The Innovation Geoscience | 亚洲高山区多年冻土退化对人类可利用植物物种丰富度的影响

气候变暖正在加速冰冻圈融化，并对全球寒冷地区的植物生物多样性产生重要影响，但人类可利用植物的时空分布格局及其对气候变化的响应仍缺乏系统认识。本研究整合亚洲高山区3,716种人类可利用植物（涵盖10类利用类型）分布数据，系统评估了物种丰富度变化格局及主要驱动因素。研究结果表明，亚洲高山区人类可利用植物物种丰富度的潜在分布面积约为4.6×10⁶ km²，其中36%位于多年冻土区。物种丰富度变化呈现海拔依赖特征，在多年冻土区最为显著。至2050年，物种丰富度潜在面积预计增加74%–89%。生物气候因子、多年冻土和积雪对物种丰富度的影响分别占40%、29%、13%。提出的优先保护策略可将保护效率提高到68%–79%。本研究揭示了冰冻圈消融对人类可利用植物多样性格局的显著影响，并强调在全球生物多样性保护与管理中亟需充分考虑气候变化及冰冻圈消融带来的潜在影响。

本研究整合了亚洲高山地区隶属于220科、1,293属的3,716种人类可利用植物，并收集了123,782条物种分布记录数据，涵盖了10类利用类别，包括人类食物、脊椎动物食物、无脊椎动物食物、材料、燃料、社会用途、毒物、药用、环境用途和遗传资源，以展示亚洲高山区人类可利用植物的实际分布（图2）。

图2 亚洲高山区人类可利用植物样本的分布

基于人类可利用植物实际分布数据与物种分布模型，本研究模拟和预估了亚洲高山地区人类可利用植物物种丰富度的潜在空间分布格局，估算了当前亚洲高山地区人类可利用植物物种丰富度的潜在分布面积约为4.6×10⁶ km²，其中约36%位于多年冻土区。然而，多年冻土区内人类可利用植物物种的分布面积较小，导致这些区域的物种丰富度较低。由于多年冻土分布的影响，人类可利用植物物种丰富度呈现出不均匀的分布格局（图3）。

图3 人类可利用植物物种丰富度的分布

研究进一步探究了未来时期人类可利用植物物种丰富度的变化，预估发现人类可利用植物物种丰富度增加的区域都显著大于减少的区域，且这一趋势在SSP5-8.5气候情景下更加显著。同时，人类可利用植物物种丰富度增加区域中约40%分布于多年冻土区，主要归因于这些地区气温升高速率高于全球平均水平（图4）。

图4 未来时期人类可利用植物物种丰富度

此外，本研究揭示了人类可利用植物物种丰富度沿海拔的分布格局，发现人类可利用植物物种丰富度沿海拔呈单峰分布，在约2100米达到最高，而未来增幅最显著的区域集中在3500~6000米高海拔带。这种变化与多年冻土分布密切相关，尤其是在不连续多年冻土区对气候变暖表现出更高的敏感性（图5）。

图5 人类可利用植物物种丰富度的海拔变化格局

研究进一步分析了驱动人类可利用植物物种丰富度变化的潜在机制。发现在亚洲高山地区，生物气候因子、多年冻土和积雪对物种丰富度具有最大的直接和总体影响。而在多年冻土区，多年冻土的总体影响大于生物气候因子。总体来看，冰冻圈因素（包括多年冻土及其上面覆盖的积雪）解释了亚洲高山地区人类可利用植物物种丰富度变化的42%，其影响超过了生物气候因子。这些发现表明，冰冻圈因素是驱动亚洲高山地区人类可利用植物物种多样性变化的关键因素（图6）。

图6 人类可利用植物物种丰富度的环境决定因素

研究基于Zonation 5.0模型提出了人类可利用植物的保护策略，认为亚洲高山地区对人类可利用植物存在较大的保护空缺，依据区域生物多样性保护与未来社会经济发展的协调，将一级保护空缺（占亚洲高山区面积的7.5%）纳入现有保护区的策略A，被认为是在兼顾保护效果与实际可行性下的最优方案，能够将人类可利用植物的保护效率提高到68%~79%（图7）。

图7 人类可利用植物的保护空缺分布及策略实施效果

责任编辑

张国庆   西藏大学

董志文   中国地质大学（武汉）