气候变化对丝绸之路沿线荒漠植物地理分布以及物种多样性的影响

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaoyu19771121
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干旱区生态系统是最脆弱的生态系统之一,此类生态系统稳定性较差且对气候变化较为敏感。植被是区域生态环境的重要组分,尤其是在干旱区生态系统中,研究特定时空背景下植物物种的分布,有助于了解区域物种多样性格局、植被功能以及气候变化条件下植被群落可能的变化。目前随着人们对气候变化下情景下干旱区生态系统变化问题的关注,有关干旱区植物物种及植被群落分布对气候变化响应趋势的研究也倍受重视。  丝绸之路经济带是亚太经济圈与欧洲经济圈之间的纽带,被认为是“世界上最长最具有发展潜力的经济大走廊”。该区域的生态安全对我国以及沿线国家的经济繁荣、社会发展乃至全球经济的均衡发展都具有重要的战略意义。荒漠生态系统是是陆上丝绸之路沿线典型生态系统类型,稳定的荒漠—绿洲生态系统是该区人类社会发展的现实基础。在全球气候变化背景下,深入了解该地区物种分布格局与及生态其脆弱性,预测未来气候变化情景下该区植物物种分布以及多样性变化,对于建设可持续的丝绸之路经济带具有重要的理论与现实意义,同时也将为该区域的生态文明建设提供有针对性的决策参考。  物种分布模型(SDMs)是研究气候变化对物种潜在适宜生境影响的主要工具之一,该方法已广泛用在模拟未来不同气候情景下荒漠物种适宜生境变化。但是在荒漠区物种分布不仅仅受限于气候因子,土壤以及水文因子对物种分布的限制作用强烈,目前通用的物种分布模型建模策略无法有效的表达这一限制作用。本文中我们提出了组合物种分布模型策略,即分别构建单物种的气候适宜性模型与分布限制模型,取两个模型的交集作为单物种分布模型的结果,这种模型策略能够有效的体现区域限制性因子对物种分布的作用。  本文以陆上丝绸之路沿线地区为研究区域,筛选了丝绸之路沿线荒漠生境中常见的31种乔木灌木物种,26种多年生草本以及24种一年生草本植物为研究对象,利用物种分布模型方法模拟了所有参与建模物种基准气候条件下以及未来2070年代(2061-2080)三种不同温室气体排放情景(即RCP2.6情景、RCP4.5情景及RCP6.0情景)的潜在适宜生境分布。就单物种而言,本文首先利用其分布点位数据及10个Bio环境因子,采用四种不同的算法(广义线性模型、广义加性模型、助推法和随机森林)构建的集合模型模拟气候变化情景下物种分布和迁移趋势;然后利用14个土壤水文限制因子以及物种发生数据作为输入,构造MaxEnt模型,以确定物单物种分布对于土壤以及水文条件的需求;在趋势模型的基础上,综合考虑土壤和水文条件的限制,建立了组合物种分布模型,即取上述两个模型结果的交集作为最终的模型结果。最后我们构造叠加物种分布模型,综合参与建模的所有81种荒漠植物现在和未来的适宜生境分布结果,来展示研究区基准气候条件和未来不同气候变化情景下荒漠植被物种多样性分布格局。本文的主要结论如下:  (1)参与建模的3种生活型植物平均适宜生境面积大小排序为:一年生草本>多年生草本>乔木灌木物种,说明相较而言,对于研究区荒漠生境,一年生草本植物的适宜性更好,而多年生草本和乔木灌木物种次之;不同生活型的植物其物种多样性中心呈现不同的分布趋势。一年生草本物种多样性呈多中心分布,其分布中心主要位于阿富汗中部、伊朗南部、伊朗西部直至土耳其西部等区域,多年生草本其多样性分布中心位于阿富汗中部,乔木灌木物种多样性中心位于我国西北地区,沿着丝绸之路中国部分大体呈条带状分布。  (2)基准气候条件下研究区荒漠物种多样性呈多中心分布,其中最大植物物种的多样性分布中心位于阿富汗中部草原,伊朗厄尔布尔山脉西部、扎格罗斯山脉东部以及土耳其中部,在我国荒漠物种多样性中心沿准噶尔盆地西缘、塔里木盆地西缘呈带状分布,在甘肃河西地区也有荒漠物种多样性较高的区域。  (3)在所有参与模型构建的环境因子中,最热季降水量、最冷季降水量、年平均气温、最冷季平均温度以及到最近离河流距离等因子主导了研究区荒漠物种的分布,表层土壤USDA分类、表土砾石含量、表土硫酸钙含量、表层土壤ph值等环境变量具有较高的重要性。  (4)气候变暖对三种生活型物种的影响大小排序为多年生草本>一年生草本>乔木灌木物种,气候变暖将使得研究区大部分乔木灌木物种适宜生境增加,而大部分草本植物在气候变暖的趋势下其适宜生境将有所缩小。  (5)在未来不同的气候变化情景下,随着升温幅度的增高,研究区荒漠植物物种多样性呈先增加后减小的趋势,在RCP2.6情景下研究区大部分区域物种多样性增加,而在更高升温背景下研究区物种多样普遍减少;气候变暖对研究区不同地区的物种多样性影响有所差异:在我国西北干旱区以及中亚五国大部分区域荒漠植物物种多样性呈增加趋势,在阿富汗、巴基斯坦西部、伊朗、叙利亚、伊拉克、土耳其等区域荒漠植物物种多样性呈减少趋势。  本文定量的模拟了不同气候变化情景下,研究区荒漠植被地理分布以及物种多样性时空变化。以期为探讨气候变化条件下荒漠物种潜在生境的变化机制,保护地区生态环境,制定地区物种保护策略,减缓荒漠化进程提供理论基础。
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