基于生态位模型分析横断山区5种高山栎林建群种响应气候变化的异同

The constructive species in Quercus section Heterobalanus forest are the ideal material to study influence on the plants spatial distribution by global climate change in the East Himalaya and Hengduan Mountains, a global biodiversity hotspot. Using Botanical Research and Herbarium Management System (BRAHMS) and geographic information system software (ArcGIS v9.x), basing on a lot of plant specimens collection and consultation, the spatial distribution of five constructive species in the forest will be comprehensively investigated, and a thorough specimens database of the species will be established. Basing on the spatial distribution in the database, the relationship between the digitized species geographic information and the corresponding digitized climate data will be determined based on a variety of statistical softwares and ecological niche models. Furthermore, the potential spatial distribution of the five constructive species under benchmark climate conditions (1961-1990) will be simulated by using areal climate parameters as variables, distribution information of species as the dependent variables, and then an appropriate niche models will be determined by comparing the potential distribution with the observed actual distribution and accuracy evaluation parameters of modeling. Then, combined with other environmental factors more than climate parameters, the spatial distribution of the constructive species will be simulated by experience models under different climatic scenarios in the future, and the change will be analysis by comparing with the potential spatial distribution under the benchmark climate conditions. Finally, a more accurate prediction of the constructive species spatial distribution and its change trends will be took out by using ensemble forecasting methods to reduce the uncertainty of the models and consensus approach to integrate different predictive results by different models, and different response to climate change of different constructive species will be analyzed. The result may provide scientific guidance for ecological conservation and utilization of these particular plant resources.

高山栎林建群种是研究全球气候变化对东喜马拉雅和横断山区植物物种空间分布影响的理想材料。本项目将对高山栎林5个建群种开展大量的野外调查和采集，利用植物研究与标本管理系统软件构建标准综合标本数据库，并绘制详细的地理分布图。然后利用GIS软件使其与分布区气候数据一一对应，根据多种生态位预测模型分析明确气候要素与高山栎林建群种空间分布的相互关系，探讨影响其分布的主导因子。进而，利用分布区气候参数作为变量，物种空间分布作为因变量，模拟基准气候条件（1961-1990年）下高山栎林建群种潜在地理分布，并与实际的地理分布进行对比，结合模型预测精确性评估参数确定合适空间分布模拟模型。在此基础上，引入非气候环境因素（如土壤理化性质等）建立经验模型，并结合组合预测方法和一致性预测方法对多预测结果进行整合，较精确的预测未来气候变化不同情景条件下高山栎林5个建群种地理分布。最后将预测结果与基准气候条件下的潜在分布进行比较，分析不同物种分布区变化趋势，比较不同物种之间的变化差异。

气候变化不仅在打乱天气，也在打乱物种，加上现代城市化快速发展，物种地理分布正受到前所未有的影响。高山栎林建群种为我国特有植物，是研究全球气候变化对东喜马拉雅和横断山区植物物种空间分布影响的理想材料。本项目首先以川滇高山栎为研究重点，分析了MaxEnt预测模型和GARP预测模型对高山栎物种分布模拟精确度差异，评价了预测优选模型。根据优选模型预测结果分析了不同未来气候变化情景下川滇高山栎林分布区变化，表明在东喜马拉雅和横断山区川滇高山栎分布区变化不显著，将在该地区发挥更加重要的生态效益。其次应用优选的生态位物种分布模拟软件对我国东喜马拉雅以及横断山地区所特有的山地硬叶常绿栎林建群种川滇高山栎、黄背栎、刺叶栎、长穗高山栎和帽斗栎进行潜在分布区模拟分析，阐明了其主要地理分布特征及其与与气候因素的相互关系，表明气温变化幅度是影响高山栎类物种地理分布的主要气候因素，并分析了不同高山栎林建群种对气温变化响应的差异。最后开展了不同高山栎群落土壤-植物系统氮磷营养因素特征和金属元素特征分析，和不同高山栎群落土壤微生物多样性分析，尝试从“地下”环境因素解释高山栎类物种现代地理分布的形成原因，以及其应对气候变化不同响应差异的可能机制。在项目执行过程中，采集了大量高山栎及其伴生种植物标本，通过野外调查发现了高山栎林建群种8个新分布记录，并在采集过程中对传统植物标本采集和制作工具进行了改良，申请了相关专利。同时根据实际实验条件，项目还开展了高山栎林下资源植物可持续利用和有效成分功效研究，重点分析了传统藏族茶饮红雪茶的功能性成分提取及其功效。项目执行期间发表基金标注的研究论文12篇，其中SCI论文5篇，EI论文1篇，中文核心期刊4篇，一般期刊2篇；以项目组成员为第一发明人申请专利9项，获得授权专利6项。