閩楠栽培氣候區(qū)劃研究

葛永金，胡桂萍，劉躍鈞，沈愛(ài)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(tái)，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(guó)特有的珍貴用材，具有木材性能好、商業(yè)價(jià)值高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)擁有歷史文化傳承、藝術(shù)收藏等價(jià)值，是頗受市場(chǎng)歡迎的珍貴用材，也是社會(huì)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(guó)特有的珍貴用材和優(yōu)良觀賞樹(shù)種。然而由于過(guò)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(kāi)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(duì)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(duì)閩楠分布區(qū)的氣候特征進(jìn)行過(guò)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(shù)種氣候區(qū)劃或引種適生區(qū)區(qū)劃時(shí)，以往都是通過(guò)復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型來(lái)進(jìn)行區(qū)劃，將分布區(qū)域進(jìn)行分類，并在相對(duì)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(duì)白皮松進(jìn)行氣候區(qū)劃時(shí)，在白皮松分布區(qū)內(nèi)選取40個(gè)氣象樣點(diǎn)，采用ISODATA模糊聚類方法，將隸屬關(guān)系程度不同的樣點(diǎn)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(gè)氣候區(qū)。在對(duì)中國(guó)雷竹引種和適生區(qū)域進(jìn)行研究時(shí)，用模糊相似優(yōu)先比方法，計(jì)算以長(zhǎng)江中下游為中心的81個(gè)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(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)各分劃出3類適宜引種區(qū)［8］。在利用氣象軟件對(duì)樹(shù)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(duì)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(cè)模型(GCMs)預(yù)測(cè)30年后的氣候變化。蔣霞［10］通過(guò)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(gè)指標(biāo)的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最大及最小值，對(duì)這10個(gè)荒漠植物可能潛在的分布區(qū)進(jìn)行了預(yù)測(cè)，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(duì)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)。

1 材料與方法

1.1 指標(biāo)選擇

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(cè)樹(shù)種分布區(qū)時(shí)，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(jì)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(shí)際的點(diǎn)狀分布來(lái)預(yù)測(cè)其在面上分布［4］。其中閩楠最大分布范圍，由其對(duì)應(yīng)的氣象指標(biāo)的最大值和最小值來(lái)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(lái)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］。

1.2 圖形繪制及區(qū)劃方法

使用GrADS(Grid Analysis and Display System)軟件，利用中國(guó)氣象局1971—2000年地面氣象數(shù)據(jù)，采取Kringing插值和九點(diǎn)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(gè)因子的氣候區(qū)劃圖，再將3者疊加，以3個(gè)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(gè)氣象因子重疊部分為適宜栽培范圍;以3個(gè)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?dú)夂騾^(qū)劃圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱量對(duì)閩楠分布的影響

從圖1可以看出，由年均溫所推測(cè)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(zhǎng)所需的熱量特征，因而在進(jìn)行樹(shù)種區(qū)劃時(shí)，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(shí)，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?dú)夂騾^(qū)劃圖(年均溫)(Ⅰ為適宜栽培區(qū)，Ⅱ?yàn)檩^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?dú)夂騾^(qū)劃圖(最冷月均溫)(Ⅰ為適宜栽培區(qū)，Ⅱ?yàn)檩^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(cè)的潛在分布范圍來(lái)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(cè)的潛在分布范圍與年均溫相比要小很多，也說(shuō)明低溫是影響閩楠分布的限制性因子。

2.2 年降水量對(duì)閩楠分布的影響

從降水量來(lái)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(zhǎng)(圖3)。根據(jù)筆者實(shí)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(rùn)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(zhǎng)需要充足的水分，且土壤含水量是樹(shù)木高生長(zhǎng)和木材材積生長(zhǎng)的主要限制因子［14］。季節(jié)性干旱對(duì)閩楠生長(zhǎng)影響巨大，閩楠苗木在造林后的前2年時(shí)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?yàn)楦珊等彼劳?，?dǎo)致造林成活率降低［15］。夏季季節(jié)性干旱對(duì)閩楠的影響機(jī)理值得深入研究。

圖3 閩楠?dú)夂騾^(qū)劃圖(年降水量)(Ⅰ為適宜栽培區(qū)，Ⅱ?yàn)檩^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?dú)夂騾^(qū)劃圖(Ⅰ為適宜栽培區(qū)、Ⅱ?yàn)檩^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)

2.3 閩楠?dú)夂騾^(qū)劃圖

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(zhǎng)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(duì)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)。

3 結(jié)論與討論

(1)在前期研究確定氣候主導(dǎo)因子的基礎(chǔ)上，通過(guò)繪制閩楠年均溫、最冷月均溫及年降水量氣候等單個(gè)因子的氣候區(qū)劃圖，并將其疊加，形成閩楠?dú)夂騾^(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(shuō)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(dòng)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(lái)看，能滿足閩楠生長(zhǎng)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(lái)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(shuō)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(shí)，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(guò)程中，應(yīng)重點(diǎn)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(zhǎng)期和日照狀況的氣候因子是否符合閩楠的生長(zhǎng)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(lái)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(lái)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(shuō)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(duì)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(guò)圖形疊加的方法，繪制了首份閩楠?dú)夂騾^(qū)劃圖，與以往繪制其他樹(shù)種氣候區(qū)劃圖相比［11］，省卻了復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算和模型構(gòu)建，將復(fù)雜的科學(xué)過(guò)程簡(jiǎn)易化。另外，潛在引種區(qū)域的分布圖可能與閩楠實(shí)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(méi)有考慮到諸如土壤、地形等地理因子。

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