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。     

中国特有种天山猪毛菜的地理分布及潜在分布区预测

基于野外调查的居群分布信息和20个环境变量(包括海拔及19个气候变量),采用最大熵模型( MaxEnt)和地理信息系统( ArcGIS)对中国特有种天山猪毛菜( Salsola junatovii Botsch.)的潜在分布区进行预测;并采用受试者工作特征曲线( ROC)和刀切法( jackknife test)分别检验MaxEnt模型的精度和评估各环境变量在决定潜在分布区时的贡献量。结果显示：天山猪毛菜主要分布在中国新疆南部的12个县(包括托克逊县、和硕县、和静县、焉耆县、拜城县、库车县、温宿县、乌什县、阿合奇县、阿图什县、乌恰县和阿克陶县),但在相关文献记载的曾有分布的阿克苏市、柯坪县和喀什市则本调查中没有发现。通过MaxEnt模型预测,天山猪毛菜的潜在适生区主要集中在新疆南部(包括天山南坡和塔里木盆地西南缘)以及甘肃的西部和东部等,新疆西部地区有零星分布;在调查的15个居群中,除居群14(位于乌恰县西部)外,其他14个居群均位于潜在适生区内,其中的7个居群位于非常适宜的潜在适生区内,表明利用MaxEnt模型预测天山猪毛菜的潜在适生区效果较好。在20个环境变量中,对预测结果贡献量位居前3位的环境变量为最冷季度平均温度、最冷月最低温和最干季度平均温度,表明该种的分布与低温相关。此外,对天山猪毛菜潜在适生区与实际分布区差异的成因进行了分析。     

基于MaxEnt模型的大豆蚜全球潜在地理分布分析

【目的】为预测和分析大豆蚜Aphis glycines的全球潜在地理分布,研究大豆蚜分布与环境变量之间的联系。【方法】利用最大熵法生态位模型(maximum entropy niche-based modeling, MaxEnt)和地理信息系统软件ArcGIS,根据收集的大豆蚜已知分布点和环境变量,预测大豆蚜的全球潜在地理分布区,推测环境变量对大豆蚜分布的影响。【结果】结果表明,大豆蚜适生区主要分布在低海拔地区,高 度适生区集中在25°~50°N的中国、日本、韩国、朝鲜、加拿大、美国、意大利和格鲁吉亚。决定大豆蚜分布地点的关键环境变量为最暖季度降水量、最暖季度平均温度、最湿季度平均温度、最干月降水量、月平均昼夜温差和温度季节性变化标准差。【结论】大豆蚜潜在地理分布区域广泛,应在各国大豆农产品贸易时做好检验检疫工作,以防止大豆蚜的扩散。     

基于MaxEnt的西藏飞蝗在中国的适生区预测

西藏飞蝗是青藏高原本地特有物种,为青稞和牧草的重要害虫,近年来危害范围有扩大蔓延趋势。研究并明确西藏飞蝗在中国的适生区域,对制定该虫的早期监测、预警及控制措施意义重大。近年来最大熵理论在物种适生研究领域得到广泛应用,基于西藏飞蝗的分布信息和环境变量,采用MaxEnt生态位模型和ArcGIS对其在中国的潜在分布区进行预测,用ROC曲线检测模型精度、刀切法(jackknife test)筛选主导环境变量及其适宜值。两次模拟的AUC值分别为0.996和0.993,预测结果与实际拟合度很高。西藏飞蝗在中国的高适生区主要位于四川的甘孜州,西藏的昌都地区、林芝地区、山南地区及拉萨市,中适生区则以高适生区为中心向外扩散,集中在青藏高原东部地区。海拔、8月份平均雨量、1月份平均雨量、等温性、12-2月份的平均温度是影响西藏飞蝗潜在分布的主要环境变量。     

未来气候变化下栎树猝死病菌在中国的适生性分析

基于中国国家有害生物检疫信息平台的有关记录和文献以及WoldClim网站,获取栎树猝死病菌的地理分布数据及气候数据,并用SPSS软件和刀切法筛选主导环境变量。利用MaxEnt生态位模型和ArcGIS软件,对栎树猝死病菌现代和未来情景下在我国的潜在适生区进行预测,并计算和绘制栎树猝死病菌高风险区质心转移轨迹。通过不同年份和不同气候情况下的受试者工作特征曲线(ROC)的训练集和测试集受试者工作特征曲线下面积(AUC)值均大于0.91,说明MaxEnt模型准确并适用于预测栎树猝死病菌在我国的潜在分布,同时结合其主要寄主植物的地理分布进一步增强预测模型的可信度。预测结果表明,最冷季度降水量、最冷季度平均温度、最干季度平均温度和年均降水量是影响栎树猝死病菌分布的主要环境变量。而2030s(2021—2040年)、2050s(2041—2060年)和2070s(2061—2080年)在3种气候情景下(SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP5-8.5),栎树猝死病菌的潜在适生区相较于现代情景下都有所增加。此外,高风险区面积在3个年代3种情景下的面积增长率均高于45%。高风险区质心变化的预测结果表...     

基于MaxEnt模型的小巢粉虱在中国的潜在地理分布

小巢粉虱是一种危险性外来入侵害虫,现已传入我国香港、海南。阐明小巢粉虱在我国的潜在地理分布及其主要限制环境因子,可为该虫早期预警与防控提供理论依据。本文利用MaxEnt模型对小巢粉虱在我国的潜在适生区进行预测,使用刀切法及环境变量响应曲线对影响小巢粉虱分布的环境因子进行评估。结果表明:小巢粉虱在我国的潜在适生区分布于海南、台湾、广东、广西、福建、云南、贵州、湖南、江西、浙江、上海、安徽、湖北、重庆、四川、西藏等省区;适生区总面积224.9万km~2,约占我国国土面积的23.4%,其中高度适生区面积38.2万km~2,中度适生区面积47.6万km~2,低度适生区面积139.1万km~2;最冷月最低温(bio06)、最干季平均气温(bio09)、最冷季降水量(bio19)是影响小巢粉虱潜在地理分布的主导环境因子。我国各潜在适生区、特别是华南沿海地区应加强检疫,防止小巢粉虱进一步扩散。     

基于MaxEnt模型预测黄脊竹蝗在中国的适生区

为探明黄脊竹蝗Ceracris kiangsu在我国的潜在适生区,做好早期虫情监测.本研究根据267个黄脊竹蝗物种分布点,结合气候数据,采用最大熵(Maxent)模型和ArcGIS预测黄脊竹蝗在我国的适生区分布.结果表明:影响黄脊竹蝗适生区分布的主要环境变量为最干月降水量和最冷月最低温,次要环境变量为湿季降水量、最热月最高温、降水量季节性变异系数和温度年较差.预测的黄脊竹蝗高适生区、中适生区、低适生区分别占全国陆地总面积的3.0％、5.6％和10.3％,适生区主要分布在江淮流域、长江中下游地区、华南及西南等地.模型预测结果与实际调查一致性较高,能够反映真实分布情况,对科学开展黄脊竹蝗防控具有较高参考价值.     

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。     

基于MaxEnt模型预测四川省松材线虫的潜在适生区

松材线虫Bursaphelenchus xylophilus是我国重要的林业检疫性有害生物之一,由其引发的松材线虫病已造成巨大的经济损失,严重阻碍了林业的健康发展。研究并明确松材线虫在四川省的潜在适生区,对四川省有关部门制定该病害的早期监测、预警及防控具有一定的参考意义。本文基于2009—2018年四川省林业有害生物普查数据中松材线虫病和松墨天牛Monochamus alternatus的实际地理分布数据(松材线虫病:n=208,松墨天牛:n=803)及19个环境变量数据,利用MaxEnt模型和Arc GIS对松材线虫在四川省的潜在分布区进行预测,并用ROC曲线分析法检测模型模拟精度、用刀切法检测变量的重要性及其适宜值。结果表明:松材线虫在四川省的潜在最佳适生区主要分布在宜宾市、广安市、达州市、自贡市、西昌市,以及乐山市和眉山市的交界区,面积为36 541 km^2;影响松材线虫分布的主要环境变量为最干季均温(适值范围1. 5～8. 0℃,最适值6. 4℃)、季节性降水变异系数(适值范围22. 5%～34. 0%,最适值34. 0%)、最冷月最低温(适值范围0. 4～2. 5℃,最适值1. 9℃)、海拔(适值范围250～5 500 m,最适值450 m)、年温差(适值范围5. 9～9. 1℃,最适值5. 9℃)和年降水量(适值范围64～135 mm,最适值68 mm)。     

基于MaxEnt模型的濒危植物丹霞梧桐潜在适生区预测

模拟预测濒危植物丹霞梧桐(Firmiana danxiaensis)的潜在适生区, 对合理指导保护该植物有重要意义。通过MaxEnt(最大熵模型)和ArcGIS, 基于广东南雄丹霞梧桐自然保护区野外实地调查的16个分布点, 及生物气候、地形和地貌覆被多重环境变量, 对丹霞梧桐在广东南雄丹霞梧桐自然保护区的潜在适生区进行模拟预测。结果显示, 模拟训练集和测试集的AUC值分别为0.851和0.913, 预测结果准确性高。丹霞梧桐的高、中适生区主要分布在南雄丹霞梧桐自然保护区南部, 占总面积40.45%; 影响丹霞梧桐分布的主要环境因子包括地貌成因、土地覆被、最旱季降水量、坡度及等温性等, 其中地貌成因(贡献率75.8%)是影响丹霞梧桐潜在分布的最主导因子。综合分析表明, 丹霞梧桐的潜在适生区为海拔150—300 m、坡度30°—55°、年度气温范围28.3—28.6 ℃, 最旱季降水量135—137 mm之间的侵蚀分化低丘陵丹霞地貌, 适生的气候条件为温度相对较高、降水量少的区域。上述研究结果可为丹霞梧桐的保护与恢复提供理论依据。     

噬菌体鸡尾酒对猕猴桃溃疡病的田间防治效果及叶际细菌群落结构的影响

【背景】噬菌体鸡尾酒可作为一种杀灭猕猴桃溃疡病病原菌(Pseudomonassyringaepv.actinidiae, Psa)的生物制剂,但关于噬菌体鸡尾酒在田间的防治效果和对猕猴桃植株叶际内生细菌群落结构影响的研究依然较少。【目的】探究噬菌体鸡尾酒在田间防控猕猴桃溃疡病的效果,以及噬菌体鸡尾酒对猕猴桃茎内叶际细菌微生态的影响。【方法】使用猕猴桃溃疡病病原菌感染健康植株,对比施用噬菌体鸡尾酒和传统铜制剂后溃疡病的发病情况,利用高通量测序技术分析猕猴桃叶际内生细菌群落结构的变化。【结果】与铜制剂相比,噬菌体鸡尾酒可更有效地控制猕猴桃溃疡病,改变叶际细菌群落的丰富度与多样性,增强群落结构的稳定性,改善群落物种功能基因丰度情况,一定程度使叶际细菌群落恢复至健康状态。【结论】噬菌体鸡尾酒在杀灭病原菌的同时具有良好的微生态调节功能,在猕猴桃溃疡病的生物防治中具有巨大的应用潜力。     

珍稀濒危植物野生莲的适生分布区预测

基于野生莲（Nelumbo nucifera Gaertn.）136个分布点的数据和14个环境因子参数,运用规则集遗传算法（GARP）和最大熵（MaxEnt）两个生态位模型对他们在我国的适生分布区进行预测。结果显示：根据GARP和MaxEnt模型计算得到的ROC曲线下面积的AUC均值分别为0.861和0.964,其中MaxEnt模型的AUC值更大,预测结果更精准。MaxEnt模型预测结果表明,莲的最适分布区主要集中在四川、湖北、湖南等地的大部分地区,江西北部,以及黑龙江、辽宁、浙江、广东等地的小部分地区。刀切法（Jackknife）检测结果表明,影响莲适生分布区的主要环境因子包括：水汽压、海拔、年平均气温、多年平均降水量、最热季节平均温度、最冷季节平均温度、最干月降水量、最冷月最低温和最热月最高温等。适生区环境因子的统计分析结果显示,野生莲最适宜生长在海拔1~2216 m、年降水量丰富（1202.50 mm）、年均温约为16.19℃、最热月温度范围在24.60℃~35.10℃、最冷月均温不低于-0.53℃的地区。研究结果可为有效保护中国野生莲资源提供有利依据。     

A framework to gauge the epidemic potential of plant pathogens in environmental reservoirs: the example of kiwifruit canker

New economically important diseases on crops and forest trees emerge recurrently. An understanding of where new pathogenic lines come from and how they evolve is fundamental for the deployment of accurate surveillance methods. We used kiwifruit bacterial canker as a model to assess the importance of potential reservoirs of new pathogenic lineages. The current kiwifruit canker epidemic is at least the fourth outbreak of the disease on kiwifruit caused by Pseudomonas syringae in the mere 50 years in which this crop has been cultivated worldwide, with each outbreak being caused by different genetic lines of the bacterium. Here, we ask whether strains in natural (non‐agricultural) environments could cause future epidemics of canker on kiwifruit. To answer this question, we evaluated the pathogenicity, endophytic colonization capacity and competitiveness on kiwifruit of P. syringae strains genetically similar to epidemic strains and originally isolated from aquatic and subalpine habitats. All environmental strains possessing an operon involved in the degradation of aromatic compounds via the catechol pathway grew endophytically and caused symptoms in kiwifruit vascular tissue. Environmental and epidemic strains showed a wide host range, revealing their potential as future pathogens of a variety of hosts. Environmental strains co‐existed endophytically with CFBP 7286, an epidemic strain, and shared about 20 virulence genes, but were missing six virulence genes found in all epidemic strains. By identifying the specific gene content in genetic backgrounds similar to known epidemic strains, we developed criteria to assess the epidemic potential and to survey for such strains as a means of forecasting and managing disease emergence.     

猕猴桃细菌性溃疡病流行预测初探

对猕猴桃溃疡病流行分析表明,影响该病发生严重程度y的生态因子是3月中下旬降水x1和1月份均温x2,其模型是y=2.1359 0.0107x1-0.6061x2;猕猴桃溃疡病发生流行的主导因子为冬季及初春旬均温和降水量的相对变差,并且由此得到病害流行的回归方程为：y=-8.127 22.739x-13.254x^2,经检验,该方程达极显著水平。     

基于MaxEnt模型的中国白杄分布格局及未来变化

白杄(Picea meyeri)1989年被评为内蒙古自治区Ⅱ级保护珍稀濒危植物。该研究基于白杄在中国地区的50条有效分布点记录和12个环境因子变量,利用MaxEnt模型和ArcGIS软件分析全新世中期、现代、2050年和2070年四个时期白杄在中国的潜在地理分布,通过环境因子的贡献率和刀切法检验确定限制现代潜在地理分布的主导因子,并利用响应曲线确定环境因子变量的适宜区间,以明确不同时期白杄潜在地理分布区域和面积,为白杄的引种以及保护管理提供依据。结果显示:(1)MaxEnt模型预测受试者工作曲线面积(AUC)为0.979,说明该模型预测的潜在分布精度准确,预测结果的可信度高。(2)影响白杄潜在分布的主要气候因子及其适宜生长范围为:海拔(1200~2300 m)、昼夜温差与年温差比值(25%~28%)、最湿月降雨量(90~145 mm)和年平均温度(0~5℃)。(3)现代白杄在中国的潜在地理分布总面积为103.56万km²,主要位于内蒙古中西部地区(九峰山、正蓝旗、多伦县)、山西省大部分地区(大石洞、五台山)以及河北省部分地区(雾灵山、塞罕坝)。(4)从全新世中期到现代气候条件下,白杄在内蒙古北部高纬度地区的潜在分布区面积减少,生存适宜度降低,内蒙古中部大部分最适生区丧失;2070年RCP2.6排放情景下,白杄在山西省、河北省等低纬度地区的适生区也基本丧失,与现代分布区相比,白杄在未来气候条件下的适生区缩小,并且向内蒙古东北方向迁移。研究表明,从全新世中期到2070年,白杄的潜在分布区面积逐渐缩小,且有向高纬度、高海拔地区迁移的趋势,其最适生区范围也向内蒙古东北地区移动。     

中国特有种川榛的地理分布格局与气候环境因子的关系分析

采用查询资料和实地调查相结合的方法,收集中国特有种川榛(Corylus kweichowensis Hu)的地理分布资料以及各分布区的气象数据;利用Kira温暖指数、Kira寒冷指数、徐文铎湿度指数、Holdrige生物温度、Holdrige可能蒸散率和Holdrige可能蒸散量对川榛地理分布格局与气候水热指标的关系进行研究;并采用主成分分析法对影响川榛分布的气候水热指标进行了分析.结果表明:川榛分布于中国的15个省(自治区、直辖市),水平分布范围为东经102°06′~121°59′、北纬25°11′~37°38′,分布的最北端和最东端均位于山东省牟平县,最南端和最西端分别位于贵州省安龙县和四川省泸定县;垂直分布海拔为300~2500 m,集中分布海拔为500~1000 m,主要分布于秦岭、伏牛山、大别山和大巴山等山系.川榛分布区的年均温、Kira温暖指数、年降水量和Holdrige生物温度的最适范围分别为1124℃~1772℃、9153℃·月-1~14924℃·月-1、59638~160175 mm和1166℃~1754℃,Kira寒冷指数、徐文铎湿度指数、年空气相对湿度、Holdrige可能蒸散量和Holdrige可能蒸散率的均值分别为-673℃·月-1、911、7481%、86025 mm和089,其分布南界和北界的Kira温暖指数、Kira寒冷指数和年降水量的范围分别为6290℃·月-1~16910℃·月-1、-3990℃·月-1~-110℃·月-1和42550~205820 mm;按照Holdrige分类系统,川榛属于暖温带和亚热带湿润森林生命地带类型中的树种,生态适应性较广.主成分分析结果表明:限制川榛地理分布的气候水热条件由高到低依次为低温条件、高温条件、湿度条件,因此,园艺化栽培川榛时可首先考虑1月均温、Kira寒冷指数、极端低温、无霜期和年均温等因素.     

北重楼潜在适生区对气候变化的响应及其主导气候因子

基于现有物种数据结合气候变量来预测物种的潜在地理分布,对于了解物种进化以及合理保护具有重要意义。本研究基于中国境内220个北重楼分布点和12个相关系数较低的气候因子,利用MaxEnt模型和ArcGIS软件预测了北重楼在当前时期和未来时期(2050s、2070s)的潜在适生区,并分析了影响其地理分布的主导气候因子。结果表明: MaxEnt模型AUC值为0.940,预测结果准确性较高;当前时期,北重楼的总适生区面积占整个研究区域面积的18.1%,其中,高适生区和低适生区分别占7.0%和11.1%,主要位于大兴安岭、小兴安岭、长白山山脉、秦岭-大巴山区、河北、山西以及山东北部等地区;未来时期在RCP 2.6、RCP 4.5、RCP 6.0、RCP 8.5气候情景下,2050s和2070s中国境内北重楼的总适生区面积均呈现缩减趋势,其中,高适生区面积均减少,而低适生区面积则全部有所增加,且北重楼适生区的范围和几何中心逐渐向东北方向的高海拔地区扩散;影响北重楼地理分布的主导气候因子分别为最湿月降水量、年平均温度、等温性和1月降水量,累积贡献率高达89.2%,其适宜范围分别为100～275 mm、-0.1～16 ℃、21～35和3～14 mm。     

基于MAXENT模型和Arc GIS预测蜡梅适生域在中国的潜在分布

蜡梅(Chimonanthus praecox)是我国二级濒危珍稀植物,是重要的冬季传统观花植物。利用已报道的246个分布点和worldclim中提取的19个气候因子,基于最大熵(Maxent)模型和地理信息系统(Arc Gis)对蜡梅在中国的潜在适生区分布进行预测分析,采用受试者工作特征(ROC)曲线对预测结果进行检验和评价。结果表明蜡梅的潜在适生范围相对集中,主要集中在西南的四川盆地、华中、华东及华北的中南部地区,其他地区则适应性较低。温度是影响蜡梅分布的决定性因子,其中,当最冷季度平均温度接近0℃,等温性范围为0—10℃,降雨量变异系数约为45时,蜡梅的分布概率最大。与原分布区相比较,蜡梅的适生区范围正向中国东部地区和北部地区迁移。ROC曲线检验评价结果表明,Maxent模型的ROC曲线分析法的面积(AUC)值为0.986,预测结果达到了极高精度。