西南山地是我國長江、珠江、雅魯藏布江、瀾滄江、怒江等多個重要河流的源區(qū)，是國際河流湄公河、薩爾溫江、伊洛瓦底江、恒河和印度河等的重要源區(qū)，是我國重要的生態(tài)屏障區(qū)、生物多樣性富集區(qū)，水源涵養(yǎng)、水土保持、水資源供給區(qū)，也是全球暗針葉林地理分布中心之一，正經(jīng)歷著前所未有的變暖趨勢，對優(yōu)勢樹種的生存提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
冷杉（Abies）廣泛分布在北半球溫帶和亞熱帶地區(qū)，具有較強(qiáng)的耐陰性，適應(yīng)溫涼和寒冷的氣候，常在高緯度至低緯度地區(qū)亞高山至高山地帶的陰坡、半陰坡和谷地形成純林，或與云杉、落葉松、鐵杉及闊葉樹組成針葉混交林或針闊混交林，在涵養(yǎng)水源、保持水土、保護(hù)生物多樣性方面具有十分重要的功能。西南地區(qū)是我國冷杉屬物種多樣性的最高富集區(qū)域，冷杉也是該區(qū)域亞高山、高山地區(qū)森林的優(yōu)勢樹種之一，冷杉林對維持西南地區(qū)生態(tài)安全屏障功能的正常發(fā)揮具有舉足輕重的作用。冷杉喜歡寒涼氣候，對全球氣候變化十分敏感，對溫濕度穩(wěn)定性有嚴(yán)格的要求，在未來該區(qū)域總體趨勢為氣溫升高的背景下，冷杉樹種分布將如何變化？這個問題仍然不清楚。由于其分布變化將劇烈改變西南生態(tài)屏障功能的正常發(fā)揮，進(jìn)而影響區(qū)域、國家乃至亞洲的生態(tài)安全，因此，該區(qū)域冷杉屬樹種的未來適應(yīng)及分布變化受到國際學(xué)術(shù)界、國際組織的高度關(guān)注。
預(yù)測物種的分布變化通常利用生態(tài)位模型演算，對物種過去不同時期的反演往往可以通過孢粉、化石等證據(jù)來確認(rèn)反演結(jié)果是否正確，但對物種未來分布變化的預(yù)測則因?yàn)闊o法實(shí)證從而導(dǎo)致預(yù)測結(jié)果可能具有不確定性。因此，如何提高物種未來分布預(yù)測的準(zhǔn)確性是國際學(xué)術(shù)界在不斷探索的一個難題。
植物和動物一樣，當(dāng)環(huán)境不適宜時，除了通過其生理生態(tài)特性的改變來適應(yīng)不利環(huán)境外，更重要的是遷移到適宜的生境的能力，這也是植物在面對氣候變化背景下適應(yīng)氣候的重要反饋機(jī)制，但國際學(xué)術(shù)界在利用生態(tài)位模型預(yù)測物種分布變化時卻往往忽略這個機(jī)制。大多數(shù)生態(tài)位模型研究傾向于使用完全遷移或無遷移的場景來預(yù)測物種在未來氣候變化下的潛在分布。事實(shí)上，物種未來的實(shí)際分布可能介于不遷移和完全遷移之間。不考慮物種實(shí)際遷移能力的物種分布模型預(yù)測可能會過高或過低的估計(jì)物種的真實(shí)分布，進(jìn)而阻礙我們對物種真實(shí)風(fēng)險的準(zhǔn)確判斷。
以往對冷杉未來分布的研究主要集中在廣闊的平原地區(qū)（北美及歐洲），得出的結(jié)論相對一致，即其潛在分布的范圍在縮小并向北方遷移。與北美、歐洲等區(qū)域相比，我國西南地區(qū)由于地形、氣候、植被和物理屏障的巨大差異，且冷杉物種數(shù)量占全球的四分之一以上，這使得我們對多個物種的評估與其他區(qū)域的相關(guān)研究有可能有很大的不同。并且很少有研究試圖闡明不同的遷移能力對東亞氣候變化下植物潛在分布的影響。因此，考慮到遷移限制和氣候變化之間的相互作用，迫切需要對我國西南山地的多個冷杉樹種進(jìn)行可靠的未來評估。
中國科學(xué)院成都生物研究所生態(tài)過程與生物多樣性組的博士研究生廖梓延在導(dǎo)師潘開文研究員和張林副研究員的指導(dǎo)下，聯(lián)合了瑞士聯(lián)邦研究院（Swiss Federal Research Institute WSL）的Michael Peter Nobis研究員，采用最大熵（MaxEnt）算法校準(zhǔn)生態(tài)位模型，并基于兩種碳排放情景（RCP 4.5和RCP 8.5），分別預(yù)測我國西南山地北部（“北方”）典型代表性建群樹種岷江冷杉和紫果冷杉，中部典型代表性建群樹種鱗皮冷杉和黃果冷杉，南部（“南方”）典型代表性建群樹種川滇冷杉和長苞冷杉，在未來三個時間段（2021-2040年、2041-2060年及2061-2080年）的潛在分布變化。首次在植物分布變化預(yù)測中采用KissMig遷移模型，制定了三種遷移場景（完全遷移、不遷移和局部遷移場景），來探討遷移能力與預(yù)測分布之間的關(guān)系以及重要冷杉樹種的潛在分布。
模擬結(jié)果表明，未來氣候變化下冷杉的損益同時取決于地理位置、生態(tài)位和遷移能力。到2080年，只有在無遷移情景下，紫果冷杉的潛在分布面積預(yù)計(jì)會下降，而在全遷移和部分遷移的情景下，預(yù)計(jì)會增加；而其他5個物種在大多數(shù)碳排放×遷移的情景下，潛在分布面積會下降。西南山地南部的冷杉更容易受到氣候變化的威脅，而這種威脅在遷移限制和嚴(yán)重的氣候變化情景下將被放大。因此，對于我國西南地區(qū)特有、優(yōu)勢和重要的冷杉樹種，保護(hù)評估和合理規(guī)劃是當(dāng)務(wù)之急。盡管本研究對物種分布的預(yù)測結(jié)果是在不可避免的簡化假設(shè)和多種不確定因素下得出的，但研究指出了冷杉資源保護(hù)所面臨的潛在挑戰(zhàn)，并強(qiáng)調(diào)了將遷移能力納入氣候變化影響評估的重要性，為生態(tài)位模型在植物未來分布變化預(yù)測中提供了新的案例及方法借鑒。
該研究獲得國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFC0502101）、第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究（2019QZKK0303）及國家自然基金（31961133012）的資助。近日以“Climate change jointly with migration ability affect future range shifts of dominant fir species in Southwest China”為題發(fā)表于Diversity and Distributions。
圖1 當(dāng)前西南山地六種冷杉的分布點(diǎn)位及模擬的潛在分布區(qū)
圖2 預(yù)測的西南山地南部長苞冷杉（A. georgei）2080年分布及變化
圖3 預(yù)測在局部遷移情景下六種冷杉分布的質(zhì)心遷移規(guī)律
（曾佑派和李斌攝）