基于 GIS的水土保持植物金發草的適生區與生境分析

王文國，李 銳，王勝華 ，陳 放

(1.四川大學生命科學學院/生物資源與生態環境教育部重點實驗室，四川 成都 610064;2.農業部沼氣科學研究所生物質能技術研究中心，四川 成都 610041)

目前，水土流失、生態環境的惡化已成為制約我國經濟發展的重要因素[1-2]，退化生態系統的面積已約占國土總面積的1/4[3]。而且，隨著經濟的發展，因修建公路、鐵路和開礦等開發建設活動破壞天然植被而留下的裸地、邊坡也將越來越多。對這些區域進行植被恢復是治理水土流失、改善生態環境的有效途徑。我國用于治理水土流失和植被恢復的草本植物資源以草坪草為主，如黑麥草(Lolium perenne)、高羊茅(Festuca elata)等，多為引進種[4-5]，給當地的生態安全和農業可持續發展帶來了一定的威脅[6]。所以，在治理水土流失、進行生態恢復建設中，應加大對本土植物資源的開發利用。金發草(Pogonatherum paniceum)是我國本土的多年生草本植物，廣泛分布于華中、華南、西南以及印度、中南半島、澳大利亞等地區[7]，因形似小竹，自然形態美觀，在歐美的許多國家已被開發成園林觀賞植物;在國內因其耐干旱貧瘠，生長迅速，根系發達，莖枝對地面覆蓋力較強，可以吸收菲、芘等污染物等優點，也已被廣泛關注[8-10]，可以在水土流失治理、生態邊坡防護、園林綠化等方面發揮良好的作用。本文結合多年實地考察資料并查閱大量標本和文獻資料，利用DIVA-GIS軟件對金發草的分布情況和適生區進行了分析，以期為金發草的進一步利用奠定基礎。

1 研究資料與方法

1.1 數據收集

1.1.1 物種分布信息

根據本實驗室人員 2003—2010年的實地考察記錄并查閱標本和文獻確定金發草已知的分布點。通過中國數字植物標本館(簡稱CVH)、國家科技部教學標本資源共享平臺提取國內標本館的金發草標本信息，同時查閱《中國植物志》、《四川植物志》、《云南植物志》、《廣西植物志》等地方植物志以及金發草相關的研究文獻確定金發草的分布點。分布地點的經緯度根據美國國家地理空間情報局地名詞典及中國數字植物標本館的新舊地名數據庫查詢系統結合 Google Earth衛星圖確定，海拔分布信息和群落信息來自實地考察記錄、標本記錄信息及群落研究資料。

1.1.2 氣候數據

氣候數據來源于世界氣候數據庫。該數據庫對1950—2000年來自世界各地氣象站的氣候信息采用插值法生成全球氣候數據，其空間分辨率為30″(1km2)，氣候數據的分辨率為2.5′。氣候變量選擇與溫度和降雨量相關的19個對物種分布有重要影響的生物氣候變量，包括年均溫、平均周溫度變化范圍、平均年溫度變化范圍、極端最高溫、極端最低溫、等溫性、溫度季節性變化、最濕季平均溫度、最干季平均溫度、最熱季平均溫度、最冷季平均溫度、年降雨量、最濕月降雨量、最干月降雨量、降雨量的季節性變化、最干季降雨量、最濕季降雨量、最熱季降雨量、最冷季降雨量。海拔圖和植被類型圖來自 http://www.diva-gis.org/gData，精度為30″。

1.2 地理分布分析

在標本記錄和文獻記載信息收集的基礎上，用 DIVA-GIS軟件繪制金發草的地理分布圖，每個分布點至少有一份標本采集或是在文獻中有過確切記載，分別以海拔圖層和植被類型圖層作為底圖。

1.3 適生區域預測分析

選用DIVA-GIS中整合的 BIOCLIM模型，根據標本及文獻記錄確定的 60個有效分布點對金發草的適生區域進行預測分析。

1.4 生境分析

通過實地考察記錄金發草生存地的海拔、地理坐標、植被類型、生長基質、伴生植物等指標，并參考部分文獻，對典型生境進行分析。

2 結果與分析

2.1 金發草的地理分布

圖1是金發草在我國的分布情況，從圖中可看出金發草分布在我國的中南、東南和西南的中低海拔地區。標本記錄和群落調查顯示，金發草在四川、重慶、浙江、廣西、福建等省份分布的海拔多在1000m以下，在云南的分布主要在1000m以上，最高可達 2000m。結合群落研究資料、標本記錄和實地考察記錄的分析表明，金發草分布地的植被類型主要為草地、人工林、灌叢等。

圖1 金發草在我國的分布

2.2 分布區預測分析

BIOCLIM模型是根據物種所有已知分布點的氣候數據來確定適合此物種生存的氣候變量的變化范圍的，只要氣候條件在變化范圍內的地區就被認為是適合此物種生存的，已被廣泛應用于植物分布區的預測[11-12]。該模型利用分布百分比算法對分布區域中各網格的每個環境變量進行多元單邊分析，計算每個網格的環境適生度。如果網格中所有的環境變量都在物種分布的氣候包絡之內，就認為這個地方是適合該物種生存的。根據每個網格中的所有環境變量的得分，BIOCLIM模型將預測的結果分為非適生(0)、低度適生(0～2.5%)、中度適生(2.5% ～5%)、高度適生(5%～10%)、極適生(10% ～20%)、最適生(20%～40%)6個等級[12]。從預測圖(圖 2)分析可知，金發草在我國華南和西南地區有著廣泛的適生區域，高度適生區、極適生區、最適生區主要分布在川東丘陵、云貴高原、閩浙丘陵、兩廣丘陵等地區。

圖2 金發草適生區預測

2.3 生境多樣性分析

根據實地考察和文獻資料，對金發草的適生生境進行了分析(表1)。金發草對生長環境有較廣泛的適應性，包括風化巖石表面、干燥的裸土表面、石縫、草地、林下等;可適應土壤類型廣泛，包括紅壤、黃壤、紫色土、燥紅土等。從調查結果看，金發草對水分的適應性也較為廣泛，具有極強的耐旱性，可以在干燥的風化巖石表面生存，也可以適應潮濕的河邊灘涂等生活環境。另外，我們調查發現金發草主要生長在受人為影響較大的環境，一般是作為先鋒植物生長在較為惡劣的生境中，伴生植物以蕨類植物為主，在較好的生境中競爭性較弱，所以一般不會作為雜草對農田等造成危害。因此，金發草可以作為環境受破壞較為嚴重地區植被恢復的先鋒植物。

表1 幾種金發草典型生境分析

3 結 論

金發草作為一種對極端環境耐受性極強的草本植物已引起廣泛的關注。應用 GIS技術分析表明，金發草在我國的適生區域主要在川東丘陵、云貴高原、閩浙丘陵、兩廣丘陵等地區，這些區域也是我國水土流失較為嚴重的地區，極易遭受干旱、洪澇等自然災害。金發草對極端干旱、貧瘠環境的耐受性和對各種生境的廣泛適應性使其可以作為優良水土保持植物用于這些區域的道路邊坡、礦區等受損環境的水土流失治理和植被恢復。

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