白榆在我国的潜在分布格局及未来变化

【目的】研究影响白榆(Ulmus pumila)在我国分布的气候条件、分布范围及未来变化,为白榆的科学保护和合理开发提供理论依据。【方法】采用MaxEnt和ArcGIS软件对当代、2050s和2070s(RCP2.6和RCP6.0)3个时期气候情景下白榆的潜在分布区进行预测。【结果】MaxEnt模型对白榆潜在分布区的预测具有很高的准确度,其训练集和测试集的AUC值分别为0.921和0.911。其中温度季节性变化(Bio4)、年降水量(Bio12)和降水量季节性变化(Bio15)对白榆的影响贡献率累计高达88.4%。依托气候环境变量,对白榆当前时期潜在分布区进行预测,中适生区主要集中在我国新疆、内蒙古中部、甘肃等西北地区,吉林、辽宁和内蒙古呼伦贝尔市等东北地区有少量分布;高适生区主要集中在我国河北、陕西、山西、山东等华北地区。未来2050s和2070s时期RCP2.6和RCP6.0气候情景下,白榆高适生区面积减小,中低适生区面积增大且会出现新的潜在适生区。【结论】以年为单位的温度和降水是白榆分布的主要因子,当前白榆的适生区主要集中在我国华北、西北和东北地区,未来其分布有向高纬度、高海拔区...     

气候变化背景下青檀的潜在地理分布

气候是植物物种地理分布的决定因素.通过建模预测濒危物种的潜在适生区已成为评估生境适宜性的有用工具.青檀(Pteroceltis tatarinowii Maxim.)是第三纪古热带植物区系的孓遗植物，具有十分重要的经济价值和生态价值，通过对青檀的潜在地理分布预测可以更好地为青檀的培育、管理和可持续利用提供科学依据.利用MaxEnt模型模拟当前(1970-2000年),预测未来2050s(2041-2060年)和2070s(2061-2080年)在3种不同排放浓度(RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5)情景下青檀在中国的潜在地理分布，并对不同气候带、纬度和海拔下青檀适生区空间分布格局及其生境破碎化程度、质心移动轨迹进行分析.结果发现：(1)年降雨量(Bio12)是影响青檀分布的决定因子，最冷月的最低气温(Bio6)是仅次于年降雨量的次要因子；(2)当前青檀潜在适宜分布区主要分布在我国水热条件较为适宜的亚热带地区；(3)未来不同气候情景下青檀潜在适生区面积整体上呈减少趋势，其生境破碎化程度逐渐加剧；(4)青檀的潜在适生区的质心向西北方向偏移.     

基于随机森林模型的美国白蛾在中国的潜在生境预测

【目的】基于随机森林模型原理,对当前气候环境以及21世纪50年代的美国白蛾在中国的空间分布、环境因子重要性、发生面积及迁移情况进行预测和分析,为美国白蛾有效防控提供理论参考。【方法】获取2011—2017年美国白蛾发生的县市级数据, 利用地理信息系统ArcGIS中随机点生成工具生成未发生点数据。采用随机森林模型原理,选择19个气候因子以及海拔、坡度、坡向、植被覆盖率、有效光合辐射等5个环境因子,通过ArcGIS中的提取值工具提取发生点和未发生点的24个环境变量的值,将海拔、坡度、坡向进行离散化。使用R语言模拟2011—2030年美国白蛾的潜在生境分布模型,以ROC曲线验证模型的精度;利用构建好的模型分析环境因子重要性并排序,预测在2050s(2041—2060年)时期两种气候情景(RCP2.6、RCP4.5)下全中国范围内美国白蛾的潜在生境分布。【结果】ROC曲线分析表明,随机森林模型预测美国白蛾潜生境分布的训练数据和测试数据的AUC值分别为0.997和0.963,模型精度较高;当前时期下美国白蛾潜在生境(适生区)占中国国土面积的8.74%,其中低适生区、中适生区、高适生区和极高适生区面积分别占适生区总面积的41.47%、20.85%、18.90%和18.78%,适生区主要集中在华北地区东南部、中南地区北部、华东地区北部和东北地区南部。对美国白蛾潜在生境分布影响较大的环境因子依次是:海拔、植被覆盖率、最湿季平均气温、最暖季平均气温。在2050 s时期RCP2.6气候情景下,美国白蛾适生区总面积占中国国土面积的14.38%,其中低适生区、中适生区、高适生区和极高适生区面积分别占适生区总面积的51.87%、20.37%、16.49%和12.27%;在RCP4.5气候情景下,美国白蛾适生区总面积占中国国土面积的19.06%,其中低适生区、中适生区、高适生区和极高适生区面积分别占适生区总面积的51.14%、15.11%、20.36%和13.39%;2050s时期美国白蛾潜在生境质心平均向北迁移93.65 km,新增适生区有黑龙江省、吉林省、四川省、湖北省、山西省、河南省、内蒙古东部、台湾岛等地区。【结论】美国白蛾适宜生活在海拔较低、夏季高温多雨、拥有较为丰富的森林资源的地区。随着气候变化,美国白蛾潜在生境整体向中国北部和内陆湿度较高地区偏移,发生面积逐渐扩大,发生程度逐渐加重。     

基于MaxEnt模型的苦槠潜在地理分布格局变迁预测

【目的】苦槠(Castanopsis sclerophylla)为壳斗科栲属常绿阔叶树种,广布于中国长江以南五岭以北各省区,被视为我国南北方气候的“分界树”。研究苦槠潜在地理分布格局变迁及其对气候变化的响应对于保护其野生资源具有重要意义。【方法】运用MaxEnt模型,模拟和预测苦槠在末次盛冰期(last glacial maximum, LGM)、现代和2070年3个时期的潜在分布区,评估了气候因子变化对其潜在地理分布的影响。【结果】MaxEnt模型模拟现代分布区准确度极高,受试者工作特征曲线下的面积(AUC值)达0.971;苦槠现代高度适宜区主要是皖南山区、大别山区、天目山至北雁荡山地区;中度适宜区扩展到了苏南山区、江西及福建沿海地区;末次盛冰期退缩分布在我国华南北部地区,以及东海大陆架东部。2070年,苦槠的分布受气候影响预测适生区会急剧缩小,生境出现破碎化,高、中度适宜区残存于高海拔地区。Jackknife检验表明,最干季降雨量、最干季均温是影响苦槠地理分布的最主要气候因子。【结论】探讨不同气候因子对苦槠潜在地理分布的影响,利用其生物属性监测亚热带最北缘范围动态变化,可为苦槠的种源保护、生境恢复、繁育驯化等提供科学依据。     

基于Biomod2组合模型的我国山杨潜在分布区研究

【目的】通过探究环境变化对山杨(Populus davidiana)分布的影响,为山杨资源的保护和开发提供理论支撑。【方法】根据山杨的134条地理分布数据,结合18个气候、土壤及地形因子,基于Biomod2软件包构建组合模型,模拟我国山杨潜在分布区在未来3种气候条件模式下的空间分布格局变化,并确定影响山杨分布的主要环境变量。【结果】我国山杨当前潜在适生分布区主要位于400 mm等降水线两侧较高纬度或较高海拔地区,总面积约为1 560 340.9 km²,约占我国陆地面积的16.2%,其中大兴安岭、长白山、太行山、秦岭、祁连山南麓、横断山、云贵高原等地区为山杨高度适生区;在未来气候条件下,山杨适生区整体呈向西南方向收缩趋势,生境适宜度总体呈下降趋势;影响山杨分布主要环境变量为最热月最高气温、年降水量和海拔;基于5个最优单一模型构建的组合模型比单一模型对山杨适生区预测结果更好,训练集平均受试者工作特征曲线下面积和真实技巧统计值分布为0.91和0.73,预测准确度较高。【结论】我国山杨空间分布格局主要受水热条件影响,海拔也是影响山杨分布的重要因素。在未来气候条件下,山杨...     

气候变化对湖南省马尾松适宜生境影响分析

【目的】气候变化会导致树种适宜生境发生变化,从而对准确地制定长期森林经营规划方案产生影响。为了在制定长期森林经营规划中贯彻适地适树原则,需要研究气候变化对树种适宜生境分布的影响。【方法】以湖南省马尾松(Pinus massoniana)为研究对象,利用2016年湖南省连续清查森林资源档案更新数据中的马尾松空间分布数据、高程数据和气候数据,采用最大熵法(Maxent)模型,分温度变化、降水量不变,降水量变化、温度不变,降水量和温度均变化3种情景模拟马尾松在湖南省适宜生境的动态变化。【结果】① Maxent模型模拟结果中,训练精度、模拟精度的AUC(area under the ROC curve)值在AUC评估标准中属于良好(0.80～0.90)水平,可以较好地模拟马尾松适宜生境; ② 2016年马尾松适宜生境主要分布于湖南省中部和西北部,小部分分布于东部和南部。适宜生境、低适宜生境和不适宜生境所占面积比例分别为28.30%、40.10%、31.60%; ③ 2016—2050年温度和降水量均有所增加,年平均温度增加2.30 ℃,年平均降水量增加19.9 mm。在温度升高、降水量不变,降水量升高、温度不变和温度、降水量均升高3种气候情景下,湖南省马尾松适宜生境面积比例分别变化了0.58%、0.53%和-0.65%,不适宜生境相比2016年均有所减少,分别减少了7.22%、2.00%和0.15%; ④ 刀切法确定了最湿季均温(Bio8)、最暖季均温(Bio10)、最冷季降水量(Bio19)为影响马尾松分布的主导气候因子,其中最冷季降水量为最主要的气候因子。【结论】湖南省马尾松种植区主要分布在该省中部和西北部,当未来气候呈现温度增加、降水量不变的情景时,种植区域适当向东扩展; 当未来气候呈现降水量增加、温度不变或二者均增加的情景时,种植区域适当向北扩展。     

气候变化下华南五针松在中国的适生区预测

华南五针松(Pinus kwangtungensis)是一种较原始、较古老的单维管束植物,为国家二级重点保护野生植物,预测不同气候背景下华南五针松的分布变迁对其野生资源保护具有重要意义。基于现有的华南五针松分布点和气候数据,利用最大熵模型(MaxEnt)和ArcGIS软件预测当前和未来不同气候情景下的华南五针松适生区及未来变迁规律,并通过气候变量贡献值、置换重要性值及刀切法揭示影响华南五针松分布的主要气候因子。结果表明：模型模拟训练集和测试集的特征曲线下面积值(area under curve, AUC)均大于0.995,模拟结果可靠;最暖季度降水量是影响华南五针松分布的关键气候因子。当前时期,华南五针松适生区主要位于广东北部、广西以及贵州南部地区,占中国国土面积的17%。在未来不同气候背景下,华南五针松适生区的面积和分布发生显著改变,2041—2060年,其总适生区面积随着温室气体浓度的上升呈现先减少后增加的趋势;2061—2080年,其总适生区面积随温室气体浓度的上升而逐渐下降。基于以上研究结果,建议将广西除南部外的其他地区、广东西北部、贵州南部边缘等华南五针松的稳定适生区作为应对...     

未来气候模式下淮河流域极端降水量的时空变化分析

本文以淮河干流小柳巷以上14个气象站1960—2015年逐日降水观测数据为基础,选取HadGEM2-ES气候模式,预测了2016—2075年RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5三种排放情景下日降水量数据,选取年最大日降水量序列(AM)与超门限阈值峰值序列(POT),分析未来气候模式下淮河流域极端降水量的时空变化和重现期。研究发现:在三种排放情景下,淮河流域暴雨中心均未发生明显转移,暴雨中心仍将集中于流域上游,这将给该地区带来潜在的防洪压力;极端降水量随着重现期的增长而增大;同时极端降水量按照RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5的顺序增大;相同重现期,相同排放情景下AM序列略大于POT序列。研究结果对淮河流域未来防洪规划具有重要的的参考意义。     

荒漠濒危植物裸果木适宜分布区对未来气候变化情景的可能响应

目的模拟未来气候变化对荒漠孑遗植物裸果木的地理分布与格局的影响,对指导该植物的保护/恢复有重要意义。方法基于裸果木的25个居群分布点和12个环境变量,利用最大熵模型MAXENT和GIS工具,模拟基准(1961-1990)气候,并预测未来气候下(2050和2070时段,基于RCP6. 0情景)裸果木在蒙古南部和我国西北的潜在分布范围和最适宜分布,并分析适宜分布区内各驱动因子的数值范围。结果 1)基准气候下,裸果木的潜在分布区集中于我国西北荒漠区,在蒙古的准噶尔戈壁省、南戈壁省和东戈壁省仅有少量破碎化的适生区; 2) 2050和2070时段该植物在我国西北荒漠区的分布区将减少32%左右,主要分布在塔里木盆地西端、河西走廊东部、内蒙古阿拉善左旗及宁夏北部地区;最适宜的分布区也将明显缩减; 3)主要是年均降水量、最湿季降水量和降水季节性限制了裸果木植物的潜在分布。上述3个因子的变化范围分别为:54. 00～162. 01 mm、26. 00～103. 44 mm和40. 36～145. 78。结论未来气候下,裸果木在我国西北荒漠区的适宜分布范围和最适宜分布区都将明显减少。     

气候变化对落叶松人工林生物量生长的影响模拟

【目的】研究气候变化对落叶松人工林生物量及其生长的影响，为落叶松人工林碳估测和适应性经营决策提供依据。【方法】利用华北和东北地区第6～8次森林资源连续清查落叶松人工纯林固定样地数据，基于理论生长方程建立林分生物量生长模型。并将不同种落叶松作为哑变量，建立了气候敏感的林分生物量生长模型，气候因子为年湿热指数(AHM)。模拟未来气候不变、两种温室气体代表性浓度路径(RCPs)(包括RCP 4.5和RCP 8.5)3种气候变化情景下的林分生物量及其连年生长量，采用两种RCP气候情景与当前情景生物量估计结果的相对差值量化气候变化对林分生物量及其生长的影响。【结果】林分生物量的基础模型、含哑变量的模型、含气候变量和哑变量生长模型的决定系数R²分别为0.938 2、0.947 0和0.950 7,采用哑变量和考虑气候因子能够明显改善模型表现。模型模拟结果表明，与当前情景比较，各树种的林分生物量及其连年生长量在RCP 4.5和RCP 8.5气候变化情景下既有增加也有减少的趋势。对于林分生物量，RCP 4.5和RCP 8.5情景下的相对差值的均值区间分别为-3.02%～2.69%...     

华中樱桃适生区模拟和生态特征分析

【目的】华中樱桃[Cerasus conradinae (Koehne) Yü et Li]为中国特有樱属植物资源,具有极高的观赏价值和利用前景,分析当前和未来(2050s,2070s)气候变化对其地理分布的影响,以期为华中樱桃的保护和利用提供理论依据。【方法】基于华中樱桃的201个实际地理分布点数据,结合气候特征,采用MaxEnt模型和Arc-GIS软件对其在中国的潜在适生区进行预测,构建预测模型,检验其精确度,确定环境因子贡献率,并使用主成分分析、相关性分析等方法对其主导环境因子进行定性定量的分析。【结果】MaxEnt模型精度检测极为可靠,训练集的AUC为0.945,测试集的为0.949,当前华中樱桃潜在适生区主要在西南、华中、华东地区,两大核心适生区主要集中于重庆市及以西至四川盆地、东至武陵山、南至大娄山、北至大巴山脉一带等呈不规则块状区域,以及云贵高原东部、苗岭山脉以及雪峰山脉西部边缘地区长条状区域。影响其分布的主要环境因子是最湿季降水量(bio 16)、年降水量(bio 12)、温度季节变化方差(bio 4)、温度年较差(bio 7)。在2050s未来气候(CCSM4)情境变化下,总适宜区相较于当代面积呈减少状态,但在2070s未来气候情境变化下总适宜面积增加,且极高适宜区有向高纬度和东北方向扩散,高适宜区有向低纬度方向扩散的趋势。【结论】MaxEnt模型可以准确预测华中樱桃的潜在适生区,华中樱桃适生分布区连续且较为广泛,西南、华中与华东地区为华中樱桃种质资源保护与利用的核心区域。这可为华中樱桃种质保护、亲缘地理与资源利用的后续研究奠定重要基础。     

蜡样芽孢杆菌NJSZ-13菌株诱导马尾松抗松材线虫病研究

【目的】蜡样芽孢杆菌NJSZ-13是1株能杀死松材线虫的松树内生细菌,研究该菌株能否诱导马尾松抗松材线虫病,为进一步开发利用该菌株抗松材线虫病提供理论依据。【方法】通过对2年生马尾松苗根部施用NJSZ-13菌株菌悬液和灭活的菌悬液后4 d再接种松材线虫,以观察不同处理的病情发展。测定该菌诱导处理后4天内和接种松材线虫AMA3虫株后28天内马尾松体内防御相关酶活性的变化。【结果】接种松材线虫后42 d,菌悬液和灭活菌悬液处理诱导马尾松抗松材线虫病的效果达54%和33%,且发病时间延迟。接种NJSZ-13菌株后,马尾松体内丙二醛(MDA)含量减少,过氧化氢酶(CAT)活性降低,而过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)和多酚氧化酶(PPO)活性均显著高于对照;接种松材线虫后,菌悬液和灭活菌悬液处理的马尾松这5种酶活性明显高于未接种菌株的马尾松苗。总体上,菌悬液处理比灭活菌悬液处理的马尾松防御相关酶活性变化显著。【结论】蜡样芽孢杆菌NJSZ-13菌株能诱导马尾松抗松材线虫病,并且菌悬液的诱抗效果最佳。     

基于NIRS的马尾松苗木根部含水量预测模型

【目的】马尾松是我国南方主要造林树种,其根部水分含量是评价树木活力的重要指标。本研究构建了一种基于近红外光谱(near infrared spectroscopy,NIRS)的马尾松苗木根部含水量预测模型。【方法】首先采集根部近红外光谱数据,然后利用可变加权堆叠自动编码器结合支持向量回归构建预测模型。可变加权堆叠自编码器用来逐层提取与输出相关的特征,支持向量回归根据自编码器生成的特征实现了含水量更精确预测。【结果】与其他常用模型的结果相比,提出的模型在马尾松苗木根部水分预测中可以达到最佳性能,校正集中决定系数达到0.970 8,均方根误差为0.635 8;预测集中决定系数达到0.941 3,均方根误差为1.027 0。【结论】基于近红外光谱技术, 可变加权堆叠自动编码器与支持向量回归相结合可实现马尾松苗木根部含水量准确预测。     

大湄公河次区域植被覆盖时空变化特征及其与气象因子的关系

【目的】分析大湄公河次区域植被覆盖的时空分布变化规律及其与气象因子之间的关系,为全球变暖环境下大湄公河次区域植被保护及生态环境修复提供理论依据。【方法】以大湄公河次区域为研究区,使用MOD13Q1-NDVI数据,借助Google Earth Engine(GEE)平台反演区域2005—2019年植被覆盖,采用线性回归分析、马尔科夫模型等分析区域植被覆盖的时空分布规律,并利用偏相关分析法探究植被覆盖与气象因子之间的关系。【结果】大湄公河次区域高植被覆盖的面积占总面积的61.9%,空间上呈现北低南高、东高西低的特点;2005—2016年,区域植被以改善为主,主要是中高植被向高植被类型转化;2016—2019年,区域植被发生明显退化,以高覆盖植被类型退化为主;15年来,呈改善趋势的面积占总面积12.7%,呈退化趋势的面积占总面积3.0%,基于Hurst指数分析发现,区域植被未来显著改善面积大于显著退化,南部地区未来会发生退化;年际变化趋势上,归一化植被指数(NDVI)与气温呈显著正相关,相关系数为0.61,与降水相关性较弱;空间上,区域植被NDVI变化受到气温和降水影响,北部与降水显著负相关,南部与气温显著负相关。【结论】大湄公河次区域植被覆盖整体较好,改善趋势大于退化趋势。综合来看,大湄公河次区域植被变化与气温和降水有一定关系,尤其是北部和南部。     

马尾松人工林近自然化改造对林分生长的影响

【目的】研究和阐明马尾松（Pinus massoniana Lamb.）人工林近自然化改造对林分保留木、套种树种和自然更新树种生长的影响。【方法】2005年1月,采用随机区组设计对中国林业科学研究院热带林业实验中心12年生马尾松人工林进行5种不同强度（0%,20%,30%,40%和50%）间伐后,套种米老排（Mytilaria laosensis）、红锥（Castanopsis hystrix）和润楠（Machilus pingii）3个乡土阔叶树种,每种强度设3次重复,每个套种树种密度均为120株/hm^2,2013年8月对所有样地（共15个,每个样地面积为600m^2）的马尾松保留木、套种树种和自然更新至乔木层的树种进行每木调查,记录种名、胸径和树高等。【结果】间伐处理8年后,不同间伐处理间林分保留木的平均胸径、树高和蓄积量均存在极显著差异（胸径：P〈0.001,树高：P=0.001,蓄积量：P=0.008）;林分平均胸径和树高随着间伐强度的增加而增加,林分蓄积量随间伐强度的增大而减少。间伐促进了3个套种树种幼树的生长,但不同树种间存在差异;米老排在50%间伐林分下生长最优,而红锥和润楠以40%间伐林分较优,前者的生长速率明显高于后者。间伐显著的提高了自然更新至乔木层的林木株数,与对照处理（100±25株/hm^2）相比,20%,30%,40%和50%间伐林分分别是对照处理的8.72倍、11.22倍、11.06倍和13.78倍;间伐显著提高了自然更新林木的树高生长,而胸径生长差异不显著。【结论】从人工林木材生产、套种树种生长和自然更新树种生长情况分析,采用30%或40%的间伐强度和套种优质乡土阔叶树是马尾松纯林近自然化改造的最佳选择。     

西江流域气候变化下未来时期降雨的时空变化

珠江流域是岭南地区最大的流域,西江流域为珠江的主要支流.西江流域未来时期年最大降雨与年均降雨的变化会影响未来时期的极端洪水与水资源短缺情况,但是相关研究较少.该研究基于国际多模型比较计划ISIMIP2b数据,对西江流域未来时期年最大降雨与年均降雨进行研究.研究发现,年最大与年均降雨在RCP 8.5与RCP 4.5场景下...     

马尾松育种进程中的遗传增益与遗传多样性变化

【目的】通过对广西马尾松3次改良过程中的遗传多样性及改良增益进行分析,总结育种进程中的遗传多样性变化动态。分析通过育种群体结构设计、选择方法提高改良效果的可行性,为制定马尾松长期育种策略及良种发展战略提供理论参考。【方法】以广西马尾松天然群体及第1代、第1.5代、第2代育种群体为材料,采用SSR标记分析其遗传多样性,根据遗传测定结果估算历次改良所得遗传增益。【结果】广西马尾松的第1次改良过程,获得约32%材积增益,损失约14%的低频等位基因,Shannon多样性指数(I)没有发生变化,观测杂合度(H_o)约上升27%。第2次改良过程获得19.34%的遗传增益,损失了约16%的低频等位基因,Shannon指数(I)约下降了6%,观测杂合度(H_o)没有变化,近交系数约下降了20%。第3次遗传改良过程获得23.68%的遗传增益,损失约12%的低频等位基因,Shannon指数(I)下降约25%,观测杂合度(H_o)下降约20%,近交系数下降约47%。【结论】广西马尾松 3次改良均获得了较高的遗传增益,并有效降低了群体的近交程度,遗传多样性损失相对较少。由此说明,所用的选择策略可以有效兼顾遗传增益与遗传多样性。