中国新疆塔里木盆地上游和中游地区大型古树的空间分布及其决定因素

《Journal of Arid Environments》：Spatial distribution and determinants of large old trees in the upper and middle reaches of the Tarim basin, Xinjiang, China

　　塔里木河流域干旱区大型古树空间分布与关键驱动因子研究，基于1987株古树实地调查数据，结合GLM和随机森林模型分析，揭示水源地距离（β=-0.012）、人口密度（β=-11.704）为显著负向因子，土壤阳离子交换量、年降水及温度季节性为正向关键因子，证实极端干旱环境下水资源与人类活动是古树存续的核心制约，为荒漠地区古树保护提供科学依据。

　　在西北中国干旱地区，尤其是塔里木盆地的上游和中游区域，大型老树（LOTs）的生态、历史和文化价值正受到前所未有的关注。这些古老的树木不仅是生态系统中的重要组成部分，还为人类社会提供了独特的生态服务和文化象征。然而，随着全球气候变化的加剧，特别是温室气体浓度的上升，LOTs的生存环境正面临严峻挑战。在这一背景下，了解LOTs的分布规律及其影响因素，对于制定有效的保护策略至关重要。

大型老树在生态系统中具有不可替代的作用。它们不仅能够促进营养物质的循环，还通过深根系统获取地下资源，从而增强土壤的矿化能力。此外，这些树木作为巨大的碳汇，对全球碳循环和气候调节发挥着重要作用。在更广泛的生态尺度上，LOTs还充当着关键的栖息地，支持更高水平的生物多样性。它们为动物提供巢穴、复杂的微生境，进而维持丰富的植物和真菌群落。在文化层面，LOTs也具有深远的意义，被许多文化视为遗产树或风水树，承载着历史的延续和精神的价值。特别是在传统的社会-生态系统中，这些古老的树木被视为自然与人类关系的象征。

尽管LOTs在生态和文化上具有重要价值，但它们的数量正在全球范围内迅速减少。干旱地区预计将在本世纪末扩展到地球陆地面积的一半，而中国西北部等干旱地区则面临极端气候事件和地下水枯竭的双重威胁，进一步削弱了LOTs的生存条件。气候变化带来的压力，如温室气体浓度上升、干旱和地下水位下降，被认为会更严重地影响LOTs的健康状况。在当前的管理实践中，LOTs的数量可能减少高达87%，极端情况下甚至可能灭绝。因此，理解LOTs的分布规律及其影响因素，对于优化保护策略具有关键意义。

LOTs的分布受到多种因素的共同影响，包括气候、地形、土壤条件、水资源以及人为干扰。其中，气候在很大程度上决定了它们的地理分布范围，温度和地下水位直接影响它们的生长、繁殖和存活。气候变化加剧了LOTs的生理压力，使其更容易受到病害侵袭，并降低其繁殖能力。例如，中国大吉凶树的分布与温度变化密切相关，而LOTs的多样性则与年均降水量、等温率和温度年变化幅度等因素有关。水资源同样至关重要，稳定的地下水或降水支持更高的LOT密度，而靠近河流的区域则显著预测LOT的分布。人为活动，如城市化、农业和森林砍伐，也是导致LOTs栖息地丧失和破碎化的重要原因。值得注意的是，在一些历史悠久的城市区域，由于较强的保护政策，LOTs的数量和多样性更为丰富，这凸显了治理在保护LOTs中的关键作用。此外，经济和社会因素，如GDP、文化传统以及城市保护政策，也对LOTs的分布和健康状况产生显著影响，而人类活动的足迹则降低了干旱地区的栖息地适宜性。

虽然气候、水资源和人为活动共同决定了LOTs的生存状况，但它们的重要性在不同地区存在差异。近年来的研究表明，在干旱地区，LOTs特别容易受到水文压力的影响。例如，在一个水资源受限的地中海生态系统中，Skiadaresis等人（2021）发现地下水开采显著降低了树木的活力和生长，这表明在干旱地区，LOTs对稳定水源的依赖更为关键。在中国西北部的干旱地区，Chen等人（2020）也指出地下水枯竭和极端气候是影响生态系统稳定性的主要威胁。尽管已有大量研究记录了中国湿润地区和城市化区域的LOTs分布及其影响因素，但在极端干旱的内陆沙漠地区，如塔里木盆地，关于LOTs的生存状况的研究仍然非常有限。现有研究主要集中在水资源相对充足或文化保护较强的区域，如古代都城的遗产树。相比之下，塔里木盆地等极端干旱地区，由于水资源匮乏是主要的限制因素，且人为干扰的形式有所不同，LOTs的生存状况尚未得到充分理解。本研究首次在这样一个极端干旱的环境中开展系统的大规模调查，旨在揭示LOTs的分布规律，并探讨在极端干旱条件下，生态驱动因素的等级是否被重新塑造，从而使得水资源的可获得性成为首要因素。

为了实现这一目标，本研究结合了实地调查与广义线性模型（GLM）和随机森林（RF）分析方法。通过这些方法，我们希望达到以下两个主要目的：一是建立研究区域内LOTs的空间分布数据库，二是识别影响LOTs生存的关键环境因素和人为因素。环境因素包括水资源的可获得性、气候条件、土壤特性等，而人为因素则涉及人类活动的干扰和基础设施建设等。通过综合分析，我们期望能够更全面地理解LOTs的生存机制，并为干旱地区的保护工作提供科学依据。

本研究的实施地点覆盖了塔里木盆地的上游和中游区域，这是中国新疆维吾尔自治区（以下简称“新疆”）境内一条重要的河流流域。塔里木河全长2137公里，是新疆境内最长的内陆河流。该流域地处塔克拉玛干沙漠，具有干旱至半干旱的气候特征，昼夜温差极大，年均气温范围广泛。研究区域的地理范围为东经73°30′00.8″至84°22′05.5″，北纬34°50′28.4″至42°38′47.0″，涵盖了塔里木河流域的多个关键区域。该区域的生态环境复杂，既有干旱的自然条件，也存在人为干扰的痕迹，为研究LOTs的分布及其影响因素提供了独特的背景。

在研究区域内，我们共记录了1987株LOTs。表2总结了六种主要LOTs物种的基本统计数据。其中，白杨属（Populus spp.）是最丰富的物种，共781株（占LOTs总数的39.31%），主要分布在库车县和温宿县。其次是核桃属（Juglans spp.），共有484株（占24.36%），集中分布在莫淤县和叶城县。第三是桑属（Morus spp.），共有257株（占12.93%），主要分布在阿图什市和库车县。这些数据表明，尽管LOTs在该区域的分布受到多种因素的影响，但某些物种仍然占据主导地位，反映了其在特定环境条件下的适应性。

通过分析，我们发现水资源的可获得性对 LOTs 的分布和健康状况具有显著影响。例如，在中国洛阳地区，Hou 等人（2022）发现，靠近河流的区域对遗产树的分布具有显著影响。在干旱地区，LOTs 对稳定水源的依赖变得更加关键。Skiadaresis 等人（2021）在地中海生态系统中的研究结果也与我们的发现相吻合，他们指出地下水的获取与树木的生理状态之间存在直接联系。这表明，在水资源极度匮乏的环境中，LOTs 的生存状况高度依赖于水的可获得性。

此外，我们还发现，人口密度对 LOTs 的分布具有显著影响。GLM 分析显示，人口密度与 LOTs 的分布之间存在负相关关系（β = ?11.704, p < 0.001），这表明在人口密集的区域，LOTs 的数量和分布可能受到限制。而随机森林分析则进一步强调了人口密度的重要性，显示其与 LOTs 的分布密切相关。这一发现为理解干旱地区 LOTs 的生存机制提供了新的视角，也揭示了人类活动对自然生态系统的影响。

本研究的结论表明，LOTs 的分布主要受到水文因素和人为因素的共同影响。在塔里木盆地的上游和中游区域，水文因素如靠近水源的距离（β = ?0.012, p < 0.001）和人为因素如人口密度（β = ?11.704, p < 0.001）是影响 LOTs 分布的关键因素。这些因素不仅决定了 LOTs 的生存状况，还影响其健康状态。此外，土壤特性，如阳离子交换容量和 pH 值，也被认为在 LOTs 的生存中起到重要作用。因此，我们需要进一步探讨这些因素如何相互作用，以更全面地理解 LOTs 的生态机制。

本研究的发现对于干旱地区的保护工作具有重要的现实意义。首先，它强调了水资源的可获得性在 LOTs 生存中的关键作用，这表明在干旱地区，水资源的管理应成为保护工作的核心。其次，它揭示了人口密度对 LOTs 分布的影响，这提示我们需要在人口密集的区域采取更有效的保护措施，以减少对 LOTs 的干扰。最后，它指出土壤特性在 LOTs 的生存中起到重要作用，这表明在保护工作中，我们应充分考虑土壤条件的影响，以优化保护策略。

为了实现这些目标，本研究采用了一种综合的方法，结合了实地调查与 GLM 和 RF 分析。这种方法不仅提高了数据的准确性，还增强了模型的预测能力。通过实地调查，我们能够直接观察 LOTs 的分布情况，并收集相关的生态和环境参数。而通过 GLM 和 RF 分析，我们能够更系统地探讨影响 LOTs 分布的关键因素，并识别其中的主导因素。这种结合方法为理解 LOTs 的生态机制提供了科学依据，也为未来的研究和保护工作提供了新的思路。

在干旱地区，LOTs 的保护不仅需要关注自然环境因素，还需要考虑人为因素的影响。例如，基础设施建设、农业活动和城市化等都可能对 LOTs 的生存产生负面影响。因此，在制定保护策略时，我们需要综合考虑这些因素，并采取相应的措施，以减少对 LOTs 的干扰。此外，我们需要加强公众参与，提高人们对 LOTs 价值的认识，从而形成更广泛的保护共识。

本研究的成果表明，LOTs 的生存状况受到多种因素的共同影响，包括水文因素、气候条件、土壤特性以及人为因素。这些因素在不同地区的重要性可能有所不同，因此我们需要根据具体的环境条件，制定相应的保护策略。例如，在水资源极度匮乏的地区，保护工作应更加注重水资源的管理和保护，而在人口密集的区域，则应采取更严格的保护措施，以减少对 LOTs 的干扰。此外，我们还需要加强跨学科的合作，结合生态学、地理学和社会科学等领域的知识，以更全面地理解 LOTs 的生态机制，并制定更加科学的保护策略。

综上所述，本研究在干旱地区的 LOTs 保护工作中具有重要的意义。它不仅揭示了 LOTs 的分布规律及其影响因素，还为未来的研究和保护工作提供了科学依据。通过结合实地调查与 GLM 和 RF 分析，我们能够更系统地探讨影响 LOTs 生存的关键因素，并识别其中的主导因素。这些发现不仅有助于提高人们对 LOTs 价值的认识，也为干旱地区的生态治理提供了新的思路。在当前全球气候变化和水资源短缺的背景下，保护 LOTs 不仅是生态保护的重要任务，也是维护文化传承和社会可持续发展的重要措施。因此，政府和相关机构应采取积极的行动，加强政策支持，推动公众参与，以确保 LOTs 在干旱地区的长期生存和繁衍。