三江源区嵩草草甸适生性分布机制及其响应研究

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三江源区处于青藏高原腹地,考虑到三江源区草地生态系统对于我国西南地区乃至全国畜牧业发展的重要性,以及三江源区对全球气候变化的敏感性。研究三江源区主要草地类型嵩草草甸在气候变化下的适生性分布对于该地区制定相关的生态保护政策和保障该地区畜牧业健康持续发展具有重要意义。作为三江源区高寒草甸草地的主体嵩草草甸,不仅是该地区天然草地的主要建群种和优势种,同时是三江源区放牧牲畜的主要营养保障。近年来,在全球气候变化的大背景下,三江源区90%的天然草地开始大面积退化,“黑土滩”型退化草地日益严重,而嵩草草甸的群落结构变化、草皮破坏正是造成大片“黑土滩”型裸地出现的主要原因。因此,本研究基于最大熵模型(MaxEnt)和地理信息系统(ArcGIS)的空间分析技术,通过野外调查和搜集整理的三江源区嵩草草甸的实际地理分布信息和环境变量数据,研究了影响三江源区嵩草草甸的地理分布的主导环境变量,揭示了三江源区嵩草草甸的适生性分布特征,了解三江源区嵩草草甸分布变化对于该地区生态规划政策实施的响应。同时,结合IPCC未来气候数据,在4个不同RCPs气候情景下,分析了解该地区嵩草草甸适生性分布的年代际变化。主要研究结论如下:(1)基于Max Ent模型,结合嵩草草甸的地理分布数据和环境变量数据构建模型模拟三江源区嵩草草甸适生性分布,AUC值达到0.8以上,说明模拟精度非常高。根据一定的分级标准,将三江源嵩草草甸的适生性分布模拟结果划分为非适生区、低适生区、中适生区和高适生区,并分析了影响其分布的主导环境变量特征。影响三江源区嵩草草甸适生分布的环境变量主要有43个,通过Max Ent模型的刀切图(Jackknife)显示海拔、降水量变异系数、3月份降水量、4月份降水量、4月份最低温、5月份最低温6个环境变量为主导环境变量,海拔对模型的贡献率达到了39%,对嵩草草甸的分布起了决定性作用。对这6个环境变量进行阈值分析得到,三江源区嵩草草甸在海拔为3500-4400m,降水量变异系数处于86-100,3、4月份降水量适宜,4、5月份最低温适宜的生态环境下最适宜于其生长分布。(2)根据适生区划分,模拟出2005-2014年三江源区嵩草草甸的适生分布区。从三江源总体来看,呈现由东到西适生性逐渐下降的趋势,东部适生区范围较大,西部地区非适生区范围较大,这与三江源区地势由东向西逐渐升高相一致,也进一步说明了海拔是影响嵩草草甸适生分布的最主要因素;同时高适生区分布位置与三江源区三大河流的主要流域相吻合。(3)提取1988-2014年的数据,以2005年为分界年,划分为1988-2004年和2005-2014年两个时期,进行《三江源保护区生态保护工程规划》实施前后的嵩草草甸分布比较。结果显示,在生态保护工程实施以后,嵩草草甸中、高适生区面积都有了显著的增加,增加幅度为0.1×104km2,这说明东部人口密集地区生态保护政策的实施有效的改善了三江源东部地区的生态环境,但是西部非适生区面积也有所增加,幅度为0.46×104km2也从另外一个方面说明,三江源生态保护工作的疏漏,对西部无人区生态环境疏于管理,生态环境更加趋于恶化。(4)对三江源区未来4个气候情景下2041-2060年(2050s)和2061-2080年(2070s)年两个时期嵩草草甸适生分布区的模拟结果显示,整体分布与当前分布格局一致,仍然呈现东部适生区面积大于西部适生区面积的空间分布格局。随着RCP值增大,中、高适生区面积也呈现增大趋势,在RCP 8.5情景下,中、高适生区面积显著增大。从2050s-2070s未来气候变化下,嵩草草甸对气候变化响应分布的总体变化趋势表现出,低适生区范围减少,非适生区范围与中高适生区范围增加的趋势,这说明三江源东部地区气候环境变化有利于嵩草草甸生长,但西部地区依然不适宜嵩草草甸的生长分布。因此,需要及时调整三江源保护区的生态保护策略,在保证西部地区生态环境显著改善的前提下,应加强对东部地区生态保护工作的力度。(5)本文对嵩草草甸适生区重心转移进行比较分析,结果表明,三江源嵩草草甸分布区的重心向西北高海拔地区大幅度转移,符合全球气温变暖造成物种分布迁移的规律。未来4个气候情景下,不论RCP如何变化,嵩草草甸重心转移的方向保持一致,都表现出先向西北方向进行转移,后向东南方向转移。向西北方向转移时,4个气候情景的转移距离差异变化不大,向东南方向转移时,RCP6.0转移距离较大。
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