水杉原生种群生境适宜性评价与保护对策研究

发布时间：2020-08-18 21:16

【摘要】：水杉是中国特有世界著名的孑遗植物,素有“活化石”之称。水杉自被重新发现以来,一直都是我国政府保护和监测管理的重点,被列为一级保护植物。目前,由于气候的变化、环境的破坏和人为的干扰等因素,导致水杉原生种群正走向衰退乃至灭绝的边缘。因此,本研究通过对湖北省星斗山国家级自然保护区水杉原生种群栖息地的野外调查数据、气候数据和树木生长数据等,采用不同的研究方法,对水杉原生种群的生长、变化和适宜性进行研究,为水杉原生种群的保护提出合理对策。以期为水杉原生种群生境的保护和管理提供科学依据。得到如下主要结果:1、通过对水杉原生种群栖息地的65年的气候资料进行分析了解到的自然状况,当地的气温呈现升高的趋势,而降水量、平均相对湿度、平均风速和日照时数都呈下降的趋势。冬季气温上升是年平均气温增加的主要因素;受冬季1月极端高温和秋季10月极端低温的主要影响,年极端高温和低温均呈现上升的趋势。平均高温的上升主要是受春季5月高温天气较多调控,平均低温的增加是受冬季2月低温天气减少的影响。春季和8月的平均相对湿度减少是年平均相对湿度减少的主要因素;同时,春季和8月的降水量减少也是最明显的,平均风速在春季下降的最为显著,日照时数方面冬季12月减少的最大。2、利用水杉树木年轮分别建立标准化、差值和自回归三种年表,分析各年表与气候因子之间的相关性;发现除当年气候因子影响外,上年气候也对水杉当年的生长具有一定的影响,气温对水杉径向生长的影响最为显著。从季节方面看,春季气候因子对水杉年轮生长的影响占主导地位,极端高温和平均高温的升高促进了水杉的生长,极端低温的升高、平均低温和平均相对湿度的降低限制了水杉的生长。从月气候因子角度看,5-9月的气候因子对水杉生长的影响所占比重较大,平均相对湿度和降水量的降低对水杉的径向生长具有阻碍作用,平均风速和日照时数与水杉树轮生长相关性研究发现仅有个别月份具有相关性。3、依据水杉树轮年表与气候因子的相关程度,建立气候重建模型,通过对模型进行检验可以看出模型的效果较好,可以在一定程度上反映研究区域内的气候变化趋势。同时,从关系模型中了解到,水杉的主要生长季为每年的5-9月,同时,冬季的低温促进水杉的休眠,为生长季积蓄能量,模型是利用经过筛选后的气候因子建立的经过筛选的因子最终确定的模型具有较好的拟合效果,可以对水杉的径向生长进行有效预测。4、利用水杉树轮数据,建立径向生长模型,评选出的最优生长模型是D=61.44*(1-e-0.01*T)0.86,模型具有良好的拟合效果,对水杉的生长过程进行分析的结果表明,树龄在50年之内的水杉依然存在旺盛的生命力。树高胸径模型中多变量的复合模型预测精度高于单变量模型。模型4(h=17.7508+0.0042d2+0.0001d3)、模型22(h=128 1449e-49.9808/d+69.7668)模型51(h=e15.3671-3 07371nH-0-9 5212/t-28 31741nN/d+544 2804/dt+206 7969/d)和模型52(h=0.4994H00.0507(BA)0.3521N0.0196e0.1972/t+8.6632/d)是最好的四个模型。这其中模型4是线性模型,其他三个是非线性模型,树龄虽然不是研究树高胸径关系中最重要的变量,但在模型的选择中考虑树龄可以提升树高的预测精度,通过利用随机森林算法对立木、立地和环境特征因子进行降维,发现立木数据中的胸径、树高、冠幅、树龄和立地数据中的经度、纬度、海拔和坡向8个因子对水杉原生种群生长状态分类的效果最佳且可有效保证分类精度。随机森林和SVM两种分类法相结合与多源信息组合能够有效对水杉的健康类型进行分类预测。5、水杉原生种群生境的适宜性进行评价研究结果表明;层次分析法得到的权重中人居活动因子权重最高,其次为海拔因子。水杉生存的最适宜区域主要分布在保护区西南部的河谷地带,东北部是水杉原生种群的适宜区域。不适宜的地区主要为中部的人居活动区域和四周的高山,全部保护区最适宜、适宜和不适宜区域分别占保护区面积的 26.95%、41.01%和 32.04%。6、根据水杉原生种群的调查结果结合对水杉种群具有影响的因素,研究提出应加强对水杉中区的监测管理,提高群众的保护意识,增加保护专项基金,实行承包责任制,实施生态移民,建立专业的水杉保护科研团队,定期组织学术交流,使水杉种群得到有效保护。综上所述,水杉原生种群生境的气候变化趋势虽然相对较弱,但依然对水杉的生长具有一定的影响。通过气候因子可以对水杉的生长进行有效预测,适应性等级划分结果表明;人为干扰和海拔高度对水杉适宜等级的划分具有重要影响,应加强对水杉保护的监管力度,杜绝人为干扰,提高群众的保护意识,恢复保护区的自然环境。本研究为今后水杉原生种群的保护和管理提供科学依据,也为其他物种的保护提供了参考依据。
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S718.5
【图文】：

自然环境,水杉,公顷,保护区

北纬３０°０４＇￣３０°１４＇，东起忠路镇的老屋基，西至汪营镇的高笋塘，北至汪营镇的交椅逡逑台，南起忠路镇龙塘铺，片区面积２５７６８公顷，全保护区总面积６８３３９公顷（刘毅等，逡逑２００６；徐静静，２０１４）。水杉原生种群位于湖北省星斗山自然保护区的西部片区（图２－１）。逡逑保护区因山峦阻隔，气候温暖湿润，小气候明显，加之山川纵横，地形复杂，形逡逑成包括水杉、银杏、珙桐、秀杉（７？＂＋ｍｗ７／？７．／／川／＼／＜狐0和红杉（７ｋｍｗ／７／＿？ｍｓ７：ｖ）在内的逡逑珍稀、濒危、古老、孑遗、特有植物群落，为一大批起源于第三纪，经历了第四纪冰逡逑川侵袭的遗留下来的古生物提供了少有的避难所。２００３年６月经国务院［２００３］５４号逡逑文件批准设立星斗山国家级自然保护区。逡逑１０８°２Ｔ３０＂Ｈ逦１Ｉ０°５８＇（ＴＥ逦ＩＩ３°２８＊３０＂Ｅ逦１１５。５９＊０”卜：逡逑逦邋邋邋＼逦Ｎ逦＾逡逑７逦Ａ邋ｓ逡逑ｌ逦－Ｗ＿．逦？邋Ｓ逡逑ｌ－八逡逑＾逦ｌ逡逑？逦，邋Ａ邋｜逡逑Ｉ逦ｓ＞逦ｇ逡逑．邋Ｖ邋．邋＂邋丨目逡逑Ｉ０８°２７，３０＂Ｅ逦ＩＩ０Ｓ５８＇０＂Ｅ逦丨〗３°２８，３０＂Ｅ逦ＩＬ＾．ＷＥ逡逑？ｆｉ逡逑图２－１研究区域逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｓｔｕｄｙ邋ａｒｅａ逡逑２．邋１自然环境逡逑２．１．１地质地貌逡逑保护区在地质构造上为“八面山弧形构造”，是一个相对独立的单元地带。地层全逡逑１５逡逑

保护区,年平均气温,原生种,群生

水杉原生种群生境适宜性评价与保护对策研究有所提升，在１９６１年达到当时的年均最高的１７．４口，８０年代整体气温较低，９０年代的前期平均气温相对较前１０年呈现上升的态势，其中，在２００７年出现了邋１７．５下降，但与历年平均值基本持平总体上有轻微的上升，致（王翠等，２０１８），但相对升高速率较低，这也是星斗山结果。逡逑１８逡逑

月平均气温,保护区,年代,极端气温

３．３．２极端气温变化特征逡逑３．３．２．１年极端气温变化特征逡逑星斗山自然保护区自２０世纪５０年代以年极端高温和极端低温呈上升趋势，逡逑极端高温上升趋势高于极端低温。如图３－４所示，年极端高温的上升趋势的倾向率逡逑为０．１１邋口／ｌＯａ，２００７年出现最高值２９．７□，丨９８９年出现最低值为２６．５□，从２０世逡逑纪５０年代到８０年代极端高温一直呈现下降的趋势，９０年代以后开始上升，２１世逡逑纪２０年代又开始回落。最高的２１世纪１０年代比最低的２０世纪８０年代高出１．６口，逡逑总体上呈现出现下降后升高，之后又下降的趋势，但变化并不显著。逡逑２６逡逑

【参考文献】