西南山地是我國長(zhǎng)江、珠江、雅魯藏布江、瀾滄江、怒江等多個(gè)重要河流的源區(qū)，是國際河流湄公河、薩爾溫江、伊洛瓦底江、恒河和印度河等的重要源區(qū)，是我國重要的生態(tài)屏障區(qū)、生物多樣性富集區(qū)，水源涵養(yǎng)、水土保持、水資源供給區(qū)，也是全球暗針葉林地理分布中心之一，正經(jīng)歷著前所未有的變暖趨勢(shì)，對(duì)優(yōu)勢(shì)樹種的生存提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
冷杉（Abies）廣泛分布在北半球溫帶和亞熱帶地區(qū)，具有較強(qiáng)的耐陰性，適應(yīng)溫涼和寒冷的氣候，常在高緯度至低緯度地區(qū)亞高山至高山地帶的陰坡、半陰坡和谷地形成純林，或與云杉、落葉松、鐵杉及闊葉樹組成針葉混交林或針闊混交林，在涵養(yǎng)水源、保持水土、保護(hù)生物多樣性方面具有十分重要的功能。西南地區(qū)是我國冷杉屬物種多樣性的最高富集區(qū)域，冷杉也是該區(qū)域亞高山、高山地區(qū)森林的優(yōu)勢(shì)樹種之一，冷杉林對(duì)維持西南地區(qū)生態(tài)安全屏障功能的正常發(fā)揮具有舉足輕重的作用。冷杉喜歡寒涼氣候，對(duì)全球氣候變化十分敏感，對(duì)溫濕度穩(wěn)定性有嚴(yán)格的要求，在未來該區(qū)域總體趨勢(shì)為氣溫升高的背景下，冷杉樹種分布將如何變化？這個(gè)問題仍然不清楚。由于其分布變化將劇烈改變西南生態(tài)屏障功能的正常發(fā)揮，進(jìn)而影響區(qū)域、國家乃至亞洲的生態(tài)安全，因此，該區(qū)域冷杉屬樹種的未來適應(yīng)及分布變化受到國際學(xué)術(shù)界、國際組織的高度關(guān)注。
預(yù)測(cè)物種的分布變化通常利用生態(tài)位模型演算，對(duì)物種過去不同時(shí)期的反演往往可以通過孢粉、化石等證據(jù)來確認(rèn)反演結(jié)果是否正確，但對(duì)物種未來分布變化的預(yù)測(cè)則因?yàn)闊o法實(shí)證從而導(dǎo)致預(yù)測(cè)結(jié)果可能具有不確定性。因此，如何提高物種未來分布預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性是國際學(xué)術(shù)界在不斷探索的一個(gè)難題。
植物和動(dòng)物一樣，當(dāng)環(huán)境不適宜時(shí)，除了通過其生理生態(tài)特性的改變來適應(yīng)不利環(huán)境外，更重要的是遷移到適宜的生境的能力，這也是植物在面對(duì)氣候變化背景下適應(yīng)氣候的重要反饋機(jī)制，但國際學(xué)術(shù)界在利用生態(tài)位模型預(yù)測(cè)物種分布變化時(shí)卻往往忽略這個(gè)機(jī)制。大多數(shù)生態(tài)位模型研究?jī)A向于使用完全遷移或無遷移的場(chǎng)景來預(yù)測(cè)物種在未來氣候變化下的潛在分布。事實(shí)上，物種未來的實(shí)際分布可能介于不遷移和完全遷移之間。不考慮物種實(shí)際遷移能力的物種分布模型預(yù)測(cè)可能會(huì)過高或過低的估計(jì)物種的真實(shí)分布，進(jìn)而阻礙我們對(duì)物種真實(shí)風(fēng)險(xiǎn)的準(zhǔn)確判斷。
以往對(duì)冷杉未來分布的研究主要集中在廣闊的平原地區(qū)（北美及歐洲），得出的結(jié)論相對(duì)一致，即其潛在分布的范圍在縮小并向北方遷移。與北美、歐洲等區(qū)域相比，我國西南地區(qū)由于地形、氣候、植被和物理屏障的巨大差異，且冷杉物種數(shù)量占全球的四分之一以上，這使得我們對(duì)多個(gè)物種的評(píng)估與其他區(qū)域的相關(guān)研究有可能有很大的不同。并且很少有研究試圖闡明不同的遷移能力對(duì)東亞氣候變化下植物潛在分布的影響。因此，考慮到遷移限制和氣候變化之間的相互作用，迫切需要對(duì)我國西南山地的多個(gè)冷杉樹種進(jìn)行可靠的未來評(píng)估。
中國科學(xué)院成都生物研究所生態(tài)過程與生物多樣性組的博士研究生廖梓延在導(dǎo)師潘開文研究員和張林副研究員的指導(dǎo)下，聯(lián)合了瑞士聯(lián)邦研究院（Swiss Federal Research Institute WSL）的Michael Peter Nobis研究員，采用最大熵（MaxEnt）算法校準(zhǔn)生態(tài)位模型，并基于兩種碳排放情景（RCP 4.5和RCP 8.5），分別預(yù)測(cè)我國西南山地北部（“北方”）典型代表性建群樹種岷江冷杉和紫果冷杉，中部典型代表性建群樹種鱗皮冷杉和黃果冷杉，南部（“南方”）典型代表性建群樹種川滇冷杉和長(zhǎng)苞冷杉，在未來三個(gè)時(shí)間段（2021-2040年、2041-2060年及2061-2080年）的潛在分布變化。首次在植物分布變化預(yù)測(cè)中采用KissMig遷移模型，制定了三種遷移場(chǎng)景（完全遷移、不遷移和局部遷移場(chǎng)景），來探討遷移能力與預(yù)測(cè)分布之間的關(guān)系以及重要冷杉樹種的潛在分布。
模擬結(jié)果表明，未來氣候變化下冷杉的損益同時(shí)取決于地理位置、生態(tài)位和遷移能力。到2080年，只有在無遷移情景下，紫果冷杉的潛在分布面積預(yù)計(jì)會(huì)下降，而在全遷移和部分遷移的情景下，預(yù)計(jì)會(huì)增加；而其他5個(gè)物種在大多數(shù)碳排放×遷移的情景下，潛在分布面積會(huì)下降。西南山地南部的冷杉更容易受到氣候變化的威脅，而這種威脅在遷移限制和嚴(yán)重的氣候變化情景下將被放大。因此，對(duì)于我國西南地區(qū)特有、優(yōu)勢(shì)和重要的冷杉樹種，保護(hù)評(píng)估和合理規(guī)劃是當(dāng)務(wù)之急。盡管本研究對(duì)物種分布的預(yù)測(cè)結(jié)果是在不可避免的簡(jiǎn)化假設(shè)和多種不確定因素下得出的，但研究指出了冷杉資源保護(hù)所面臨的潛在挑戰(zhàn)，并強(qiáng)調(diào)了將遷移能力納入氣候變化影響評(píng)估的重要性，為生態(tài)位模型在植物未來分布變化預(yù)測(cè)中提供了新的案例及方法借鑒。
該研究獲得國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFC0502101）、第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究（2019QZKK0303）及國家自然基金（31961133012）的資助。近日以“Climate change jointly with migration ability affect future range shifts of dominant fir species in Southwest China”為題發(fā)表于Diversity and Distributions。
圖1 當(dāng)前西南山地六種冷杉的分布點(diǎn)位及模擬的潛在分布區(qū)
圖2 預(yù)測(cè)的西南山地南部長(zhǎng)苞冷杉（A. georgei）2080年分布及變化
圖3 預(yù)測(cè)在局部遷移情景下六種冷杉分布的質(zhì)心遷移規(guī)律
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