植物种分布的模拟研究进展

 从植物种水平研究植被与气候的关系一直是生态学的热点之一。该文综述了植物种与气候关系的早期研究历史和国内外近期研究进展,尤其是20世纪80年代以来,随着全球变化研究的不断发展和深入,植物种地理分布与气候因子关系研究的最新发展,汇总了最近20年来国际上模拟预测植物种潜在地理分布的模型,比较了不同模型的优缺点。统计模型主要包括以生物气候分室模型或气候分室模型为代表的相关模型、以广义线性模型和广义加性模型为代表的回归模型、以分类和回归树分析及人工神经网络为代表的基于规则的模型、以及生态位模型、气候响应面模型等。机理模型主要介绍了基于BIOME1生物地理模型和FORSKA林窗模型的STASH模型、基于过程的物候模型PHENOFIT,以及一种基于水分平衡、温度和植物物候现象的模型。总结不同模型模拟预测的不同地区植物种未来分布的格局,并介绍中国植物种潜在分布区及未来变化的模拟预测工作,从而为更加准确地模拟预测植物种在未来全球变化情景下的变化趋势提供背景知识。     

影响入侵种反枝苋分布的环境因子分析及可能分布区预测

 反枝苋（Amaranthus retroflexus）是苋属入侵种中发生频率最多、分布最广、危害最严重的杂草。基于反枝苋在世界范围内4 207个实际分布 点及其对应的气候、地形和土壤 3类要素28个环境因子的定量关系,利用主成分分析确定了影响其分布的主要环境因子,据此估测其中心可能 分布区和最大可能分布区,并与实际分布点进行比较。结果表明：14个环境因子在决定反枝苋全球分布格局中起着重要作用。反枝苋中心分布 区位于新西兰南部、澳大利亚东南部、南美洲北部少数地区、北美洲西北部及东南部部分地区、欧洲大部分地区和中国东南部,最大可能分布 区位于南美洲中南部、北美洲大部分、非洲北部小部分、澳大利亚南部及北部少数区域、欧洲大部分地区和亚洲大部分地区及中国除西藏、青 海、新疆、四川西部以外的地区。中心分布区的预测结果与实际分布点吻合较好,而最大分布区则过于广阔。     

浙闽樱桃地理分布模拟及气候限制因子分析

为了解浙闽樱桃(Cerasus schneideriana)地理分布特征及与气候限制因子之间的关系,基于DIVA-GIS平台获取实际地理分布点的气候资料,利用BIOCLIM模型预测当下适生区范围以及预测其未来潜在分布。结果表明,浙闽樱桃实际分布区覆盖浙江、福建、安徽、江西、广西及湖南6省,浙闽交界的山区是自然分布的核心区,浙皖交界是其分布的北界。未来气候变化情境(CCM3)下,浙闽樱桃的潜在分布区概率将增大,且有北扩的趋势。主成分分析(PCA)表明,年降水量(bio12)、最湿季降雨量(bio16)、最暖季降雨量(bio18)、温度季节变化方差(bio4)是影响浙闽樱桃当下适生区的气候限制因子,频率直方图进一步确定他们的适宜范围分别为1503~2003 mm、604~951 mm、528~791 mm和601~872(标准差*100)。ROC曲线检验表明BIOCLIM对浙闽樱桃分布预测的精度很高(AUC=0.998),结果是可信的。因此,浙闽樱桃适合生长在我国北亚热带温暖湿润区,水热因子是造成其分布格局的主导气候限制因子。     

麻栎在中国的地理分布及潜在分布区预测

基于19个生物气候因子和473个地理分布记录,利用DIVA-GIS软件,分析了麻栎在中国的地理分布与气候的关系及其潜在分布区。结果表明:中国麻栎分布在18°~41°N、91°~123°E之间,其地理分布可划分为6个区,其中横断山脉区、云贵高原区、秦岭巴山区比较集中;分布区跨越7个温度带、3个干湿区、18个气候区,包括9种气候类型;适宜麻栎生长的年均温度为5.1℃~20.7℃,年降雨量为471~1 712.6mm;影响麻栎地理分布的主导因子依次为湿度因子、耐旱能力和温度因子。BIOCLIM模型预测显示,麻栎潜在分布区与实际分布区具有很好的一致性,其最适分布区位于云贵高原中部和秦岭巴山区;在CO2浓度倍增的未来气候情景下,麻栎潜在分布区面积将缩小,且有向北方和高海拔地区扩散的趋势。ROC曲线分析表明,BIOCLIM模型的模拟精度较高(AUC=0.826)。研究结果对于合理经营利用麻栎林具有重要的理论和现实意义。     

中国珍稀药用植物白及的潜在分布与其气候特征

基于白及（Bletillastriata）地理分布信息和影响白及分布的主导气象因子,利用最大熵模型和地理信息系统预测了中国白及的潜在分布与其气候特征。结果表明：所建模型经ROC曲线验证,预测效果非常好（AUC〉0．9）：中国白及潜在分布区主要位于秦岭、淮河以南大部分地区,白及主要适生省份为云南、湖北、四川、湖南、江西、浙江;刀切法测试表明,4月和10月最低气温、年温度变化范围、11月平均降水量为影响白及潜在分布的最主要气象因子。研究结果可为白及资源的调查、保护与人工种植产业的发展提供理论指导。     

气候变化条件下苦参在我国潜在分布区的预测分析

为了解气候变化情景下苦参在中国的潜在分布区变化,探讨生物气候因子与苦参适宜分布格局的关系.该文通过收集苦参的地理分布点并结合19项生态因子,运用最大熵模型(MaxEnt)和地理信息系统(ArcGIS)对末次盛冰期、当前气候、未来气候三种气候情景下苦参在我国适生区的分布格局进行模拟,并分析影响苦参生长的主导生态因子.结果...     

气候变化对6种荒漠植物分布的潜在影响

分析气候变化对植物分布的影响,对保护生物多样性具有重要意义。利用CART（分类和回归树）模型及A2和B2情景,分析了气候变化对短叶假木贼（Anabasis brevifolia）、裸果木（Gymnocarpos przewalskii）、梭梭（Haloxylon ammoden-dron）、膜果麻黄（Ephedra przewalskii）、驼绒藜（Ceratoides latens）和喀什膜果麻黄（Ephedra przewalskii var.kaschgarica）分布范围及空间格局的影响。结果表明：气候变化下,这些植物目前适宜分布范围减小;从新适宜及总适宜分布范围而言,短叶假木贼和梭梭从1991-2020年到2051-2080年时段增加,之后减小,其它植物从1991-2020年到2081-2100年时段减小;喀什膜果麻黄和驼绒藜适宜分布范围减小并破碎化,其它植物向目前适宜分布的西部、西北部（或青海西南部）、昆仑山、阿尔金山和祁连山区扩展;除驼绒藜和喀什膜果麻黄与年均气温变化具显著相关性外,其它植物分布范围与年均气温和降水量变化的相关性较弱（P〉0.05）,除驼绒藜、喀什膜果麻黄和裸果木目前分布范围与年均气温和降水量变化的回归关系较强外,其它植物分布范围与年均气温和年降水量变化多元线性回归关系较弱。上述研究结果表明,气候变化下,这些植物空间分布格局改变,目前分布范围减少,新适宜及总适宜分布范围近期增加,随着气候变化程度的增强,又逐渐减小。     

中国干旱地区啮齿动物物种分布的区域分异

搜集整理我国干旱地区啮齿动物地理分布数据,通过生境分析,确定啮齿动物分布区。基于GIS技术,以面积约为6470km^2的766个栅格收集我国干旱地区啮齿动物的二元分布数据,采用多元分析的分层聚类方法,依据欧氏距离平方值,将地理分布单元划分为若干个组。结果表明,当欧氏距离平方值分别为11．379,17．068,22．758和28．447时,766个地理分布单元依次可分为30,9,5和3个组。分布单元组的物种组成比较和生态型分析表明;（1）在我国干旱地区的海拔较低地带,景观自东向西由草原,荒漠草原过渡到荒漠,地理分布单元组亦呈现相应的分布格局,喜湿的物种逐渐减少,耐旱的种类增加;（2) 藏高原,帕米尔高原寒漠与蒙新温性和暖温性荒漠啮齿动物物种数和组成相近,物种多样性近;（3）阿尔泰山地及南麓平原啮齿动物组成较为特殊,寒湿啮齿动物成份最高;（4）东祁连山地及其北麓以及分犁谷地,额敏谷地,伊犁天山,准噶尔界山及东麓山前平均的啮齿动物成份较为复杂,物种多样性较高。我国干旱地区东部啮齿动物的物种密度和多样性高于西部,但在东部草原和西部荒漠之间的过渡区物种密度较高,表现出的种生态地理分布的边缘效应,体现干旱区啮齿动物物种分布与生物群落地带性分布以及山地和高原等特殊环境非地带性分布的适应关系。蒙新温性荒漠区和青藏高原寒漠区的啮齿动物在区系组成上有一定的历史渊源。     

珍贵木材树种楠木的野生资源调查

楠木(Phoebe zhennan)是我国特有的国家Ⅱ级重点保护珍贵木材树种。本研究对楠木开展了全面的野外调查,区分其混淆种,并估测其潜在分布范围。调查发现,楠木零星分布于四川盆地及贵州北部地区;由于人为砍伐与生境破坏,楠木多分布于更新差的风水林,很少分布于自然林,部分散布于竹林中,天然更新的居群极少。通过形态比较与应用DNA条形码技术,可以把楠木与混淆树种黑壳楠(Lindera megaphylla)和细叶楠(Phoebe hui)进行区分。通过分布区估测发现,楠木现在的潜在分布区为四川盆地及贵州北部,但贵州北部的分布明显破碎化,未来气候变暖将促使楠木的最适分布区破碎化加剧,使其分布区向北迁移,范围进一步缩小。针对楠木的野生资源现状提出了保护对策与建议。     

中国亚热带地区4种极危冷杉属植物的地理分布特征及其与气候的关系

 通过野外实地调查和文献调研, 分析4种极危冷杉属(Abies)植物的地理分布现状和特征, 构建其分布区的气候数据库, 采用国际上常用的研究植被与气候关系的指标和方法, 定量分析冷杉属地理分布与水热条件的关系, 并通过因子分析方法确定影响冷杉属地理分布的限制性气候因子。结果表明: 1)百山祖冷杉(Abies beshanzuensis)、梵净山冷杉(A. fanjingshanensis)、元宝山冷杉(A. yuanbaoshanensis)和资源冷杉(A. beshanzuensis var. ziyuanensis)零星分布于我国亚热带地区, 水平分布范围为25°25′–27°55′ N, 108°42′–119°12′ E , 分布范围狭窄; 垂直分布范围为1 363–2 390 m, 均分布于山体上部。海拔上限高度随着经度的减小而增加。2)整个分布区的气温较低, 年平均气温为7.4–11.2 ℃; 降水较为充沛, 年降水量为1 265.4–1 945.7 mm, 其中生长季降水量占74.78%; 湿度较大, 年相对湿度为77%–86%。气候指标范围狭窄, 表明对水热条件要求很高。分布区寒冷指数较低, 限制其垂直向下扩散, 呈现局限分布于山体上部的现状。3) 4种冷杉各分布区的气候条件基本相近, 梵净山冷杉分布区气温相对偏低, 元宝山冷杉分布区湿度相对偏大。4) 3个气候因子对这4种冷杉的地理分布影响较大, 其作用排序为: 低温因子>极端低温因子>湿度因子。在全球气候变暖的大背景下, 这4种冷杉自然分布区的适宜生境将进一步缩小, 直至物种灭绝, 急需开展迁地保护工作。     

我国以梭梭属植物为优势的潜在荒漠植被分布

以我国最新出版的《中国植被图集》为基础,应用地理信息系统GIS软件ARC/ INFO(NT版)和数字化仪,提取以梭梭属植物为优势的现存荒漠植被地理分布信息,制作地理分布专题图;在生态信息系统(GREEN)软件支持下,定义地理气候适应参数区间,生成以梭梭属植物为优势的潜在荒漠植被分布图;将现存和潜在的分布图叠加并对照比较,揭示以梭梭属植物为优势的潜在荒漠植被分布特征,预测适宜以梭梭属植物为优势的荒漠植被发展的地理空间。结果表明:以梭梭柴为优势的潜在荒漠植被分布的行政区域包括新疆维吾尔自治区、内蒙古自治区、甘肃省、青海省等省(区) ,以白梭梭为优势的潜在荒漠植被分布的行政区域仅限于新疆维吾尔自治区;以梭梭柴为优势和以白梭梭为优势的潜在荒漠植被分布与现存的以梭梭柴为优势和以白梭梭为优势的荒漠植被分布的行政区域一致,分布的地貌也基本相同,但两者之间在地理分布边界和面积上存在较大差异。以梭梭柴为优势的潜在荒漠植被分布的北界超出现存的以梭梭柴为优势的荒漠植被的分布北界约0 .9个纬度,南界超出约0 .4个纬度;东界超出约5 .9个经度,西界超出约3.5个经度;以白梭梭为优势的潜在荒漠植被分布的北界超出现存的以白梭梭为优势的荒漠植被分布的北界约1个纬度;南界超出约0 .9个纬度;东界超     

大沙鼠在中国的地理分布

搜集了大沙鼠在中国的分布资料，运用地理信息系统（ＧＩＳ）的叠加和空间分析功能，结合生境，利用１：４００００００比例尺中国植被图和１：１００００００比例尺中国草地资源图，对我国大沙鼠的地理分布进行了系统研究。根据大沙鼠对梭梭和盐爪爪盐漠，梭梭、红砂培漠，梭梭在乐漠，沙拐枣沙漠，茺漠盐生草 盐地要柳灌丛和柽柳包，极稀疏地柽柳沙漠，红砂砾漠、禾草拐枣沙漠，荒漠盐生草甸的盐地柽柳灌丛和柽柳包，极稀疏的柽柳     

库姆塔格沙漠南缘荒漠植物群落多样性分析

 根据20个样地的调查资料,应用重要值计算多样性指数、均匀度指数、丰富度指数 、优势度指数,对库姆塔格沙漠南缘荒漠植物群落物种多样性进行分析。结果表明: 1）荒漠植物群落分布随其生境地貌不同而不同,山前戈壁上分布有合头草(Sympegma regelii)群落,冲积河道低地分布有荒漠林胡杨(Populus euphratica)、多枝柽柳(Tamarix ramosissima)、胀果甘草（Glycyrrhiza inflata）群落,戈壁沙漠过渡带为梭梭(Haloxylon ammodendron)群落,低海拔的沙山上分布有沙拐枣(Calligonum mongolicum)群落、膜果麻黄(Ephedra rzewalskii)群落和梭梭群落。2）荒漠植物群落物种多样性水平较低,群落结构简单,物种组成单一。群落Shannon_Wiener物种多样性水平表现为合头草群落最高（1.706）,具有草原化荒漠植被类型的成分;梭梭群落、膜果麻黄群落居中（0.875～0.890）,荒漠植被类型特征明显;沙拐枣群落、胡杨群落、多枝 柽柳群落、胀果甘草群落较低（0.079～0.495）,荒漠林、盐地沙生灌丛及盐化草甸植被均有零星分布。3）荒漠植物群落结构层次中,灌木层占居主导地位,群落灌木层物种多样性水平（0.769～1.451）远远大于草本层（0.193～0.254）,且草本层物种多样性受灌木层影响较大。4）荒漠植物群落物种多样性分布格局表现为经向、纬向和海拔梯度的变化,经向、纬向变化为物种多样性水平较高的草原化植物合头草群落（1.706）向物种多样性水平较低的荒漠植物梭梭群落（1.379）和盐化植物多枝柽柳群落（0.376）的过渡,海拔梯度则 呈现低水平的沙拐枣群落（0.819）到高水平的膜果麻黄群落（0.890）向低水平的梭梭群落 （0.645）变化。荒漠植物群落过渡地带一般具有较高的物种多样性和较低的生态优势度。     

中国北方温带地区5种锦鸡儿植物的分布模拟

 全面收集中国北方温带干旱－半干旱地区5种主要锦鸡儿植物的地理分布资料, 利用ArcGIS 9.0软件绘制现状分布图, 发现小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)、中间锦鸡儿(C. intermedia)和柠条锦鸡儿(C. korshinskii)在空间上呈现出从东到西的地理替代分布格局, 继续向西南方向则分布有藏锦鸡儿(C. tibetica), 向西北方向分布有狭叶锦鸡儿(C. stenophylla), 但它们的分布范围又有一定的重叠。整理5种锦鸡儿分布区内的气象台站长期记录, 选择计算15个具有重要生物学意义的水热指标值; 进而用方差分析、多重比较和因子分析相结合的方法, 研究控制这5种锦鸡儿地理分布的主导驱动因子。结果表明: 控制小叶锦鸡儿和中间锦鸡儿间地理分布差异的主导因子是水分因子, 特别是湿度; 水分因子同样是控制中间锦鸡儿和柠条锦鸡儿间地理分布差异的主导因子, 特别是生长季及年降水量; 控制柠条锦鸡儿和藏锦鸡儿间地理分布差异的主导因子是夏季高温, 控制柠条锦鸡儿和狭叶锦鸡儿地理分布差异的是冬季低温。运用耦合BIOCLIM模型的软件包“DIVA-GIS”模拟预测这5种锦鸡儿的现状潜在分布区及未来气候变化的影响, 结果表明: 现状潜在分布区与实际分布区均有很好的一致性; 在CO₂浓度加倍的未来气候情景下, 5种锦鸡儿植物都会向北大幅度迁移, 在我国的分布范围均缩小, 分布格局发生显著变化。用ROC曲线和Kappa统计值法验证模型表明, BIOCLIM的模拟精度较高。     

Global climate change and accuracy of prediction of species' geographical ranges: establishment success of introduced ladybirds (Coccinellidae, Chilocorus spp.) worldwide

AimPredictions of how the geographical ranges of species change implicitly assume that range can be determined without invoking climate change. The aim here was to determine how accurate predictions of range change might be before entertaining global climatic change. LocationWorldwide. MethodsAll the documented global biological control translocations of ladybirds (Coccinellidae: Chilocorus spp.) were analysed with the ecoclimatic program, CLIMEX. This program determines species distributions in relation to climate, and can be used to express the favourableness of different localities for a species. CLIMEX is also a useful exploratory tool for determining the likelihood of establishment of species introduced from one area to another. ResultsPredictive models were developed based on the likelihood of establishment of fifteen Chilocorus spp. relative to their physiological characteristics and climatic tolerances. This likelihood was compared with actual establishment with a resultant range of 0% accuracy to 100% accuracy. Only four (26.7%) species climatic tolerances could the predicted with 100% certainty. The general lack of accurate prediction was because climate is not always the overriding feature determining whether a species will establish or not. Other determinants, such as localized response to microclimate, phenology, host type and availability, presence of natural enemies and hibernation sites play a varying role over and above climate in determining whether a species will establish at a new locality. Main conclusionsThis study shows that even in the absence of climate change, range cannot always be determined, which means that most predictions of range change with climate change are likely to be wrong.     

Species distribution models contribute to determine the effect of climate and interspecific interactions in moving hybrid zones

Climate is a major factor delimiting species’ distributions. However, biotic interactions may also be prominent in shaping geographical ranges, especially for parapatric species forming hybrid zones. Determining the relative effect of each factor and their interaction of the contact zone location has been difficult due to the lack of broad scale environmental data. Recent developments in species distribution modelling (SDM) now allow disentangling the relative contributions of climate and species’ interactions in hybrid zones and their responses to future climate change. We investigated the moving hybrid zone between the breeding ranges of two parapatric passerines in Europe. We conducted SDMs representing the climatic conditions during the breeding season. Our results show a large mismatch between the realized and potential distributions of the two species, suggesting that interspecific interactions, not climate, account for the present location of the contact zone. The SDM scenarios show that the southerly distributed species, Hippolais polyglotta, might lose large parts of its southern distribution under climate change, but a similar gain of novel habitat along the hybrid zone seems unlikely, because interactions with the other species (H. icterina) constrain its range expansion. Thus, whenever biotic interactions limit range expansion, species may become ‘trapped’ if range loss due to climate change is faster than the movement of the contact zone. An increasing number of moving hybrid zones are being reported, but the proximate causes of movement often remain unclear. In a global context of climate change, we call for more interest in their interactions with climate change.     

Geographical potential of Argentine ants (Linepithema humile Mayr) in the face of global climate change

Determining the spread and potential geographical distribution of invasive species is integral to making invasion biology a predictive science. We assembled a dataset of over 1000 occurrences of the Argentine ant (Linepithema humile), one of the world's worst invasive alien species. Native to central South America, Argentine ants are now found in many Mediterranean and subtropical climates around the world. We used this dataset to assess the species' potential geographical and ecological distribution, and to examine changes in its distributional potential associated with global climate change, using techniques for ecological niche modelling. Models developed were highly predictive of the species' overall range, including both the native distributional area and invaded areas worldwide. Despite its already widespread occurrence, L. humile has potential for further spread, with tropical coastal Africa and southeast Asia apparently vulnerable to invasion. Projecting ecological niche models onto four general circulation model scenarios of future (2050s) climates provided scenarios of the species' potential for distributional expansion with warming climates: generally, the species was predicted to retract its range in tropical regions, but to expand at higher latitude areas.