內蒙古地區(qū)二種針葉造林樹種氣候適生區(qū)的研究

寶秋利 梁顯麗 代海燕 王曉江

摘 要 樹種氣候適宜性是各地區(qū)在確定造林樹種時需要考慮的首要因素。通過對內蒙古119個氣象站點近30年來的氣象數(shù)據(jù)進行計算，得出各站點溫暖指數(shù)和干濕度指數(shù)，采用半峰法并結合其與經緯度、海拔的回歸方程得出云杉及冷杉的溫度、濕度和綜合區(qū)劃圖。區(qū)劃結果表明：云杉在大興安嶺北部嶺上易受低溫脅迫，而在東部偏南和西部則易受高溫影響;大興安嶺北段、嶺東大部、南段高海拔地區(qū)濕度適宜，是云杉適宜的主要區(qū)域。冷杉適宜區(qū)域主要在大興安嶺、大興安嶺南段周邊到燕山山系北端，中部僅大青山、蠻漢山等地區(qū)適宜分布。

關鍵詞 氣候適宜性;氣候區(qū)劃;溫暖指數(shù);干濕指數(shù);半峰寬法;針葉樹

中圖分類號：S791.14;791.18 文獻標識碼：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

內蒙古屬典型中溫帶季風氣候，降水量少而不勻，氣候干燥。受地形和海洋的影響，該地區(qū)年降水量自東向西由500 mm遞減為50 mm左右[1]。內蒙古橫跨我國東北、華北、西北地區(qū)，是林業(yè)大省，也是我國北疆重要的生態(tài)屏障。各地區(qū)植被都有其相適應的氣候環(huán)境，這對本地區(qū)造林樹種的選擇非常重要。人工林建設不能過度依賴人為管護，這樣會大大增加植樹造林的成本，而一旦失去管護就會導致衰退及再改造，造成資金的極大浪費。氣候是決定地球上植被類型及物種分布的最主要因素，其中溫度和濕度及兩者結合狀況又是決定植被分布的主導因子[2]。在植物生態(tài)學中研究植物與溫度之間關系方法眾多，各不相同，但目前國際上被公認的是Kira熱量指標與干濕度指標，二者是探討植被分布的主要方法依據(jù)[3-5]。謝曉金[6]、賈慶宇[7] 、牛建明[8]、許娟[9]等分別應用Kira指數(shù)研究了我國南京、遼寧、內蒙古、青藏高原等地樹種分布與氣候指標的關系，為該地區(qū)植被和農業(yè)區(qū)劃提供了科學依據(jù)。人工造林的優(yōu)點是可以人為選擇造林樹種，但由于造林樹種與造林區(qū)域的氣候條件不適應而導致人工造林失敗的例子屢見不鮮[10-12]。能否做到適地適樹是決定植樹造林成敗的首要問題。本文在現(xiàn)有文獻資料[13-15]基礎上，通過對內蒙古自治區(qū)119個氣象站點近30年來的氣象數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，得出溫暖和干濕度指數(shù)，利用SPSS 軟件建立其與地理三維要素（緯度LAT、經度LONG、海拔高度ALT）的回歸方程。最后采用半峰法[16]標定出云杉（Picea asperata Mast.）和冷杉（Abies fabri）的生態(tài)最適范圍，得出內蒙古地區(qū)云杉和冷杉的適宜區(qū)劃圖，為最終結合土壤條件確定2樹種在內蒙古地區(qū)適宜生長區(qū)域提供科學參考。

1 樹種特性及地區(qū)分布

1.1 樹種特性及用途

云杉為松科云杉屬常綠喬木，高可達45 m，胸徑可達1 m;小枝淡黃褐色，常有短柔毛，多少有白粉。針葉長1～2 cm，先端尖，橫切面菱形，灰綠色或藍綠色。樹皮淡灰褐色或淡褐灰色，裂成不規(guī)則鱗片或稍厚的塊片脫落。球果圓柱形，長6～12 cm，成熟前綠色。花期4—5月。球果9—10月成熟。云杉耐陰、耐寒，喜歡涼爽濕潤的氣候和肥沃、深厚而排水良好的微酸性沙質土壤，生長緩慢，屬淺根性樹種。云杉除作為用材樹種外，也是重要的園林及城鄉(xiāng)綠化樹種[17]。

冷杉為松科冷杉屬常綠喬木，高可達40 m，胸徑可達1 m;大枝斜上伸展，1年生小枝為淡褐黃色、淡灰黃色或淡褐色，2～3年生枝呈淡褐灰色或褐灰色。冬芽圓球形或卵圓形，有樹脂。樹皮灰色或深灰色，裂成不規(guī)則的薄片固著于樹干上，內皮淡紅色。球果卵狀圓柱形或短圓柱形，熟時暗黑色或淡藍黑色，微被白粉。花期5月，球果10月成熟。冷杉具有較強的耐陰性，適應溫涼和寒冷的氣候，土壤以山地棕壤、暗棕壤為主。球果可以入藥，冷杉也可以用作園林綠化樹種。

1.2 樹種的主要分布區(qū)

云杉為中國特有樹種，產于陜西西南部（鳳縣）、甘肅東部（兩當）及白龍江流域、洮河流域、四川岷江流域上游、大小金川流域。以華北山地分布為主，在內蒙古地區(qū)主要分布于賀蘭山和赤峰市的白音敖包沙地。在陰山和燕山北端，錫林郭勒盟高原東緣，以及大興安嶺上也有小片天然林及散生分布。

冷杉為中國特有樹種，產于四川大渡河流域、青衣江流域、烏邊河流域、金沙江下游、安寧河上游及灌縣等地的高山上部。在氣候溫涼、濕潤，年降水量1 500～2 000 mm，云霧多、空氣濕度大、排水良好、腐殖質豐富的酸性棕色森林土，海拔2 000～4 000 m地帶可形成大面積純林。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究利用了全區(qū)11個盟市119個氣象站資料，時間跨度為1984—2013年，氣象資料全部來源于內蒙古氣象局氣象資料數(shù)據(jù)庫。

2.2 區(qū)劃指標

溫暖指數(shù)（Warmth index）的計算公式為：

式中：ti 為平均溫度為5 ℃以上的第i月的平均溫度，n為月平均氣溫>5 ℃的月數(shù)，WI的單位是℃。

干濕度指數(shù)（Humidity/aridity index）為：

式中：P為年平均降水量（mm），T為年平均氣溫（℃）。

熱量指數(shù)最適范圍的確定根據(jù)洪必恭等[16]提出的半峰寬法確定樹種熱量分布的最適范圍。計算公式：

式中：PWH 為半峰寬，S為樹種熱量指數(shù)值的標準差。最適范圍為：X-0.5PWH～X+0.5PWH（X為樹種熱量指數(shù)的平均值）。

2.3 區(qū)劃依據(jù)

云杉區(qū)劃指標：溫暖指數(shù)（WI）全范圍為15～90，適宜范圍為40～67;干濕度指數(shù)（K）全范圍為5.0～40.0，適宜適范圍為13.7～35.3。

冷杉區(qū)劃指標：溫暖指數(shù)（WI）全范圍為15～64，適宜范圍為20～51;干濕度指數(shù)（K）全范圍為11.2～59.0，適宜范圍為12.3～28.0。

通過對1984—2013年全區(qū)119個氣象臺站資料的整理和換算，利用SPSS 軟件建立以地理三維要素（ 緯度LAT、經度LONG、海拔高度ALT） 為自變量，溫暖指數(shù)WI、干濕度指數(shù)K為因變量的回歸方程。

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表示經度，LA表示緯度，H表示海拔高度。上述每個關系式均通過α=0.01的F檢驗，方程回歸效果較好。

3 區(qū)劃結果

3.1 云杉區(qū)劃

內蒙古云杉分布熱量不足區(qū)域主要集中在內蒙古大興安嶺北部嶺上，熱量偏高區(qū)主要集中在東部偏南和西部區(qū)，東部主要包括興安盟東部、通遼市大部、赤峰市東部，西部主要包括呼和浩特中部、鄂爾多斯市、阿拉善盟及河套偏北地區(qū)向東延伸到二連浩特市周邊，其中熱量過高區(qū)域主要分布于阿拉善盟西部（圖1A）。云杉濕度適宜區(qū)主要分布于呼倫貝爾市大興安嶺及嶺東大部地區(qū)，大興安嶺南段高海拔區(qū)也有少量分布;濕度不足區(qū)域主要集中在阿拉善盟大部、河套地區(qū)及鄂爾多斯市西南部（圖1B）。

云杉綜合區(qū)劃圖表明，適宜區(qū)主要分布在大興安嶺嶺西和嶺東山腳地帶，以及大興安嶺南段高海拔地區(qū);相對適宜區(qū)分布與濕度區(qū)劃分界基本一致，說明云杉在內蒙古地區(qū)的分布主要受濕度的影響，熱量在相對適宜分布上不是主要限制因子（圖1C）;五級區(qū)劃結果表明，內蒙古東部偏南地區(qū)、鄂爾多斯市東部、溫性荒漠的偏北地區(qū)云杉容易受到高溫脅迫，大興安嶺嶺上地區(qū)主要受低溫的影響，其余地區(qū)主要受濕度條件的影響（圖1D）。

3.2 冷杉區(qū)劃 內蒙古大部分地區(qū)熱量過高，不適宜冷杉種植，適宜區(qū)僅分布于大興安嶺、大興安嶺南段和中西部河套及陰山部分地區(qū)（圖2A）。濕度適宜區(qū)也僅分布于呼倫貝爾市大部及大興安嶺南段地區(qū)（圖2B）。結合熱量和濕度綜合區(qū)劃結果表明，適宜區(qū)主要分布于大興安嶺、大興安嶺南段周邊到燕山山系北端，錫林郭勒盟北部也有零星分布;中部僅大青山、蠻漢山等地有部分分布;相對適宜區(qū)狹窄，為緊臨大興安嶺及南段適宜區(qū)周邊，其余主要分布于錫林郭勒盟東部地區(qū)（圖2C）。

總體來看，冷杉在內蒙古分布較集中于大興安嶺及南段地區(qū)周邊。在大興安嶺的嶺東沿麓農業(yè)產業(yè)帶和嶺西呼倫貝爾草原區(qū)，冷杉生長主要受高溫影響，在錫林郭勒盟中部主要受水分條件制約，中部陰山山脈和賀蘭山地區(qū)亦有少量適宜區(qū)分布（圖2D）。

4 結論與討論

4.1 結論

（1）云杉在大興安嶺嶺上和北部地區(qū)易受低溫脅迫，東部偏南和西部區(qū)易受高溫影響;大興安嶺及嶺東大部地區(qū)，大興安嶺南段高海拔地區(qū)水分條件適宜，是云杉適宜分布區(qū)的主體范圍。云杉在嶺上易受低溫影響，嶺的兩側更適宜其分布。

（2）冷杉分布的主要限制因子為熱量和濕度，內蒙古大部分地區(qū)都不適宜。適宜區(qū)主要分布于大興安嶺、大興安嶺南段周邊到燕山北麓地區(qū)，中部僅大青山、蠻漢山等地適宜分布。

（3）總體來看，云杉適宜區(qū)僅在大興安嶺嶺東和嶺西兩側地區(qū)，相對適宜區(qū)分布較廣;冷杉適宜區(qū)及相對適宜區(qū)較狹窄，除大興安嶺地區(qū)和嶺南高海拔地區(qū)外，其余主要分布于錫林郭勒盟東部和高海拔的陰山山脈區(qū)。

（4）在大興安嶺上云杉和冷杉共有的適宜分布區(qū)內冷杉位置靠上，相對云杉耐寒，嶺上也適宜分布。冷杉喜冷濕，云杉相對耐旱，所以云杉適宜區(qū)分布范圍要大于冷杉。

4.2 討論

當前樹種氣候區(qū)劃結果與其地理分布之間還存在較大爭議，有些專家認為區(qū)劃結果應該跟地理分布一致，而實際上氣候區(qū)劃結果只是樹種存在存活的基礎，適宜區(qū)內沒有大面積的分布，可能有地理、人為和社會的因素，也可能存在更適宜的其他樹種等因素。關于樹種適宜區(qū)劃的相關文獻較少，涉及的氣候區(qū)劃的指標也不相同，目前研究最多的樹種區(qū)劃都是以溫度和濕度為主要條件[7-9]。也有部分文獻綜合了諸多氣象要素，其最終結果也只是把溫度和濕度條件細化了，比如增加了1月和7月的溫度、風速、日照等因子[14-16]。樹木的生長離不開光、溫、水等主要氣候因子，內蒙古地區(qū)光照相對充足，對陰性樹種分布有一定影響。溫度是樹木南北界分布的主要因子，而水分是地區(qū)分布的關鍵因子

樹種氣候區(qū)劃結果都是相對的，會隨氣候變化和小環(huán)境改變而發(fā)生變化。本文在參考樹種區(qū)劃研究相關文獻的同時，又咨詢了內蒙古林業(yè)廳和林業(yè)規(guī)劃設計院專家，并和一線林業(yè)調查工作人員進行了廣泛探討，區(qū)劃結果體現(xiàn)了上述2種針葉造林樹種在內蒙古地區(qū)的分布趨勢。是否會出現(xiàn)局部樹種栽培、分布與該區(qū)劃結果不一致的情況，還需在今后的造林實踐中加以檢驗，只有大量地探索和研究，再結合樹種的生理生化數(shù)據(jù)[18，19]，才能不斷地提高各樹種區(qū)劃結果的準確性，為造林樹種引種栽培和樹種的遷地保護提供重要的理論依據(jù)。

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