水杉(Metasequoia glyptostroboides)属柏科(Cupressaceae)水杉属(Metasequoia)特有孑遗植物,为国家Ⅰ级保护树种,被誉为“活化石”。主要分布于鄂西(湖北利川)、渝东(重庆石柱)和湘西(湖南龙山)之间的极其狭窄的三角区域内。目前水杉原生种群面临天然更新困难、种群个体及其生境受自然和人为干扰严重等问题,导致原生种群日渐衰退而受到广泛关注。本文以湖北利川境内分布的水杉原生种群为研究对象,通过种群资源及生境调查、种群结构分析、点格局分析、基于功能性状和MaxEnt生态位模型分析等方法,对水杉原生种群空间分布格局及适宜性进行了研究,主要结论如下:(1)现存水杉原生种群5 696株(包括湖北利川5 663株、湖南龙山5株、重庆石柱28株),其中湖北利川境内的水杉原生种群数量占总数的99.4%。其年龄结构与高度结构均呈纺锥型,种群以Ⅴ-Ⅷ级的成年个体数量最多,而Ⅰ-Ⅳ级和Ⅸ-Ⅹ级的中龄及老龄个体数量较少,种群天然更新严重匮乏,属衰退型种群。(2)水杉原生种群大多生长在道路边缘、溪流两侧、田间地角、房前屋后、沟谷林内等立地环境中,主要集中分布于海拔1 100-1 400 m范围内,平坡、东坡和西坡分布居多。5 663株个体中,有8.92%左右的个体因受到严重的自然和人为干扰,其生长状况不容乐观,其中有40株濒临死亡,465株处于衰弱状态。(3)基于完全空间随机模型,水杉原生种群在整个尺度上呈现聚集分布,中龄树在0-3 300 m尺度呈现聚集分布,成年树和老龄树在0-4 700 m尺度呈聚集分布,三个龄级之间在所有尺度均呈正关联;在排除生境异质性影响后,聚集尺度减小,整个种群及不同龄级聚集尺度分别为0-3 000 m、0-2 100 m、0-2 900 m和0-2 500 m,而不同龄级之间在0-2 800 m尺度呈正关联。从现有的空间格局来看,种群大体上以聚集分布为主,各龄级之间呈现相互促进的正向关系,而生境异质性、扩散限制是导致该格局的主要原因。(4)选取叶面积(LA)、比叶面积(SLA)、叶干物质含量(LDMC)、叶全碳含量(LCC)、叶全氮含量(LNC)、叶全磷含量(LPC)、叶碳氮比(LC/N)、叶氮磷比(LN/P)8个叶性状指标,以及枝干物质含量(BDMC)、枝全碳含量(BCC)、枝全氮含量(BNC)、枝全磷含量(BPC)、枝碳氮比(BC/N)、枝氮磷比(BN/P)6个枝性状指标进行水杉原生种群功能性状进行研究。分析发现,水杉原生种群14个功能性状存在不同程度的变异,变异系数在2.9%~63.22%之间。其中LN/P变异最大,属于强变异,变异系数为63.22%,LCC和BCC变异系数最小,分别为4.5%和2.9%,表现出较强的内稳性;性状之间存在复杂的相关关系,表明水杉原生种群性状之间紧密结合在一起,相互作用相互制约,最终形成与特定环境相适应的一系列功能性状组合以适应环境的变化。(5)环境条件是影响水杉原生种群功能性状变异的主要因子,不同的立地与干扰环境因子对水杉原生种群功能性状变异的影响不同。水杉原生种群14个功能性状在不同环境条件下呈现显著性差异,其中海拔对LA、LDMC、SLA、BPC存在显著性影响(P>0.05),且在1 200-1 400m和1 400-1 600m时存在较大变异;坡度对LDMC、SLA、BDMC存在显著性的影响(P>0.05),且在6-15°和≥36°时存在较大变异;坡向对LA、SLA、LNC、LC/N存在显著性的影响(P>0.05),但变异较小,较为稳定;坡位对枝条性状影响显著,包括BDMC、BNC、BPC,而对叶片性状中仅对LA有显著影响;不同干扰类型对大部分功能性状均存在显著性影响,其中包括LDMC、SLA、LNC、BDMC、BNC、BC/N、BPC、BN/P,在自然干扰和人为干扰下呈现较大的变异。水杉原生种群在不同环境下的变异情况说明该种群通过调节自身的功能性状来适应外界环境变化,形成最佳的适应策略。(6)采用MaxEnt模型对水杉原生种群适宜性进行预测,模型显示,该种群的潜在分布区集中在忠路镇、福宝山和汪营镇的北部地区;水分限制着该种群的分布,其中最干旱月降水、最湿润季降水、最湿润月降水、最湿季均温是制约水杉原生种群分布格局的重要环境因子,适宜生长的范围是分别是26.5-27.9mm、600-611 mm、86-88 mm、194-209℃;在地形因子中,海拔对其分布影响最大,适宜生长的范围是1 200-1 500 m。MaxEnt模型的AUC值为0.966,模拟效果达到最优水平,证明模型的预测精度较高,可以较好的反映水杉原生种群在研究区域内的潜在分布状况。