定黃連木潛在分布范圍時,也曾使用該因子,并認(rèn)為其最適宜于年均溫10℃左右的地區(qū)。
圖1 閩楠氣候區(qū)劃圖(年均溫)(Ⅰ為適宜栽培區(qū),Ⅱ為較適宜栽培區(qū))Fig.1 Climatic(MAT)regionalization on the distribution area(I is the most suitable distribution area and II is suitable distribution area)
圖2 閩楠氣候區(qū)劃圖(最冷月均溫)(Ⅰ為適宜栽培區(qū),Ⅱ為較適宜栽培區(qū))Fig.2 Climatic(MAT)regionalization on the distribution area(I is the most suitable distribution area and II is suitable distribution area)
從氣象因子最冷月均溫所預(yù)測的潛在分布范圍來看,閩楠分布北緣比年均溫所確定的北緣要南移很多,其北緣線包括云南省北部、四川省東南部,湖北省中部、安徽南部和江蘇北部,最南則和年均溫分布近似,接近海岸線。最適宜范圍包括云南省中南部、貴州省中南部,湖南南部到浙江杭州以南,涵蓋江西、浙江和福建大部分地區(qū)(圖2)。和圖1相比較,可以看出,最冷月均溫所預(yù)測的潛在分布范圍與年均溫相比要小很多,也說明低溫是影響閩楠分布的限制性因子。
從降水量來看,閩楠分布北緣為云南東南部、四川東南、湖北中南部、安徽南部和江蘇中南部一線,往南延伸至海岸線,在云南西南部西雙版納地區(qū),該地區(qū)屬熱帶季雨林氣候,也非常適宜閩楠的生長(圖3)。根據(jù)筆者實地調(diào)查,閩楠現(xiàn)有群落主要分布在水資源豐富的亞熱帶濕潤地區(qū),這些區(qū)域年平均降水量在1 505 mm左右,但是在炎熱的夏季,經(jīng)常面臨極端的干旱,閩楠生長需要充足的水分,且土壤含水量是樹木高生長和木材材積生長的主要限制因子[14]。季節(jié)性干旱對閩楠生長影響巨大,閩楠苗木在造林后的前2年時間內(nèi)最容易受到夏季嚴(yán)重干旱的影響。在干旱年份造林的閩楠苗木往往因為干旱缺水而死亡,導(dǎo)致造林成活率降低[15]。夏季季節(jié)性干旱對閩楠的影響機(jī)理值得深入研究。
圖3 閩楠氣候區(qū)劃圖(年降水量)(Ⅰ為適宜栽培區(qū),Ⅱ為較適宜栽培區(qū))Fig.3 Climatic(Precipitation)regionalization on the distribution area(I is the most suitable distribution area and II is suitable distribution area)
圖4 閩楠氣候區(qū)劃圖(Ⅰ為適宜栽培區(qū)、Ⅱ為較適宜栽培區(qū)、Ⅲ為潛在引種區(qū)、Ⅳ不適宜引種區(qū))ig.4 Climatic regionalization on the distribution area(I is the most suitable distribution area ,II is suitable distribution area,Ⅲ is the otential distribuation area andⅣis not suitable distribution area)
我們將圖1、圖2和圖3疊加,繪制成閩楠分布?xì)夂騾^(qū)劃圖(圖4),可以看出,閩楠適宜栽培區(qū)在東經(jīng)110~123°,北緯24~30°呈長方形分布,地理區(qū)域包括廣西北部、廣東北部,湖南中南部、江西贛東北以南、浙江中部以南,福建中部以北等廣大地區(qū);其相對應(yīng)的氣象指標(biāo)中,年均溫平均值在16.45~20.55℃,最冷月均溫在4.88~10.55℃,年降水量1 273.80~1 737.50 mm。浙江省北部、安徽省南部、湖北省南部,湖南省北部、貴州省中部和云南省南部、廣西自治區(qū)、廣東省南部、福建省南部為閩楠較適宜栽培范圍,這部分區(qū)域?qū)?yīng)的年均溫在20.55~22.04℃,最冷月均溫在10.55~13.10℃,年降水量在1 505.65~1 737.50 mm。閩楠年均溫最低線以南(11.83 ~16.45 ℃),最冷月均溫在 3.50 ~4.88 ℃,降水量在1 036.00~1 273.80 mm區(qū)間內(nèi)為潛在引種區(qū),其余地區(qū)則為閩楠不適宜引種區(qū)。
(1)在前期研究確定氣候主導(dǎo)因子的基礎(chǔ)上,通過繪制閩楠年均溫、最冷月均溫及年降水量氣候等單個因子的氣候區(qū)劃圖,并將其疊加,形成閩楠氣候區(qū)劃圖,將閩楠栽培區(qū)劃為適宜栽培區(qū)、較適宜栽培區(qū)、潛在引種區(qū)和不適宜引種區(qū)。研究結(jié)果顯示,閩楠潛在引種區(qū)和適宜栽培區(qū)域比現(xiàn)有閩楠分布區(qū)域大很多,這也間接說明閩楠目前的分布格局并不是氣候變化和影響的結(jié)果,而是人為活動的破壞。從年均溫指標(biāo)確定的潛在引種區(qū)和適宜栽培區(qū)域來看,能滿足閩楠生長的熱量指標(biāo)的區(qū)域最廣,往被延伸到最北能延伸到河北中部到山東半島一帶,往南直到沿海地區(qū)。但從最冷月均溫指標(biāo)來看,可以發(fā)現(xiàn),其潛在引種區(qū)和適宜栽培區(qū)比年均溫指標(biāo)確定的潛在引種區(qū)和適宜栽培區(qū)范圍要南移很多,說明最冷月均溫是限制閩楠引種北移的限制性因子。在閩楠潛在引種區(qū)造林時,應(yīng)謹(jǐn)慎選擇耐寒種源,逐步北移。在目前條件下,筆者不建議在非適宜引種區(qū)引種造林。
(2)在向閩楠分布區(qū)外的區(qū)域引種造林過程中,應(yīng)重點考慮的應(yīng)該是引種目的地年均溫、溫暖指數(shù)等主要反映溫度、生長期和日照狀況的氣候因子是否符合閩楠的生長需求。其次是降水量、蒸騰量等水分因子,而最高月均溫、極端最高溫等高溫因子影響較弱。從研究結(jié)果來看,閩楠向低緯度、低海拔地區(qū)引種成功的幾率比向高緯度、高海拔地區(qū)引種要高。從降水量指標(biāo)來看,其所確定的潛在引種區(qū)和最適宜引種區(qū)的區(qū)域亦同樣比年均溫指標(biāo)要南移很多,說明水分因子也是影響閩楠擴(kuò)大引種造林(向北部和向西部)引種造林的限制因子,應(yīng)加強(qiáng)閩楠對水分需求和低溫響應(yīng)機(jī)理的研究,為閩楠擴(kuò)大引種造林提供理論基礎(chǔ)和依據(jù)。
(3)在本研究中,采用GrADS軟件繪制氣候區(qū)劃圖,并通過圖形疊加的方法,繪制了首份閩楠氣候區(qū)劃圖,與以往繪制其他樹種氣候區(qū)劃圖相比[11],省卻了復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算和模型構(gòu)建,將復(fù)雜的科學(xué)過程簡易化。另外,潛在引種區(qū)域的分布圖可能與閩楠實際的地理分布存在誤差,這可能受限于目前所擁有的閩楠分布和氣象資料的限制,其次僅考慮了閩楠與大氣候的關(guān)系,而沒有考慮到諸如土壤、地形等地理因子。
[1]葛永金,王軍峰,方偉,等.閩楠地理分布格局及其氣候特征研究[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2012,34(4):749-753.
[2]黃智慧.毛白楊分布區(qū)氣候區(qū)劃的研究[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報,1992,14(3):26-32.
[3]徐化成,孫肇鳳,郭廣榮,等.油松天然林的地理分布和種源區(qū)的劃分[J].林業(yè)科學(xué),1984,17(3):258-270.
[4]童再康,范義榮.黃山松分布區(qū)氣候生態(tài)區(qū)劃[J].中南林學(xué)院學(xué)報,1993,13(1):81-87.
[5]陽含熙.植物生態(tài)的數(shù)量分類方法[M].北京:科學(xué)出版社,1981.
[6]袁嘉祖.模糊數(shù)學(xué)及其在林業(yè)中的應(yīng)用[M].北京:中國林業(yè)出版社,1988
[7]王小平,王九齡,劉晶嵐.白皮松分布區(qū)的氣候區(qū)劃[J].林業(yè)科學(xué),1999,35(4):101-106.
[8]黃必恒,方偉,許加意.中國雷竹引種與適生區(qū)域[J].浙江林學(xué)院學(xué)報,2001,18(1):10-14.
[9]張清華,郭泉水,徐德應(yīng).氣候變化對我國珍稀瀕危樹種珙桐地理分布的影響研究[J].林業(yè)科學(xué),2000,36(2):47-52.
[10]蔣霞,倪健.西北干旱區(qū)10種荒漠植物地理分布與大氣候的關(guān)系及其潛在分布區(qū)的估測[J].植物生態(tài)學(xué)報,2005,29(1):98-107.
[11]王小平,王九齡,劉晶嵐.白皮松分布區(qū)的氣候區(qū)劃[J].林業(yè)科學(xué),1999,35(4):101-106.
[12]郝佳波,司馬永康,徐亮.云南擬單性木蘭的地理分布與氣候因子的關(guān)系[J].西部林業(yè)科學(xué),2007,36(2):105-109.
[13]符瑜,潘學(xué)標(biāo),高浩.中國黃連木的地理分布與生境氣候特征分析[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2009,30(3):318-322.
[14]Chen J W,Zhang Q A,Li X S,et al.Gas exchange and hydraulics in seedlings of Hevea brasiliensis during water stress and recovery[J].Tree Physiol,2010,30:876-885.
[15]胡永顏,不同坡位對21年生閩楠人工林生長及生物量分配的影響[J].江蘇林業(yè)科技,2012,39(4):6-8.