黑果枸杞在新疆的适宜分布模拟与局部环境适应性分化

黑果枸杞(Lycium ruthenicum)是重要的药食同源植物, 在干旱荒漠区发挥着防风固沙的重要生态功能, 但目前片段化分布日趋严重。该研究利用黑果枸杞在新疆的87个自然分布点和基准气候(1971-2000年)下的19个气候变量, 利用GIS空间分析和R软件Biomod2建模平台, 模拟分析黑果枸杞在新疆的适宜分布范围、空间分布特征及其关键限制因子; 并结合研究区土地利用/土地覆被现状, 评价其分布潜力; 同时对黑果枸杞的南北疆种群进行分组建模, 分析该植物的生态位分化。研究结果表明: (1)组合模型的真实技巧统计(TSS)均高于0.75、接收工作机特征曲线下的面积(AUC)均高于0.85, 模拟精度相比单个模型有明显提高; 组合模型得到的种下分组建模的模拟准确性较物种水平有显著提升, TSS均高于0.78、AUC均高于0.88; (2)根据组合模型的模拟结果, 黑果枸杞在新疆的适宜生境面积占比为36.72%, 主要分布于准噶尔盆地、天山北坡及塔里木盆地西北缘和西南缘; 其中, 高度适生区面积占比为5.19%, 集中于福海县、塔城地区东部、天山北坡博乐至阜康一线、库尔勒、柯坪县及塔里木盆地西南缘。高度与中度适生区与研究区耕地的重叠率达80.6%和50.8%; (3)南北疆黑果枸杞种群存在显著的生态位分化, 最暖季平均气温、等温性、降水季节性是驱动黑果枸杞局部环境适应性分化的主要因子。     

新疆三种独尾草的适宜分布及其对未来气候变化的响应

研究国内仅分布于新疆的3种短命植物阿尔泰独尾草（Eremurus altaicus）、粗柄独尾草（Eremurus inderiensis）和异翅独尾草（Eremurus anisopterus）的适宜分布及其对未来气候的可能响应,对新疆短命植物资源的分布、利用与科学保护具有重要意义。共收集了64个自然分布点,筛选了6个气候因子和2个地形因子数据,利用MaxEnt模型和地理信息系统ArcGIS软件模拟了当前气候情景下3种独尾草的生态适宜性,探讨影响3种植物分布的主导因子及其数值范围,预测3种独尾草的适宜分布对未来气候变化（2001-2040年、2041-2080年,基于温室气体中等排放情景：SSP2-4.5共享社会经济路径）的可能响应。结果表明：（1）基准气候下,3种独尾草在新疆的适宜分布存在较大差异：阿尔泰独尾草主要分布于伊犁河谷、天山北麓、阿尔泰山中段和准噶尔西部山地;两种沙生独尾草均分布于天山中段的绿洲-荒漠区过渡带,古尔班通古特沙漠西南部沙地;（2）最干月降水量（1-25mm）主要限制了阿尔泰独尾草的适宜分布;温度季节性变动指数（1150-1672）主要限制了两种沙生独尾草的适宜分布;（3）2001-2040年和2041-2080年,3种独尾草的适宜分布整体均呈缩减趋势：阿尔泰独尾草向天山北麓和准噶尔西部山地略微缩减;粗柄独尾草和异翅独尾草向古尔班通古特沙漠南缘略微缩减。     

中国梭梭属植物历史分布格局及其驱动机制

梭梭属(Haloxylon)植物是藜科的古老孑遗物种, 探究末次间冰期(last interglacial period, LIG)和末次盛冰期(last glacial maximum period, LGM)以来中国梭梭属植物的历史地理分布格局及其驱动机制, 对了解气候变化背景下旱生植物区系的发展与演化具有重要意义。本研究利用梭梭属85个自然分布点数据(60条梭梭(Haloxylon ammodendron)分布记录、25条白梭梭(H. persicum)分布记录)和2套环境因子数据, 整合GIS空间分析和9种物种分布模型, 分析了梭梭属末次间冰期以来的地理分布格局变化及其驱动机制。基于62个梭梭属种群的叶绿体基因测序数据, 利用最小成本路径方法, 模拟了末次间冰期以来梭梭属可能的扩散路径。利用R软件prcomp函数对影响梭梭属分布的环境变量进行主成分分析(principal component analysis, PCA), 评价了环境变量对梭梭属适宜分布的贡献, 并分析了关键变量与分布适宜性的相关性。结果表明: (1)集成模型的模拟精度较单一模型显著提升, 且对白梭梭的模拟精度高于梭梭; (2)末次间冰期以来, 梭梭属植物的分布均经历了显著收缩和冰后期扩张, 末次间冰期至末次盛冰期时期, 在准噶尔盆地、塔里木盆地西部广泛分布的梭梭大面积向西退缩至避难所(准噶尔盆地西北缘和塔里木盆地西北缘); 白梭梭从准噶尔盆地、塔里木盆地西端向南退缩至避难所(准噶尔盆地南缘); 末次盛冰期至今, 梭梭向东沿甘肃北部扩张直至内蒙古西部阿拉善荒漠, 白梭梭向东北方向小范围扩张, 占据了准噶尔盆地西部和南缘; (3)末次间冰期以来的气候波动对梭梭属植物的分布存在较大限制, 降水因子主导了梭梭属适宜分布面积的变化, 温度因子影响了梭梭属分布适宜性的高低。     

高山植物天山花楸的适宜分布及其环境驱动因子

气候变化是影响物种分布的决定性因素之一,研究高山植物天山花楸的适宜分布及其对未来气候变化的可能响应,为了解西北地区高山植物类群的生态适宜性及其对未来气候情景的响应提供参考案例。利用天山花楸51个自然分布点和10个环境因子,整合GIS空间分析和MAXENT模型,分析基准气候(1970—2000)及未来气候下(2050时段,基于RPC4.5情景)其在西北地区的适宜分布范围与空间分布特征。利用多元环境相似度面和最不相似变量分析研究区未来气候相比基准气候的波动情况,利用环境变量贡献值、置换重要性值及刀切法明晰影响天山花楸分布的关键环境因子。利用GIS工具和R软件ggplot2程序包分析基准和未来气候下天山花楸适宜分布区内关键因子变化的数值范围。研究结果表明:(1)基准气候下,天山花楸的适宜面积占研究区总面积的13%,主要集中在阿尔泰山西段、准噶尔西部山地、天山西段及祁连山中段的高海拔山地等区域;(2)加入归一化植被指数显著提高了天山花楸模型模拟的准确性,最干月降水量(0—18mm)、最湿月降水量(6—127mm)和平均气温日较差(8.2—16.3℃)主要限制了天山花楸的适宜分布;(3)相对基准...     

孑遗灌木长柄扁桃的历史分布格局及其环境驱动力

为了解历史气候变化背景下分布于中国西北干旱沙漠、半干旱沙地和山地地区的孑遗灌木植物长柄扁桃(Amygdalus pedunculata)的分布与演化, 该研究利用长柄扁桃60个自然分布点和8个环境因子, 整合GIS空间分析和最大熵模型(MaxEnt), 分析珍稀濒危保护物种长柄扁桃末次间冰期(LIG)、末次盛冰期(LGM)和当前的历史地理分布格局变化及其环境驱动力。基于各时期长柄扁桃的分布模型模拟数据及自然种群的叶绿体基因测序数据, 利用最小成本路径方法, 模拟LIG时期以来长柄扁桃可能的扩散路径。利用R语言“ggbiplot”程序包对各时期长柄扁桃适生区的历史环境变量进行主成分分析(PCA), 分析影响长柄扁桃历史分布格局变化的关键气候因子。结果表明: (1) LIG时期以来, 长柄扁桃的历史分布经历了显著收缩和末次盛冰期后的扩张, LIG至LGM时期, 分布于库布齐沙漠东部、毛乌素沙地北部、陕西北部、阴山北部、乌兰察布高原南部、浑善达克沙地的适宜分布区明显收缩; LGM时期至今, 长柄扁桃在库布齐沙漠东部、毛乌素沙地中部沿北部阴山向东, 以及浑善达克沙地西部均发生了显著扩张。3个时期长柄扁桃均在内蒙古高原中西部存在高度适宜性分布区, 包括毛乌素沙地北缘、库布齐沙漠东缘以及大青山, 这些地区很可能是长柄扁桃的冰期避难所。北部阴山和毛乌素沙地边缘是长柄扁桃种群迁移过程中重要的扩散廊道; (2) LIG至LGM时期, 气温因子: 最冷月最低气温、平均气温日较差和最热月最高气温均呈显著下降的趋势, 冷干气候对长柄扁桃的冰期分布存在较大限制, 适生区显著收缩。而LGM时期至今, 降水因子最湿月降水量和降水量季节性均显著上升, 长柄扁桃在库布齐沙漠东部、毛乌素沙地中部、阴山以及浑善达克沙地西部发生显著扩张, 降水因子也是影响当前适宜分布区的关键限制性因子。     

中国扁桃亚属四种野生扁桃的系统发育与物种分化

基于核基因ITS序列研究中国4种野生扁桃: 新疆野扁桃(Amygdalus ledebouriana)、蒙古扁桃(A. mongolica)、长柄扁桃(A. pedunculata)和西康扁桃(A. tangutica)的系统发育关系和物种分化, 为4种植物的遗传与演化研究提供数据支撑。利用单倍型网络和主坐标分析揭示单倍型的聚类关系; 利用最大似然树和贝叶斯系统树分析单倍型的系统发育关系; 利用R语言“ecospat”包分析4种扁桃的生态位分化及其环境驱动因子。4种扁桃ITS1-ITS4片段总长为634 bp, 鉴别出27个核苷酸变异位点, 共定义了28个单倍型。4种扁桃种间最小遗传距离均大于种内最大遗传距离, 种间存在显著的遗传分化。4种扁桃的单倍型聚为两支: 新疆野扁桃、蒙古扁桃和西康扁桃聚为一支, 长柄扁桃为另一支; 单倍型网络和主坐标分析揭示的单倍型聚类关系与系统树一致。西康扁桃与蒙古扁桃、与长柄扁桃之间均表现出了显著的生态位分化, 最暖月最高气温、年平均气温、最冷月最低气温和最暖季降水量是驱动物种生态位分化的关键因子。