我國西南地區(qū)，特別是長江黃河上游生態(tài)屏障區(qū)、三江并流區(qū)生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜多樣，是全球生物多樣性、水資源等自然資源最為豐富的地區(qū)之一，對維持我國華東、華北、華南乃至東南亞的生態(tài)及社會、經(jīng)濟安全起著舉足輕重的作用。該地區(qū)位于我國第一和第二階梯上，地貌類型復(fù)雜、分布著高原、高山峽谷、喀斯特地貌等，生態(tài)環(huán)境極為敏感和脆弱。近幾個世紀以來，西南地區(qū)環(huán)境的變遷進程明顯加快，尤其是近幾十年來，該區(qū)域出現(xiàn)了一系列生態(tài)環(huán)境問題，如冰川消融、森林減少、氣候變暖、石漠化、水土流失加劇等，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性降低，嚴重影響到了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的發(fā)揮，生態(tài)屏障作用不斷削弱，從而威脅到我國的生態(tài)安全。
目前西南地區(qū)正在發(fā)生的一系列生態(tài)環(huán)境變化與第四紀歷史上所經(jīng)歷的生態(tài)環(huán)境巨變具有很強的類比性。充分了解過去氣候變遷（尤其是第四紀氣候變化）對生態(tài)系統(tǒng)的影響和作用規(guī)律，以及探究氣候穩(wěn)定區(qū)范圍（即避難所）對認識當下全球變化對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的影響有著極其重要的作用。冷杉是中國西南地區(qū)針葉林重要的建群種，是生態(tài)屏障重要的組分，是該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的基石，研究冷杉分布變遷規(guī)律、避難所及其與氣候因子之間的關(guān)系, 對在氣候變化背景下保護物種多樣性、維持生態(tài)屏障生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定及保障生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能正常發(fā)揮都有重要意義。然而，目前我們對西南地區(qū)第四紀的物種的遷移規(guī)律、生態(tài)系統(tǒng)變化、相關(guān)物種適應(yīng)機制等認識不足，還不能準確回答西南地區(qū)冷杉屬物種適生區(qū)如何變遷？其調(diào)節(jié)和適應(yīng)機制是什么？西南地區(qū)是否存在冷杉避難所？在哪些區(qū)域？環(huán)境因子如何驅(qū)動冷杉屬植物分布變化？
為解決以上問題，中國科學(xué)院成都生物研究所生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)領(lǐng)域地表過程與生態(tài)系統(tǒng)管理項目組潘開文研究員、張林副研究員、熊勤犁等利用四種冷杉屬植物（岷江冷杉、紫果冷杉、長苞冷杉、川滇冷杉）現(xiàn)代分布點位，結(jié)合不同歷史時期氣候數(shù)據(jù)，采用物種分布-生態(tài)位模型—最大熵模型（MAXENT）模擬冷杉屬植物當代、末次間冰期（12萬-14萬a BP）、末次盛冰期（2.1萬a BP）、中全新世（6,000—8,000a BP）等各個歷史階段的分布格局。同時運用冷杉孢粉、化石、譜系地理、古環(huán)境等數(shù)據(jù)，結(jié)合區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的分布現(xiàn)狀調(diào)查等數(shù)據(jù)對相關(guān)分布格局結(jié)果進行驗證，從而探明西南地區(qū)典型的冷杉屬植物的歷史分布狀況和遷移特點。并結(jié)合相關(guān)氣候和地形參數(shù)，通過冗余分析揭示西南地區(qū)區(qū)域冷杉生態(tài)格局的形成機制。結(jié)果表明末次間冰期的降雨量下降明顯，溫度偏高，不適宜冷杉生長，該時期和現(xiàn)代分布范圍相比，北部冷杉（岷江冷杉、紫果冷杉）南移，片段化；而南部冷杉（長苞冷杉、川滇冷杉）未南移，但收縮態(tài)勢明顯，分布面積減少。末次盛冰期，南部冷杉向西擴張，而北部冷杉北移，其南部的適生區(qū)基本消失，現(xiàn)代分布框架在末次間冰期基本形成。在中全新世，北部分布物種的面積逐漸擴大，南部分布物種通過河谷，向青藏高原南緣擴張趨勢明顯；四種冷杉的分布面積接近現(xiàn)代分布?，F(xiàn)代南部分布的長苞冷杉和川滇冷杉的核心分布范圍仍然保持在南部川滇交界處。模型結(jié)果結(jié)合植物孢粉及譜系證據(jù)分析表明，現(xiàn)代南北分布的冷杉物種在冰期可能有南北兩個避難所（即南部的云南鶴慶盆地避難所和北部的龍門山地區(qū)避難所），避難所可應(yīng)用于未來相關(guān)冷杉屬物種的保護。從驅(qū)動因子來看，四種冷杉對水熱因子變量的敏感程度不一致，溫度季節(jié)波動和降雨的季節(jié)性變化而非年均溫和年降雨量是決定其分布穩(wěn)定性的因素。
研究成果助于深入理解生物多樣性成因和氣候變化下生態(tài)系統(tǒng)如何保持穩(wěn)定等相關(guān)問題。幾種冷云杉物種歷史分布格局的變遷，反映出冷杉屬物種不同的遷移規(guī)律，在氣候變化的當下，我們應(yīng)該在橫斷山南北向和三江并流區(qū)東西向留有足夠的物種遷徙廊道。研究結(jié)果同時體現(xiàn)出中國西南地區(qū)尤其是長江黃河上游生態(tài)屏障區(qū)、三江并流區(qū)物種對氣候變化的適應(yīng)策略差異，有助于理解陸生生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的生物學(xué)機制，有助于評估其在未來全球氣候變化條件下該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和變遷趨勢。同時，該研究表明，對于冷杉屬植物，年均溫、年降雨的變化并非改變其分布格局的主要因子，也非其生境分布的關(guān)鍵生態(tài)位限制因子。全球變化中影響針葉林植物分布和穩(wěn)定性的并非增溫，而是極端氣候，這也為研究全球變化的研究者提供了一些新的思路。
該研究獲得國家重點研發(fā)計劃 (2016YFC0502101)、國家自然科學(xué)基金（31700544）和西部之光“西部青年學(xué)者”項目（2016XBZG_XBQNXZ_B_005）的資助。近日以“Concealed truth: Modeling reveals unique Quaternary distribution dynamics and refugia of four related endemic keystone Abies taxa on the Tibetan Plateau”為題發(fā)表于期刊Ecology and Evolution。
西南地區(qū)針葉林植被生境分布變遷——春諳疊翠（熊勤犁攝）
第四紀冷杉分布足跡