Identification of Protection Gaps for Key Wild Tree Species in the Yellow River Basin of Henan Province

doi:10.13466/j.cnki.lczyyj.2024.03.012

Abstract

Abstract:

The Yellow River basin in Henan Province is an important biodiversity protection hotspot with an important natural protection value.In order to identify the suitable habitats and protection gaps of key protected wild species in the Yellow River basin of Henan Province,this paper simulated and predicted the potential distribution areas of six key protected wild species and 46 environmental factors under three climate scenarios in the benchmark period(1970-2000)and two future periods(2041-2060,2081-2100)based on the MaxEnt optimization model,and identified the protection gaps based on the spatial distribution data of nature reserves.The results showed that the seasonal changes of altitude and precipitation were the dominant environmental factors affecting the geographical distribution of key protected wild species.In 2090 period(2081-2100),the suitable habitat area of key protected wild species increased the most under the SSP585 climate scenario compared to the benchmark period,indicating that temperature change significantly affects the suitable habitat range of key protected wild tree species within the research area.The existing nature reserves have covered 70% of the suitable habitats of key protected wild species,and the core area of protection gap was mainly located in the Xiong'er Mountains in the Yiluo River basin and the intersection between the Xiong'er Mountains and the northern foot of Funiushan Mountain in the west of Henan Province.This study provides important theoretical support for biodiversity protection and nature reserve planning in the Yellow River basin in Henan Province.

Key words: the Yellow River Basin, biodiversity, protection gaps, MaxEnt model, climate change

CLC Number:

Q948
S718.53

GUO Haotian, XIE Peizheng, CHEN Xiaowei, ZHOU Mengli, JIN Shanshan, YAN Dongfeng. Identification of Protection Gaps for Key Wild Tree Species in the Yellow River Basin of Henan Province[J]. Forest and Grassland Resources Research, 2024, (3): 96-105.

Figures/Tables 10

Tab.1

Tab.2

Tab.3

Tab.4

Fig.1

Tab.5

Tab.6

Tab.7

Tab.8

Tab.9

References 31

[1]	AHMADI M, FARHADINIA M S, CUSHMAN S A, et al. Species and space:A combined gap analysis to guide management planning of conservation areas[J]. Landscape Ecology, 2020, 35(7):1505-1517.
[2]	XU Weihua, XIAO Yi, ZHANG Jingjing, et al. Strengthening protected areas for biodiversity and ecosystem services in China[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2017, 114(7):1601-1606.
[3]	欧阳志云, 杜傲, 徐卫华. 中国自然保护地体系分类研究[J]. 生态学报, 2020, 40(20):7207-7215.
[4]	LIN Lele, HE Jian, LYU Rudan, et al. Targeted conservation management of white pines in China:Integrating phylogeographic structure,niche modeling,and conservation gap analyses[J]. Forest Ecology and Management, 2021, 492(6):119-211.
[5]	刘艳, 杨钰爽. 生物多样性保护优先区对重庆苔藓植物多样性保护的重要性[J]. 生物多样性, 2019, 27(6):677-682. doi: 10.17520/biods.2019045
[6]	YE Chao, LIU Huiyuan, QIN Haining, et al. Geographical distribution and conservation strategy of national key protected wild plants of China[J]. iScience, 2023, 26(8):107364.
[7]	LITKOWIEC M, LEWANDOWSKI A, WACHOWIAK W. Genetic variation in Taxus baccata L.:A case study supporting Poland’s protection and restoration program[J]. Forest Ecology and Management, 2018, 409:148-160.
[8]	ELITH J, PHILLIPS S J, HASTIE T, et al. A statistical explanation of MaxEnt for ecologists[J]. Diversity and Distributions, 2011, 17(1):43-57.
[9]	王文波, 胡理乐, 布艾佳尔, 等. 应用MaxEnt模型对我国珍稀植物刺楸分布预测及其保护空缺分析[J]. 东北林业大学学报, 2022, 50(8):69-73.
[10]	WEN Cheng, GU Lei, WANG Hao, et al. GAP analysis on national nature reserves in China based on the distribution of endangered species[J]. Biodiversity Science, 2015, 23(5):591-600. doi: 10.17520/biods.2015114
[11]	JENNINGS M D. Gap analysis:Concepts,methods,and recent results[J]. Landscape Ecology, 2000, 15(1):5-20.
[12]	李慧, 滕皎, 殷晓洁, 等. 不同气候环境的中国珍稀濒危樟属乔木适生分布区模拟预测[J]. 东北林业大学学报, 2023, 51(2):43-53.
[13]	马琪, 张园, 袁家根. 秦岭生物多样性优先区植物保护重要区识别与空缺分析[J]. 西北林学院学报, 2022, 37(2):180-185.
[14]	秦艳培, 徐少君, 田耀武. 黄河流域河南段植被和土壤及其碳密度空间分异研究[J]. 生态环境学报, 2022, 31(9):1745-1753. doi: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2022.09.004
[15]	翁梅, 孙静, 叶永忠. 河南省重点保护植物优先保护等级划分研究[J]. 河南农业科学, 2012, 41(1):129-133.
[16]	张慧玲, 李春奇, 叶永忠, 等. 河南省国家重点保护植物地理分布特征[J]. 河南科学, 2006, 24(1):52-55.
[17]	生态环境部, 中国科学院. 中国生物多样性红色名录:高等植物卷(2020)[EB/OL](2023-05-19)[2024-03-09]. https://www.mee.gov.cn/xxgk2018/xxgk/xxgk01/202305/t20230522_1030745.html.
[18]	丁宝章, 王遂义, 高增义. 河南植物志(第一册)[M]. 郑州: 河南人民出版社,1981.
[19]	宋朝区, 瞿文元. 太行山猕猴自然保护区科学考察集[M]. 北京: 中国林业出版社,1995.
[20]	叶永忠, 汪万森, 李合中. 河南小秦岭国家级自然保护区科学考察集[M]. 北京: 科学出版社, 2004.
[21]	贾宏汝, 陈云, 张旭, 等. 小秦岭自然保护区秦岭冷杉死亡原因[J]. 生态学报, 2016, 36(7):1936-1945.
[22]	魏振铎. 栾川县野生天竺桂资源保护初探[J]. 河南林业科技, 2010, 30(6):26-27.
[23]	李艳红, 张立娟, 朱文博, 等. 全球变化背景下南方红豆杉地域分布变化[J]. 自然资源学报, 2021, 36(3):783-792. doi: 10.31497/zrzyxb.20210318
[24]	孔维尧, 李欣海, 邹红菲. 最大熵模型在物种分布预测中的优化[J]. 应用生态学报, 2019, 30(6):2116-2128. doi: 10.13287/j.1001-9332.201906.029
[25]	高蓓, 卫海燕, 郭彦龙, 等. 应用GIS和最大熵模型分析秦岭冷杉潜在地理分布[J]. 生态学杂志, 2015, 34(3):843-852.
[26]	王书越, 潘少安, 王明睿, 等. 基于MaxEnt模型评估刺五加在东北地区的空间分布[J]. 生态学报, 2019, 39(9):3277-3286.
[27]	施晨阳, 赖文峰, 文国卫, 等. 基于MaxEnt模型预测水曲柳的潜在适生区[J]. 西北林学院学报, 2022, 37(2):149-156.
[28]	郑亚娇, 张沈安, 栾东涛, 等. 应用最大熵模型预测多脉青冈在不同时期的潜在分布[J]. 东北林业大学学报, 2024, 52(3):76-81.
[29]	王义贵, 何学高, 胡云云, 等. 基于MaxEnt模型的大果圆柏生境适宜性评价[J]. 中南林业科技大学学报, 2023, 43(7):41-51.
[30]	韦忆, 韦小丽, 王明彬, 等. 大气CO₂浓度升高对红豆树苗木光合生理和形态的影响[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2023, 47(6):124-132. doi: 10.12302/j.issn.1000-2006.202208059
[31]	LIU Zhouli, CHEN Wei, HE Xingyuan, et al. Regulatory effects of elevated carbon dioxide on growth and biochemical responses to Ozone stress in Chinese Pine(Pinus tabulaeformis Carr.)[J]. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 2016, 97(6):793-797. pmid: 27798722

物种	国家重点保护野生植物保护级别	中国生物多样性红色名录等级	样点数/个	有效样点数/个
红豆杉(Taxus wallichiana var.chinensis)	Ⅰ	VU	38	13
南方红豆杉(Taxus wallichiana var.mairei)	Ⅰ	VU	42	19
秦岭冷杉(Abies chensiensis)	Ⅱ	VU	69	13
庙台槭(Acer miaotaiense)	Ⅱ	VU	27	6
天竺桂(Cinnamomum japoncum)	Ⅱ	VU	36	7
水曲柳(Fraxinus mandshurica)	Ⅱ	VU	90	30
银杏(Ginkgo biloba)	Ⅰ	CR	0	0
水杉(Metasequoia glyptostroboides)	Ⅰ	EN	0	0
红豆树(Ormosia hosiei)	Ⅱ	EN	0	0
黄檗(Phellodendron amurense)	Ⅱ	VU	11	3
巴山榧(Torreya fargesii)	Ⅱ	VU	0	0
楠木(Phoebe zhennan)	Ⅱ	VU	0	0

因子类型	代码	环境因子描述	因子类型	代码	环境因子描述
气候因子	bio1	年平均气温	土壤因子	t_sand	上层土壤沙含量
	bio2	平均气温日较差		t_sile	上层土壤淤泥含量
	bio3	等温性		t_clay	上层土壤粘土含量
	bio4	气温季节性变动系数		t_ref	上层土壤容重
	bio5	最热月份最高温度		t_oc	上层土壤有机碳含量
	bio6	最冷月份最低温度		t_pH_H₂O	上层土壤酸碱度
	bio7	气温年较差		t_cec_clay	上层土壤粘性层土壤的阳离子交换能力
	bio8	最湿季度平均温度		t_cec_soil	上层土壤的阳离子交换能力
	bio9	最干季度平均温度		t_bs	上层土壤基本饱和度
	bio10	最暖季度平均温度		t_teb	上层土壤交换性盐基
	bio11	最冷季度平均温度		s_gravel	下层土壤碎石体积百分比
	bio12	年降水量		s_sand	下层土壤沙含量
	bio13	最湿月份降水量		s_silt	下层土壤淤泥含量
	bio14	最干月份降水量		s_clay	下层土壤粘土含量
	bio15	降水量季节性变化		s_ref	下层土壤容重
	bio16	最干季度降水量		s_oc	下层土壤有机碳含量
	bio17	最湿季度降水量		s_pH_H₂O	下层土壤酸碱度
	bio18	最暖季度降水量		s_cec_clay	下层土壤粘性层土壤的阳离子交换能力
	bio19	最冷季度降水量		s_cec_soil	下层土壤的阳离子交换能力
				s_bs	下层土壤基本饱和度
地形因子	alt	海拔		s_teb	下层土壤交换性盐基
	asp	坡向
	slo	坡度	其他因子	rsei	遥感生态指数
土壤因子	t_gravel	上层土壤碎石体积百分比		hq	生境质量

物种	RM	FC	AUC
红豆杉(Taxus wallichiana var.chinensis)	5.0	L	0.957
南方红豆杉(Taxus wallichiana var.mairei)	1.5	L	0.965
秦岭冷杉(Abies chensiensis)	0.5	L	0.967
庙台槭(Acer miaotaiense)	2.5	LQ	0.999
天竺桂(Cinnamomum japoncum)	3.0	LQH	0.991
水曲柳(Fraxinus mandshurica)	3.0	L	0.930

物种	环境因子	代码	贡献率/ %	物种	环境因子	代码	贡献率/ %
红豆杉	海拔	alt	78.0	庙台槭	年降水量	bio12	69.6
(Taxus wallichiana var.chinensis)	下层土壤粘土含量	s_clay	11.1	(Acer miaotaiense)	降水量季节性变化	bio15	16.8
	坡度	slo	5.4		海拔	alt	5.7
南方红豆杉	海拔	alt	40.0	天竺桂	降水量季节性变化	bio15	69.9
(Taxus wallichiana var.mairei)	坡度	slo	23.6	(Cinnamomum japoncum)	年降水量	bio12	15.8
	平均气温日较差	bio2	10.3		遥感生态指数	rsei	6.2
秦岭冷杉(Abies chensiensis)	海拔	alt	67.9	水曲柳	气温季节性变动系数	bio4	46.3
	最干季度平均温度	bio9	13.0	(Fraxinus mandshurica)	坡度	slo	15.2
	下层土壤碎石体积百分比	s_gravel	11.9		海拔	alt	14.9

物种	非适生区		低适生区		中适生区		高适生区
物种	面积/km²	占比/%	面积/km²	占比/%	面积/km²	占比/%	面积/km²	占比/%
红豆杉(Taxus wallichiana var.chinensis)	22 971.2	62.6	11 634.8	31.7	1 795.0	4.9	289.5	0.8
南方红豆杉(Taxus wallichiana var.mairei)	30 901.9	84.2	5 232.8	14.3	472.3	1.3	83.5	0.2
秦岭冷杉(Abies chensiensis)	34 836.6	94.9	1 587.3	4.3	206.8	0.6	59.8	0.2
庙台槭(Acer miaotaiense)	36 266.4	98.8	323.5	0.9	76.3	0.2	24.3	0.1
天竺桂(Cinnamomum japoncum)	34 331.2	93.6	1 883.0	5.1	440.5	1.2	35.8	0.1
水曲柳(Fraxinus mandshurica)	28 071.4	76.5	7 022.0	19.1	1 459.3	4.0	137.8	0.4