中國桃金娘群落分布北線的劃定及其與氣候因子的關系

司書斌，曹福祥，彭繼慶，許若嫻

中國桃金娘群落分布北線的劃定及其與氣候因子的關系

司書斌，曹福祥，彭繼慶，許若嫻

（中南林業(yè)科技大學，湖南 長沙 410004）

桃金娘是一種對溫度變化敏感，傳播迅速，具有氣候指示作用的熱帶性灌木。調查其群落分布現(xiàn)狀,分析氣候因子與群落分布的關系可以為氣候變化研究提供有力的依據(jù)。本研究通過調查桃金娘群落分布確定了其分布北線為25°18′N至26°18′N，從貴州荔波縣逐漸向北偏斜至福建連江縣。利用標準差SD分析法確定了影響桃金娘分布的主導氣候因子為積溫和生長季節(jié)的溫暖程度（>10℃），最低平均氣溫和降水量為非主導因子。

桃金娘；群落分布；氣候指示性植物；全球變暖；氣候因子

近年來氣候變化逐漸受到人們的重視，相應的研究也逐漸增多，但由于溫室效應所導致的氣候變暖在高緯度和高海拔地區(qū)體現(xiàn)的更為顯著[1-2]，所以大部分研究多集中于此。桃金娘Rhodomyrtus tomentosa，崗松Baeckea frutescens和中平樹Macaranga denticulata三種群落是熱帶普遍存在的常綠灌叢和建群植物[3]。桃金娘具有對溫度變化敏感，傳播迅速等特點[4]，是一種熱帶性標志植物，可作為熱帶和亞熱帶區(qū)域監(jiān)測氣候變化的理想指示性植物。

桃金娘為1～2 m高灌木，嫩枝有灰白色柔毛，葉對生，革職，葉片橢圓形或倒卵形，離基三出脈，直達先端且相結合。花有長梗，常單生，紫紅色；萼管倒卵形，宿存；漿果卵狀壺形，熟時紫黑色。經研究證明紅耳鵯Pycnonotus jocosus,白頭鵯P.sinensis,全異巨首蟻Pheidologetion diversus和梅花山大頭蟻Pheidole meihuashanensis均以桃金娘果實為食，為桃金娘種子的迅速廣泛傳播提供了有利條件[5]。溫度變暖后桃金娘分布界限勢必會向北擴張。

1 桃金娘生態(tài)地理分布特征

桃金娘在南方分布廣泛，主要分布于海南島北部，廣東西南部，廣西南部和福建南部海拔低于500 m的低山丘陵和臺地上。主要氣候帶為北熱帶和南亞熱帶。土壤多由玄武巖砂，頁巖或花崗巖風化發(fā)育而成的紅壤土，是酸性土壤的指示性植物，生境濕潤或稍干旱。該群落是廣東，廣西和福建丘陵地帶的典型次生灌叢。分布區(qū)域從東南部沿海一直延伸到廣西西部，受海洋影響，福建沿海地區(qū)桃金娘群落的分布最北線已達到北緯26°18′。在此區(qū)域可作為區(qū)分南亞熱帶和中亞熱帶的指示性植物，這與中國氣候區(qū)劃新方案[6]的劃分相吻合。

桃金娘群落多為常綠闊葉林采伐破壞后發(fā)展起來的次生灌叢，灌木成叢散生，高度1～2 m，蓋度30%～60%，以桃金娘為優(yōu)勢種。伴生灌木種類有野牡丹Melastoma candidum，銀柴Aporusa chinensis,黑面神Breynia fruticosa, 坡柳Dodonaea viscosa,山 芝 麻 Helicteres angustifolia， 黃 牛 木Cratoxylum cochinchinense 等。由于群落生境的不同，伴生種類也有所差別，南亞熱帶北部向中亞熱帶過渡區(qū)域常出現(xiàn)小果珍珠花Lyonia ovalifolia var.elliptica，檵木 Loropetalum chinense，灰葉烏飯Vaccinium glaucophyllum和石斑木Raphiolepis indica var.indica等。在生境略干旱的條件下崗松Baeckea frutescens，山芝麻Helicteres angustifolia，余甘子Phyllanthus emblica等也會出現(xiàn)。在群落未遭到進一步破壞情況下馬尾松Pinus massoniana會迅速侵入其中，形成馬尾松桃金娘群落，其間可能伴生有木荷Schima superba，楓香Liquidambar formosana等先鋒闊葉樹的幼苗。草本層高度一般可達40～70 cm，蓋度40%左右，常見種為白茅Imperata cylindrica，芒萁Dicranopteris dichotoma。

2 桃金娘分布北線的確定

2.1 數(shù)據(jù)收集

查閱《中國植物志》和各省及地方植物志并結合網絡檢索確定桃金娘分布狀況，并確定實地調查的目的地為：貴州黔南布依族苗族自治州羅甸縣、荔波縣；湖南懷化市通道縣；廣西桂林市全州縣；江西南康市；福建福州市連江縣。按緯度分布由北界向南依次設立三個梯度樣地：廣西柳州市，南寧市和欽州市。調查經度范圍由106°54′E～119°33′E，包含南方黔、湘、贛、閩、桂5省。

調查桃金娘的分布區(qū)，按照野外調查根據(jù)植物群落清查的主要內容、方法和技術規(guī)范設立臨時樣地并進行物種清查，記錄內容包括植物名稱，平均高度，蓋度和多度等級[7]。為了盡可能確定桃金娘的分布最北限，在北線樣地地點選取時一般采用走訪調查的形式，利用照片和標本詢問大量當?shù)鼐用瘢鶕?jù)當?shù)厝说拿枋黾敖榻B從北向南逐個鄉(xiāng)鎮(zhèn)依次考察，最終確立合適地點設立樣地。

經過實地調查發(fā)現(xiàn)除貴州羅甸縣和湖南通道縣未發(fā)現(xiàn)桃金娘存在以外，在貴州荔波縣十二索（25°18′ 15″ N ，108° 06′ 41″ E），廣西靈川縣涼風橋（25°30′21″N，110°24′24″E），柳州市西鵝鄉(xiāng)山頭村鷂鷹山（14°16′52″ N，109°19′18″E），南 寧 平 樂 荒 山（22°40′56″N，108°02′22″E），欽州市欽西區(qū)康熙嶺火炭坪（21°58′14″N， 108°34′30″E）， 江西贛州市唐江縣龍華鄉(xiāng)羅邊電站（25°47′29″N，114°38′11″E）及福建連江縣丹陽鎮(zhèn)（26°18′22″N，119°29′19″E）均有典型群落，并設立臨時樣地進行清查記錄。

2.2 桃金娘分布圖編制

根據(jù)實地調查的樣地數(shù)據(jù)和植物志的記載，結合《中國植被圖集》[8]繪制桃金娘分布圖（如圖1）。確立桃金娘的分布現(xiàn)狀和北線。可以確定桃金娘的分布北限為25°18′N～26°18′N，從貴州荔波縣逐漸像北偏斜至福建連江縣，跨越一個維度范圍，北線分布呈散點狀且跨度大，而南部分布區(qū)則較為集中。

3 桃金娘分布北限與氣候因子的相關性分析

3.1 氣候數(shù)據(jù)采集及參數(shù)選取

圖1 桃金娘分布狀況Fig.1 Present situation of Rhodomyrtus tomentosa distribution

所需氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象科學院數(shù)據(jù)共享服務網1971年到2000年30年標準年值氣候數(shù)據(jù)和標準月值數(shù)據(jù)。選取年平均氣溫，年降水量，氣溫年較差，冬季最低溫，1～12月累月降水量和平均氣溫6個氣候因子[9]。

參照方精云等對北美東部八種溫帶樹種向北分布的限制氣候因子中的參數(shù)，本研究選取7項氣候參數(shù)進行分析，分別為：最暖月平均溫度（θMTWM,℃），最冷月平均溫度（θMTCM，℃），年均溫（θAMT，℃），氣溫年較差（θART,℃），年降水量（AAP，mm），Holdridge 生命樣帶年生物溫度（θABT,℃）

式（1）中：ti為溫度大于0℃的月平均溫度，拓展后Kira 溫暖指數(shù)（IBWI，℃）為：

式（2）中：ti為大于10攝氏度的月平均溫度。

Holdridge生命樣帶，Kira, Penmanhe和Thornthwaite四個氣候植被分類的模型的比較研究認為，Kira和Holdridge 生命樣帶模型適用于亞熱帶常綠闊葉林的模擬，而Penmanhe 和Thornthwaite模型的一致性指數(shù)均小于0.4[10]，所以本研究中并未采用水汽指數(shù)和干濕指數(shù)作為研究對象。Kira模型應用于溫帶和亞寒帶植被更為合適，針對我國森林分布現(xiàn)狀倪健等對該模型進行了拓展，將生物溫度從5°提高到10°，拓展后模型對亞熱帶的植被模擬效果更好[11]，因此本研究采用拓展后Kira生物溫暖指數(shù)IBWI。

3.2 標準差分析氣候指數(shù)關系

按照Kira[12]提出的標準，在研究植物北限分布與氣候因子之間關系時一般采用標準差SD方法分析。本研究中將同一緯度范圍（25°50′N）不同樣點的氣候數(shù)據(jù)進行分析，研究7個氣候變量對桃金娘北限分布的影響。

由于θABT和IBWI是多個月平均氣溫的總和，所以在進行SD值比較時需要先進行標準化，即同時乘以1/12。標準化后數(shù)值可以與其他氣候因子進行比較，數(shù)值最小的即為影響桃金娘北限分布的主導氣候因子[9]。

3.3 氣候指數(shù)分析結果

Holdridge指數(shù)θABT為19.43屬于高中濕潤型（θABT：18～20）[13]，拓展后Kira指數(shù)屬亞熱帶常綠闊葉林帶（IBWI：80～150）。結合實地樣地的經緯度坐標說明桃金娘的分布北線已經擴散到中亞熱帶。

圖2 桃金娘北限分布氣候指數(shù)的平均值和標準差Fig.2 Average and SD of Rhodomyrtus tomentosa north distributional limits climate parameters

通常認為最低溫是限制植物分布的主導氣候因子，但通過SD值的分析可以看出最冷月平均氣溫的影響指數(shù)還不及最暖月平均氣溫，所以最冷月平均氣溫并非限制桃金娘分布的主導氣候因子。年降水量是所研究氣候因子中SD值最大，為3 217.86即限制性最弱的，對比樣地以北氣象站的降水量數(shù)據(jù)顯示，在降水量更為豐富的地區(qū)（17 000 mm）桃金娘并未出現(xiàn)。所以年降水量也不是限制桃金娘分布的主導氣候因子。

標準差分析結果顯示生物溫度θABT，年均溫θAMT以及溫暖指數(shù)IBWI的SD值最小，對于桃金娘分布北限的限制作用最為明顯，是主導氣候因子。Holdridge 生物溫度和年均溫所代表某一地區(qū)的溫暖狀況，與該地區(qū)的熱量水平和積溫密切相關；溫暖指數(shù)代表該地區(qū)植物生長季節(jié)的溫暖情況。因此可以推斷影響桃金娘分布的主導限制性因子是積溫和植物生長季節(jié)溫度[9]。

4 結論與討論

經過實地調查和氣象數(shù)據(jù)的分析得出：(1)確定桃金娘的分布北限為 25°18′N ～ 26°18′N，已經從南亞熱帶擴散到中亞熱帶的南部，分布呈散點狀，密集程度比南方群落集中區(qū)域稀疏；（2）明確氣候因子與桃金娘分布關系，得知影響桃金娘分布的主導氣候因子為積溫和生長季節(jié)的溫暖程度（>10℃）；（3）通常認定的最冷月平均氣溫對其限制性并不明顯[9]，而在所研究氣候因子中年降水量對桃金娘北線分布的影響最差。

北線樣地的群落結構較南方集中區(qū)域簡單，在桃金娘占優(yōu)勢種的群落內植物種類單一，并未出現(xiàn)銀柴Aporusa chinensis，黑面神Breynia fruticosa，玉葉金花Mussaenda pubescens等常見伴生種，只有部分樣地內出現(xiàn)野牡丹Melastoma candidum共生，芒萁Dicranopteris dichotoma和馬尾松Pinus massoniana分別在群落中占據(jù)第一層和第三層的優(yōu)勢種地位。群落北線處于南亞熱帶和中亞熱帶的過渡區(qū)域，該區(qū)域的常見種檵木Loropetalum chinense，小果珍珠花Lyonia ovalifolia var.elliptica，灰葉烏飯Vaccinium glaucophyllum 等也很少出現(xiàn)，由此可以證明桃金娘群落是先鋒群落，可能優(yōu)先于其他伴生植物現(xiàn)行占據(jù)有利生境形成優(yōu)勢種，具體演替變化尚需進一步調查。

本研究主要是對桃金娘的緯度分布和氣候因子關系進行分析，由于云貴高原的地勢影響，桃金娘在云南的分布已經到富寧、河口等低緯度地區(qū)（22°N），在我國西南部地區(qū)的分布已經由緯度影響轉變成海拔影響，所以在本研究中未將云南的桃金娘分布列入研究范圍。

根據(jù)文獻記載，桃金娘是一種熱帶性氣候指示性植物，本研究通過量化的氣象因子分析得出桃金娘分布的限制條件，從而準確的定量桃金娘的氣候指示水平，為今后的進一步研究提供了詳細的理論依據(jù)。氣候監(jiān)測是一項長期的工作，以上研究材料可作為氣候變化觀測和桃金娘北移的基準。在此基礎上可以設立永久樣地進行長期觀測；也可通過人工擴大試驗在北線以北區(qū)域進行桃金娘試種，觀測研究其變化規(guī)律；還可以利用氣候模型模擬群落未來的遷移規(guī)律，為氣候研究提供更多參照。氣候變化已經日益引起人們的重視，作為物種豐富的亞熱帶熱帶地區(qū)有獨特的物種對溫度變化敏感，可以作為很好的環(huán)境檢測工具，為人類制定相應的應對策略提供依據(jù)。

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Determination of northern distribution boundary and relationship with climate parameters for Rhodomyrtus tomentosa in China

SI Shu-bin, CAO Fu-xiang, PENG Ji-qing, XU Ruo-xian
(Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

Rhodomyrtus tomentosa is a kind of tropical shrubs which sensitive for the temperature change and transmitted fast.It can be a indicator plant for the global warming.The investigation on distribution of its community status and analysis on the relationship of climatic factors and the distribution of community can provide a strong foundation for the climatic change research.Through investigating Rhodomyrtus tomentosa community distribution then it was confirmed that the northern line was from 25°18′N to 26°18′N,deflected to Lianjiang county of FuJian province from Libo county of GuiZhou province.By using standard deviation (SD) method, it was found that the critical climate factors that aected the growth of Rhodomyrtus tomentosa were accumulated temperature and the warm extent in the growing season were larger than 10℃.On the contrary, the minimum temperature and precipitation had low relativity with its distuibution.

Rhodomyrtus tomentosa; community distribution; climate indicator plant; global warming; climate parameters

S791；Q949.762

A

1673-923X(2012)03-0162-04

2012-01-06

湖南省教育廳學科帶頭人培養(yǎng)對象基金資助項目(2004559) ；國家林業(yè)公益行業(yè)科研專項子項目（200804001）

司書斌(1987—)，男，山東淄博人，碩士研究生，從事植物學研究

曹福祥(1962—),男,湖南新化人,教授,博士生導師,主要從事植物學和生物化學與分子生物學研究; E-mail：csfucao@163.com

[本文編校：歐陽欽]