我國(guó)西南地區(qū)，特別是長(zhǎng)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(duì)維持我國(guó)華東、華北、華南乃至東南亞的生態(tài)及社會(huì)、經(jīng)濟(jì)安全起著舉足輕重的作用。該地區(qū)位于我國(guó)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(gè)世紀(jì)以來，西南地區(qū)環(huán)境的變遷進(jìn)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(yán)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(guó)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(jì)歷史上所經(jīng)歷的生態(tài)環(huán)境巨變具有很強(qiáng)的類比性。充分了解過去氣候變遷（尤其是第四紀(jì)氣候變化）對(duì)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(duì)認(rèn)識(shí)當(dāng)下全球變化對(duì)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(guó)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(duì)在氣候變化背景下保護(hù)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(duì)西南地區(qū)第四紀(jì)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(jī)制等認(rèn)識(shí)不足，還不能準(zhǔn)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(jī)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(dòng)冷杉屬植物分布變化？
為解決以上問題，中國(guó)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(xiàng)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(zhǎng)苞冷杉、川滇冷杉）現(xiàn)代分布點(diǎn)位，結(jié)合不同歷史時(shí)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(dāng)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(gè)歷史階段的分布格局。同時(shí)運(yùn)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(duì)相關(guān)分布格局結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)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(diǎn)。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(jī)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(zhǎng)，該時(shí)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(zhǎng)苞冷杉、川滇冷杉）未南移，但收縮態(tài)勢(shì)明顯，分布面積減少。末次盛冰期，南部冷杉向西擴(kuò)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(kuò)大，南部分布物種通過河谷，向青藏高原南緣擴(kuò)張趨勢(shì)明顯；四種冷杉的分布面積接近現(xiàn)代分布。現(xiàn)代南部分布的長(zhǎng)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(gè)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(hù)。從驅(qū)動(dòng)因子來看，四種冷杉對(duì)水熱因子變量的敏感程度不一致，溫度季節(jié)波動(dòng)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(dāng)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(shí)體現(xiàn)出中國(guó)西南地區(qū)尤其是長(zhǎng)江黃河上游生態(tài)屏障區(qū)、三江并流區(qū)物種對(duì)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(jī)制，有助于評(píng)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(shì)。同時(shí)，該研究表明，對(duì)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(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃 (2016YFC0502101)、國(guó)家自然科學(xué)基金（31700544）和西部之光“西部青年學(xué)者”項(xiàng)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(jì)冷杉分布足跡