Predictions of potential geographical distribution of Sinopodophyllum hexandrum under climate change

桃儿七(Sinopodophyllum hexandrum)为小檗科多年生草本植物, 是我国濒危传统藏药, 预测气候变化对该物种分布范围的影响对于其保护和资源可持续利用具有重要意义。该文利用获得的桃儿七136个地理分布记录和21个气候环境图层, 通过MaxEnt模型分析桃儿七在我国西部七省的潜在地理分布, 并基于该模型预测政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布的SRES-A1B、SRES-A2和SRES-B1气候情景下21世纪20、50和80年代桃儿七分布范围。结果表明: 最热季平均温度、年降水量、温度季节性变动系数和等温性是影响桃儿七分布的主要气候因子; 在当前气候条件下, 桃儿七适宜的生境面积占研究区总面积的11.71%, 主要集中在青藏高原东缘的四川、甘肃、青海境内次生植被丰富、地形复杂的高海拔地区, 低适宜生境与不适宜生境分别占研究区总面积的15.86%与72.43%。由模型预测可知, 在SRES-A1B、SRES-A2和SRES-B1三种情景下, 桃儿七在研究区低适宜生境的数量相对变化较小, 在适宜生境先大幅减少后又缓慢增加。研究结果同时表明, 在未来气候变化条件下, 桃儿七的适宜生境平均海拔将逐渐升高, 范围以及几何重心极有可能先向北移, 然后再向西延伸至青藏高原内部较高海拔的山区。     

气候变化对阔叶红松林潜在地理分布区的影响

物种地理分布主要取决于它对气候、地形等环境因子的适应性。基于22个环境因子和阔叶红松林的4类主要建群树种——红松、紫椴、水曲柳和蒙古栎的地理分布数据,采用最大熵模型模拟了阔叶红松林的潜在分布区域,并分析决定阔叶红松林地理分布的主要气候和地形因子,最后利用政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布的3种排放场景(SRES-A2、SRES-A1B、SRES-B1)下2020、2050、2080年的气候数据预测阔叶红松林的未来潜在分布区。结果表明:各树种的受试者工作特征曲线下面积(AUC值)都大于0.8,说明模型有很好的预测能力;影响阔叶红松林分布的主导环境因子是年降雨量、季节性降雨量、海拔、年平均温度、最湿季度的平均温度。在基准气候条件下,阔叶红松林的高度适宜分布区主要分布在长白山和小兴安岭地区,占研究区总面积的11.69%,低度适宜区面积、不适宜区面积分别占研究区总面积的23%和65.31%。模型预测结果显示,未来在A2、A1B和B1气候情景下,阔叶红松林高度适宜区的南界与北界都向北移动,其面积有缩减的趋势,而低度适宜区的面积有增加的趋势。     

基于模糊物元模型的桃儿七潜在地理分布研究

桃儿七(Sinopodophyllum hexandrum(Royle)Ying)为小檗科多年生草本植物,是我国传统濒危藏药。依据模糊物元模型建立桃儿七分布点位以及其产量数据与12个气候环境因子之间的模糊隶属函数,采用最大信息熵模型确定评价指标权重,利用GIS空间分析功能确定我国西部7省桃儿七生境适宜性空间分布。研究表明研究区桃儿七不适宜生境面积占研究区总面积的61.76%;低适宜生境占20.11%;中适宜生境占7.70%;高适宜生境占10.43%,主要集中在青藏高原东缘的四川、甘肃、青海境内次生植被丰富、地形复杂的高海拔地区。结果显示基于GIS与模糊物元构建的生境适宜性评价模型可以准确的对我国西部7省桃儿七生境适宜性做出科学综合评价,量化适宜生境面积和空间分布,为其资源保护和管理提供科学依据。     

气候变化情景下物种适宜生境预测研究进展

气候变化能够引起物种分布范围、生物物候等一系列生态现象和过程的变化,进而加速物种灭绝的速率。气候变化被认为是21世纪全球生物多样性面临的最主要威胁之一,将给未来的生物多样性保护工作带来严峻的挑战。利用物种分布模型预测气候变化情景下物种适宜生境的变化正成为当前的研究热点。本研究总结目前气候变化情景下物种适宜生境预测的最新方法及取得的主要成果。在研究方法上,多物种分布模型、多气候情景基础上的集合预测方法正成为目前研究采用的主要手段;在研究结果上,未来气候变化将有可能导致物种适宜生境面积减少,范围向高纬度、高海拔地区移动。最后本研究指出目前气候变化情景下物种适宜生境预测研究中存在的主要不足及今后的发展方向。     

基于MaxEnt模型西南地区高山植被对气候变化的响应评估

采用1∶100万的中国植被类型图以及19个气候环境变量数据,基于最大熵(MaxEnt)算法和ArcGIS空间分析模块构建西南地区高山植被地理分布的气候适宜性预测模型,模拟其在基准期(1960—2000年)和不同气候情景下(A2、A1B和B1)的气候适宜性分布格局,并评价其对气候变化的适应性。结果表明:MaxEnt模型分析研究区高山植被地理分布气候适宜性的适用性非常高(AUC=0.93);最暖月均温、最湿季均温、最冷月均温等温度变量是限制其地理分布的主要气候因子;研究区高山植被地理分布的气候适宜区主要集中在西藏自治区、青海省、四川省西部及云南省西北部的部分地区;完全适宜、中度适宜、轻度适宜、不适宜的面积所占总面积比例约为1∶1∶2∶5;1960—2050年研究区高山植被潜在地理分布的气候适宜性面积有不同定程度的减少;未来3种气候变化情景下高山植被地理分布对气候变化的适应性分布格局基本一致,均为不适应区所占总面积比例较大;伴随气候变化,研究区高山植被的适应性减弱,体现在其潜在地理分布对气候变化的适应区分布范围减少;海拔5000—5500m适应性较强,适应区所占面积比例最大(53%左右);3500—4500m适应性最弱,适应区所占面积比例最小(5%左右)。     

气候变化下寒露林蛙在中国的潜在地理分布

近几十年来,全球变暖对全球生物多样性及其地理分布产生了重要影响,特别是对气候变化敏感的两栖动物。寒露林蛙(Rana hanluica)是中国特有种,但在濒危物种红色名录中处于无危状态。为了评估寒露林蛙种群的生存现状,掌握该物种在中国的潜在分布区,以及在未来气候变化条件下适宜生境区的变化,本研究利用最大熵(MaxEnt)生态位模型和地理信息系统,对中国未来气候变化情景下(2050和2070年)寒露林蛙的适宜生境区进行识别。基于47个寒露林蛙分布位点和20个典型环境因子,建立了寒露林蛙在当前和未来气候条件下的适宜生境模型,并分析了相关的环境影响因子。结果表明: MaxEnt模型的预测准确度较高,受试者工作曲线面积值达0.993;寒露林蛙在当前气候条件下的潜在适宜生境面积为36.36万km²,潜在地理分布区域主要位于湖南省和贵州省;影响潜在地理分布的主要环境因子为最干月降水量和海拔。在未来2种典型浓度路径的气候情景下(SSP1-2.5和SSP5-8.5),寒露林蛙适宜生境区均出现不同程度的缩减,导致总适宜生境面积呈减少趋势;其高适宜生境向高纬度地区转移,其核心分布区仍以湖南省为主。     

气候变化下栓皮栎潜在地理分布格局及其主导气候因子

栓皮栎(Quercus variabilis)是东亚天然分布最广泛的树种之一。利用最大熵(Maxent)模型对现实气候条件下栓皮栎在东亚地区的潜在分布及其分布的主导气候因子进行分析,同时结合全新世中期(6000年前)和未来气候(2050年)来模拟和预测气候变化背景下栓皮栎潜在分布格局的变化。结果表明:现实气候条件下东亚栓皮栎适生区(适宜生境和低适宜生境)面积占总研究区面积的21.88%,主要集中在东亚南部区域,在我国北起陕西中部、山西和河北南部边缘、山东,西起甘肃东部边缘、四川中东部、云南、西藏东部边缘,一直到东部沿海区域,同时在朝鲜半岛南部和日本中南部也有分布,其中适宜生境面积占研究区总面积的5.69%,主要集中在秦岭山脉、大巴山脉、伏牛山、云南的云贵高原、罗霄山脉、南岭山脉、武夷山和台湾岛;气候变化情景下,栓皮栎的适生区分布面积变化较小,但其适宜生境的分布范围却发生了较大的变化,随着全球气候的波动性变化,适宜生境分布范围逐渐向西部秦岭山脉、大巴山脉、四川、重庆和云贵高原等区域集中,并使该分布中心的适宜生境面积逐渐扩大;影响栓皮栎分布的主要气候因子为最冷月的最低气温(Bio6)、最冷季平均气温(Bio11)和年降水量(Bio12),三者的贡献率分别为48.6%、21.4%和14.2%。     

西南地区红花龙胆分布格局模拟与气候变化影响评价

应用最大熵(MaxEnt)模型,基于230条分布记录及33个气候因子数据,模拟全新世中期(约6000年前)、当前时期(1950—2000年)和未来(2050s、2070s)气候条件下,红花龙胆西南地区的潜在分布范围;结合多元统计分析和ArcGIS空间分析,筛选影响物种分布的关键气候因子,探讨不同分布区对气候变化的敏感性.结果表明: 模型训练集AUC值为0.942,验证集AUC值为0.849,表明模型预测的准确性较高.5个气候因子(7月最高气温、8月最低气温、昼夜温差与年温差比值、7月最低气温和6月最低气温)对模型贡献最大,累计贡献率达59.9%.随未来气候变化,红花龙胆适生区将呈现先减少后增加的变化趋势,在RCP 8.5情景下,至2070s阶段,西南地区红花龙胆适宜生境总面积与当前气候条件相比减少15.0%,但云南境内适生区和高适生区面积较当前分别增加32.8%和32.7%.红花龙胆适宜生长于温暖、湿润的气候条件下,气候变暖明显影响着适宜生境的面积和范围,尤其低海拔分布区对气候变化较敏感,适宜生境退缩严重,而高海拔地区由于降水、温度条件的改善适宜生境有所增加.随着全球气候的变化,未来西南地区红花龙胆主要分布区可能向西迁移,并向更高海拔扩张.     

全球气候变暖对极小种群植物扣树生境适宜性的影响

极小种群植物扣树(Ilex kaushue S. Y. Hu)是分布于中国南方的特有树种,易受到气候变化的影响。为加强扣树的保护,有必要研究气候变暖背景下其生境适宜性范围的变化。通过对10种物种分布模型的预测精度进行对比,选择3种预测性能较好的物种分布模型(GBM、MaxEnt和RF)的平均值来评估气候变暖对扣树生境适宜性的影响。当前气候下扣树适宜生境区的预测结果表明,扣树的分布较为集中,最冷月最低温度(bio6)、降雨量季节性变化(bio15)和最干旱月降雨量(bio14)对模型贡献最大,说明扣树对温度和降水较为敏感。在未来气候情景下,扣树的生境适宜区呈现向北迁移的趋势,适宜分布范围存在不同程度的缩小;预测到2070年,随着温室气体排放增加,扣树的适生范围由RCP2.6情景下的92.70%缩小到RCP8.5情景下的51.52%,特别是在低纬度的海南省, 4种情景的平均适生生境缩减了93.67%。因此,在制定极小种群植物扣树的保护策略时应考虑气候变暖的影响。     

基于MaxEnt生态位模型预测对齿藓属(Didymodon)植物在新疆的潜在地理分布

该文基于MaxEnt模型,利用获得的132个对齿藓属(Didymodon)植物在新疆分布的信息,结合RCP45 CO2排放情景下2050年和2070年的19个生物气候数据预测该属在当代、2050年和2070年的潜在分布区域。结果显示,最湿季平均温度、年平均气温、最干季降水量和年降水量是影响该属分布最主要的气候因子,其贡献率分别为33.6%、22.2%、16.4%和14.6%;模型模拟准确度高(AUC值达0.84);在当代气候条件下,对齿藓属植物的适宜生境面积占新疆总面积的38.51%;最适分布区域是中部的天山山脉、南部昆仑山脉的东部和西部的帕米尔高原;与当代的分布预测结果相比,未来(2050年和2070年)该属适宜栖息地分布范围总体上呈现退缩趋势;退缩后的适宜生境面积分别占新疆总面积的36.56%和37.87%。温度和降水量可能是引起对齿藓属地理分布退缩的重要气候因子。研究结果可为探讨气候变化对干旱、半干旱区苔藓植物物种分布的影响提供参考资料。     

气候变化情景下祁连圆柏在青海省的适宜分布区预测

祁连圆柏具有良好的水土保持功能,是青海省高寒干旱地区造林绿化的优良乡土树种之一,预测未来气候变化情景下祁连圆柏在青海省的潜在地理分布将为祁连圆柏的经营管理和引种栽培提供理论指导。本研究基于实地调查和资料搜集获得88个有效地理分布样点,利用Maxent模型和ArcGIS空间分析技术对当前气候条件下祁连圆柏在青海省的潜在地理分布进行模拟,综合Jackknife检验和相关系数,分析影响祁连圆柏潜在分布的主导限制因子,同时结合第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)的气候模式数据,预测祁连圆柏在3种(SSP126、SSP245、SSP585)气候变化情景下2061—2080年潜在适生区的变化。结果表明:Maxent模型受试者工作特征曲线下面积(AUC)都大于0.92,具有较好的预测能力。在当前气候条件下,祁连圆柏的适宜分布区主要位于青海省东部,总适宜区面积占比为11.2%,影响其地理分布的主导因子是海拔、年均降水量、极端最低温和坡度,累计贡献率为85.9%。未来3种气候情景对祁连圆柏适宜区的影响存在差异,SSP245气候情景的适宜区面积将会缩减,SSP126和SSP585气候情景下则会不同程度地扩张,SSP126气候情景的扩张最明显,其扩张区域主要位于泽库县、河南蒙古族自治县中北部和祁连县东南部地区。在未来3种气候情景下,祁连圆柏适宜分布区逐渐向高海拔地区迁移,但在经纬度方向分布变化较小,适宜区总体稳定。     

桃儿七种子解剖结构及其萌发生长期形态特征

为探明种皮和胚乳是否是限制桃儿七种子萌发的主要因素,利用组织切片和显微技术,对桃儿七种子及其不同萌发期（1、7、14、21、28 d）解剖结构和播种后一定时期内（7~210 d）的植株生长形态进行观察。桃儿七种子由种皮、胚乳和胚构成。种皮包括外种皮和内种皮,外种皮致密规整,由外至内分别为栅状石细胞和表皮层细胞,内种皮由5~6层海绵细胞组成。胚乳占种子体积的绝大部分,包括珠孔胚乳和外胚乳。胚由胚根、胚轴和子叶组成,被致密种皮、多层珠孔胚乳和外胚乳包围。萌发期1~7 d胚根和胚轴开始伸长,7~14 d两片子叶分离,14~21 d胚根突破珠孔胚乳和种皮,21~28 d胚根、胚轴和子叶继续扩张伸长。种子播种210 d后可平均形成3片功能真叶和5条不定根。致密种皮（物理休眠）和多层胚乳（机械休眠）是限制桃儿七种子萌发的两个主要因素。     

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.     

气候变化下千金榆在我国潜在分布区预测

气候变化严重影响植物的地理分布格局,植物分布对气候变化响应的区域差异性也将为引种和保存提供重要的指导.本研究基于ArcGIS与MaxEnt模型,利用176个千金榆地理信息和13个气候变量,对当前和未来的生态位进行重建.结果表明:模型模拟当代潜在分布区可信度极高,测试集与训练集AUC值分别为0.973和0.957.主要核心适宜区集中在秦岭、长白山及其各自的邻近区域,其他为零星的“岛屿”式分布.贵州、江西、云南、福建等地未发现千金榆的分布,但存在一定的适宜分布区.随着未来气候变暖,千金榆生态适宜区明显增加,主要表现为“向高海拔地区收缩”、“北扩”和“东扩”.但核心适宜区略有减少,具体表现为“南缩”、“中稳”和“北扩”.千金榆的分布对气候变暖的响应存在明显的区域性,在东部江苏、安徽等地,因其独特的地理位置与气候环境,该地区开始成为千金榆生态适宜区;在较低纬度的南方,原有的低海拔地区可能不再适宜千金榆生存;中部秦岭地区气候为南北的渐变区,有较强的缓冲能力,气候变暖对其分布区影响不大;较高纬度的长白山地区及其邻近区域愈发适宜千金榆生存.     

气候变化条件下山西翅果油树适宜分布区的空间迁移预测

气候变化对生物多样性的影响及其适应性直接关系着生物多样性保护的成效,预测未来气候变化条件下受威胁物种适宜生境的空间变化趋势对生物多样性保护具有重要的理论和实践意义.本文选取我国特有濒危植物翅果油树为研究对象,在区域尺度上预测气候变化条件下的物种适宜分布区,进而通过空间分析模拟不同气候变化情景下其适宜分布区的空间变化和迁移趋势.最大熵(Maxent)物种分布模型预测结果显示: 翅果油树的两个适宜分布区在未来气候变化情景下呈现不同的迁移趋势,吕梁山适生区呈现出纬度方向上的轻微波动,而中条山适生区则呈现出向高海拔地区迁移的趋势.适生区空间格局变化分析表明,翅果油树当前适生区的边界存在明显变化区域,包括新增适生区(零星分布在两个适生区的边缘地带,新增率为9.1%～20.9%)和丧失适生区(集中分布在吕梁山适生区北缘和中条山适生区东南部,丧失率为16.4%～31.2%),且两者对气候变化的响应较为敏感.利用分类统计工具Zonal计算得出,在未来气候变化条件下吕梁山适生区的中心点呈现向南迁移的趋势,最大迁移距离为7.451 km;中条山适生区的中心点则呈现出向西北迁移的趋势,最大迁移距离为8.284 km.表明山西翅果油树的分布对气候变化的响应较为剧烈.     

未来气候变化对沙枣适宜分布区的影响预测

气候变化显著影响全球植物物种的地理分布,了解未来气候变化对我国造林树种适宜分布区的影响,及时采取应对措施,对提高造林的成效具有至关重要的作用.选取在荒漠化防治和退化土地修复中起重要作用的优良树种沙枣为研究对象,利用MaxEnt和GIS工具,基于182个来自标本馆、出版文献的记录和13个来自BIOCLIM、Holdridge生命地带、Kira指数的气候因子,预测其气候适宜区在未来气候情景下的变化.结果表明: 未来(2070s)4种气候情景对沙枣适宜区的影响存在差异,在低浓度温室气体排放情景(RCP 2.6)下适宜区面积将缩减,缩减的区域主要位于西北当前适宜分布区的边缘;而中等偏低浓度温室气体排放情景(RCP 4.5)、中等偏高浓度温室气体排放情景(RCP 6.0)和高浓度温室气体排放情景(RCP 8.5)下,均有不同程度的扩张,扩张的区域主要位于西北暖温带干旱地区和东北部中温带半湿润地区;在RCP 8.5情景下,北部中温带干旱区和半干旱地区以及南方北亚热带湿润地区也有较明显的扩张.未来适宜区分布范围的地理质心将以6～19 km·(10 a)^-1的速度移动,海拔质心将以3～20 m·(10 a)^-1的速度向更低区域移动.沙枣稳定适宜区约占当前适宜区分布范围的83%～98%,当前的气候适宜区总体稳定.     

基于MaxEnt模型的川西高原松茸气候生态适宜性与潜在分布

通过野外实地调查,结合文献中松茸分布数据,采用生态位因子分析和最大熵模型对川西高原松茸的分布规律及适生区范围进行模拟和验证,分析气候因子与动态分布之间的关系,预测未来松茸适生区的变化。结果表明: 模型训练集和验证集曲线下面积(AUC)值均＞0.90,模型预测结果极准确。影响松茸潜在分布的环境变量主要有最冷月最低温度、最冷季雨量、气温年温差等气候因子和土壤类型,累计贡献率达90.3%。松茸适宜分布区的生态位参数为: 最冷月最低温度-18.5～-5.4 ℃、最冷季雨量15.7 mm以下、气温年温差39.5～45 ℃、土壤类型为半淋溶土(包括燥红土、褐土、灰褐土、黑土和灰色森林土)。川西高原松茸的适生区分布在高原西南部、南部、中部、东部的海拔1900～3600 m地区。雅江、乡城、康定、九龙、稻城、理塘、巴塘、丹巴、马尔康、小金、金川、理县、茂县等县(市)的部分乡镇松茸适生指数较高,得荣、道孚、新龙、炉霍、白玉、泸定、壤塘、汶川、黑水、九寨沟等县(市)的部分乡镇有松茸中、低适生区存在。适生区破碎分散,依河流和山脉走向呈片状或枝状不连续分布,中适生区与高适生区相连,低适生区是高、中适生区的延伸。未来气候变化对川西高原松茸生长有利,气候适生区总体呈增加趋势,低海拔岷江流域受影响程度高于高海拔地区。