内蒙古地区二种针叶造林树种气候适生区的研究

宝秋利 梁显丽 代海燕 王晓江

摘 要 树种气候适宜性是各地区在确定造林树种时需要考虑的首要因素。通过对内蒙古119个气象站点近30年来的气象数据进行计算，得出各站点温暖指数和干湿度指数，采用半峰法并结合其与经纬度、海拔的回归方程得出云杉及冷杉的温度、湿度和综合区划图。区划结果表明：云杉在大兴安岭北部岭上易受低温胁迫，而在东部偏南和西部则易受高温影响;大兴安岭北段、岭东大部、南段高海拔地区湿度适宜，是云杉适宜的主要区域。冷杉适宜区域主要在大兴安岭、大兴安岭南段周边到燕山山系北端，中部仅大青山、蛮汉山等地区适宜分布。

关键词 气候适宜性;气候区划;温暖指数;干湿指数;半峰宽法;针叶树

中图分类号：S791.14;791.18 文献标识码：A doi：10.13601/j.issn.1005-5215.2021.05.010

Abstract The climate suitability of tree species is the top priority factor to the selection of afforestation species in various regions. Meteoro logical data in recent 30 years determined by 119 meteorological stations（1984-2013）in Inner Mongolia were used to calculate the site warmth index and humidity/aridity index. Using the half peak width method and the regression equation of warmth index and humidity /aridity index with the longitude and latitude and altitude，the temperature and humidity and comprehensive zoning map of Picea asperata & Abies fabricwere concluded. Result indicates that Picea asperata is easily influenced by lower temperature in the northern Daxing’anling Mountains，while it is easily affected by higher temperature in the southeast and west of the Daxing’anling Mountains; the humidity is appropriate to Picea asperata in north，east & south higher altitude area of the Daxing’anling Mountains，and it is main suitable region of Picea asperata. Climate suitable area of Abies fabri mainly distributed in the Daxing’anling Mountains，around the southern of Daxing’anling Mountains，and the northern of the Yanshan mountains. Daqingshan and Manhan Mountains are suitable distribution region to Abies fabric in central Inner Mongolia.

Key words climatic adaptability;climatic division;warmth index;humidity and aridity index;half peak width method;coniferous tree

內蒙古属典型中温带季风气候，降水量少而不匀，气候干燥。受地形和海洋的影响，该地区年降水量自东向西由500 mm递减为50 mm左右[1]。内蒙古横跨我国东北、华北、西北地区，是林业大省，也是我国北疆重要的生态屏障。各地区植被都有其相适应的气候环境，这对本地区造林树种的选择非常重要。人工林建设不能过度依赖人为管护，这样会大大增加植树造林的成本，而一旦失去管护就会导致衰退及再改造，造成资金的极大浪费。气候是决定地球上植被类型及物种分布的最主要因素，其中温度和湿度及两者结合状况又是决定植被分布的主导因子[2]。在植物生态学中研究植物与温度之间关系方法众多，各不相同，但目前国际上被公认的是Kira热量指标与干湿度指标，二者是探讨植被分布的主要方法依据[3-5]。谢晓金[6]、贾庆宇[7] 、牛建明[8]、许娟[9]等分别应用Kira指数研究了我国南京、辽宁、内蒙古、青藏高原等地树种分布与气候指标的关系，为该地区植被和农业区划提供了科学依据。人工造林的优点是可以人为选择造林树种，但由于造林树种与造林区域的气候条件不适应而导致人工造林失败的例子屡见不鲜[10-12]。能否做到适地适树是决定植树造林成败的首要问题。本文在现有文献资料[13-15]基础上，通过对内蒙古自治区119个气象站点近30年来的气象数据进行统计，得出温暖和干湿度指数，利用SPSS 软件建立其与地理三维要素（纬度LAT、经度LONG、海拔高度ALT）的回归方程。最后采用半峰法[16]标定出云杉（Picea asperata Mast.）和冷杉（Abies fabri）的生态最适范围，得出内蒙古地区云杉和冷杉的适宜区划图，为最终结合土壤条件确定2树种在内蒙古地区适宜生长区域提供科学参考。

1 树种特性及地区分布

1.1 树种特性及用途

云杉为松科云杉属常绿乔木，高可达45 m，胸径可达1 m;小枝淡黄褐色，常有短柔毛，多少有白粉。针叶长1～2 cm，先端尖，横切面菱形，灰绿色或蓝绿色。树皮淡灰褐色或淡褐灰色，裂成不规则鳞片或稍厚的块片脱落。球果圆柱形，长6～12 cm，成熟前绿色。花期4—5月。球果9—10月成熟。云杉耐阴、耐寒，喜欢凉爽湿润的气候和肥沃、深厚而排水良好的微酸性沙质土壤，生长缓慢，属浅根性树种。云杉除作为用材树种外，也是重要的园林及城乡绿化树种[17]。

冷杉为松科冷杉属常绿乔木，高可达40 m，胸径可达1 m;大枝斜上伸展，1年生小枝为淡褐黄色、淡灰黄色或淡褐色，2～3年生枝呈淡褐灰色或褐灰色。冬芽圆球形或卵圆形，有树脂。树皮灰色或深灰色，裂成不规则的薄片固着于树干上，内皮淡红色。球果卵状圆柱形或短圆柱形，熟时暗黑色或淡蓝黑色，微被白粉。花期5月，球果10月成熟。冷杉具有较强的耐阴性，适应温凉和寒冷的气候，土壤以山地棕壤、暗棕壤为主。球果可以入药，冷杉也可以用作园林绿化树种。

1.2 树种的主要分布区

云杉为中国特有树种，产于陕西西南部（凤县）、甘肃东部（两当）及白龙江流域、洮河流域、四川岷江流域上游、大小金川流域。以华北山地分布为主，在内蒙古地区主要分布于贺兰山和赤峰市的白音敖包沙地。在阴山和燕山北端，锡林郭勒盟高原东缘，以及大兴安岭上也有小片天然林及散生分布。

冷杉为中国特有树种，产于四川大渡河流域、青衣江流域、乌边河流域、金沙江下游、安宁河上游及灌县等地的高山上部。在气候温凉、湿润，年降水量1 500～2 000 mm，云雾多、空气湿度大、排水良好、腐殖质丰富的酸性棕色森林土，海拔2 000～4 000 m地带可形成大面积纯林。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本研究利用了全区11个盟市119个气象站资料，时間跨度为1984—2013年，气象资料全部来源于内蒙古气象局气象资料数据库。

2.2 区划指标

温暖指数（Warmth index）的计算公式为：

式中：ti 为平均温度为5 ℃以上的第i月的平均温度，n为月平均气温>5 ℃的月数，WI的单位是℃。

干湿度指数（Humidity/aridity index）为：

式中：P为年平均降水量（mm），T为年平均气温（℃）。

热量指数最适范围的确定根据洪必恭等[16]提出的半峰宽法确定树种热量分布的最适范围。计算公式：

式中：PWH 为半峰宽，S为树种热量指数值的标准差。最适范围为：X-0.5PWH～X+0.5PWH（X为树种热量指数的平均值）。

2.3 区划依据

云杉区划指标：温暖指数（WI）全范围为15～90，适宜范围为40～67;干湿度指数（K）全范围为5.0～40.0，适宜适范围为13.7～35.3。

冷杉区划指标：温暖指数（WI）全范围为15～64，适宜范围为20～51;干湿度指数（K）全范围为11.2～59.0，适宜范围为12.3～28.0。

通过对1984—2013年全区119个气象台站资料的整理和换算，利用SPSS 软件建立以地理三维要素（ 纬度LAT、经度LONG、海拔高度ALT） 为自变量，温暖指数WI、干湿度指数K为因变量的回归方程。

WI=490.869 484-2.040 433 LN-0.042 581 H

K=-91.055 674 + 0.643 300 LN +0.486 644 LA +0.005 626 H

式中：LN表示经度，LA表示纬度，H表示海拔高度。上述每个关系式均通过α=0.01的F检验，方程回归效果较好。

3 区划结果

3.1 云杉区划

内蒙古云杉分布热量不足区域主要集中在内蒙古大兴安岭北部岭上，热量偏高区主要集中在东部偏南和西部区，东部主要包括兴安盟东部、通辽市大部、赤峰市东部，西部主要包括呼和浩特中部、鄂尔多斯市、阿拉善盟及河套偏北地区向东延伸到二连浩特市周边，其中热量过高区域主要分布于阿拉善盟西部（图1A）。云杉湿度适宜区主要分布于呼伦贝尔市大兴安岭及岭东大部地区，大兴安岭南段高海拔区也有少量分布;湿度不足区域主要集中在阿拉善盟大部、河套地区及鄂尔多斯市西南部（图1B）。

云杉综合区划图表明，适宜区主要分布在大兴安岭岭西和岭东山脚地带，以及大兴安岭南段高海拔地区;相对适宜区分布与湿度区划分界基本一致，说明云杉在内蒙古地区的分布主要受湿度的影响，热量在相对适宜分布上不是主要限制因子（图1C）;五级区划结果表明，内蒙古东部偏南地区、鄂尔多斯市东部、温性荒漠的偏北地区云杉容易受到高温胁迫，大兴安岭岭上地区主要受低温的影响，其余地区主要受湿度条件的影响（图1D）。

3.2 冷杉区划 内蒙古大部分地区热量过高，不适宜冷杉种植，适宜区仅分布于大兴安岭、大兴安岭南段和中西部河套及阴山部分地区（图2A）。湿度适宜区也仅分布于呼伦贝尔市大部及大兴安岭南段地区（图2B）。结合热量和湿度综合区划结果表明，适宜区主要分布于大兴安岭、大兴安岭南段周边到燕山山系北端，锡林郭勒盟北部也有零星分布;中部仅大青山、蛮汉山等地有部分分布;相对适宜区狭窄，为紧临大兴安岭及南段适宜区周边，其余主要分布于锡林郭勒盟东部地区（图2C）。

总体来看，冷杉在内蒙古分布较集中于大兴安岭及南段地区周边。在大兴安岭的岭东沿麓农业产业带和岭西呼伦贝尔草原区，冷杉生长主要受高温影响，在锡林郭勒盟中部主要受水分条件制约，中部阴山山脉和贺兰山地区亦有少量适宜区分布（图2D）。

4 结论与讨论

4.1 结论

（1）云杉在大兴安岭岭上和北部地区易受低温胁迫，东部偏南和西部区易受高温影响;大兴安岭及岭东大部地区，大兴安岭南段高海拔地区水分条件适宜，是云杉适宜分布区的主体范围。云杉在岭上易受低温影响，岭的两侧更适宜其分布。

（2）冷杉分布的主要限制因子为热量和湿度，内蒙古大部分地区都不适宜。适宜区主要分布于大兴安岭、大兴安岭南段周边到燕山北麓地区，中部仅大青山、蛮汉山等地适宜分布。

（3）总体来看，云杉适宜区仅在大兴安岭岭东和岭西两侧地区，相对适宜区分布较广;冷杉适宜区及相对适宜区较狭窄，除大兴安岭地区和岭南高海拔地区外，其余主要分布于锡林郭勒盟东部和高海拔的阴山山脉区。

（4）在大兴安岭上云杉和冷杉共有的适宜分布区内冷杉位置靠上，相对云杉耐寒，岭上也适宜分布。冷杉喜冷湿，云杉相对耐旱，所以云杉适宜区分布范围要大于冷杉。

4.2 讨论

当前树种气候区划结果与其地理分布之间还存在较大争议，有些专家认为区划结果应该跟地理分布一致，而实际上气候区划结果只是树种存在存活的基础，适宜区内没有大面积的分布，可能有地理、人为和社会的因素，也可能存在更适宜的其他树种等因素。关于树种适宜区划的相关文献较少，涉及的气候区划的指标也不相同，目前研究最多的树种区划都是以温度和湿度为主要条件[7-9]。也有部分文献综合了诸多气象要素，其最终结果也只是把温度和湿度条件细化了，比如增加了1月和7月的温度、风速、日照等因子[14-16]。树木的生长离不开光、温、水等主要气候因子，内蒙古地区光照相对充足，对阴性树种分布有一定影响。温度是树木南北界分布的主要因子，而水分是地区分布的关键因子

树种气候区划结果都是相对的，会随气候变化和小环境改变而发生变化。本文在参考树种区划研究相关文献的同时，又咨询了内蒙古林业厅和林业规划设计院专家，并和一线林业调查工作人员进行了广泛探讨，区划结果体现了上述2种针叶造林树种在内蒙古地区的分布趋势。是否会出现局部树种栽培、分布与该区划结果不一致的情况，还需在今后的造林实践中加以检验，只有大量地探索和研究，再结合树种的生理生化数据[18，19]，才能不断地提高各树种区划结果的准确性，为造林树种引种栽培和树种的迁地保护提供重要的理论依据。

参考文献：

[1] 代海燕，宝秋利，都瓦拉，等.内蒙古主要园林树种旱柳气候适宜区划的研究[J].北方园艺，2019（2）：112-117

[2] 方精云.我国森林植被带的气候分析[J].生态学报，1991，11（4）：377-387

[3] HENDERSON S A.Developing an interactive biosphere for global climate models[J].Vegetation，1991，91：116-149

[4] KIRA T.Forest ecosystems of east and southeast Asia in global perspective[J].Ecological Research，1991（6）：185-201

[5] 张新时.研究全球变化的植被—气候分类系统[J].第四纪研究，1993（2）：157-169

[6] 谢晓金，郝日明. Kira与Holdridge热量指标对常绿树种耐低温能力的评价[J].福建林学院学报，2006（3）：258-261

[7] 贾庆宇，王笑影，吕国红，等. 辽宁省气候-植被指标时空变化特征及森林适宜性分析[J]. 生态环境学报，2010（9）：2031-2035

[8] 牛建明. 内蒙古主要植被类型与气候因子关系的研究[J].应用生态学报，2000，11（1）：47-52

[9] 许娟，张百平，谭靖，等.青藏高原植被垂直带与气候因子的空間关系[J].山地学报，2009（6）：663-670

[10] 代光辉，李根前，李甜江，等.水分条件对中国沙棘生长及种群稳定性的影响[J].西北林学院学报，2011（2）：1-8

[11] 唐翠平，乌拉，袁思安，等.沙棘人工林早衰及其更新复壮[J]. 西北林学院学报，2014（5）：47-52

[12] 贺燕，张青，张梦弢，等. 长白山杨桦次生林不同演替阶段林木空间分布格局研究[J]. 西北林学院学报，2015（1）：8-13

[13] 兆赖之，吴伟根，潘瑞道，等. 中国64种主要造林树种的生态幅度[J]. 浙江林学院科技通讯，1981（2）：32-44

[14] 潘晓云，王根轩，曹孜义. 扁桃在我国的适宜气候生态引种区研究[J]. 生态学报，2000（6）：1069-1075

[15] 倪健.中国木荷及木荷林的地理分布与气候的关系[J].植物资源与环境，2000，5（3）：29-36

[16] 洪必恭，李绍珠.江苏主要常绿阔叶树种的分布与热量关系的初步研究[J].生态学报，1981，1（1）：105-111

[17] 李作文，张连全.园林树木1966种[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2014

[18] 董丽，黄亦工，贾麦娥，等. 北京园林主要常绿阔叶植物抗冻性及其测定方法[J]. 北京林业大学学报，2002（3）：70-73

[19] 谢晓金，郝日明，张纪林.常绿阔叶树种的耐低温特性及其生态学评价[J]. 生态学报，2004（11）：2671-2677