模型定量评价技术研究--以东北地区马铃薯甲虫风险评估为例

本文以马铃薯甲虫为例,探索建立不同分析方法所预测结果之间的定量评估技术,并以此明确马铃薯甲虫在我国东北地区的适生范围和定殖风险。研究采用统一的环境数据、生物数据,分别利用 GAM、MaxEnt、GARP 3种模型对马铃薯甲虫在我国东北地区潜在分布风险进行了预测,并对预测结果进行了统计分析。GAM 模型在本文设定数据条件下,表现出最好的预测正确性,其最优模型AUC 达到0.87。由本研究过程可见,模型的选择首先应当在技术条件允许的情况下尽可能多的对模型在不同数据条件下表现出的性能进行考查,并对采用的分析结果保持足够的谨慎,在认识到模型可能存在局限的情况下有限度的接受和使用预测结果。     

基于GIS和MaxEnt技术对濒危物种褐马鸡的保护空缺分析

自然保护区网络的设计对濒危物种及其生境的保护至关重要。地理信息系统(GIS)和MaxEnt模型作为一种有效而可靠的工具已广泛应用在野生动物的管理和自然保护区设计中。褐马鸡是中国特有的濒危雉类,当前存在3个分隔的地理种群。由当前已知分布点,采用最小凸多边形法(MCP)分别划定3个分布区,并设计分布区外20 km的缓冲距离为研究区域。在研究区内,针对褐马鸡及其生境的保护已建立8个国家级和8个省级自然保护区网络。根据褐马鸡栖息地特征选择11个生境因子为预测背景,基于45个当前分布点利用MaxEnt模型预测褐马鸡当前的潜在适宜生境。由MaxEnt模型检验可知,训练集和测试集的平均遗漏率(OR)分别0.10和＜0.35。训练集和测试集的AUC 均值分别为0.957 5和0.898 5,AUC标准偏差为0.040 6,模型预测精确度较高。在GIS10.0软件中,由所选的10%TPLT阈值(0.30)将预测概率图转化为Presence/Absence二值图,并分析当前自然保护区对适宜生境的保护状况。研究发现当前自然保护区存在一定的保护空缺,有18 896 km2适宜生境未受保护;省级自然保护区在适宜生境保护中起到关键的连接作用,在保持褐马鸡适宜生境的完整性和连通性中不可或缺。建议相关保护部门明确省级自然保护区的边界,制定可供GIS分析的省级自然保护区的数字图层,为今后自然保护区网络的规划和设计提供技术支撑。      

Surveillance and invasive risk of the red imported fire ant,Solenopsis invicta Buren in China

The cover image is based on the Research Article Surveillance and invasive risk of the red imported fire ant, Solenopsis invicta Buren in China by Xiaoliang Wang et al., https://doi.org/10.1002/ps.7297 .

     

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。     

基于MaxEnt模型预测欧洲榆小蠹的全球潜在地理分布

为探究欧洲榆小蠹Scolytus multistriatus在全球的潜在地理分布，根据其全球分布数据和筛选出的环境变量，利用MaxEnt模型预测其在当前气候及未来气候条件下的适生区。结果显示，所建MaxEnt模型的受试者工作特征曲线下面积（area under curve，AUC）大于0.9，表明模型预测结果可靠；利用刀切法对筛选出的环境变量进行分析后发现，12月平均最低温度对欧洲榆小蠹在全球的分布影响最大，同时也提供了最多的特有信息。在当前气候条件下，欧洲榆小蠹在全球的潜在分布范围主要集中在15° N~70° N和20° S~60° S之间，包括北美洲中部及南部、南美洲南部及东南沿海、欧洲、非洲中部、亚洲东部和大洋洲，适生区总面积约4.62×10⁷ km²。欧洲榆小蠹在我国的适生区广泛分布于20余个省（自治区、直辖市），适生区总面积约为3.27×10⁶ km²。在未来气候条件下，欧洲榆小蠹的适生区面积将会扩大，并在SSP585（2081—2100年）情境下达到最大，为5.93×10⁷ km²。鉴于欧洲榆小蠹在我国具有较广的适生区，建议加强对其的检验检疫力度，防止其侵入我国。     

基于MaxEnt模型和ArcGIS对巨藻在我国适生情况的分析

发展新养殖对象及异地栽培需首先掌握物种的生态适应性。有关巨藻(Macrocystis pyrifera)在我国海区适应性的研究甚少，海区养殖效果不理想，我国巨藻养殖业发展欠佳。本研究采用MaxEnt构建了巨藻的物种分布模型，当特征组合为乘积型特征(product features)、二次型特征(quadratic features)和片段化特征(hinge features)，正则化参数为0.8时，模型预测性能最佳；综合考虑环境因子的相关性及对模型的贡献率，筛选出6项环境因子用于模型构建，其中，光强与温度对巨藻自然分布的影响最大，在光强不低于2 μmol/(m2·s)、年均温度范围10.5~17.0℃条件下，巨藻的适生概率较高。采用所构模型结合ArcGIS预测巨藻在我国的适生区：主要分布于黄渤海，约占该海域面积的13.17%，其中，边缘适生区为5.46%，低适生区为2.85%，中适生区为1.20%，高适生区为3.66%，表明辽东湾、渤海湾是巨藻引种养殖和藻场建设的适宜海域。     

当前(1970—2000)与未来气候变化情境下中国醉马芨芨草潜在分布预测

醉马芨芨草(Achnatherum inebrians)是我国西北、华北地区严重危害草地畜牧业和生态安全的主要毒害草之一，但其在药用、造纸、脱毒后饲用等方面有一定利用价值。本研究利用优化的MaxEnt模型预测了当前(1970—2000年)条件下和未来(2050 s和2070 s)4种气候变化情景下的醉马芨芨草潜在分布。结果显示：影响当前醉马芨芨草分布的关键环境变量与其适生阈值为12月平均最高气温(—7.5~7.9℃)、海拔(1 053.8~4 590.9 m)、最冷季降水量(1.6~24.6 mm)和降水量变异系数(25.5~111.5)；当前醉马芨芨草主要分布于新疆、西藏、四川、青海、甘肃、内蒙古、宁夏、陕西和山西等省区；在未来4种气候情景下，醉马芨芨草适生区面积均会增加，并向高纬度和高海拔地区迁移。研究为醉马芨芨草的防治和资源利用、草地生态学研究和草地放牧管理提供了理论依据和参考。     

Potential global distribution of the guava root-knot nematode Meloidogyne enterolobii under different climate change scenarios using MaxEnt ecological niche modeling

In recent years, Meloidogyne enterolobii has emerged as a major parasitic nematode infesting many plants in tropical or subtropical areas. However, the regions of potential distribution and the main contributing environmental variables for this nematode are unclear. Under the current climate scenario, we predicted the potential geographic distributions of M. enterolobii worldwide and in China using a Maximum Entropy (MaxEnt) model with the occurrence data of this species. Furthermore, the potential distributions of M. enterolobii were projected under three future climate scenarios (BCC-CSM2-MR, CanESM5 and CNRM-CM6-1) for the periods 2050s and 2090s. Changes in the potential distribution were also predicted under different climate conditions. The results showed that highly suitable regions for M. enterolobii were concentrated in Africa, South America, Asia, and North America between latitudes 30°S to 30°N. Bio16 (precipitation of the wettest quarter), bio10 (mean temperature of the warmest quarter), and bio11 (mean temperature of the coldest quarter) were the variables contributing most in predicting potential distributions of M. enterolobii. In addition, the potential suitable areas for M. enterolobii will shift toward higher latitudes under future climate scenarios. This study provides a theoretical basis for controlling and managing this nematode.     

气候变化下栎枯萎病菌在中国的潜在适生区预测

为降低未来气候变化下栎树枯萎病暴发的风险，基于现有的栎枯萎病菌Bretziella fagacearum分布数据，筛选影响其分布的关键环境变量，利用优化后的MaxEnt模型预测当前气候条件和未来气候条件（低强迫情景SSP126和高强迫情景SSP585）下其在中国的潜在适生区。结果显示，最暖月最高温度、最干季度平均温度、年降水量、最干月降水量是影响栎枯萎病菌分布的关键环境变量；优化后MaxEnt模型的受试者工作特征曲线下面积值高于0.90，表明该模型预测结果可靠。当前气候条件下栎树枯萎病菌的适生区面积约为1.39×10⁶ km²，占中国陆地总面积的14.48%，高适生区主要分布在湖南省北部、浙江省中南部、湖北省东南部、江西省西部和新疆维吾尔自治区北部。未来气候条件（低强迫情景SSP126和高强迫情景SSP585）下栎树枯萎病菌适生区面积均呈增加趋势，尤其高适生区的气候异常程度最高，造成其面积增加。此外，高适生区的质心均有由湖南省向北迁移的趋势。