八种木本植物分布区预测及适生性分析与景观应用研究

祝遵凌，火 艳，李燕楠

（南京林业大学 a. 风景园林学院；b. 艺术设计学院；c.南方现代林业协同创新中心，江苏 南京 210037）

八种木本植物分布区预测及适生性分析与景观应用研究

祝遵凌a，b，c，火 艳a，李燕楠a

（南京林业大学 a. 风景园林学院；b. 艺术设计学院；c.南方现代林业协同创新中心，江苏 南京 210037）

以《中国木本植物分布图集》为植物分布数据来源，依据ClimateChina模型提取的2000s(1990～2009)、2020s(2040～2069)、2050s(2040～2069)三个时段的13个气候变量数据为主要气候信息源，采用最大熵法(MaxEnt)生态位模型对8种木本植物在中国范围的潜在适生分布区进行模拟预测，分析了该8种木本植物在苏北里下河地区的适生性以及在该地区高速公路沿线植物景观优化改造中的应用。

中国木本植物；分布区预测；适生性；景观应用；MaxEnt模型；苏北里下河

植物的适生分布区是指植物在地球上适宜生长的区域，是该植物重要的空间特征，其大小、形状、种群丰富度等都是植物与环境长期相互作用的结果。在宏观尺度上气候条件是决定植物分布的主要因素，同时，分布在一定地理范围内的植物也是该区特定气候的反映和标志[1-2]。大量的观测研究表明[3-9]，温度升高、降水格局变化及其他气候极端事件，广泛影响了植物的适生分布范围，气候条件的变化通常导致植物的适生分布区在纬向和高程上的迁移[10]。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）在2007前的第四次评估报告中指出，现代气候变化已大不同于过去气候变化，过去气候变化缓慢，而现代气候在100年内的变化量已经超过了过去上万年才会后的变化量。因此定量研究植物的适生分布与气候条件的关系，准确预测气候变化对植物分布的影响，对于探索植物分布格局、保护和管理植物多样性、进行植物引种栽培区划以及解决一些有关适应性的林业措施等问题具有十分重要的理论和现实意义。

选择合适的树种进行园林绿化必须考虑其适生性。苏北里下河地区位于江苏省中部，地势低洼，有“锅底”之称，为四周高、中间低、由四周向中心微倾的宽浅碟形洼地。气候处于亚热带向暖温带过渡地带，具有明显的季风气候特征，日照充足，四季分明。年平均温度14℃～16℃，无霜期210 d～220 d。区内年平均降雨量为1 000 mm，汛期降雨量集中，6～9月降雨量约占年降雨量的65%，同时降雨量年际变化也较大。途径该地区的高速公路有沿淮高速、宁靖盐高速、启扬高速和京沪高速，该四条高速公路穿越了大面积的湿地或地下水位较高的地区，形成了高速公路的植物景观。通过实地调研并分析该地区绿化现状，增加适生于该地区的优秀景观树种并提供未来植物设计预案，具有重要的现实意义。

1 数据来源与分析方法

1.1 数据来源及处理

从《中国木本植物分布图集》中获取8种木本植物：大叶冬青Ilex latifolia、红楠Machilus thunbergii、江南桤木Alnus trabeculosa、交让木Daphniphyllum macropodum、蜡瓣花Corylopsis sinensis、马醉木Pieris japonica、南方荚蒾Viburnum fordiae、香樟Cinnamomum camphora的地理分布范围；从Climate China模型中提取2000 s （1990～ 2009）、2020 s（2040～ 2069）、2050 s（2040～2069）三个时段的13个气候变量数据：年平均温度（MAT，℃），平均最冷月温度（MCMT，℃），平均最暖月温度（MWMT，℃），气温年较差（TD，℃），平均年降水量（MAP，mm），平均夏季降水量（5～9月，MSP，mm），小于0℃积温（DD_0，℃）、大于5℃积温（DD5，℃）、年热湿比（AHM，（MAT+10）/（MAP/1000））、夏季热湿比（SHM，（MWMT）/（MSP/1000）、连续无霜期天数（FFP，d）、降雪量（PAS，mm）、极端最低温（EMT，℃）。

扫描《中国木本植物分布图集》中该8种木本植物的空间分布图，加载到ArcGIS中，提取该8种木本植物在中国范围的分布点：江南桤木分布点231个、交让木分布点433个、红楠分布点355个、香樟分布点874个、大叶冬青分布点225个、蜡瓣花分布点265个、南方荚蒾分布点429个、马醉木分布点112个。

1.2 技术路线

植物空间分布图配准、数字化→植物分布点数据提取→气候变量数据提取→植物气候变量相关分析→主要气候变量提取→分布预测模型建立→模型验证和精度评价→植物潜在分布图→植物适生概率分析。

1.3 结果与分析

将筛选出的该8种木本植物分布影响对当前、2020 s、2050 s最主要的气候变量数据代入MaxEnt模型，进行潜在及未来适生分布的空间建模，得到该8种木本植物在全国范围内2020 s和2050s时段的潜在适生分布预测概率如表1所示。

由表1知，未来随着时间的推移，大叶冬青北部分布区的变化最为明显，北部分布边界区（即江苏、安徽、湖北分布区）逐渐向北扩展，江苏、安徽和湖北境内大叶冬青的适生区逐渐增加；红楠新适宜分布区向目前适宜分布区的北部和西部逐渐扩展，西南部分布区的变化最为明显，广西省境内适宜红楠的分布区增加较多，几乎完全适合红楠的生存；江南桤木新适宜分布区变化不大，新适宜分布范围向目前适宜分布的中心有所收缩；交让木北部分布区的变化最为明显，北部分布边界区（即江苏、安徽、湖北分布区）逐渐向北扩展，江苏、安徽和湖北境内交让木的适生区逐渐增加，适生概率增大。蜡瓣花新适宜分布区在江苏省的变化最明显，江苏省境内蜡瓣花的适生区逐渐向北扩展，适生范围逐渐增加；南方荚蒾适宜分布区的北部分布边界向北有一定的扩展；马醉木的适宜分布区逐渐向西扩展，马醉木在湖南省和贵州省境内的适宜分布区增加，适生分布概率增大；香樟新适宜分布区变化不大，但在江苏省、安徽省和湖北省的适生概率增大。

2 八种木本植物在苏北里下河地区适生性分析

从宏观气候相似性的角度分析，将Climate China软件提取的苏北里下河地区2000 s、2020 s和2050s三个时段气候变量数据与该8种木本植物适生分布区的气候变量数据统计比较，发现苏北里下河地区的气候变量数值在该8种木本植物适生分布区的气候变量范围内。说明该8种木本植物对苏北里下河地区的气候环境具有一定的适应性。该8种木本植物2000 s、2020 s和2050 s三个时段在苏北里下河地区的适生概率如表2所示。

参照文献[11-15]对适生概率的描述并结合八种木本植物在我国分布区发生的程度，认为适生概率大于0.5的地区适合植物的生长。结合模拟出

的直观潜在适生分布图和气候条件的对应性分析得出，2000 s时段适合在苏北里下河地区生长的有：江南桤木、交让木、香樟。2020 s时段适合在苏北里下河地区生长的有：大叶冬青、江南桤木、交让木、蜡瓣花、香樟。2050 s时段适合在苏北里下河地区生长的有：大叶冬青、红楠、江南桤木、交让木、蜡瓣花、马醉木、南方荚蒾、香樟。

表1 八种木本植物在2000s、2020s、2050s潜在分布区预测Table 1 Prediction of potential distribution area of eight woody plants in 2000s/2020s/2050s

续表1Continuation of table 1

表2 八种木本植物在苏北里下河地区三个时段的适生概率Table 2 Suitable probability of eight woody plants in Lixia river region, northern Jiangsu province in three year periods

3 八种木本植物对苏北里下河地区高速沿线植物景观的优化

3.1 苏北里下河地区高速沿线地区植物景观分析

3.1.1 生长期植物景观

京沪高速建成于1993年，沿线两侧的植物配置模式多为纯杨树林、女贞+杨树林、水杉+杨树林植物群落，植物群落比较单调。边坡上杂草丛生缺少花灌木及地被植物，景观层次性和效果不佳。

靖盐高速、盐淮高速建成于2002年，多使用杨树林作为背景林。临近路基处搭配使用栾树、女贞、紫叶李、垂柳、水杉，长势良好但种类不多，缺少常绿植物及中层花灌木。盐淮高速公路穿越的湿地最多，面积最大，因此一些路段两侧形成了大量的水域景观，但水生植物应用较少。

启扬高速建成于2008年，沿线两侧应用的植物种类相对前三条高速要多，且较注重花灌木如木槿、木芙蓉、伞房决明、石榴、碧桃、及色叶植物红枫、紫叶李等的应用，植物配置时结合乔灌草搭配，道路景观较为美观。

3.1.2 休眠期植物景观

该4条高速公路沿线两侧应用的落叶植物较多，缺少常绿植物，影响全年植物景观效果，因此需要增加常绿植物种类，提升冬季植物景观效果。

3.2 八种木本植物在该地区植物的景观优化方案

目前该地区木本植物景观类型主要为林带景观和湿地景观。结合适生性分析获得的结论，选择在2020 s、2050 s适生与该地区的树种作为景观优化的重点树种，提出未来植物景观优化方案。

3.2.1 林带景观优化

目前该地区林带景观主要为水杉+杨树林群落、紫叶李+栾树+杨树林群落和木槿+木芙蓉+榉树+杨树林群落。

2020 s时段，在水杉+杨树林群落中加入观花地被植物美人蕉，观花灌木紫薇、蜡瓣花，常绿乔木交让木、大叶冬青，湿地造林植物江南桤木，形成美人蕉+蜡瓣花+紫薇+交让木+大叶冬青+水杉+江南桤木与杨树混交林群落。在紫叶李+栾树+杨树林群落中加入观花灌木紫薇、蜡瓣花，常绿乔木香樟，湿地造林植物江南桤木，形成蜡瓣花+紫薇+紫叶李+栾树+香樟+江南桤木与杨树混交林群落。在木槿+木芙蓉+榉树+杨树林群落中加入春季观花灌木蜡瓣花，常绿乔木香樟，湿地造林植物江南桤木，形成蜡瓣花+木槿+木芙蓉+榉树+香樟+杨树与江南桤木混交林群落。

2050 s时段，在水杉+杨树林群落中加入春季观花灌木蜡瓣花、南方荚蒾，常绿乔木交让木、大叶冬青，湿地造林植物江南桤木，形成蜡瓣花+南方荚蒾+交让木+大叶冬青+水杉+江南桤木与杨树混交林群落。在紫叶李+栾树+杨树林群落中加入春季观花灌木蜡瓣花、南方荚蒾，常绿乔木香樟、红楠，湿地造林植物江南桤木，形成蜡瓣花+南方荚蒾+紫叶李+栾树+红楠+香樟+江南桤木与杨树混交林群落。在木槿+木芙蓉+榉树+杨树林群落中加入春季观花灌木蜡瓣花，常绿灌木马醉木，常绿乔木香樟、红楠，湿地造林植物江南桤木，形成蜡瓣花+木槿+木芙蓉+马醉木+榉树+红楠+香樟+杨树与江南桤木混交林群落。

3.2.2 湿地景观优化

目前该地区湿地没有绿化，水生植物种类较少。

2020 s时段，在近高速公路处栽植常观花灌木蜡瓣花、常绿乔木香樟，栽植不可过密，以免遮挡后面的水景，下层种植观花地被鸢尾；临近水面的地方点植色叶植物红枫、水杉、落叶乔木垂柳、枫杨，水边种植水生植物芦苇、再力花、香蒲；水中栽植荷花、睡连；背景林可选择常绿乔木大叶冬青、湿地造林植物江南桤木。

2050 s时段，可在近高速公路处栽植常绿灌木马醉木，常绿乔木红楠、香樟，下层可种植观花地被二月兰；临近水面的地方点植观花灌木南方荚蒾、蜡瓣花，落叶乔木乌桕、色叶乔木榉树，水边种植芦苇、美人蕉、再力花、千屈菜；水中栽植荷花、睡莲及一些去污能力较强的沉水植物；背景林可选择常绿乔木大叶冬青、湿地造林植物江南桤木。

4 讨 论

通过MaxEnt模型预测了8中木本植物在当前和未来的分布区域，并分析了其在苏北里下河地区的适生性，提出了针对该地区植物配置的优化方案。该种基于模型预测的研究方法，普遍适用于多种园林树种，在未来气候变坏下对其变化趋势的分析，也普遍适用于同一树种在全国各地的适生性分析。因此，该方法具有可推广性，建立在该研究方法上筛选出的景观优化植物种类有着这对当地的理论可行性。另外，该方法也指导着未来气候变化下苗圃地树种的规划、各地园林树木的栽培养护方案，有着重要的意义。但是，该方法属于理论层面，还需在各地进行试验以评估研究结果的准确性。同时，该方法主要考虑了影响植物生长较大的气候因素，而对于土壤、地形、水质等其他因素并未加以考虑，未来可以深入研究以完善模型。另外，随着气候的变化，研究立足的《中国木本植物分布图集》的数据有待进一步实地调研加以更新。

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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

国家自然科学基金项目：“高速公路沿线湿地植物景观动态变化机理研究——以苏北里下河地区为例”（31270741）；江苏省 “青蓝工程”资助项目；江苏省高校优势学科建设工程资助项目

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

祝遵凌,火 艳,李燕楠. 八种木本植物分布区预测及适生性分析与景观应用研究[J].中南林业科技大学学报, 2015,35(6): 1-6.

[本文编校：吴 彬]