论文部分内容阅读
气候变化和土地利用变化是全球生物多样性受威胁的最主要因素。极小种群植物是急需优先抢救的濒危物种,是全球生物多样性保护必不可少的组成部分。野生水杉（Metasequoia glyptostroboides）是典型极小种群野生植物,天然分布面积小,生境破碎化严重,种群衰退,群落丰富度和种群优势度下降,存在较高的灭绝风险。本研究基于野生水杉母树分布区逐日气温数据、逐月降水数据,分析了半个多世纪1960–2016年水杉分布区气温变化、生长季变化、高温胁迫变化,以及干旱变化,并依据1980和2018年土地利用数据,分析了野生水杉母树分布区土地利用变化格局和森林破碎化格局。在此基础上探讨气候变暖、干旱和土地利用变化对水杉分布的影响。主要研究结果如下:（1）过去半个世纪野生水杉母树分布区气候显著变暖,水杉生长季开始（GSS）和结束日期（GSE）提前,生长季长度（GSL）延长,活动积温（AAT）增加,水杉受高温胁迫范围和强度增加。1960-2016年水杉分布区日值最高温（d Tmax）、平均温（d Tmean）和最低温（d Tmin）分别以1.02℃/100a,0.68℃/100a和0.74℃/100a速度显著变暖。生长季开始和结束分别以1.12 days/decade和0.2 days/decade速度提前,生长季长度以0.92 days/decade速度延长,活动积温以28.6 degree·days/decade速度增强。高温胁迫开始日期（HSS）和结束日期（HSE）分别以1.63day/decade和3.12day/decade速度延后,高温胁迫频率（HSL）以0.23day/decade速度增加,高温胁迫强度（HSA）以0.27 degree·days/decade速度增强。高温胁迫面积以456.12km~2/decade速度显著增加,高温胁迫上限海拔和均值海拔分别以11.69m/decade和5.84m/decade速度上升。（2）水杉分布区显著变干旱,且干旱发生面积持续增加,海拔范围扩张,干旱逐步向低海拔迁移。1960-2016年水杉分布区年际SPEI以0.08/decade速度显著变干旱,春季、夏季和秋季SPEI分别以0.032/decade、0.035/decade和0.128/decade速度变干旱,冬季SPEI以0.065/decade速度变湿润。水杉分布区区域平均干旱频次为13年,季节干旱频次春季和秋季为19年,夏季和冬季为18年。干旱面积以1268.7km~2/decade速度显著增加,干旱海拔上限以11.13m/decade速度上升,均值和下限以15.64m/decade和38.91m/decade速度波动下降。（3）2018年与1980年相比,38年间水杉分布区森林面积、森林斑块数量、平均面积和边缘距离增加,破碎化降低,水杉高密度区边缘距离缩短,破碎化加剧。水杉分布区森林、灌木林、疏林地和建设用地分别增加0.8%（113.70 km~2）、0.2%（10.88km~2）、1.1%（83.04 km~2）和136%（146.57 km~2）,耕地和草地减少1.9%（183.38 km~2）和4.1%（169.94 km~2）。水杉分布区森林增加40.19%为耕地转变,26.01%为疏林地转变。水杉分布区森林斑块数量减少27.87%,斑块面积增加39.85%,据森林边缘距离增加2.7 m,破碎化降低。水杉高密度区森林和灌木林边缘距离分别减少11.72 m和18.84 m,耕地边缘距离增加了23.84 m。水杉高密度区8.9%的森林边缘距离增加37.41m,4.27%森林边缘距离平均缩短38.67 m,41.11%的水杉母树分布于柳杉、杉木、黄连、耕地和茶园内。水杉高密度区距道路平均距离为539.75 m,82.55%的母树位于道路1000 m以内,距居民点平均距离为1049.74 m,56.06%的水杉母树位于居民点1000 m以内。（4）高温胁迫、干旱和土地利用变化综合作用下,水杉受影响面积增加。高温胁迫和干旱共同作用下,水杉分布区受影响面积增加36.5%（8172.95 km~2）,水杉高密度区受影响增加49.8%。森林覆盖中高温胁迫和干旱共同作用下,水杉分布区受影响面积增加47.5%（3118.72 km~2）,水杉高密度区受影响增加4.2%,水杉高密度区受高温胁迫和干旱逐步向森林内扩张。非森林高温胁迫和干旱共同作用下,水杉分布区受影响水杉分布区面积增加32.3%（5026.35 km~2）,水杉高密度区受影响区域增加44.75%,50.27%的处于非森林水杉母树孤立木受到高温胁迫和干旱影响。基于分析结果,本研究认为气候变暖和干旱加剧水杉受高温胁迫和干旱强度和范围,可能将水杉挤压到更高海拔区域。但由于野生水杉迁移速度不能很好的匹配气候变暖和干旱速度,更多的野生水杉受到高温胁迫和干旱双重影响,水杉濒危风险加剧。同时柳杉、杉木栽植、黄连药用植物和耕地茶园种植等人类活动造成野生水杉栖息地破碎化严重。在当前气候变暖、干旱和土地利用变化条件下,未来水杉受威胁风险加剧,灭绝概率增大。通过建立适宜的生境,增加森林斑块面积和质量,调整水杉群落结构等措施,改善区域小气候,减缓气候变暖和干旱以及破碎化对水杉生存的消极影响。