湖北竹类的气候区划研究

熊德礼 吴志庄 李奇才崔鸿侠 涂继芳 王纲国

(1 湖北省林业科学研究院 湖北 武汉 430079 2 国家林业局竹子研究开发中心 浙江 杭州 310012 3 国有赤壁市官塘驿林场 湖北 赤壁 437300)

湖北竹类的气候区划研究

熊德礼1吴志庄2李奇才3崔鸿侠1涂继芳3王纲国3

(1 湖北省林业科学研究院 湖北 武汉 430079 2 国家林业局竹子研究开发中心 浙江 杭州 310012 3 国有赤壁市官塘驿林场 湖北 赤壁 437300)

根据气候相似性和地域差异性原理，选择湖北76个县(市区)的与竹相关的16个气候因子，进行主成分分析和聚类分析，绘制散点图，从而确定三大区划界线，将隶属于2个中国竹区的湖北竹林分为4个竹区、8个亚区。

湖北；竹类；气候因子；区划

湖北是中国中部的二级阶梯和三级阶梯之间的过渡地带，隶属于亚热带常绿阔叶林区域的东部（湿润）常绿阔叶林亚域，包括北亚热带常绿--落叶混交林地带和中亚热带常绿阔叶林北部亚热带等2个地带。据调查[1-3]，湖北乡土竹14属65种，以刚竹属、箬竹属、慈竹属为代表；现有竹类21属171种，竹林13万hm2，居国内第8位。湖北竹类区系较为复杂，竹亚科植物东西渗透，南北交汇，聚散生竹区、混合竹区和丛生竹（慈竹）区于一体。湖北竹类的区划研究，有助于本地区的竹产业规划，也有利于中国的南竹北移和西竹东进。

1 竹类自然分布

30多年来，中国竹类的分布区划出现了几种版本[4-10]。各个版本之间，一级区划的界线互不相同，对湖北等边缘产区、甚至湖南等中心产区的归属有较大出入。主要是：（1）《中国植被》（1980）将湖北整体纳入华中亚热带散生竹区；（2）《中国竹谱》（陈守良、贾良智，1986）将恩施州划入地下茎粗短型竹类自然分布区，其它地区归入地下茎细长型竹类自然分布区；（3）梁泰然（1990）将湖北整体划入降水性竹林带，其中：恩施州属于混合竹林区，其它地区属于散生竹林区；（4）《竹林培育》（熊文愈等，1974）、《竹林培育学》（周芳纯，1998）将十堰、襄樊2市划入黄河--长江竹区，其它地区归入长江--南岭竹区；（5）《中国竹子培育和利用手册》（薛纪如等，2002）将湖北整体纳入北方散生竹区；（6）《中国竹林经营学》（萧江华，2010）将湖北整体归入中部亚热带混生竹区。因此，中国混合竹区的北界和西界问题值得进一步研究。

2 材料与方法

影响竹类的生态因子很多，以温度和水分为主。温度是影响竹子生存的主导因子。年均温、最冷月均温、极端低温、极端高温、≥10℃积温等因素，不同程度地影响了竹类的出笋和成竹。水分也限制了竹类分布。年降水量小于500mm、平均相对湿度小于65%的地区，竹林难以生长；年降水量1 400mm以上、温暖湿润的地区，生长的竹类以丛生竹为主; 而年降水量800～1 400mm的地区，散生竹生长最旺盛。经度、纬度等也可列入竹类区划的因素。

2.1 材料收集

收集全省76个县（市区）的地理资料和10年气象资料(《湖北省气象年鉴》，1995-2004)。共16个因子，即：年平均气温(℃)(x1)，极端最低气温(℃)(x2)，极端最高气温(℃)(x3)，1月平均气温(℃)(x4)，7月平均气温(℃)(x5)，≥10℃积温(℃)(x6)，4～10月日照时数(h)(x7)，年日照时数(h)(x8)，4～10月降水量(mm)(x9)，年降水量(mm)(x10)，雨季降水量占全年降水量的百分比(%)(x11)，年蒸发量(mm)(x12)，平均相对湿度(%)(x13)，无霜期天数(d)(x14)，经度(°)(x15)，纬度(°)(x16)。

2.2 数据分析原理

2.2.1 主成分分析

2.2.2 聚类分析

筛选判别因子，根据各因子对主成分的影响力选择主导因子，建立得分函数：yi=aix1+bix2+…nixn（i为入选的主成分数，a、b…n为因子负荷量）。将各县（市区）标准化后的n个指标代入得分函数中，求出yi值。在坐标系上找出对应点，进行样本散点分析，通过R型最短距离聚类，结合湖北竹类的地理分布规律进行区划。

2.3 数据分析方法

采用SAS9.0软件处理。

3 结果与分析

3.1 主成分分析

表1 各主成分的特征根、不同值、累计贡献率Tab1 Result of Principal Component Analysis

对76个县（市区）16个因子作R型主成分分析，前4个主成分的累计贡献率达83.25%，已能综合反映入选因子的绝大部分信息（如表1）。各因子在4个主成分中所占份额通过因子负荷量来表达（如表2）。由表2可以看出：

（1）对前4个主成分影响最大的因子是年降水量（x10），因子负荷量平方和为0.96780，该因子对第2主成分的负荷量为0.94797。4～10月降水量（x9）因子负荷量平方和为0.939 80，对第2主分量的负荷量为0.934 26，远超过其它因子对于第2主成分的影响。因此，第2主成分是反应湿度的主要指标。

（2）对前4个主成分影响较大的因子依次为：≥10℃积温（x6），年蒸发量（x12），7月平均气温（x5），年平均气温（x1）和1月平均气温（x4），各因子负荷量平方和分别为0.959 10，0.959 10，0.949 77，0.938 20和0.927 79，对第1主成分的负荷量分别为0.866 21,0.866 21,0.912 91，0.766 79和0.269 37。而极端最高气温（x3）、4～10月日照时数（x7）和年日照时数（x8）对第1主成分的负荷量分别为0.622 21，0.770 44和0.744 47，远远超过其它因子对第1主成分的影响。因此，第1主成分是反应热度的主要指标。

（3）第3主成分体现的是综合指标。对第3主成分的影响较大的是无霜期（x14），极端最低气温（x2）和1月平均气温（x4），因子负荷量依分别为0.887 04，0.873 17和0.778 88。

（4）第4主成分为体现热度的副指标。对第4主成分影响较大的是相对湿度（x13）、年蒸发量（x12）、≥10℃积温（x6）、7月平均气温（x5）、1月平均气温（x4）和年平均气温（x1）。

因此，主成分分析较客观地反映了各因子间的相关性，以及对竹类的影响。根据表1，前2个主成分的累计贡献率达到67.59%，数据分析时可用它们来代表所有主成分的信息量。

3.2 聚类分析

从表2可看出，16个因子按负荷量平方和的大小可排序为:年降水量(x10)(0.967 80)、≥10℃积温(x6)(0.959 10)、年蒸发量(x12)(0.959 10)、7月平均气温(x5)(0.949 77)、4-10月降水量(x9)(0.939 80)、年平均气温(x1)(0.938 20)、1月平均气温(x4)(0.927 79)、经度(x15)(0.923 80)、年日照时数(x8)(0.882 13)、无霜期天数(x14)(0.879 85)、纬度(x16)(0.863 01)、4-6月日照时数(x7)(0.836 78)、极端最低气温(x2)(0.830 67)、相对湿度(x13)(0.791 89)、极端最高气温(x3)(0.433 40)和雨季降水量(x11)(0.237 39)。其中，x10、x9是反映水分因子的指标，x6、x12、x5、x1、x4是反映温度因子的指标，而x15是综合指标。该结果很好地反映了水、热是影响竹类分布的主导因子。因此，可以将因子负荷量平方和0.90作为判别指标，选用前8个因子作为判别函数的入选因子。

表 2 各因子负荷量表Tab2 Inventory of Factor Loadings

图1 竹类区划的散点图Fig1 Scatter Plot for Bambusoideae Division

3.3 散点图的绘制与分析

将8个入选因子，用它们在前2个主成分中的因子负荷量作为系数，建立得分函数。

表3 散点图中的县市代号Tab.3 County Code in Scatter Plot

将76个县（市区）的8个入选因子经标准化的数据代入得分函数，计算相应的Y1和Y2值。以Y1为横坐标（热度主指标），以Y2为纵坐标（湿度主指标），绘制散点图，如图1。图1从热度和湿度2方面直观地反映了各县（市区）的相互关系，散点的群聚性很好地反映了各县市区间的气候相似性，而散点的分散性表明了各类群间的气候差异性。

经检验，建立的得分函数有较满意的判别效果，对76个县（市区）的聚类结果进行回判，回判准确率达92.21%。因此，得分函数有效性较高，可用于样本聚类时的选择指标。

3.4 一级区划界线的确定

图1在方位上表现为：下北上南，左西右东。其中:

（1）北界(Y2=-7.5)：西起神农架南坡，向东经沮河、漳河、蛮河、滚河流域的上游，北上至桐柏山区的玉皇顶。此界以北(Y2＜-7.5的样点)，属于中国黄河--长江散生竹区，在湖北分为鄂西北散生竹区和神农架高山竹区；此界以南(Y2≥-7.5的样点)，属于中国混合竹区或丛生竹区，在湖北全为混合竹区，无典型丛生竹区。即：此界为散生竹区与混合竹区在华中地区的南北方向上的分水岭。

（2）西界(Y1=0)：西起神农架南坡，向东经沮河流域上游，沿漳河流域，南下松滋。此界以西(Y1＜0, Y2≥-7.5的样点)，属于长江--南岭混合竹区的丛生竹(慈竹) 自然分布区；此界以东(Y1≥0, Y2≥-7.5的样点)，属于长江--南岭混合竹区的丛生竹(慈竹)零星分布区。即：此界为慈竹林区在华中地区的东西方向上的分水岭。

（3）东南界(Y2=5.2或Y1=10):东起大别山南坡，经举水流域南下武汉，向西经洪湖进入洞庭湖区；西起神农架南坡，经沮河流域的上游向东，沿漳河流域，南下松滋，经公安、石首进入洞庭湖区，并与东界会合。此界以南(Y2≥5.2或Y1≥10的样点)，属于中国毛竹适宜区，湖北的这26个县（市区）是毛竹最可能形成产业的重点地区；此界以北(Y2＜5.2且Y1＜10的样点)，属于中国毛竹较适宜区或零星分布区，湖北的这50个县（市区）是毛竹北移的攻关地区。即：此界为中国毛竹适宜区与较适宜区、零星分布区在华中地区的南北方向上的分水岭。

3.5 竹类区划的结果

湖北混合竹区地域广阔，覆盖了61个县(市区)，应按照竹林类型及竹种的优势程度作进一步划分，栽培较广、抗冻性较强的毛竹、孝顺竹和慈竹等竹种可作为二级区划的代表竹种。结合地形特征和竹类分布规律，将隶属于2个中国竹区的湖北竹林区划为4个竹区、8个亚区，见表4、图2。

图2 湖北竹类的气候区划Fig.2 Climate Divisions of Hubei Bambusoideae

表4 湖北竹类的气候区划Tab.4 Climate Divisions of Hubei Bambusoideae

4 小结

（1）用主成分分析和聚类分析方法进行竹类气候分区，是可行的。建立的得分函数有较好的判别效果，回判准确率达到92.21%，区划结果与竹林实际基本吻合。方差分析和多重比较（s检验）表明，各区间的气候特征差异较大，各区内则相对一致。

（2）将隶属于2个中国竹区的湖北竹林区划为4个竹区、8个亚区，可为本地区的竹产业布局提供了科技支撑，促进了竹林的结构调整和优化升级。

（3）散点图清楚地显示了湖北竹类区划的三大界线，较好地解决了中国混合竹区在湖北的北界（中国散生竹区的南界）和西界（鄂西南慈竹区的东界）问题。

（4）本次进行湖北竹类的气候区划，与《竹林培育学》（周芳纯，1998）中的竹类区划相近，与中国竹类区划的其它版本有不同程度的差异。

[1]熊德礼等.湖北省竹类种质资源调查[J].世界竹藤通讯，2004(4): 11-16.

[2]熊德礼等.湖北省竹类资源特点研究[J].世界竹藤通讯，2005(1): 17-20.

[3]陈双田，熊德礼等.湖北毛竹适宜气候区分区研究[J].西南林学院学报，2008,28(1): 29-33

[4]中国植被编辑委员会.中国植被[M].北京:科学出版社，1980.

[5]梁泰然.中国竹林类型与地理分布特征[J].竹子研究汇刊，1990,9(4): 1-16.

[6]陈守良,贾良智.中国竹谱[M].北京:科学出版社,1988.

[7]南京林产工业学院竹类研究室.竹林培育[M].北京:农业出版社，1974.

[8]周芳纯.竹林培育学[M].北京:中国林业出版社,1998.

[9]辉朝茂,杨宇明.中国竹子培育和利用手册[M].北京: 中国林业出版社,2002.

[10]萧江华.中国竹林经营学[M].北京:科学出版社,2010.

A Study of Climate Zoning forBambusoideaein Hubei

Xiong Deli1**Wu Zhizhuang2, Li Qicai3Cui Hongxia1, Tu Jifang3, Wang Gangguo3
(1 Hubei Academy of Forestry, Wuhan 430079, China 2 China National Bamboo Research and Development Center, Hangzhou 310012 3 Guantangyi State-owned Forest Farm, Chibi county, Chibi 437300, China)

According to theories of climatic similarities and geographical differences, 16 climatic factors associated withBambusoideaewere selected from 76 counties in Hubei Province. By means of principal component analysis and cluster analysis, scatter plots were drawn to identify three zoning boundaries and divide bamboo forest in Hubei,which covers 2 forest regions in China, into 4 bamboo zones and 8 sub-zones.

Hubei,Bambusoideae, climatic factor, zoning

湖北省科技攻关计划（2006AA201C18）；国家“十一五”科技支撑计划（2006BAD03A16）；中央财政林业科技推广示范跨区域重点推广示范项目”（2010TK37）。

熊德礼(1967-),男,硕士,副研究员,主要从事竹类研究。