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题目:气候变化对秦岭地区华中五味子潜在地理分布及药材质量的影响

关键词:气候变化, GIS,模糊隶属函数,潜在地理分布,华中五味子

  摘要


气候变化是一个不争的事实。全球气候变化将导致物种分布区向高纬度和高海拔地区迁移。气候变暖对单一物种植物分布区以及地区植物多样性的影响已经越来越受到重视。物种分布模型(SDMs)是预估气候变化对物种分布影响的主要工具。随着科技的发展与医学的检测技术的进步,传统中药在现代药材市场所占份额越来越大,药材的需求也将随之增大,但是目前对于野生药材适宜生境研究相对较少,使得其适应生境的气候地理条件尚未得到确定,因此迫切需要找到确定野生药材的适宜生境条件的途径,同时在此基础上确定未来气候变化对野生药材的分布区以及质量的影响。
秦岭为我国南北地理气候分界线,具有多种气候类型。该区药用植物2,500种以上,约占全国药用植物资源的22 %,药材种类多,且蕴藏大量濒危道地药材,而未来气候变化必将对秦岭濒危道地药材空间格局与药材质量产生影响。本研究选取《国家重点保护野生药材物种名录》中三级保护野生药材物种——华中五味子(Schisandra sphenanthera Rehd. et Wils.)为研究对象,通过构建气候变化对华中五味子空间格局与药材质量评价预测模型,探讨未来气候变化对该物种分布与药材质量的影响。
本研究在秦岭地区采集华中五味子果实,应用HPLC方法检测木脂素含量,选取五味子酯甲作为指标,结合GIS、Fuzzy隶属函数及最大信息熵模型(Maximum entropy model),构建秦岭地区华中五味子质量空间格局模型,对当前气候环境条件下华中五味子生境适宜性进行综合量化评价。以期确定华中五味子高适宜生境,量化华中五味子适宜生境面积和空间分布,分析华中五味子空间分布与气候环境因子的关系,并基于该模型预测IPCC A2、B1和A1B三种情景下三种环流模式(bccr_bcm2_0, cccma_cgcm3_1, miroc3_2_hires)下21世纪20、50和80年代华中五味子在秦岭的分布范围。
本文主要研究结论:
(1) 确定了野生华中五味子对19个气候环境因子的隶属函数,确定不同因子对五味子酯甲含量生成和积累的重要性。
(2) 研究区华中五味子能够生长面积占研究区总面积的98.88 %(低、中、高生境总和)。表明秦岭地区是华中五味子适宜生长区。同时研究结果显示基于五味子酯甲含量的高适宜生境面积为103,531.20 km2,占研究区总面积的43.44 %,说明秦岭地区是野生华中五味子的道地产区。
(3) 结合GIS、Fuzzy隶属函数及最大信息熵模型,构建秦岭地区华中五味子质量空间格局模型通过检验,具有一定的普适性。
(4) 不同气候变化情景不同环流模式下未来秦岭地区野生华中五味子的适宜生境变化程度虽然不同,但是高适宜生境的减少趋势相同,只是减少程度随气候变化的剧烈程度不同。
(5) SRES-A1B与SRES-A2情景下,研究区华中五味子高适宜生境分布区向北移动并逐渐减少,SRES-B1情景下研究区华中五味子高适宜生境下降速度较小。
本文的特色与创新之处为:
(1)利用GIS技术结合Fuzzy原理构建生境适宜性分布模型,所构建的模型为没有明确生境适宜性标准的野生药材提供一种评价该药材生境适宜范围和生境地理分布的可操作方法,对缺少适宜生境标准的野生药材质量空间格局研究提供借鉴。
(2)与其他物种生境适宜性评价方法相比,本研究利用模糊数学的隶属函数在统计数据的支持下确定植物对各气候环境因子的适宜阈值与最优值,可为植物管理与保护提供科学有效的建议与意见。
(3)构建的气候变化对我国濒危道地药材空间格局与药材质量预测模型,能确定未来气候变化下药材生境适宜分布区及药材质量的变化,对探讨我国濒危道地药材在不同空间和时间尺度上的区划与药材质量研究具有参考价值。
本文构建的气候变化对华中五味子空间格局与药材质量评价预测模型,能够预测未来气候变化对其分布及药材质量的影响,可以为濒危物种原生产地保护和可持续发展,以及人工驯化与栽培提供参考。并可预测当地药材生境的扩张或收缩状况,为野外试验设计与气候变化适应性管理提供依据。