基于GIS与Maxent模型的金花茶潜在适生区与保护研究

为明确珍稀植物金花茶(Camellia nitidissima)的潜在分布,利用最大熵模型(Maxent)模拟金花茶在中国的潜在适生区,运用受试者工作特征(ROC)曲线分析法进行验证。结果表明,金花茶的适生区域主要集中在我国西南片区,与已知原生地重合但不局限于已有报道的地点。ROC曲线分析法的面积AUC值为0.992,表明预测结果可靠。Jackknife检验表明,影响金花茶分布的最主要环境因子(阈值)是:年均温(24.3℃)、积温(7 515.84℃)、最干季湿度(14.5%)和最湿季均温(26.2℃)。缓冲区分析定量评价了人类活动对金花茶适生生境的干扰。这些有助于制定金花茶的保护规划。     

基于DIVA-GIS和MaxEnt的我国枇杷适生区预测和生态适宜性研究

枇杷是原产于我国的秋冬季观花植物和重要经济果树,但其野生群体的生存现状不容乐观。基于枇杷在中国的320个有效自然分布点和不同时间段的19个生物气候变量,运用地理信息系统软件DIVA-GIS和最大熵模型MaxEnt进行适生区预测,采用受试者工作特征(ROC)曲线对预测结果进行检验和评价,同时利用刀切法(Jackknife)检验评估其潜在地理分布的影响因子。结果表明,枇杷的适生区主要在南方省份以及山东、陕西等少数北方省份, DIVA-GIS的ROC值和Maxent模型的ROC曲线面积(AUC)值都表明预测结果准确。最干季度降水量、最干月降水量、年均降水量、最冷月最低气温和温度季节性变化是影响枇杷适生区分布的主要因子。在未来气候变化情景下,枇杷的潜在地理分布总体上在南北方向有所扩张,整体面积有所减少,少部分适生区破碎化。     

基于Maxent生态位模型预测球果角胫象在云南的潜在地理分布

掌握球果角胫象Shirahoshizo conifera Chao在云南潜在分布区,对了解其危害和防控具有重要的意义。本文利用球果角胫象的分布点数据和环境因子数据,通过Maxent生态位模型预测其在云南的潜在分布区。结果表明：球果角胫象的潜在分布区主要集中滇中地区;在ArcGIS中进行显示与风险等级划分,按栅格数值的大小将球果角胫象的适生范围分为4级,分级标准为：高适生区、中适生区、低适生区、非适生区,经ROC曲线分析法验证,Maxent生态位模型的AUC值为0998,表明预测获得了较好的效果。     

基于Maxent模型的冬虫夏草中国潜在适生区预测

冬虫夏草(Ophiocordyceps sinensis)是分布在青藏高原高寒地区稀缺的可再生生物资源, 是我国传统名贵中药材, 具有很高的药用价值和经济价值。目前对冬虫夏草的潜在适生区研究较少, 对虫草资源的空间分布格局尚不清晰。明确冬虫夏草在我国的地理分布, 对其保护及有效利用具有重要意义。研究共收集了175个分布点及24个环境因子数据, 最终筛选出12个环境变量数据参与模型训练, 利用Maxent模型预测冬虫夏草中国潜在适生区, 通过ROC曲线分析模型预测效果, 结合贡献率、置换重要值和刀切法检验分析环境变量对冬虫夏草分布的影响。结果显示: 我国虫草主要分布于西藏、青海、甘肃、四川和云南五省, 适生区总面积(高适宜分布区与中适宜分布区)为8.82927×105 km2。ROC评价结果显示, Maxent模型训练数据的AUC值高达0.959, 表明预测结果准确度极高。对环境变量进行分析, 影响冬虫夏草地理分布的主要环境因子是海拔, 最暖季度平均温度, 最暖季度降水量。本研究明确了冬虫夏草在我国的潜在适生分布区, 为虫草的资源明确及生境保护提供了理论依据。     

唇形科苣叶鼠尾草的新分布及适生分布区预测

在野外调查的基础上,报道了苣叶鼠尾草在贵州和广西的省级新分布。基于苣叶鼠尾草16个分布数据和11个环境因子参数,运用最大熵(MaxEnt)模型对其适生分布区进行预测,并通过受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线对模型精度进行验证。结果表明:(1)ROC曲线下面积(AUC)均值为0.999,模型预测结果准确性较高,适合苣叶鼠尾草的潜在适生区预测。苣叶鼠尾草的适生区主要分布于中国西南地区以及与中国南部相邻国家的部分地区。核心适宜区集中在中国滇黔桂、四川东部和滇东南中越边境的石灰岩山区。(2)刀切法(Jackknife)检测结果表明,影响苣叶鼠尾草适生分布区的主要环境因子包括:最暖季降水量、最冷月最低温、平均气温日较差以及最冷季降水量等。适生区环境因子的统计分析结果显示,苣叶鼠尾草适宜生长在最暖季降水量650~1500 mm、最冷月最低温0~10℃、平均气温日较差6.5~8.5℃、最冷季降水量0~250 mm的地区。研究结果可为苣叶鼠尾草的资源调查和相关研究提供有利依据。     

未来气候变化对孑遗植物鹅掌楸地理分布的影响

为了解未来气候波动对鹅掌楸(Liriodendron chinense)潜在适生区的影响,利用最大熵模型(Maxent)和地理信息系统(ArcGIS)软件,结合物种地理分布点信息,对鹅掌楸当前适生区分布进行了模拟和划分,同时预测了2061-2080年间气候变化条件下鹅掌楸的潜在适生分布区变化,进而分析影响鹅掌楸地理分布的主要气候因子。结果表明,Maxent模型预测的准确性较高,受试者工作特征曲线(ROC)的曲线下面积(AUC)均大于0.9。在未来4种不同的气候变化场景下(RCP 2.6、RCP4.5、RCP 6.0和RCP 8.5)鹅掌楸的地理分布发生变化,在RCP 4.5情景下,鹅掌楸适生面积明显增加;RCP 8.5情景下适生面积明显减少,尤其在贵州地区以及贵州、重庆与湖南的交界处。因此,鹅掌楸适生区分布的几何中心不变,而适生面积随着温室气体浓度的增加呈现先增加后减少的趋势。昼夜温差月均值、最湿季降雨和最干季降雨是影响鹅掌楸地理分布的主要气候因子,其累计贡献率达77.1%。     

基于MaxEnt模型的珙桐在中国潜在适生区预测

珙桐为我国特有珍稀树种,预测珙桐潜在适生区可为珙桐物种保护与研究提供重要参考。基于387条中国境内样本分布数据和27个环境因子,利用MaxEnt模型与地理信息系统(geographic information system,GIS),对珙桐在中国的潜在适生区进行预测,并通过受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线对模型精度进行验证。结果表明:ROC曲线下面积(AUC)平均值为0.951,模型预测结果准确性较高,适合珙桐的潜在适生区预测;珙桐潜在适生区主要位于四川、云南、贵州、湖南、湖北、重庆、陕西和西藏等地区,高适生区呈不规则环状分布,西起横断山区,北达秦岭-武当山-荆山一线,东抵张家界-雪峰山一带,南至贵阳,在西藏东南部的雅鲁藏布江河谷和安徽西部的大别山地区也有分布;气温年较差、年降水量、最冷月最低温、昼夜温差、降水量变异系数等5个环境因子对珙桐潜在适生区预测影响最大,其他环境因子,如地形、土壤、水文等影响较小。     

药用植物细辛在中国的潜在适生区分布

细辛(Asarum)属植物多为我国传统名贵药源植物。利用3种入药的细辛属植物在中国的126个地理分布记录,结合6大类28项环境因子,应用最大熵模型(Maxent)和地理信息系统(Arc GIS9.3)软件,定量地预测了细辛在我国的潜在适生区及其适生等级。结果表明,3种细辛属药用植物在中国的潜在适生区分布较为广泛,高适生区和适生区面积分别达到312.5 km2和2 760.42 km2,与降雨量相关的年降雨量、最干季降雨量和最暖季降雨量是影响细辛属药用植物分布的主要环境因子。本研究的预测结果可为细辛属药用植物资源的研究与栽培生产用地的合理布局提供参考依据。     

基于生态位模型预测天麻全球潜在适生区

目前对药用植物天麻(Gastrodia elata)的全球潜在适生区研究较少,基于多个生态位模型预测天麻在全球范围内的潜在适生区,对天麻人工引种栽培及其产业发展具有重要意义。该文收集220个天麻全球分布点和19个生态因子数据,最终筛选出8个环境变量参与模型训练,基于3个生态位模型(BIOCLIM、DOMAIN和MAXENT)预测天麻全球潜在适生区,并采用受试者工作特征曲线ROC和Kappa统计量分析比较不同模型的预测效果。结果表明:3个模型的预测结果基本一致,天麻全球潜在适生区主要分布在20°–50°N的亚洲地区,其中中国、日本和韩国是集中分布地,此外,印度、尼泊尔以及欧洲地中海附近有少量适生区。其中最适宜区主要分布在:中国四川盆地附近的省区以及中东部;韩国中东部的忠清北道、庆尚北道和庆尚南道;日本本州岛、九州岛以及四国岛,因此中国、日本和韩国是天麻的主要产区。3个模型的受试者工作特征曲线下面积(AUC值)平均值均达到0.9以上,Kappa平均值均达到0.65以上,能较好地预测天麻的潜在适生区,其中MAXENT模型的精度较高,其次是DOMAIN和BIOCLIM模型。     

蒙古黄芪潜在分布区预测的多模型比较

根据蒙古黄芪(Astragalus membranaceus (Fisch.) Bge. var. mongholicus (Bge.) Hsiao) 123个样本点数据和19个环境数据,采用4种生态位模型对蒙古黄芪在中国的潜在适生区进行综合分析,并采用受试者工作特征曲线ROC和Kappa统计量,比较不同模型的预测效果。结果显示:4个模型预测精度良好,一致性显著。AUC值均达到0.8以上,Kappa值均达到0.6以上;其中DOMAIN模型的AUC值和Kappa值均最大,说明该模型的预测精度最佳,预测结果最稳定。潜在适生区的预测结果发现,GARP模型预测的最适宜区范围最广; MAXENT和BIOCLIM模型预测结果较为相似; DOMAIN模型预测结果比较分散。4个模型预测结果均表明西北一带可以作为蒙古黄芪栽培引种的主要产区。蒙古黄芪潜在适生区主要分布于中国北纬33°以北地区;最适宜区主要分布于甘肃、宁夏、陕西、山西、河北和内蒙古等地区。     

四川省万源市野生腊梅资源调查研究

开展了四川省万源市野生腊梅资源调查研究,旨在进一步摸清家底,为地方政府制定经济发展规划和进行植物资源保护与合理开发以及腊梅科研提供重要参考资料。调查结果表明,万源野生腊梅保存较为完好,分布面积极广,分布较为集中,生境极其恶劣,变异类型较为丰富,初步调查有33个,伴生植物主要以灌草类为主。根据万源野生腊梅开发利用与保护现状、开发应用前景等,初步提出了保护利用方略。     

人参潜在地理分布以及气候变化对其影响预测

本文以人参为研究对象,基于人参分布点位数据和22个气候环境因子数据,运用BioMod2平台10个物种分布模型对当前我国东北地区人参潜在生境分布进行预测.以受试者工作特征曲线(ROC)为权重集成10个模型的模拟结果,构建组合模型,并基于该模型预测了IPCC 第五次评估报告中RCP 8.5、RCP 6.0、RCP 4.5和RCP 2.6等4种排放情景下21世纪50和70年代人参潜在分布范围.结果表明: 在基准气候条件下,人参适宜生境面积占研究区总面积的10.4%,此类地区主要分布于研究区东北部长白山地区以及小兴安岭东南部区域的森林地带.在未来不同的排放情景下研究区人参的适宜生境变化显著,总体上分布范围将有一定程度的缩小.同时参与建模的10种模型在统计学精度、预测结果以及变量权重上都有差异.模型精度计算结果表明,MAXENT模拟效果最好,GAM、RF和ANN次之,SRE模拟精度最低.本文构建的组合模型在一定程度上提高了现有物种分布模型的预测精度,从而使模拟效果更优.     

基于Maxent模型的假臭草潜在分布区预测

为有效开展假臭草的防除工作,运用最大熵值模型(Maxent)和地理信息技术(GIS)对假臭草(Praxelis clematidea)在中国的潜在分布区和影响其分布的主导环境变量进行预测。运用AUC法对预测精度进行评价,达到"优秀"水平。结果表明,Maxent模型预测结果具有较高的可信度。假臭草在中国的潜在适生面积为785985km2,占总国土面积的8.19%,主要分布在华南及东南区域,其中福建、广东、海南和广西省为假臭草的中高适生区。福建省的假臭草分布最为广泛,61.98%的福建区域适合假臭草的生长,其中闽南沿海为假臭草的高适生区,而闽北区域假臭草的种群密度较低。2月最低温可能是限制假臭草分布的主要气候变量,贡献率为61.70%;最干季度降水量、9月最高温对假臭草的分布具有一定的影响。假臭草的分布预测为早期监测和预警提供理论依据和技术支持,防止假臭草的进一步扩散蔓延。     

基于Maxent生态位模型的互花米草在我国沿海的潜在分布

以分布在我国沿海滩涂的96个互花米草分布记录点及覆盖东部沿海区域的海洋环境数据和气候环境数据为材料,利用Maxent生态位模型,研究外来物种互花米草在我国沿海的潜在分布情况.结果表明:互花米草适宜分布区占我国沿海区域的85%,其中高度适宜分布区占18%,中度适宜分布区占34%,低度适宜分布区占33%,不适宜分布区仅为15%.互花米草在我国沿海的地理分布主要受到年均最低海水温度、年均海水温度、年平均气温和1月最低气温4个环境因素的影响,而年均降水量、年均日较差、海水盐度、最高海水温度、7月最高气温及海流速度对互花米草地理分布的影响较小.互花米草高度适宜分布区的最低海水温度为0.62~24.81℃,平均海水温度为10.46~27.29℃,年均气温为9~25℃,1月最低气温为-13.5~16.7℃.互花米草地理分布概率在我国北部沿海区域达到20%以上,互花米草存在向我国北部进一步入侵的趋势,特别是在渤海湾地区,互花米草入侵潜力较大.互花米草在我国不适宜分布区主要集中在海南中部和南部海岸,以及台湾省大部分区域,依据当前我国分布记录及气候数据,这些区域互花米草入侵风险较小,但不排除未来入侵的可能性.     

基于MaxEnt模型预测气候变化下杉木在中国的潜在地理分布

为研究杉木在中国的分布特征及其对气候变化的响应模式,本研究基于现有分布记录,应用最大熵(MaxEnt)模型和地理信息系统方法,结合气候、地形等环境要素,预测杉木在当前和未来气候变化下的潜在适生区。结果表明: 影响杉木分布的最主要因素是年平均降水量,在当前气候下,杉木适生区合计面积328万km²,占全国陆地总面积的34.5%,低、中和高适生区分别占18.3%、29.7%与52.0%。在未来气候情景下,杉木生长的适宜性在我国总体上呈上升趋势,适生区面积随气候变化增大,且明显向北扩张,南方湿润亚热带地区形成集中连片高适生区。模型经受试者工作特征曲线检验,训练集平均受试者工作特征曲线下面积为0.91,可信度高。     

气候变化情景下基于最大熵模型的青海云杉潜在分布格局模拟

青海云杉(Picea crassifolia)是我国青藏高原东北缘特有树种,在维系我国西北地区生态平衡、水土保持、水源涵养和生物多样性等方面发挥着重要作用。基于其分布范围内的69个地理分布样点,利用最大熵(Maxent)模型对现实气候条件下青海云杉的潜在分布及其分布的主导气候因子进行分析,同时结合3种大气环流模型模拟青海云杉在3种气候变化情景(温室气候排放量不同)下未来2050s和2080s潜在分布区的变化。结果表明:Maxent模型对青海云杉潜在分布区的预测具有极高的准确度,所有模型的平均受试者工作特征曲线下面积(AUC测试值)均高于0.99;Jackknife检验和气候因子响应曲线表明年最低降雨量是限制青海云杉分布的主导因子;当前青海云杉的潜在分布区主要集中于青海东部、甘肃东南部、宁夏大部分地区、西藏东部、四川西部山区以及陕西、新疆和内蒙古部分地区。在未来3种增温情景下,青海云杉在2050s和2080s的潜在分布总面积与当前相比变化不明显,但不同适生等级的潜在分布面积变化较大,其中,中度适生区和低度适生区受气候增温影响显著,中度增温下这些区域在2080s的面积明显增大,而高度适生区(核心分布)则在所有增温情景下均呈缩小趋势。同时,在未来3种增温情景下,青海云杉在2050s和2080s的潜在分布区有向北移动趋势,但其心分布区域(高度适生区)仍然以青海东部、甘肃北部为主,无明显变迁趋势。从气候因素角度考虑,本研究表明未来气候变化情景下,青海云杉依然在西部高山地区,特别是作为我国重要生态屏障的祁连山、贺兰山等山区具有重要的经济价值并将持续其生态服务功能。     

新疆千里光Senecio jacobaea在中国的适生区预测

【背景】菊科植物新疆千里光原产于欧亚大陆,在北美和澳洲为入侵植物,目前在中国只有新疆有分布记录。新疆千里光一旦成为入侵植物,将对农业、畜牧业和人类健康都可能产生危害,所以需要评估其在中国的扩散趋势。【方法】搜集新疆千里光在中国和世界其他地区的分布记录,结合当前和未来(2050年)气候条件下19种生物气候变量,应用Maxent模型和Diva Gis软件,定量预测新疆千里光在中国目前和未来的潜在分布区域;并通过接受者操作特征曲线(ROC)分析法对模型进行精度检验。另外,通过Maxent给出新疆千里光在欧洲(原产地)、北美洲和大洋洲(入侵地)以及中国等4个分布区的年均温度和年均降水量的气候阈值。【结果】用中国和全球分布的数据预测的结果有些差异。前者结果表明除了新疆地区,其他省份几乎没有新疆千里光的适生区;而后者显示在中国其他几个省份也有可能分布,且在甘肃四川交界处有较高适生性。前者模型精确度较高,但2个结果都显示新疆千里光在中国目前和未来的分布区大部分还是在新疆地区。中国分布区年均温度和年均降水量的阈值比其他2个地区都低。【结论与意义】新疆千里光在当前和未来气候条件下在中国未来的扩散趋势较弱,基本局限于新疆地区。用中国分布数据预测优于全球分布数据预测结果,新疆千里光不同分布区的气候阈值的差异揭示分布于中国的新疆千里光与其他地区的种群的生态位有所不同,可能是一个新的亚种,希望未来能进行进一步的研究。     

应用Maxent建立沙筛贝潜在生境模型

外来入侵物种沙筛贝适应能力强、繁殖率高,一旦入侵,将严重危害潮间带生物多样性。我国广东省部分沿海地区的潮间带和牡蛎增养殖区已被沙筛贝入侵,且污损情况较严重。为了了解沙筛贝目前在我国的潜在生境情况,本研究选用最大熵模型(Maxent)和地理信息系统相结合,建立了沙筛贝在我国和全球的潜在生境预测模型,并利用受试者工作特征曲线(ROC)和实地调查对结果进行验证。结果表明: 沙筛贝全球存在概率较高的地区分布于北美洲与南美洲之间、印度南部、斯里兰卡和我国长江以南沿海以及南半球的澳大利亚范迪门湾;沙筛贝在我国的适生区域主要分布在上海以南沿海省份。影响沙筛贝适生区域分布的主要环境变量包括水汽压、温度和太阳辐射,经ROC检测后训练集AUC值为0.996,预测结果达到优秀水平。研究结果可为沙筛贝入侵风险评估和治理提供理论依据, 补充我国外来入侵物种的潜在生境预测工作。