气候变化下槟榔的地理分布及未来适生区预测

我国南药之一、药食两用的热带植物槟榔,其药理作用丰富,临床应用广泛。根据槟榔现有的分布记录及气象数据,利用最大熵模型MaxEnt和ArcGIS预测气候变化背景下的槟榔在我国适宜性生长区域,为其种植栽培和开发利用提供理论依据。3个时期(1970—2000年、2040—2060年、2061—2080年)不同碳排放情景下(RCP2.6、RCP8.5)的模拟预测结果精度均值都达到了0.990,结果可信度极高。槟榔适生区总面积在RCP2.6情境下呈下降趋势,在RCP8.5情境下呈上升趋势;贡献率和影响力最大的气候因子为最热季降雨量,符合槟榔的生态习性;集中分布区域主要在琼、粤、桂、滇南、台等地区。     

应用最大熵模型预测的欧李潜在适生区分布及气候变化对其的影响

为预测我国欧李适生区分布及气候变化对其的影响。利用R语言和ArcGis筛选出欧李(Cerasus humilis(Bunge) Sok)134个分布数据和25个环境因子;调用ENMeval程序包,优化最大熵生态位模型参数;根据Pearson相关分析和方差膨胀因子(VIF)分析,筛选出建模所需的环境因子,利用刀切法评估影响欧李适生区的主导环境因子。利用优化后的模型,构建欧李适生区的地理分布,推测末次间冰期、末次冰盛期和全新世中期的潜在适生区,分析其历史时期适生区分布变化,预测不同气候情景欧李未来分布区的变化趋势。模型预测结果表明：在默认参数设置时,调控倍率为1,特征组合为LQHPT,delta.AICc值为297.65。将模型参数优化后,在特征组合为LQH,调控倍率为2.5时,delta.AICc值为0,最大熵模型的拟合度最佳。据刀切法评估结果,降水量变异系数、最冷月极端低温、海拔、最湿月降水量、气温变异系数是影响欧李分布的主导环境因子。当前我国欧李的适生区主要分布于天津、北京、山东、河北地区;气候变化对欧李的影响较为明显;未来气候变暖将会引起欧李适生区的向北迁移,尤其在温室气体高排放浓...     

柳杉潜在适生区预测及气候变化对其分布的影响

气候变化对物种的生长和分布有深刻影响,探究物种当前分布范围及限制其分布的主导环境变量,对生物多样性保护具有重要意义。基于柳杉80个现有种群的分布点以及气候和地形两类环境变量,利用最大熵模型（MaxEnt）模拟不同气候情景下柳杉在我国的潜在适生区,分析影响其分布的主导环境变量,掌握不同时期的质心转移方向。结果表明,降水是影响柳杉分布的主导环境变量。自末次盛冰期（LGM）以来,柳杉在我国的分布面积逐渐缩减;随着未来气候变暖,其缩减程度进一步加剧,而该物种亦将向西或北迁移以降低温度的影响。结果明晰了柳杉种群的适生区范围,对其遗传资源保护和引种具有重要的参考价值。     

基于MaxEnt模型的不同气候情景下白蜡树中国适生区预测

白蜡树自然分布主要在中国境内,而且也是中国栽培悠久的经济树种,研究其当前和历史的地理分布格局、未来气候条件下的地理分布格局及分布区的宏观动态变化,皆有重要意义。依据采集标本记录的183个分布点和21个环境因子,利用最大熵原理,对10种气候情景下白蜡树在中国的适生分布区及分布区的几何质心进行预测。结果表明:1）最大熵模型模拟效果较高,模拟10次,AUC值=0.915 0±0.005,故可用模型计算出的潜在分布区来预测适生分布区,并基本确定白蜡树的地理分布格局。2）年均温、温度季节变化方差、暖季降雨量和未定义坡度是影响白蜡树适生分布的主导因子。3）根据模型计算出的概率值进行分级得知,白蜡树在当前气候情景下的适生分布范围大概率（0.6<P<最大阈值）位于甘肃、陕西2省交界处,西南腹地（尤其是贵州省）,河北、北京、安徽、江苏、浙江的一些地区亦可能分布。4）10种气候情景下白蜡树适生分布区的几何质心皆位于湖北省境内。由适生分布区面积的变化得知,自全新世中期至今白蜡树的适生面积减少约20%,未来高排放浓度场景下其适生分布区面积较当前分布区面积减少得最多。可见,白蜡树在我国适生分布区面积可能呈现缩减趋势,应对其进行保护与合理栽植。     

基于最大熵模型预测东北地区红松潜在分布

【目的】红松是我国重要的经济树种和生态树种,预测红松的潜在分布范围和分析影响其生长的重要环境因子很有必要。在现有的建模工具中,最大熵(MaxEnt)模型是应用最为广泛的模拟物种分布模型。在建模过程中,大多数研究人员常使用默认参数来进行计算,然而,最近研究表明,基于默认参数构建的模型结果并非最优,这些参数的设置仍有待讨论。【方法】利用红松分布数据和环境变量,在不同随机测试百分比下计算训练数据和测试数据的建模精度,用最适宜的比例模拟了红松的潜在分布。【结果】训练数据的AUC在不同百分比下的范围为0.890～0.898,而测试数据的AUC在不同百分比下的范围为0.854～0.884。当百分比为5%时,两组数据的准确率都比较准确。在此比例下,Bio12(年平均降水),Bio14(最干月降水量)和Bio15(降水量变异系数)对红松分布最为重要。【结论】研究结果表明在不同随机测试百分比下,模型的精度有所差异,默认值25%不是最合理的百分比,而在5%时训练数据和测试数据的结果更准确。降水和温度是影响红松潜在分布的气象要素,但是在东北地区,由于温度空间差异较小,影响红松潜在分布的主要为降水。红松主要分布范围在东北地区的东北和西南地区,特别是在辽宁省和吉林省交界处。研究的结果表明模型参数的设置对于模型的精度十分重要,调整参数可以更合理地反映物种对环境因素的反应,准确地模拟物种的潜在分布。     

应用最大熵模型预测黄连木在中国的潜在分布

为了合理规划黄连木(Pistacia chinensis)的引种栽培区、黄连木的引种栽植和可持续管理提供科学依据,以中国科学院植物研究所植物标本馆和中国数字植物标本馆297个黄连木样本分布记录和WorldClim数据库中下载末次盛冰期、当代(1960—1990年)和2070年的气候数据为数据源,利用MaxEnt和Arcgis模拟黄连木的潜在地理分布.结果表明:当代黄连木的适分布区在河南、山东、安徽、浙江、贵州、江西、广西、湖南等省份,面积为74.5万km2;末次盛冰期时的最适分布区面积为74.4万km2;2070年的分布范围明显减缩,主要分布在安徽、山东、贵州、广西等省份,最适生分布区面积为61万km2,较当代减少17.6％.年均降水量、最冷月份最高气温和12月份最低气温是影响黄连木分布最重要的环境变量.MaxEnt预测结果与黄连木实际分布相符合,能够反映黄连木在中国的分布情况.未来气温升高,降水减少,黄连木最适生区会逐渐缩减,降水较少区域黄连木的分布更容易受到环境因子的影响.     

气候变化背景下茶角胸叶甲潜在适生区预测

基于茶角胸叶甲(Basilepta melanopus Lefèvre)截至2020年底的63个有效分布点和22个环境变量,分析筛选出影响茶角胸叶甲分布的8个重要环境变量,利用最大熵模型(MaxEnt)和ArcGIS软件,对茶角胸叶甲2021—2100年气候条件下的适生区进行预测。结果表明：MaxEnt模型的受试者工作曲线面积(AUC)达0.992;在目前气候条件下,茶角胸叶甲潜在的适生区总面积为6.69×105 km2,主要位于中国南部和东南部地区,除已报道发生过的地区外,还包括湖北、安徽、浙江、江苏和台湾;影响茶角胸叶甲潜在适生区分布的重要环境因子主要包括最冷季降水量、坡向和平均气温年较差,其中最冷季降水量是影响茶角胸叶甲潜在适生区分布范围的最关键环境变量;在SSP126和SSP245情景下,茶角胸叶甲的总适生区面积在2061—2080年间达到峰值后下降;在SSP370情景下,茶角胸叶甲的总适生区面积在2041—2060年间达到峰值后下降;在SSP585情景下,茶角胸叶甲总适生区面积持续上升。总体来看,茶角胸叶甲的适生区中心主要向西、向北和高纬度等内陆地区转移。     

浙江红花油茶潜在适生区分布及其对未来气候变化的响应

【目的】预测浙江红花油茶Camellia chekiangoleosa潜在分布范围,分析影响其分布的主要环境因子,为浙江红花油茶保护利用及引种开发提供理论基础。【方法】基于浙江红花油茶在中国区域内55个分布点的环境因子,运用最大熵模型(MaxEnt)预测了当前及未来3种RCPs气候变化情景下浙江红花油茶在中国的潜在适生区分布及其变化。【结果】影响浙江红花油菜潜在分布的主要环境因子是最冷季度降水量、最暖季度平均气温和土壤类型,其中最冷季度降水量贡献率最高,最暖季度平均气温和土壤类型次之。当代潜在适生区集中分布于中国中部和南部地区,其中,核心分布区主要位于江西、福建和浙江。在未来气候变化情景下,总体适生区范围较当前有不同程度地扩展,总体呈现由华东向西南方向显著扩张的趋势。【结论】浙江红花油茶潜在适生区主要受降水、气温和土壤影响,受海拔影响较小,在中国南方地区有较广泛的适生性,具有引种栽培推广潜力。图2表2参41     

气候变化下三明市主要针叶树种潜在地理分布的预测

以三明市主要针叶树种(杉木和马尾松)为研究对象,利用树种分布点数据和19个气候环境数据,基于MaxEnt模型模拟现实气候条件下杉木和马尾松在三明市的适宜分布区,以及未来气候变化情景下(2050和2070年)杉木和马尾松分布格局的变化,以受试者工作特征曲线评价模型结果,并运用刀切法确定影响杉木和马尾松分布的主要环境因子.结果表明:MaxEnt模型预测结果精度较高(AUC值均大于0.9),最湿季降水量、最冷季降水量、等温性是限制其分布的主要气候因子.杉木和马尾松的适宜生境主要分布在研究区的中西部和中部,面积分别占研究区的39.00%和31.63%;在未来气候情景下,杉木和马尾松的生境分布有所变化:到2050年,适宜生境面积分别减少10.06%和6.35%;到2070年,适宜生境面积略有增加,分别增长1.67%和0.65%.     

未来气候情景下2种新疆特有树种潜在适生区预测

  目的  昆仑方枝柏和额河杨是新疆2种特有树种。昆仑方枝柏是新疆Ⅰ级、国家Ⅱ级重点保护濒危野生植物;额河杨耐旱、耐贫瘠、抗寒,对盐碱和贫瘠土壤有一定的耐受性,是选育良种的珍贵材料和水土保持的重要植物。气候变化背景下,研究影响两个树种分布的气候因子与各自响应气候变化的模式,为新疆珍贵物种保护起重要的作用。  方法  本文基于政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六次评估报告提出的3种共享社会经济路径（SSP245、SSP370、SSP585）,采用最大熵方法,用选出的10个环境变量分别预测昆仑方枝柏和额河杨在当前（1970—2000年）与未来（2041—2060年、2061—2080年）不同时期的潜在适生区,比较各SSP下两个物种适生区面积的变化趋势及其响应气候变化的模式。  结果  温度、降水和海拔是影响昆仑方枝柏和额河杨分布的主要环境因子;昆仑方枝柏主要分布在西昆仑山北部、莎车、叶城一带,在未来阿克苏地区的适生区有大幅的减少;额河杨主要分布在额尔齐斯河与其支流一带,在未来有由南向北移动的趋势;两物种当前总适生区面积分别为673 909.49、976 827.81 km2;在SSPs下,适生区面积都呈下降趋势;比较两个物种应对气候变化的响应,最冷季度的降水量过高是昆仑方枝柏的适生区减少的主要原因;而额河杨的适生区减少是最湿季度降水量的上升所导致的。  结论  未来温度的上升将使物种分布范围缩小,研究结果可以为政府优化管理,保护濒危野生植物和为中国自然种群多样性的保护提供理论依据。      

气候变化背景下中国樟子松潜在分布预测

【目的】预测不同气候条件下樟子松Pinus sylvestris var. mongolica在中国的潜在分布及迁移,确定影响樟子松分布的主要环境变量,为樟子松合理引种与保护提供理论依据。【方法】根据200个樟子松分布点和20个环境变量,利用R语言中ENMeval数据包优化最大熵模型(MaxEnt)并利用ArcGIS空间分析技术对当前气候条件下樟子松在中国潜在分布进行模拟,通过Pearson相关分析和方差膨胀因子分析结合预建模结果对环境因子的筛选,综合Jackknife检验和相关系数,分析樟子松主导限制因子,预测樟子松从当前到未来时期(2050s和2100s)的3种气候情景(SSP126、SSP245和SSP585)下适生区变化趋势。【结果】MaxEnt模型受训者工作特征曲线都大于0.94,说明模型精度较高,能较好预测樟子松潜在分布;影响樟子松分布的主导因子为最冷季度平均气温、降水量季节性变化、最冷月最低气温、温度季节变动系数、最干季度平均气温和最热月最高气温,累计贡献率为92.9%;当前气候条件下,樟子松的适宜分布区主要位于中国大兴安岭地区,总适宜区面积占中国总面积的6.72%;未来...     

基于最大熵值模型的山白树适生区分布变化研究

【目的】研究山白树在不同时代气候条件下的适生分布区范围和变化规律,推测其过去和未来的适生区分布。【方法】利用山白树在中国的分布点数据和气候因子数据,基于最大熵值模型预测山白树在当代、末次间冰期、末次盛冰期、21世纪50年代和80年代的适生区分布范围和面积。【结果】最大熵值模型对山白树地理分布的分析结果准确可靠;最干季度平均温度、最暖季度降水量、最冷季度平均温度、最干月份降水量、最湿季度平均温度、昼夜温差与年温差比值和最冷季降水量等7个生物气候变量对山白树适生区分布有较大影响。山白树在末次间冰期的适生区总面积为当代的1.65倍,分布范围更靠南方;在末次盛冰期其适生区明显缩小,为当代适生区面积的4.4%,仅分布在巴山地区和汉水上游河谷地带;在21世纪50年代和80年代山白树的适生区面积大幅度增加,总面积分别为当代的19和13倍。【结论】山白树对气候变化敏感,适生区范围变化幅度大;21世纪全球气候变暖有利于山白树的保护。     

基于SSPs预测格木在中国的潜在地理分布

[目的]格木为珍贵硬材树种,由于木材珍贵,其天然林资源遭受严重破坏,分布范围急剧缩小,数量稀少,被列为我国二级保护树种,探讨格木适生分布区对气候变化的响应,为格木天然资源的保护与引种栽培提供理论依据.[方法]基于格木55个天然分布点,以BCC-CSM2-MR气候模式和未来共享社会经济路径作为气候数据,结合海拔、土壤以及...     

利用最大熵(MaxEnt)模型对红豆杉潜在适生区的模拟

为了研究红豆杉(Taxus wallichiana var.chinensis(Pilger) Florin)的保护和繁殖,利用红豆杉存在记录与环境因素,利用最大熵(Maxent)模型,使用红豆杉分布数据,气象以及地形数据,分析影响红豆杉分布的主导环境要素,模拟红豆杉在我国的潜在适宜区,并结合我国自然保护区分布范围进行分析。研究结果表明：共提取了6个影响红豆杉潜在适生区的主导环境因素,分别为5月平均降水量、4月平均降水量、9月平均降水量、高程、坡度、3月平均降水量,红豆杉的潜在适生区是气候与地形的共同作用结果,春季降水量、高海拔与一定的坡度区间是影响红豆杉分布的主要因素;构建的最大熵模型的评价指标受试者工作特征曲线下面积(AUC)为0.933,表明该模型模拟结果精准,生成的红豆杉适生区结果可信;红豆杉的高适生区主要分布在鄂、陕、渝、湘、黔交界处以及闽、浙、赣交界处,高适生区多以高海拔山区为主;高适生区与中适生区分别有6.27%与4.82%的面积处于自然保护区范围内,可以针对部分高适生区的自然保护地对红豆杉进行就地保护与引种栽培,科学制定红豆杉的保护方案。     

气候变化对斑衣蜡蝉在中国潜在适生区分布的影响

为预防中国常见的园林害虫斑衣蜡蝉(Lycorma delicatula)对以臭椿(Ailanthus altissima)为主的园林绿化树种造成危害,结合长期实地调查数据和网络数据库收集的物种分布数据,利用物种分布模型最大熵(MaxEnt)模型,对斑衣蜡蝉在中国历史(1971—2000年)和未来4个时间段(2021—2040年,2041—2060年,2061—2080年、2081—2100年)气候场景的适生区进行了预测,通过对比历史和未来时期的预测结果,分析了气候变化对斑衣蜡蝉在中国潜在适生区分布的影响。结果表明：历史气候场景,斑衣蜡蝉的适生区将广泛分布于中国东部和中部地区,且适生概率自东向西逐渐降低;未来气候变化将导致斑衣蜡蝉的适生区逐渐向北迁移,同时中国北方的适生概率逐渐加强,而中部和南部地区的适生概率将逐渐降低。因此,在斑衣蜡蝉防治中,在东部地区应持续加大防治力度,将其种群密度遏制在较低水平;同时也应加强对其他气候适宜地区的主要寄主树种的虫情监测和预警。     

西南地区寒温性针叶林乔木对气候变化的响应

为研究中国西南地区寒温性针叶林地理分布对气候变化的响应,以西南地区20种寒温性针叶林主要乔木树种地理分布数据为依据,通过最大熵（MaxEnt）模型和地理信息系统,结合气候、地形、土壤等环境因子,预测各乔木树种在未来（2070年）气候变化下的潜在适生区动态并分析潜在分布区的环境特征,旨在为气候变化下寒温性针叶林资源保护及可持续经营提供理论参考。结果表明,1）20个树种的地理分布模型的AUC值均>0.85,表明模型预测精度较高。2）2070年BCC-CSM2-MR模式SSPs126和SSPs245情景下,20种寒温性针叶林适生区整体呈现向高纬度、高海拔迁移的趋势;其中,苍山冷杉、冷杉、长苞冷杉、急尖长苞冷杉、鳞皮冷杉、大果红杉、云杉、丽江云杉、川西云杉、西藏云杉和青杄的潜在适生分布区均呈现扩张趋势,锡金冷杉、巴山冷杉、岷江冷杉、祁连圆柏、大果圆柏、麦吊云杉、青海云杉和紫果云杉的潜在适生区呈现缩小趋势,而川滇冷杉潜在适生区变化最小。3）寒温性针叶林地理分布的6个主导环境影响因子及范围依次为:海拔（1 283~4 800 m）>降水量（389~1 623 mm）>气温的季节性（446~1 073）>坡度（2°~34°）>等温性（30~52）>最冷月最低气温（-20~3 ℃）。     

气候变化对东北沼泽湿地潜在分布的影响

东北地区是我国沼泽湿地分布最广泛的地区。为研究沼泽湿地对气候变化的响应,选取了对沼泽湿地分布可能存在影响的26个环境因子,利用最大熵(Maximum Entropy, MaxEnt)模型模拟了沼泽湿地基准气候条件下的潜在分布,并预测了气候变化情景下2011-2040 年、2041-2070 年和2071-2100 年3个研究阶段东北沼泽湿地潜在分布。研究结果表明:最大熵模型预测精度较高(平均AUC(Aera Under Curve)为(0.826±0.005))。基准气候条件下东北沼泽潜在分布区主要为大小兴安岭和三江平原地区。随着时间的推进,东北地区沼泽湿地原有潜在分布面积明显减少,而新增潜在分布面积较少,总面积呈现急剧减少趋势。至2071-2100年,原有沼泽湿地潜在分布面积将减少99.80%,新增潜在分布面积仅2.48%,总潜在分布面积减少97.32%。空间分布上,东北沼泽湿地潜在分布呈现由东向西迁移,南北向中心收缩的趋势。研究结果可为东北地区沼泽湿地保护政策的制定提供参考。     

第四纪末次盛冰期以来福建柏的潜在地理分布变迁

采用MaxEnt模型,对濒危孑遗植物福建柏末次盛冰期、全新世中期、现代和未来4个时期适生分布区情况及动态变迁过程进行模拟,探讨影响其分布的主要因素及对气候变化的响应。结果表明:1）平均气温日较差、最暖季平均温度、最干月降雨量对福建柏空间分布适宜性影响最大;2）福建柏分布对全球气候变化响应较为敏感,末次盛冰期其分布最广,为194.04万km²,随气候变暖,全新世中期和未来其分布范围分别缩小33.48万km²和31.26万km²;3）与现在相比,未来气候条件下福建柏整体呈“南北收缩”“东西扩张”分布趋势。研究结果不仅对我国热带和亚热带常绿阔叶林生物地理界限具有一定指示意义,也可为全球气候变暖背景下福建柏种质资源的保护和合理利用提供重要的理论基础。